Ковка
Рис. 1.0.2. «Царь-молот» Мотовилихинского завода в Перми.
Где ковали якоря. Ковка якорей – наиболее сложный и ответственный вид работ, так как от прочности и надежности якоря зависела судьба корабля. Известно, что первый железный двурогий якорь был изобретен и откован скифом Анахарсисом в VII в. до н. э. из металла, полученного из керченской руды. До конца XVII в. якоря ковались вручную, а затем при помощи «водяных» молотов на якорных фабриках. Якорными мастерами славились Ярославль, Вологда, Казань, Городец, Воронеж, Лодейное Поле, а также многие города Урала. Известно, что якорные мастера Ярославля и Вологды отковали около 100 «больших двоерогих якорей» для судов морской флотилии, построенной по приказу Бориса Годунова.
Стремительное развертывание русского кораблестроения при Петре I повлекло за собой быстрое развитие металлургии и кузнечного дела. Якоря для кораблей ковали кузнецы, собранные со всех концов России. Особым указом Петр I запретил им ковать какие-либо изделия, не относящиеся к флоту, и обязал монастыри оплачивать их работу. Поставлять якоря должны были и кузнецы первых русских заводчиков – Демидова, Бутената, Нарышкина, Борина, Аристова и др. Позже в Новгородской и Тамбовской губерниях были учреждены «казенные железные заводы». Для первых фрегатов петровского флота, которые строились в 1702 г. на реках Свири и Паше, якоря ковали в Олонце, но в 1718 г. часть якорных кузниц из Олонца перевели в Ладогу, а оттуда в 1724 г. в Сестрорецк. В последние годы царствования Петра I на нужды флота работали уже десять государственных заводов: на севере страны – Петровский (к нему были приписаны города Белоозеро и Каргополь), Ижорский, Кончезерский, Устьрецкий, Повенецкий и Тырницкий; на юге – Липецкий, Боринский и Кузьминский.
После смерти Петра I якорное производство стало развиваться на Урале – на Воткинском, Серебрянском, Нижнетуринском и Ижевском заводах. Первый из них был основан в 1759 г. П. Шуваловым на реке Вотке при впадении в нее Березовки и Шаркана. Обилие лесов, рек и дешевой рабочей силы обеспечивали предприятию быстрое развитие, и оно превратилось в один из крупнейших горных заводов России XVIII в. Руды для изготовления сварочного железа доставлялись на Воткинский завод с горы Благодать по рекам Чусовой и Каме. На якоря шло самое лучшее сварочное железо. До 1850 г. на Воткинском заводе проварка всех частей якоря проводилась в горнах, но вскоре их заменили сварочными печами, которые топили дровами. Примерно в это же время на заводе появился паровой молот с массой падающих частей 4,5 т, что намного упростило и улучшило технологию изготовления якорей. В якорном цехе Воткинского завода в зависимости от заказов на якоря трудилось 250–350 человек. На каждом огне горна или печи в каждую смену работала артель из одного мастера, нескольких подмастерьев, двух – пяти рабочих, не считая занятых на подвозке угля. Завод выпускал якоря массой от 3 до 300 и более пудов. Тяжелые якоря этого завода массой 336 пудов (почти 5,5 т) устанавливали на большие линейные корабли. К концу XVIII в. крупнейшим на Урале становится Ижевский завод. В 1778 г. на нем было отковано 24 якоря массой 60–250 пудов, 134 553 пуда железа. В якорном производстве завода было занято 110 человек.
Рис. 1.0.3. Городская кузница.
Самые тяжелые адмиралтейские якоря (массой до 10 т) для линейных крейсеров «Бородино», «Измаил», «Кинбурн» и «Наварин» ковались в Ижоре, где в 1719 г. по указу Петра I были основаны Адмиралтейские заводы. Кузнечные молоты на этих заводах приводились в движение от водяных колес.
