ODLEWNICTWO JAKO JEDNA Z NAJSTARSZYCH METOD WYTWARZANIA

Transkrypt

1 Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (1/2) Archives of Foundry Year 2001, Volume 1, Book 1 (1/2) PAN - Katowice PL ISSN ODLEWNICTWO JAKO JEDNA Z NAJSTARSZYCH METOD WYTWARZANIA P. WASILEWSKI 1 STRESZCZENIE W referacie przedstawiono rys historyczny rozwoju odlewnictwa od czasów preh i- storycznych, starożytność, średniowiecze, odrodzenie i czasy współczesne. Omówio no otrzymywanie odlewów ze złota, miedzi, brązu i żeliwa. Przedstawiono wiele rysunków i tabel z metodami odlewniczymi i statystykę, gdzie podano światową i polską wielkość produkcji odlewniczej w ostatnim trzydziestoleciu. Key words: founding, methods, history, statistic 1. WSTĘP W historii ludzkości pojawiły się różne metody wytwarzania przedmiotów p o- trzebnych w życiu człowieka. Przedmioty te były najpierw wytwarzane z dostępnych w naturze materiałów, jak drewno, włókna roślinne, kamień. Pierwszymi potrzebami, które miały być zaspokojone były jedzenie i okrycie ciała. Dla zdobycia żywności w postaci białka zwierzęcego konieczne były narzędzia zabijania zwierząt, z których także wykorzystywano skóry na okrycia. Stąd pierwszymi przedmiotami była broń wykonywana najpierw z drewna, później wprowadzono groty i siekiery kamienne, a więc obrabiano drewno i kamień. Później pojawiły się potrzeby okryć poza skórami - powstały pierwsze tkaniny. Następnie konieczne były naczynia, a więc zaczęto wytwarzać wyrob y ceramiczne. Zaczęto również wykorzystywać uprawy roślin, co spowodowało konieczność wykonania narzędzi dla uprawiania ziemi, najpierw drewnianych, później zbrojonych kamieniami. W miarę dalszego rozwoju cywilizacji pojawiły się też potrzeby wyższego rzędu, np. chęć podobania się partnerom przez noszenie ozdób. W ten sposób powstały p o- 1 Prof. dr hab. inż. 9

2 czątki biżuterii. Najpierw były to ozdoby pochodzenia roślinnego, czy zwierzęcego kości, zęby, skóra. Dalszym etapem było wprowadzenie biżuterii metalowej. Biżuteria to początek odlewnictwa metali, w tym przypadku materiałem na odlewy było złoto, które także występuje w stanie rodzimym, w postaci złotych samorodków, co umożliwiało bezpośrednie jego wykorzystanie. Znaleziska archeologiczne wykazują, że próby wytapiania metalu i jego odlewanie prowadzono około 6000 lat temu w okolicach Syrii i Iranie. Prawdopodobnie pierwsze odlewy powstały przez wlewanie metalu do otworów wykonanych w ziemi (odlewanie w gruncie), glinie lub kamieniu. Później zastosowano kamienne lub glinian e formy dzielone, co umożliwiło uzyskanie odlewów o bardziej skomplikowanych kształtach. Formę odkrytą, wykonaną w kamieniu wapiennym pokazano na rysunku 1 [3]; znaleziono ją w Ras Shamara w Małej Azji. Formę kamienną dzieloną skrzyniową mus z- lową pokazuje rysunek 2 [4]. Na rysunku 3 pokazano dzielone kamienne formy skrzyniowe z płaską i kształtową powierzchnią podziału. Można powiedzieć, że były to pierwsze kokile ceramiczne. Rys. 1. Forma jamowa w kamieniu Wapiennym z Ras Shamara w Małej Azji: A siekiera, B sierpy [3] Fig. 1. Cave Form in calcareous stone from Races Shamara in Little Asia Rys. 2. Forma kamienna toporka datowana na IX VIII w. BC znaleziona na stanowisku archeologicznym w Małopolsce Wschodniej [4] Fig. 2. Form of stone - hatchet dated on IX VIII age BC found archaeological position in eastern Malopolska Rys. 3. Formy skrzyniowe: a symetryczna, b niesymetryczna [3] Fig. 3. Box Forms: a symmetrical, b unsymmetrical 10

3 Konieczność wykonywania odlewów z otworami, wgłębieniami, np. groty strzał, dzid, siekiery itp. spowodowało wprowadzenie metody wytapianych modeli. Można więc powiedzieć, za J. Bakerem [1], że odlewnictwo precyzyjne ma około 5000 lat. Według K. Sękowskiego [2] początki stosowania procesów metalurgicznych do wytwarzania przedmiotów użytkowych przed n. Chr. można uszeregować według następującej tabeli: Tabela 1. Początki zastosowania metali nieżelaznych do wytwarzania przedmiotów użytkowych Table 1. Rudiments uses metals non-ferrous to productions of useful objects Lata przed n. Chr. Zastosowanie metali Ok Przetapianie samorodków złota, odlewanie, kucie Ok Przetapianie samorodków miedzi, odlewanie, kucie Ok Wytapianie ołowiu z rudy, odlewanie Ok Wytapianie miedzi z rudy, odlewanie, kucie Ok Wytapianie miedzi stopowej z rud mieszanych zawierających As i Pb, odlewanie, kucie Ok Wytapianie cyny z rudy, odlewanie Ok Otrzymywanie brązu przez stapianie miedzi z rudą cyny i miedzi z cyną, odlewanie, kucie Ok Otrzymywanie mosiądzu przez stapianie miedzi z rudą cynku w obecności węgla, odlewanie, kucie Z tab. 1 wynika, że najstarsze odlewy powstały około 7000 lat przed n. Chr. Były to odlewy ze złota i miedzi. Jest bardzo interesujące, jak w ówczesnych czasach osiągnięto niezbędne dla tych metali temperatury topienia złoto C, miedź C i odpowiednie temperatury przegrzania. Zwraca uwagę też fakt, że odlewnictwo jest oczywiście starsze od metalurgii. 2. ODLEWNICTWO MIEDZI I JEJ STOPÓW Wg K. Gierdziejewskiego [3] za H. Richardsonem najstarszymi okazami są miedziane odlewy płaskorzeźb, które znaleziono na terenie dawnej Mezopotamii. Pochodzą one prawdopodobnie z okresu około 4500 lat przed n. Chr. Wg K Gierdziejewskiego [3] za Awdiewem, w czwartym tysiącleciu przed n. Chr. w środkowej Mezopotamii odkryto pierwsze ślady stosowania miedzi. Znaleziono siekiery i szpilki. Okres ten, to prze j- ście z epoki kamiennej w wiek brązu kultura Uruka i Sumerów spowodowane odkryciem metalu rodzimej miedzi. Za jeden z najstarszych odlewów uchodzi znany odlew żaby stanowiącej podstawę pojemnika, prawdopodobnie dla oświetlającego łuczywa lub kadzidła (rys. 4). Odlew ten jest datowany na około 3200 lat przed narodzeniem Chrystusa [3]. W ruinach Ura znaleziono pochodzące z początków trzeciego tysiąclecia przed n. Chr. szereg przedmiotów wykonanych z brązu cynowego [3]. Jednym z najsłynniej- 11