Кузнечное ремесло в Москве. О раннем периоде железного века Москвы можно судить по материалам археологических раскопок села Дьякова, расположенного на берегу реки Москвы (около села Коломенского), Кунцевского и Мамоновского городищ. Однако только при Юрии Долгоруком Москва становится городом с развитым ремеслом и торговлей. На Кремлевском мысу и на посаде развивается «городская основа жизни» (рис. 1.0.3). Здесь было развито металлургическое и кузнечное производство – археологами обнаружены домницы, сгустки шлака, крицы. Натерритории современного Зарядья раскопаны крупный цех (размером 6,5×4,5 м) кричного и литейного производства и участок для изготовления бронзовых булавочных головок, а у Китайгородской стены – литейно-кузнечная мастерская, в которой размещались домница и литейный участок.
По мере роста города все ремесла, связанные с огнем, из-за боязни пожаров постепенно вытесняются с территории Великого посада за реки Москву, Яузу, Неглинную, так как реки – хорошая защита города от пожара. На местах поселений создаются ремесленные слободы: кузнецов, литейщиков, гончаров и т. д.
С XVI в. московские кузнецы начинают работать на привозном железном сырье – укладе, который получали из Новгорода, Устюжны-Железнопольской, Серпухова и Тихвина. С этого же времени происходит разделение кузнецов на оружейников, бронников, замочников и т. п. Кузнецы-оружейники ковали «белое» (холодное) и огнестрельное оружие, плели кольчуги, а мастера-бронники ковали пластинки для доспехов. Впервые пластинчатый доспех – «брони дощатые» – упоминается в Ипатьевской летописи. Кованые выпуклые пластинки (200–600 штук) крепили на кожаные рубахи внахлест, что увеличивало общую толщину доспеха, а изогнутость пластин смягчала сабельные удары. В XV–XVI вв. происходит «слияние» кольчатых и пластинчатых доспехов. Шею и плечи воина закрывает стальное ожерелье, грудь – зерцало, а руки предохраняются железными наручами.
Мастера-бронники селились в отдельных «бронных» слободах, находившихся в районе современных Большой и Малой Бронных улиц, а город Бронницы известен уже в XV в. как поставщик доспехов в государево войско. Овысоком качестве работы московских кузнецов-оружейников можно судить по тому, что многие цари и князья имели оружие и доспехи «московского выкова». Так, в описи оружия и доспехов Бориса Годунова имелась следующая запись: «Рогатина московская, московское копье, панцири, шлемы». В Оружейной палате хранится подъягдташный нож князя Андрея Старицкого (младшего сына великого князя Ивана III) русской работы XVI в., лезвие ножа – булатное с золотой насечкой и русской надписью: «Князя Ондрея Ивановича, лет 7021», что в переводе на современное летоисчисление означает 1513 г. Известно, что булатные клинки ковали московские мастера Нил Просвита, Дмитрий Коновалов и Богдан Ипатьев. Высоко ценя кузнечное искусство, царь Алексей Михайлович посылал учеников «для учения булатных сабельных полос» в Астрахань. Шлемы московского выкова не только успешно конкурировали с западными, но и считались особо ценными доспехами в царской казне. Украшенные золотыми, серебряными или медными позолоченными накладками, они стоили дорого, и носили их в основном князья и бояре. При движении, как отмечают летописцы, шлемы сверкали и переливались в лучах солнца и производили впечатление «златых шеломов». Уникальным образцом русского кузнечного и ювелирного искусства можно считать булатный шлем (или «шапку иерихонскую»), который экспонируется в Оружейной палате. Это парадный шлем, выкованный знаменитым кремлевским кузнецом-оружейником Никитой Давыдовым (из Мурома) для царя Михаила Романова. Тулья из булатной стали украшена тончайшей золотой резьбой. Жемчугом и русскими самоцветами декорированы науши и козырек шлема. Спереди шлем украшен чеканным позолоченным челом, цветными эмалями и драгоценными камнями. А вокруг острия шлема идет поясок арабесок – арабское изречение из Корана. Перевел это изречение на русский язык крупнейший знаток арабского языка Т.Г.Черниченко: «И обрадуй верующих».
Кузнецов Москвы можно считать и родоначальниками отечественной артиллерии. Из летописи известно, что при обороне Москвы от орд хана Тохтамыша в 1382 г. русскими войсками была применена артиллерия: пушки, стрелявшие каменными ядрами, и «тюфяки», стрелявшие «дробом», т. е. картечью. Начиная с XV в. Москва становится крупным металлургическим и кузнечным центром. Здесь создается Пушечная изба, ставшая впоследствии первым в России металлургическим заводом с приводом механизмов от водоналивных колес. «В конце XV в. был построен большой по тому времени литейный завод – Пушечный двор. Он представлял собой литейно-кузнечное производство, с несколькими литейными амбарами и кузнечными мастерскими. Для приведения в движение всевозможных механизмов – мехов, молотов и т. п. – на реке Неглинной в XVII в. было поставлено несколько больших водоналивных колес, для чего она была перегорожена плотиной», – написано в путеводителе «По улицам Москвы» по поводу возникновения Пушечного двора, а по дошедшему до наших дней плану можно представить, как размещались мастерские (рис. 1.0.4). Н.И. Фальковский в книге «Москва в истории техники» дает описание этого крупнейшего в России оружейного завода: «Оборудование предприятия было следующее: имелся амбар, в котором находился большой молот, с большим стулом-наковальней, горн и два больших водяных меха. Имелся особый горн пушечных кузнецов с наковальней. В амбаре вертильном стояло шесть станков для сверления водой ружейных стволов… В кузнечном амбаре был большой молот да наковальни, где ковали водой ствольные доски. Кулак молота весил 245 кг, а наковальня – свыше 400 кг и устанавливалась на мощном деревянном постаменте – стуле. Заварная кузница имела 10 горнов. Среди инструмента находились: наковальня с развилинами для сгибания ствольных досок, десять ствольных сердечников (костылей), пять крюков, на которых сгибают стволы. Работало на заводе в то время 134 человека, среди них 14 пушечных кузнецов. Основной продукцией завода в те годы были пушки, ядра, различные виды холодного оружия. Пищали и пистоли русских оружейников отличались не только оригинальной отделкой, но и оснащались ударно-кремневым замком… Кроме того, делались заказы и для города – ковались языки для колоколов, оковы и различные узлы для станков и различных машин, ворота для Кремля и Белого города, различные изделия бытового и художественного назначения. С XV в. начинают изготавливать пушки из бронзы, а позднее из чугуна».
Рис. 1.0.4. Пушечный двор – первый крупный металлургический центр в России.
Начиная с XV в. московская рать уже не выступала в поход без артиллерии. Так, стены Казани не смогли противостоять разрушительному огню артиллерии войска Ивана Грозного. Петр I с юных лет интересовался оружейными заводами. Будучи в Москве, в один из праздников после торжественной службы и обеда с боярами отправился на Пушечный двор. Там он приказал стрелять из пушек в цель и метать бомбы, и, к ужасу бояр, сам поджег фитиль и выстрелил из пушки. Он потребовал указать самого опытного артиллериста, служившего в Пушечном приказе, у которого хотел учиться. Ив дальнейшем отсюда доставляли Петру I для учебных занятий пушечные припасы, «потешные огни» для фейерверков. «Пушечные кузнецы» работали не только на «дворе», но и в так называемых застенках в Спасском, Никольском монастырях, в мастерских при складах, а также в походах. В 1698 г. на Пушечном дворе была открыта первая артиллерийская школа. В 1648 г. на реке Яузе был построен филиал Пушечного двора – «Ствольная мельница», которая предназначалась для «ковки водою» пушечных мушкетных и карабинных стволов, железных досок, проволоки – «тянутого» и белого железа. Необходимо отметить, что технология изготовления артиллерийских орудий была очень сложной и ответственной. Вначале отковывали