4 szych odlewów z brązu jest posążek tańczącej dziewczyny (wysoki 11,25 cm). Jest on wykonany metodą wytapianego modelu i pochodzi z Mohenjedaro w Indiach z kręgu kultury Indusu [4]. Na rysunku 5 przedstawiono wytwarzanie odlewów w starożytności (3000 lat przed n. Chr.) w Azji Środkowej oraz w Grecji ok. 500 lat przed Chrystusem, metodą wytapianego modelu z wosku [2]. Rysunek 6 [4] pokazuje odlewanie z brązu drzwi do świątyni. Jest to malowidło znalezione w grobie wysokiego urzędnika egipskiego w Górnym Egipcie niedaleko Luxoru z ok r. przed n. Chr. Odlew z miedzi głowy mężczyzny (36 x 20 x 30 cm) z ok r. p. n. Chr. przedstawia rysunek 7 [2], wykonany metodą wytapianego modelu. Rys. 4. Odlew żaby z miedzi wykonany około 3200 lat przed naszą erą [3] Fig. 4. Founding frogs from copper executed about 3200 of years BC. Rys. 7. Odlew miedziowy głowy mężczyzny (36x20x30 cm) z ok r. p. n. Chr. [12]. Fig. 7. Founding copper - heads of man ( 36x20x30 cm) from 2000 year BC. 12

5 Rys. 5. Zasady technologii odlewania z użyciem wosku. I technologia drobnych przedmiotów stosowana w Indiach i Azji Środkowej ok r. p. n. Chr: 1 model woskowy, 2 model oblepiony gliną, 3 wnęka formy zalewana stopem, 4 rozbijanie formy, 5 gotowy odlew. II technologia stosowana w Grecji 500 r. p. n. Chr. 1 model wyjściowy z gliny, 2 forma dzielona z gliny, 3 wnęka formy pokryta warstwą wosku, 4 model woskowy z rdzeniem z gliny [12]. Fig. 5. Bases of technology of pouring off with use of wax. Rys. 6. Malowidło przedstawiające pracę przy odlewaniu przypuszczalnie drzwi do świątyni odkryte w grobie wysokiego urzędnika egipskiego w Górnym Egipcie: I rozpalanie ogniska, II nakładanie tygla, III topienie, podawanie dmuchu, IV zdejmowanie tygla, V zalewanie formy [4]. Fig. 6. Painting representing work at pouring off presumably door to temple open in grave of high Egyptian clerk in Upper Egypt Jak podaje K. Sękowski [4] za S. D. Joshi zachował się dość dokładny opis tej techn o- logii, pochodzący z XI wieku po Chr. Wykonany z wosku pszczelego model pokrywano masą przymodelową składającą się ze zmielonej glinki, sierści zwierzęcej, zwęglonych plew, dodawano pociętą bawełnę, jutę, rozdrobniony azbest. Warstwa przymod e- lowa miała grubość 0,5 1 mm. Suszono ją bardzo wolno na słońcu przez 1 2 dni. Po wysuszeniu warstwę tę pokrywano gliną czerwoną lub żółtą, susząc ją na słońcu przez 3 4 dni. Model z wosku wytapiano w piecu. Formę wypalano w piecu opalanym węglem drzewnym. Metal stapiano w piecach tyglowych również opalanych węglem drzewnym. Formę zalewano zależnie od wielkości bezpośrednio z tygla 13