из крицы доски (рис. 1.0.5) – металлические листы толщиной до 10 мм (для пушек), шириной 1900 мм и длиной 1400 мм; затем подготавливали кромки для продольной и поперечной (торцовой) сварки; гнули доски в трубку на желобчатой наковальне или подкладке и сваривали на оправке продольный шов ствола внахлест. После этого осуществлялась торцовая сварка на оправке двух средних звеньев ствола и торцовая приварка к средним звеньям ствола крайних частей ствола, прилегающих к казеннику и к дульной трубке. Требования к качеству ковки стволов оговаривались специальным указом царя Михаила Федоровича от 1628 г.: «Пищали были бы для стрельбы казнисты и чтоб расседеин и задорин в тех пищалях не было и были б прямы, чтоб к стрельбе были цельны». К началу XVIII в. Пушечный двор был крупным металлургическим центром России, на котором работало около 500 человек. Однако развитие металлургических и оружейных заводов в Новгороде, Пскове, Устюжне-Железнопольской, Вологде, Туле и на Урале постепенно снижает значение Пушечного двора, и в конце XVIII в. он уже превращается в арсенал, а в 1802 г. его упраздняют: «16 апреля было повелено все хранившееся в нем вооружение сдать в Арсенал, строения разобрать и материалы использовать на постройку Каменного Яузского моста».
Рис. 1.0.5. Технология изготовления кованой пушки.
С XVII в. в Москве и других крупных городах страны начинается широкое строительство дворцово-парковых ансамблей, и многие кузнечные мастерские переключаются на изготовление больших и малых оград, оконных решеток, козырьков и наверший. Неповторимость старых московских улиц объясняется наличием большого количества ажурных кованых оград, балконных решеток и легких кружевных козырьков подъездов XVII–XIX вв. Знаменитые мастера классицизма, зодчие Москвы В. Баженов, О. Бове, М. Казаков, Д. Жилярди, И.Витали, представители модерна А. Эриксон, В. Валькотт, Ф. Шехтель, а также архитекторы советской школы А. Щусев, Д. Чечулин, В. Щуко широко использовали кованый металл при создании дворцов, особняков, домов и парков. Наиболее интересны по рисунку кованого металла выполненные в стиле московское барокко ограды второй половины XVIII в. (рис. 1.0.6). Мощные каменные столбы контрастируют с «легким и игривым» кованым узором (фото 1.0.2). Ярославские кузнецы, используя растительные мотивы, отковали ворота и ограду двора бывших палат боярина Волкова (фото 1.0.3), что в Большом Харитоньевском переулке, дом 21, но здесь рисунок уже полностью симметричен и составлен из сердцевидных изгибов стеблей – «червонок» (излюбленный мотив русского декоративного искусства XVIII–XIX вв.). Места переплетения закрываются красивыми штампованными розетками.
Рис. 1.0.6. Ограды храмов, выполненные в стиле московское барокко. XVIII в.
С XIX в. художники и архитекторы при проектировании оград начинают широко использовать промышленный сортовой прокат, в результате чего общий рисунок оград становится более строгим, преобладают прямые линии, навершия оформляются в виде шаров или пик. К этому периоду относятся выполненные в стиле московского классицизма ограды здания Московского Английского клуба (ныне Государственный центральный музей современной истории России) и старого здания Библиотеки им. В. И. Ленина (дом Пашкова). Изумительно смотрятся ажурные кованые решетки на фоне бывших дворцовых построек подмосковных усадеб Кусково, Кузьминки, Архангельское. Владея многочисленными кузнечно-слесарными мастерскими в городе Павлово-на-Оке, граф Шереметев трудом крепостных кузнецов украсил свою вотчину в Кускове шедеврами искусства. Оконная решетка грота (зодчий Ф. Аргунов) напоминает по рисунку растительность подводного царства (фото 1.0.4). Интересно отметить, что кузнецом в Кускове работал Иван Горбун – отец знаменитой актрисы Прасковьи Ивановны Ковалевой-Жемчуговой.
В Москве наибольшее число оград и решеток конца XIX – начала XX в. выполнено в стиле модерн. Асимметричные извивы кованых стеблей создают какой-то текучий орнамент из сливающихся, переплетающихся и перепутывающихся диковинных растений. Рисунок с решеток зачастую переходит на стену дома уже в камне или гипсе, разливается по всему фасаду и заканчивается мощными волнами на карнизе или в рисунке парапета крыши. В этом стиле выполнены решетки особняка в Кропоткинском переулке и гостиницы «Метрополь» (рис. 1.0.7 а, б) и козырек гостиницы «Националь» (фото 1.0.5), большое число домов по улице Тверской-Ямской.
Рис. 1.0.7. Московские ограды в стиле модерн: а – особняк в Кропоткинском пер.; б – гостиница «Метрополь».
К этому классу относятся и балконная решетка дома 20 по улице Пречистенке (фото 1.0.6), и уникальная ограда особняка на Тверском бульваре, дом 25 (фото 1.0.7), ограды и балконные решетки Дома-музея М. Горького на Спиридоновке (фото 1.0.8). Подлинной кузнечной «симфонией» можно назвать кованый зонт над входом в бывшую аптеку № 1 на улице Никольской (фото 1.0.9). Зонт собран из сложных кузнечных изделий: сверху, словно свечки, выстроились витые шишечки с листочками и завитками, боковая и лицевая стенки зонта состоят из ромбовидной сетки с перехватами в узлах и гирляндой по нижнему краю. По углам свешиваются стилизованные бутончики, а по кронштейнам затейливо извиваются акантовые листья со спиралями. В подъезде этого дома установлены уникальные светильники в виде деревьев (фото 1.0.10).
Зонтик, раскрывшийся над входом в здание Российского гуманитарного университета на Никольской улице, выполнен в псевдоготическом стиле. Рисунок кованых элементов как бы вычерчен при помощи циркуля и линейки: прорезные трилистники, четырехлопастные розетки, стрельчатые арки. Железное кружево зонта как бы сливается с каменной резьбой пилястров здания и, «захватывая» стрельчатые окна, возносится к парапету крыши и навершиям.
Выйдя на Красную площадь и подойдя к Лобному месту, можно увидеть кованую калитку с ажурным рисунком в стиле ренессанса. Центральная часть звена решетки заполнена спиралью с фантастическим животным, ноги и хвост которого свиваются с основой решетки.
Московские кузнецы были первыми мастерами, начавшими изготовлять часы. Из древней русской летописи мы узнаем о строительстве первых в Московской Руси башенных часов: «…а наречется сей часник часомерье», и далее: «В лето 6912 (1404 г.)… князь Василий замыслил часник и поставил его на своем дворе». Смастерил часы ученый сербский монах Лазарь с мыса Афона, и были они установлены на одной из башен белокаменного Кремля. Башенные часы с боем и колокольной музыкой получили особенно широкое распространение в XVI и XVII вв. (рис. 1.0.8). Они ставились в больших монастырях, в городах. В конце XVI в. в Московском Кремле были установлены часы на трех башнях: Спасской, Тайницкой и Троицкой, а в начале XVII в. – на Никольской. В первой половине XVII в. в Москве под руководством английского механика Галовея велись работы по устройству новых больших часов на Спасской башне Кремля. Эти часы с движущимся циферблатом и со сложным устройством для колокольной музыки (куранты) получили большую известность. Чуть позднее мастер Оружейной палаты Петр Высоцкий установил башенные часы и в Коломенском над новыми каменными воротами. Эти часы имели сложный механизм для перемещения циферблата и молотковый привод на восемь «перечастных» колоколов.
Рис. 1.0.8. Первая московская часозвонница.