6 lub łyżką odlewniczą. Brąz składał się z miedzi z dodatkami 9 23% cyny, niekiedy dodawano około 5% ołowiu. Przy topieniu stosowano dodatek arsenu dla zapobiegania utleniania stopu. Pierwsze wiadomości o odlewnictwie z brązu wg K. Sękowskiego [2] w Chinach pochodzą z okresu XIV XVI przed n. Chr. panującej dynastii Szang. Przykładem chińskiego odlewu z tego okresu jest kociołek do podgrzewania potraw rysunek 8. Forma była wykonana z gliny i miała trzy płaszczyzny podziału. Metal topiono w piecach tyglowych z dmuchem do wnętrza tygla; piece te były wczesnymi uproszczonymi piecami, z których powstały później piece tyglowe. Dmuch uzyskiwano z miechów skrzyniowych. Dalszy rozwój tych pieców umożliwił Chińczykom uzyskanie żeliwa około 2000 lat wcześniej niż w Europie. Wytwarzanie odlewów z brązu dotarło przez Koreę do Japonii w latach przed n. Chr., czyli około 1800 lat później niż w Chinach. Wtedy to w Chinach wykonywano już odlewy żeliwne. Przeniesienie odlewnictwa brązu z Chin do Japonii wiąże się z rozprzestrzenianiem religii wyznawców Buddy i emigrowaniem Chińczyków do Japonii. Największym osiągnięciem Japończyków jest brązowy posąg Buddy z Nara rys. 9 odlano go w latach Jest to olbrzymi odlew z brązu o 16,21 m wysokości, grubości ścianek około 55 mm i masie 380 ton łącznie z podstawą. Jak podaje K. Sękowski za Krysko, Shuneo, Hamadą, Wübenhorstem, technologie wykonania posągu odtworzono i przedstawiono na rysunku 10 [2]. Na szkielet modelu (rdzenia) składają się drewniane słupy, bambus i liny. Szkielet okładano gliną, która kształtowała zewnętrzną powierzchnię modelu (rdzenia) posągu. Później robiono formę odtwarzającą wnękę formy z niewielkich wymiarów segmentów, które odwzorowały relief. Segmenty układano pierścieniowo do określonej wysokości. Dalej wykonywano nasyp ziemny do poziomu górnej krawędzi ułożonych segmentów. Dla uzyskania odpowiedniej grubości ścianek odlewu zdrapywano z powierzchni modelu (rdzenia) warstwę odpowiad a- jącą grubości ścianek odlewu (ok. 55 mm) uzyskując szczelinę, w którą zalewano ciekły metal. Na nasypie usytuowano kilka pieców typu koshiki, z których jednocześnie zalewano formę. Piece typu koshiki uznaje się za praprzodków żeliwiaka. Piece te miały 2 m wysokości i średnicę wewnętrzną około 0,5 m. Wydajność wynosiła około t/h. Powietrze wdmuchiwano miechami tatara napędzanymi siłą mięśni 8 robotników. Po zalaniu ciekłym metalem pierwszego pierścienia, układano następny i cały proces powtarzano. Dla wykonania tego odlewu wykonano osiem warstw. W tej technologii odlew składał się z szeregu warstw, kolejno zalewanych na poprzednie. Spojenie to nazywano techniką ikarakuri, polegającą na wyprofilowaniu górnej krawędzi odlanej części i wnęki formy. Włosy Buddy w postaci 966 loków o wymiarach 18x30 cm odlano oddzielnie i przymocowano je do głowy posągu. Posąg w całości był na p o- wierzchni zewnętrznej złocony, zużyto na to 146 kg złota i 820 kg rtęci. 14

7 Rys. 8. Kociołek do gotowania potraw odlany z brązu w okresie Wczesnej Dynastii Szang (ok w. BC) [12]. Fig. 9. To cooking of dishes poured off from bronze in period {of} Early Dynasty Szang ( age BC) Rys. 9. Posąg Buddy w świątyni Todaiji w Nara w Japonii [12]. Fig. 9. Statue Budda in temple Todaiji in Nara in Japan Rys. 10. Rysunek rekonstrukcyjny (a) i przekrój przez formę (b) posągu Buddy z Nara [6]. Fig. 10. Drawing reconstructive (a) and section by through form ( b) of statue Buddy from Nara. 15

8 Odlewnictwo brązu było również bardzo rozwinięte w VII w. p. n. Chr. na terenie Fenicji (dzisiejszy Liban). Słynnym odlewnikiem był Hiram, który wykonał na zamówienie króla Salomona dla świątyni jerozolimskiej kultowy zbiornik na wodę o poje m- ności 90 m 3. Zbiornik miał wymiary ok. 5 m, wysokość ok. 2,5 m, grubość ścianek na szerokość dłoni (ok. 10 cm).zbiornik był wsparty na 12 wołach zwróconych zadami do wewnątrz (rys. 11). Opisy odlewów wykonywanych przez Hirama szczegółowo podaje Biblia Tysiąclecia [7] i za Biblią K. Sękowski [4]. Rys. 11. Zbiornik na wodę [4]. Fig. 11. Reservoir on water Pierwszym ośrodkiem odlewniczym na terenie Europy była Grecja (Cypr, Kreta, Rodos), a szczególnie ok. 500 lat p. n. Chr. wyspa Sanos [3]. Wykonywanie odlewów z brązu przeniknęło do Grecji już na przełomie trzeciego i drugiego tysiąclecia p. n. Chr. z Bliskiego Wschodu. Grecy wytwarzali części uzbrojenia, przedmioty domowe oraz tak rozwinęli odlewnictwo, że potrafili odlewać wielkie posągi. Czołowymi odlewnikami w połowie pierwszego tysiąclecia p. n. Chr. byli Duatas i Kalopus. Kalopus był autorem posągu Apollina na wyspie Rodos, zwanego Kolosem Rodyjskim. Przed nim posągi wykonywano zależnie od wielkości z oddzielnych części, łączonych następnie ze sobą. Natomiast posąg Apollina był wykonany prawdopodobnie w całości, miał 32 m wysokości i był zaliczany do siedmiu cudów świata starożytnego. Niestety nie dotrwał do naszego czasu, został zniszczony przez trzęsienie ziemi. Słynnym pos ą- giem odlanym w całości z brązu przez Fidiasza jest figura Ateny z Lemnos. Posąg miał kilkanaście metrów wysokości. I ten brązowy posąg zaginął i znany jest tylko z kilku zachowanych kopii w marmurze rys. 12 [3]. Znany jest również posąg Horusa o wysokości około 2 m wykonany metodą wytapianego modelu ok lat p. n. Chr. pokazany na rysunku 13. Posąg znaleziono w 1959 r. w pobliżu Pireusu [4]. 16