Следует отметить, что при создании часовых механизмов требовалась высокая точность в изготовлении большого количества сложных деталей и подгонке их друг к другу. Все детали механизма часов делали квалифицированные кузнецы. Вначале отковывали различные по размерам колеса и шестерни, валы и оси, из толстых кованых полос собирали раму. После этого отковывали большое число звеньев цепей, и начиналась кропотливая работа по сборке и отладке часов. Работы усложнялись тем, что размеры некоторых деталей доходили до 5 м и более, а масса их достигала десятков и сотен килограммов. И на таких колесах и шестернях необходимо было отковать строго определенное число зубьев с высокой точностью «по шагу». Таким образом, техника часового дела уже с XV в. потребовала теоретических знаний в области математики и астрономии, без которых нельзя было ни строить часы, ни регулировать их ход.
В конце XVIII – начале XIX вв. для Москвы был характерен не только рост крупных «металлических» предприятий, требовавших большого количества железа, чугуна, стали для производства различных изделий и конструкций, проволоки, гвоздей, рельс и т. д., но и рост числа кузниц. Городские кузницы делились на общественные и домовые. Общественные должны были пристраиваться одна к другой, образуя Кузнечный ряд. Домовые кузницы обычно размещались на отдельных участках и были деревянными, каменными или комбинированными, одноэтажными или двухэтажными. На первом этаже размещались сами кузницы, на втором – жилые помещения.
Общественные кузницы в Кузнечном ряду имели значительно меньшее помещение, и работы велись в основном «в одну руку», т. е. без помощников-молотобойцев. Эти кузницы специализировались на определенных работах: в одних изготовляли замки, в других – подковы, гвозди, различные болты и скобы, в третьих – кровати, ограды и другие крупные изделия. Однако со временем мелкое кузнечное производство начинает вытесняться специализированными заводами и фабриками. В 1863 г. машиностроительные, гвоздильные и проволочные заводы получают право на беспошлинный ввоз железа из-за границы. Начинается рост крупных промышленных предприятий, и к началу XX в. Москва становится крупным промышленным центром России с развитым капиталистическим производством.
Глава 1
О металле, инструменте и оборудовании
При ковке изделий кузнецам приходится иметь дело со сталями различных марок, цветными металлами и сплавами, которые различаются по физическим, механическим и технологическим свойствам (более подробно познакомиться со свойствами металлов и сплавов можно в Приложениях А и Б). При нагреве одни заготовки нагреваются быстрее, а другие медленнее. Кроме того, для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок из разных материалов требуется сжечь разное количество топлива. Это связано с теплопроводностью металла, которая характеризуется скоростью нагрева заготовки по сечению. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше опасность появления трещин в заготовке при нагреве.
К технологическим свойствам металла относят ковкость, усадку, свариваемость и закаливаемость.
Ковкость характеризует способность металла деформироваться под действием удара, а усадка – уменьшение размеров заготовки в процессе охлаждения. Стальные заготовки при охлаждении с ковочной до нормальной температуры уменьшаются в размерах на 1,2–1,3 %. Например, поковка длиной 500 мм после охлаждения до цеховой температуры будет иметь длину 495 мм. Если усадку металла не учесть, то получится брак поковки по размерам.
Под свариваемостью понимают способность металлов в нагретом состоянии под действием удара образовывать сварные соединения. Лучше всего свариваются стали с малым содержанием углерода и вредных примесей и плохо – легированные стали, алюминий и его сплавы.
Закаливаемость характеризует способность металлов приобретать в результате закалки высокую твердость. Хорошо закаливаются стали с содержанием углерода 0,4–0,7 %.
Наиболее широко в кузнечных работах используется сталь – сплав железа с углеродом.
Кроме углерода в сталях содержатся кремний, марганец, сера, фосфор и некоторые другие элементы. Причем сера и фосфор – вредные примеси: при содержании серы более 0,045 % сталь становится красноломкой, т. е. при нагреве до красного каления заготовка разрушается под ударами молота, а при содержании фосфора более 0,05 % сталь становится хрупкой в холодном состоянии.
В зависимости от количества углерода стали разделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 % углерода), среднеуглеродистые (0,25–0,6 %) и высокоуглеродистые (0,6–2 %). Повышение содержания углерода увеличивает твердость и закаливаемость стали, но снижает теплопроводность и ковкость.