9 Rys. 12. Atena z Lemnos, dzieło Fidiasza [3] Fig. 12. Atena from Lemnos. Rys. 13. Posąg Horusa wykonany z brązu [4] Fig. 13. Statue Horuses executed from bronze Ciekawą chronologię rozwoju odlewnictwa starożytnego podaje K. Sękowski za J. Wielowiejskim [2]. Wyróżniono w niej pięć okresów: - Okres I, od połowy III tysiąclecia p. n. Chr. Początki wytwarzania odlewów w jednolitych formach otwartych w gruncie i w kamieniu, ale można tutaj dodać, że również w tym czasie wytwarzano odlewy metodą wytapianych modeli wg J. Bakera [1]. - Okres II, koniec III tysiąclecia i początek II tysiąclecia p. n. Chr. Odlewanie w formach składanych. - Okres III, ok r. p. n. Chr. Odlewy pełne wykonywane metodą wytapiania modeli woskowych. - Okres IV, od połowy VII w. p. n. Chr. Odlewanie posągów w całości, wewnątrz pustych metodą wytapianych modeli woskowych. - Okres V, od VI w. p. n. Chr. Odlewanie posągów w częściach. Nie ma ścisłych opisów pieców topialnych używanych w Grecji. Według gre c- kiego malowidła na wazie z V w. p. n. Chr. rys 14 [8] i innych rysunków wynika, że stosowano piece szybowe, których rekonstrukcję przedstawił K. Sękowski za J. Wierzchowskim. [9] rys. 15 i 16. Piece miały wysokość 1,5 2 m, średnicy zewnętrznej 0,6 0,7 m, średnicy wewnętrznej ok. 0,3 m. Piece były opalane węglem drzewnym, a dmuch powietrza pochodził ze skórzanego miecha. Piec na dole zakończony był rynną spustową, a formę umieszczano w dole odlewniczym poniżej pieca. Widać to wyraźnie na przedstawionych rysunkach. 17

10 Rys. 14. Prace w warsztacie odlewniczym. Malowidło na greckiej wazie z V w. BC [8]. Fig. 14. Works in casting - workshop. Painting on Greek vase from V in. BC. Rys. 15. Rysunek rekonstrukcyjny greckiego pieca szybowego z nadstawką [8] Fig. 15. Drawing reconstructive of Greek stoves with level raiser Rys. 16. Rysunek rekonstrukcyjny greckiego pieca odlewniczego z VI w. BC z formą umieszczoną w dole przypiecowym [8]. Fig. 16. Drawing reconstructive of Greek stoves from VI in. BC with form placed in hole near stoves Na terenie Italii, w okresie przedrzymskim w VII III w. p. n. Chr. zamieszkiwali Etruskowie i oni wytwarzali odlewy z brązu metodami zaczerpniętymi od Greków, pod wpływem których znajdowała się ówczesna Italia. Rzymianie w zasadzie nie wprowadzili do procesów odlewniczych istotnych nowości, w wielu przypadkach wytwarzaniem odlewów zajmowali się Grecy. Bardzo ciekawymi przykładami wysokiego po- 18

11 ziomu ówczesnego rzymskiego odlewnictwa są można powiedzieć odlewy maszynowe z brązu części do pomp ssąco tłoczących dwucylindrowych, datowanych na III w. p. n. Chr. Części te znajdują się w Museum of Science w Londynie. Na ich podstawie zrekonstruowano rysunki tych pomp rys. 17 [8]. Rys. 17. Rysunek rekonstrukcyjny rzymskich pomp z III w. BC: a pompa wcześniejsza, b pompa późniejsza [8]. Fig. 17. Drawing reconstructive of Roman pumps from III age BC. Rozkwit techniki odlewniczej w Rzymie, szczególnie w zakresie odlewanych p o- mników nastąpił w średniowieczu i w okresie odrodzenia. Powstały wtedy najpiękniejsze pomniki: Konne Rumaki w Wenecji (odlewane w Konstantynopolu) XIII w., Erazm da Narui (Gattamelta) XV w. Rzym. Pomniki konne wykonywano również w innych krajach. Były one wykonywane albo całościowo, albo w częściach, łączone techniką spajania odlewniczego. Odlewy te były wykonywane metodą wytapianych modeli w różnych wariantach: metodą antyczną grecką, metodą włoską i metodą wiedeńską. W tabeli 2 podano niektóre europejskie pomniki konne [10]. Na rysunku 18 przedstawiono sposób całościowego odlewania pomnika konnego Ludwika XV. Układ wlewowy jest bardzo rozbudowany, ma 4 gałęzie wlewów głównych i około 200 wlewów doprowadzających, co zapewnia realizację krzepnięcia jednoczesnego (rys. 18) [10]. 19

12 Tabela 2. Niektóre europejskie pomniki konne [10]. Table 2. Some European mounted monuments. Rzeźbiarz Osoba upamiętniana Rok Miejsce Marek Aureliusz Rzym Donatello (Donato di Niccolo di Betto Bardi) Erazm da Nari (Gattamelata) 1453 Padwa Andrea del Verrocchio (Andrea di Cione) Bartolomeo Colleoni 1481 (5) Wenecja Giovanni da Bologna (Giambologna) Cosma I 1594 Florencja Francois Girardon ( ) Ludwik XIV 1699 Paryż Andreas Schluter ( ) Fryderyk III 1703 Berlin Edme Bouchardon ( ) Ludwik XV 1765 (68) Paryż Etienne Maurice Falconet Piotr I 1782 Petersburg ( ) Józef II 1807 Wiedeń Berthel Thordvalsen( ) Ks. Józef Poniatowski 1829 Warszawa P. Dubois Joanna d Arc 1895 Paryż Rys. 18. Pomnik konny Ludwika XV. Fig. 18. Monument mounted Ludwik XV 20

13 2. 1. Odlewanie dzwonów W problematyce odlewniczej brązów oddzielną niejako gałąź stanowią tech nologie odlewania dzwonów, armat i płyt nagrobkowych, kominkowych, drzwi itp. Dzwony towarzyszą człowiekowi od czasów starożytnych, jednak największa ich produkcja nastąpiła po n. Chr. w Chrześcijaństwie, gdzie stały się one powszechnymi przedmiotami kultowymi. Wcześniej wytwarzano je również na Dalekim Wschodzie w Chinach i Japinii. Na rysunku 19 pokazano dzwonek, jako instrument muzyczny odlany z brązu w Chinach ok. X VIII w. p. n. Chr. o masie ok. 11,5 kg [12]. Rysunek 20 przedstawia starożytną chińską odlewnię dzwonów wg źródła z 1630 r. [12]. Rys. 19. Dzwonek (instrument muzyczny) z czterema tygrysami odlany z brązu w okresie panowania Późnej Dynastii Zachodniej Czou [12]. Fig. 19. Bell ( musical tool) with four tigers poured off from bronze in period of rule of Late westerly Dynasty Czou Rys. 20. Chińska odlewnia dzwonów wg źródła z 1630 r. [12]. Fig. 20. Chinese foundry of bells according to sources from 1630 year Ze względu na kształty dzwonów, które są najczęściej bryłami obrotowymi, pretendują do stosowania technologii ich wykonania w formach wzornikowych z użyciem fałszywego modelu. Na rysunku 21 przedstawiono sposób wykonania wzornikowanej formy dla dzwonu oraz zalewanie jej bezpośrednio z pieca płomieniowego [13]. Przekrój formy dla wielkiego dzwonu z Pekinu o masie 250 t z 1550 r. pokazano na rysunku 22 [14]. 21

14 Rys. 21. Poglądowe przedstawienie technologii wytworzenia dzwonu [13]. Fig. 21. Visual performance of technology of producing of bell. Rys. 22. Przekrój przez formę stosowaną do odlania dzwonu z Pekinu [14]. Fig. 22. Section by form practical to pouring off of bell from Peking. Kształty dzwonów w miarę upływu stuleci uległy pewnym zmianom, lecz od XIII wieku w zasadzie nie zmieniają się. Na rys. 23 pokazano ewolucję kształtu dzwonów [3]. Największym obecnie dzwonem na świecie jest kremlowski Car Kołokoł ważący około 200 ton. Dzwon ten powstał w 1653 r. i był trzykrotnie przelewany; ostatni raz w 1735 r. dzwon ten uległ uszkodzeniu podczas wielkiego pożaru na Kremlu w 1737 r. spadł wtedy z wieży, a w jego dolnej części powstał wyłom. Można go w tym stanie oglądać na dziedzińcu Kremla (rys. 24) [13]. Klasyfikację dzwonów z punktu widzenia ich wielkości podaje K. Sękowski (rys. 25) [12]. Największym dzwonem w Polsce jest wawelski Zygmunt ważący ok. 10 t. Od 968 r. dzwony są chrzczone. 22

15 Rys. 23. Ewolucja kształtu dzwonów: a, b pierwotne dzwony (kształt Teofila ), c kształt dzwonu z XII XIII w., d kształt dzwonu z okresu przejściowego, e kształt dzwonu od XV XVI w. [3]. Fig. 23. Evolution of shape of bells. Rys. 24. Kremlowski dzwon Car Kołokoł [13]. Fig. 24. Kremlins bell Car Kołokoł" 23

16 Rys. 25. Największe dzwony świata: 1 Car kołokoł, Moskwa, 2 Uspieński, Moskwa 3 Aleksandrowski, Moskwa, 4 Birma, 5 Japonia, 6 Uspieński (1817 r.) Moskwa, 7 Św. Iwan, Moskwa, 8 Korea, 9 Korea, 10 Macha Ganda, Indie, 11 Pekin, Chiny, 12 Godunow, Moskwa [12]. Fig. 25. Greatest bells of world Odlewanie luf armatnich Następny rodzaj odlewów z brązu to lufy armatnie. Odlewy te są ze względu na kształt kołowo symetryczny odlewane w formach niedzielonych wykonywanych specjalnym sposobem z pomocą fałszywego modelu wykonywanego na toczaku. Schemat procesu pokazano na rys. 26 i 27 [12]. Przykłady odlewanych z brązu polskich luf armatnich pokazano na rys. 28 i 29, a francuskich na rys. 30 [12]. Największa armatą jest Car Puszka odlany w 1568 r. (rys. 31) [3] o masie około 40 ton. Masa kuli wynosiła 1 t. Nie wiadomo, czy ta armata oddała kiedykolwiek strzał. 24

17 Rys. 26. Przygotowanie formy lufy armatniej [12]. Fig. 26. Preparation forms of gun barrel. Rys. 27. Forma lufy armatniej [12]. Fig. 27. Form of gun barrel. Rys. 28. Lufa armatnia z symbolem Kwiczoł i herbem Leliwa [12]. Fig. 28. Gun - Barrel with symbol Kwiczoł" and with coat of arms Leliwa Rys. 29. Lufa armatnia Orlik [12]. Fig. 29. Gun - Barrel Orlik". 25

18 Rys. 30. Rysunki luf armatnich francuskich z XVIII w. [12]. Rys. 31. Drawings of French gun - barrels from XVIII age. Rys. 31. Król armat (Car puszka) w Moskwie [3]. Fig. 31. King of guns" in Moscow. Dużą grupę odlewów z brązu stanowiły płyty nagrobkowe, sarkofagi, drzwi do kościołów, płyty kominkowe i inne. Odlewanie ich było prostsze, niż posągów, dzwonów, czy armat. Na rysunku 31 pokazano słynne Drzwi Gnieźnieńskie odlane w XII w. i znajdują się w katedrze w Gnieźnie [12]. Rys. 32. Drzwi Gnieźnieńskie [12]. Fig. 32. Door from Gniezno. 26

19 Należy przypomnieć, że odlewników wykonujących odlewy ze stop ów niskotopliwych (ołowiu, cyny) nazywano konwisarzami, a wyżej topliwych (brązu, spiżu) ludwisarzami, puszkarzami). Kończąc omówienie odlewnictwa brązu, konieczne jest podanie przykładów składu chemicznego dawnych odlewów z brązu. Przykłady te podano na przykładzie opracowania K. Sękowskiego [12] w tablicy 3. Tabela 3. Przykłady składu chemicznego dawnych odlewów z brązu [12]. Table 3. Examples of chemical composition of former foundings from bronze. Odlewy Zawartość pierwiastków, % Sn Pb Zn Fe As Ag Ni Sb inne Posągi Poseidon, Ugento, VI/V w. p. n. Chr. 8,5 3,6 Muł dionizyjski I/IV w. 8,8 4,9 0,14 0,1 0,17 Budda, Nara, ,9 0,55 0,25 3,0 0,15 0,13Si 0,14Bi Lew, Braunschweig, ,5 2,5 10,0 Runaki, Wenecja, XIII w. 1,2 1,0 Ludwik XII, Francja, ,7 1,4 5,5 Chrzcielnica Hildesheim, ,3 1,3 12,5 Płyty Flandria, ,0 3,5 29,5 Dzwony Europa Zachodnia, VIII w. 17,4 6,6 0,09 0,35 0,05 0,09 0,02 0,14 Biecz, Polska, ,2 0,64 0,05 0,56 0,20 0,10 4,5 0,05Mn Car Kołokoł, Moskwa, ,9 1,25S Drzwi Gnieźnieńskie, Polska, XII w. Skrzydło lewe 7,2 2,5 Skrzydło prawe 12,2 0,87 Antaba skrzydła lewego 5,7 1,9 Antaba skrzydła prawego 9,5 4,1 Drzwi kaplicy Florencja, ,2 1,3 1,8 Lufy armatnie Szwecja, ,6 2,6 0,4 Austria, ,5 0,40 0,07 0,35 0,48 2,10 Wenecja, ,6 0,90 0,22 0,03 0,15 0,10 0,30 Prusy, ,3 1,1 0,43 0,28 0,10 0,25 0,36 27

20 3. ODLEWANIE ŻELIWA Historycznie epoka żelaza rozpoczęła się ok r. p. n. Chr. gdy opracowano proces otrzymywania żelaza w piecach typu dymarkowego z jego rudy. Proces ten p o- zwalał otrzymywać żelazo w postaci łupek. Łupki te następnie przekuwano. Przez kucie można było wtedy otrzymywać różne wyroby jak, narzędzia, broń, itp. Ten proces nie pozwalał jednak otrzymywać materiału żelaznego w postaci ciekłej, niezbędnej dla otrzymywania wyrobów lanych. Żeliwo jako materiał na odlewy pierwsi wprowadzili Chińczycy ok. 500 r. p. n. Chr. dzięki intensyfikacji procesu dymarkowego przez podwyższenie temperatury, co z kolei było możliwe przez zastosowanie wydajnych miechów, dla dostarczenia zwiększonej ilości powietrza [14]. Według K. Gierdziejewskiego [3], hutnictwo żelaza w Chinach rozwijało się inaczej niż w Europie, ponieważ Chińczycy przetapiali żelazo gąbczaste w piecach tyglowych i szybowych, stosując węgiel kamienny, a nie drzewny, jak w Europie. Odlewy, które otrzymywano np. z żeliwa białego poddawano także obróbce cieplnej, otrzymując różne jego odmiany. K. Sękowski podaje za literaturą Chińską rodzaje i skład chemiczny wczesnych chińskich odlewów żeliwnych tab. 4 [14, 15]. Produkcja odlewów w Chinach była duża, eksportowali odlewy żeliwne także do Cesarstwa Rzymskiego. Na rys. 33 podano przykłady wczesnych żeliwnych odlewów chińskich [12, 14]. Na rysunku 34 pokazano schemat budowy miecha do dmuchu powietrza. Rysunek 35 przedstawia odlewnię żeliwa w Chinach z ok r. [3]. Wg K. Sękowskiego [14] chińskie metody wytwarzania żeliwa dotarły przez Koreę do Japonii w ok. 300 r. p. n. Chr. W X wieku wytwarzano w Japonii z żeliwa naczynia i figury. Bardzo ciekawe jest stwierdzenie K. Sękowskiego, że chińska nazwa żeliwa czugun została przetransponowana do Rosji przez Tadżyków i Tatarów w ramach Jedwabnego Szlaku po podbiciu Chin przez Mongołów w XIII w. [14]. Nie było to równoznaczne z wprowadzeniem w Rosji produkcji żeliwa. Według K. Sękowskiego sposób produkcji żeliwa w Rosji został przeniesiony dopiero w XVII w. z Europy Zachodniej. W Europie wytapianie żelaza z rudy w postaci stałej, tzw. łupek odbywało się w piecach ziemnych lub w dymarkach rys. 36. Dla otrzymywania żeliwa wprowadzono ewolucję dymarki był to wysoki piec pokazany na rys

21 Tabela 4. Skład chemiczny wczesnych żeliwnych odlewów chińskich [14, 15]. Table 4. Composition chemical early of cast-iron Chinese foundings. ARCHIWUM ODLEWNICTWA Przedmiot Siekiera Lemiesz Młot Kloc Motyka Motyka Kokila Kloc Kocioł Siekiera Datowanie Okres Walczących Królestw ( BC) Okres Walczących Królestw ( BC) Okres Walczących Królestw ( BC) Zachodnia Dynastia Han ( AD) Zachodnia Dynastia Han ( AD) Zachodnia Dynastia Han ( AD) Zachodnia Dynastia Han ( AD) Wschodnia Dynastia Han ( AD) Wschodnia Dynastia Han ( AD) Okres Han Wei ( AD) Rodzaj żeliwa wg współczesnych kryteriów Żeliwo ciągliwe białe nierównomiernie odwęglone Żeliwo ciągliwe białe nierównomiernie odwęglone Żeliwo połowiczne Zawartość pierwiastków, % C Si Mn S P 0,7-2,5 0,13 0,05 0,016 0,108 0,07-2,9 0,08 0,01 0,006 0,10 4,3 0,19 0,05 0,019 0,152 Żeliwo białe 4,05 0,08 0,03 0,063 0,217 Żeliwo z grafitem kulkowym Czarne żeliwo ciągliwe 1,98 2,69 0,16 0,197 0,04 0,06 0,048 0,055 0,297 0,30 2,57 0,13 0,16 0,024 0,489 Żeliwo szare 4,25 0,18 1,20 0,028 0,29 Żeliwo białe 3,97 0,28 0,30 0,078 0,264 Żeliwo białe 4,19 0,14 0,09 0,069 0,486 Żeliwo z grafitem kulkowym 0,66-0,9 0,15 0,05 0,02 0,11 29

22 Rys. 33. Wczesne Chińskie odlewy żeliwne [12]. Fig. 33. Early Chinese cast-iron foundings. Rys 34. Przekrój miecha skrzyniowego [12]. Fig. 34. Section box bellows Rys. 35. Chińska odlewnia [3] Fig. 35. Chinese foundry. Rys. 36. Przekrój przez wczesną dymarkę: 1 dysza, 2 węgiel drzewny, 3 ruda żelaza, 4 łupka, 5 żużel [14]. Fig. 36. Section by early stove. 30

23 Wg K. Gierdziejewskiego [3] stosowano również piece zwane kalbasami (fr. calebasse) przedstawiono je na rysunku 38. Piece te miały sztuczny dmuch napędzany siłą ludzkich mięśni lub mechanicznie z koła wodnego. Rys. 37. Wygląd pieca wysokiego [12]. Fig. 37. Appearance of high stove. Rys. 38. Piec do topienia żeliwa typu kalbas [16]. Rys. 38. Stove to fusions of cast iron of type calebasse " Zwiększenie intensywności dmuchu spowodowało, że w XVI w. powstał wielki piec (rys. 39) [14]. Materiałami wsadowymi w piecach do żeliwa był węgiel drzewny, łupki z dymarek i złom żelazny. W wielkim piecu otrzymywano surówkę z rudy w wyniku jej redukcji węglem. Ciekłą surówkę przeznaczano na odlewy i gąski, które podlegały dalszej przeróbce. Do otrzymywania żeliwa stosowano również piece płomieniowe, gdzie topiono złom żelazny ułożony na przemian warstwami z węglem. W 1770 r. żeliwiak zbudował J. Wilkinson rys. 40 [12]. 31

24 Rys. 39. Przekrój przez wczesny wielki piec [14]. Fig. 39. Section by early blast-furnace. Rys. 40. Żeliwak J. Wilkinsona [12] Fig. 40. Stove to fusions of cast iron J. Wilkinsons Żeliwo w wielu przypadkach zastąpiło znacznie kosztowniejsze ludwisarskie odlewy z brązów i wykonywane z niego odlewy miały podobny charakter zastosowania i technologię. Wykonywano więc armaty, kule armatnie odlewane kokilowo, dzwony, odlewy artystyczne jak: medale, płyty kominkowe, popiersia, a także biżuterię. Prod u- kowano odlewy dla wnętrz kościelnych (balustrady, ambony) oraz konstrukcje most o- we. Przykłady tych odlewów przedstawiono na kolejnych rysunkach [12, 17]. Rys. 41. Kokile do odlewania kul armatnich Fig. 41. Metal moulds to pouring off of gun Balls. Rys. 42. Żeliwna szkatułka i fragmenty biżuterii. Fig. 42. Cast-iron - casket and fragments of jewellery. 32

25 Rys. 43. Żeliwne popiersie Jacka Małachowskiego Fig. 43. Cast-iron - bust Jacka Małachowskiego Rys. 44. Żeliwna patera na owoce Fig. 44. Cast-iron - epergne on fruits. Większość dawnych odlewów żeliwnych przed skonstruowaniem żeliwiaka przez Wilkinsona w XVIII w. pochodziła z tak zwanego pierwszego przetopu czyli bezpośrednio z redukcji rudy węglem. Wskazują na to składy chemiczne tych odlewów, które zawierają > 4% C. Otrzymywanie żeliwa z drugiego przetopu było możliwe po wprowadzeniu żeliwiaków. Na ziemiach polskich w XIX w. produkowano żeliwo także w żeliwiakach, m. in. w odlewni w Białogonie stamtąd pochodzi szkic żeliwiaka rys. 45 [3]. 33

26 Rys. 45. Profil żeliwiaka białogońskiego [3]. Fig. 45. Profile of stove to fusions of cast iron from Białogon. Na koniec przedstawienia rozwoju odlewnictwa żeliwa, zamieszczono tabelę 5 wg K. Sękowskiego [17] ze składami chemicznymi niektórych historycznych odlewów żeliwnych. Tabela 5. Przykłady składu chemicznego dawnych odlewów żeliwnych Table 5. Examples of chemical composition of former cast-iron foundings. Odlew Zawartość pierwiastków, % C Si Mn P S Młot, Chiny, p. n. Chr. 4,30 0,19 0,05 0,152 0,019 Dzwon, Zimmerwald, Szwajcaria, 1435 ok. 3,23 0,33 0,08 ok. 0,65 ok. 0,022 Rury wodociągowe: Dillenburg, Niemcy, ,03 0,51 1,20 1,78 0,043 Braunfels, Niemcy, ,00 0,60 0,42 0,25 0,021 Płyty kominkowe: Muzeum narodowe, Warszawa, ,92 1,06 0,57 0,37 0,023 Muzeum Archeologii, Liége, ,88 1,07 0,89 0,72 0,03 Ahrhütte, Niemcy, ,91 0,41 0,60 0,18 0,036 Muzeum w Czeskich Budziejowicach, XVI w. 3,63 0,80 0,11 0,21 0,098 Scheidener Tal, Niemcy, ,82 0,54 0,18 1,04 0,042 Lufa armatnia okrętu, Endeavour, Anglia, XVIII w. 3,5 0,5 1,1 0,6 0,03 Balast z okręgu, Endeavour, Anglia, XVIII w. 3,01 0,01 0,25 1,17 0,03 Kule armatnie: Lippstadt, Niemcy, ,12 0,21 0,50 2,70 0,077 Anglia, ,20 0,80 0,48 1,12 0,056 34

27 4. INFORMACJE STATYSTYCZNE DOTYCZĄCE PRODUKCJI ODLEWÓW W POLSCE MIĘDZYWOJENNEJ I PO II WOJNIE ŚWIATOWEJ. Sądzę, że interesujące będzie podanie kilku tabel dotyczących produkcji odlewów w Polsce Międzywojennej i po II Wojnie Światowej od 1977 r. do 2000 r. Wiąże się to bowiem z wytwarzaniem odlewów w Polsce i na swiecie oraz świadczy, jak wielki jest udział tej technologii u progu III tysiąclecia. Z przedstawionych tabel można porówn y- wać produkcję odlewów, głównie żeliwnych na ziemiach polskich. W 1913 r. wyprodukowano na dawnych ziemiach polskich 285 tys. ton, w 1938 r. 230 tys. ton. W 1977 czasy PRL tys. ton. W III Rzeczpospolitej w 1982 r. ok tys. ton, w 1986 r. ok tys. ton (max prod. III Rzeczpospolitej) i w 1999 r. produkcja obniżyła się do poziomu ok. 700 tys. ton. Tak więc produkcja spadła o tys. ton, tj. o 74%. Podano również, jaki jest udział polskiego odlewnictwa w skali światowej i europejskiej. Tabela 6. Struktura produkcji odlewów żeliwnych w latach Table 6. Structure of production of cast-iron - foundings in years Asortyment Lata Produkcja w tonach Rury i kształtki wodociągowe Rury i kształtki kanalizacyjne Radiatory i grzejniki Kotły centralnego ogrzewania ? Odlewy budowlane Wanny Inne odlewy sanitarne Odlewy piecowe Naczynia Odważniki Klocki hamulcowe Ruszta kolejowe Inne odlewy dla odlewnictwa Odlewy maszynowe Walce utwardzone Wlewnice Odlewy z żeliwa ciągliwego ? Inne odlewy ? Razem

28 Tabela 7. Stan odlewnictwa na ziemiach polskich w 1913 i 1938 r Table 7. State foundings on Polish grounds in 1913 and 1938 of year. Terytorium Rok fabryczne Liczba odlewni samodzielne hutnicze razem ARCHIWUM ODLEWNICTWA Produkcja odlewów w tys. ton Liczba zatrudnionych robotników w tys. Królestwo Polskie Małopolska ,3 Wielkopolska ,5 Górny Śląsk Polska , Tabela 8. Udział województw w produkcji odlewów żeliwnych Table 8. Participation of provinces in production of cast-iron foundings. Województwo Liczba przepracowanych robotniko dni w 1937 r Produkcja odlewów żeliwnych w 1935 r ilość % tony % Polska - ogółem Kieleckie , ,4 Śląskie , ,3 Pomorskie , ,0 Krakowskie , ,8 Łódzkie , ,2 Poznańskie , ,9 Miasto st. Warszawa , ,8 Warszawskie , ,0 Inne województwa razem , ,6 Tabela 9. Produkcja odlewów w Polsce w latach Table 9. Production of foundings in Poland in years Tworzywo Produkcja w tonach % zmian /1998 Żeliwo szare i stopowe ,8 Żeliwo sferoidalne ,7 Żeliwo ciągliwe ,6 Staliwo ,9 Razem stopy żelaza ,7 Razem stopy metali nieżelaznych Brak danych 36

29 Na zakończenie bardzo serdecznie dziękuję Panu Prof. Kazimierzowi Sękowskiemu za udostępnienie mi wspaniałych materiałów z Jego archiwum. Dziękuję również Panom Profesorom Jerzemu Piaskowskiemu i Zbigniewowi Piłkowskiemu za skierowanie mnie do odpowiednich źródeł, a Instytutowi Odlewn ictwa i prof. Andrzejowi Białobrzeskiemu za ich udostępnienie. Bez tej pomocy opracowanie to nie mogłoby powstać. LITERATURA [1] Baker J.: 5000 lat odlewnictwa precyzyjnego. Przegląd Odlewnictwa 12/97. [2] Sękowski K.: Początki rozwoju odlewnictwa stopów miedzi. Referat manuskrypt. [3] Gierdziejewski K.: Zarys dziejów odlewnictwa polskiego. PWT [4] Sękowski K.: Wczesne odlewnictwo stopów miedzi. Przegląd Odlewnictwa 6/95. [5] Sękowski K.: Odlewnictwo sztuka czy technologia. Referat manuskrypt. [6] Sękowski K.: Wczesne odlewnictwo japońskie. Przegląd Odlewnictwa 3/96. [7] Biblia Tysiąclecia. Wydawnictwo Pallotinum. Poznań Warszawa [8] Sękowski K.: Odlewnictwo w starożytnej Grecji i Rzymie. Przegląd Odlewnictwa 12/96. [9] Wielowiejski J.: Rozwój techniki odlewniczej w starożytnej Grecji. Kwartalnik Historii Kultury Materialnej 1974, t XXII, nr 3. [10] Piłkowski Z.: Całościowe odlewnie pomników. Przegląd Odlewnictwa 8 9/99. [11] Sękowski K.: Zbiór fotografii i rysunków z problematyki odlewniczej udostępniony autorowi referatu. [12] Stölzel K.: Giesserei über Jahrtausende. VEB Deutscher, Verlag, Leigzig [13] Engels G.: Jahre Giessen von Metalen. Giesserei, Verlag, GMBH, Düsseldorf [14] Sekowski K.: U źródeł odlewnictwa żeliwa. 1. Chiny. Przegląd Odlewnictwa 1/95. [15] Haugye Guan, Jueming Hua: Research on Han Wei Spheroidal graphite Cast Iron. Foundry Tr. J. International 19836, t 5, nr 17. [16] Sękowski K.: Początki odlewnictwa w Polsce. Instytut Odlewnictwa, Kraków [17] Sękowski K.: U źródeł odlewnictwa żeliwa. 2. Europa. Przegląd Odlewnictwa 3/95. [18] Sekowski K.: Kazimierz Gierdziejewski o stanie odlewnictwa żeliwa w okresie międzywojennym w Polsce. Przegląd Odlewnictwa 4/82. [19] Biuletyn Instytutu Odlewnictwa 3/1999. [20] Biuletyn Instytutu Odlewnictwa 4/2000. [21] Biuletyn Instytutu Odlewnictwa 2/

30 FOUNDING AS ONE FROM OLDEST METHODS OF PRODUCTION SUMMARY In report one introduced of flaws historic development of founding from prehistorical times, antiquity, Middle Ages, rebirth and present times. One talk overed receiving of foundings from gold, coppers, of bronze and cast irons. One introduced of many drawings and of tables with methods casting - and statistics, where one gave world and Polish size of casting - production in last period of thirty years. Recenzował prof. dr hab. inż. Stanisław Jura 38