МЕТАЛЛ В ИССКУСТВЕ.
План.
1.Металл – материал с уникальнымисвойствами.
2. История открытия металлов ипоявления понятия «металл».
3.Способы изготовления изделий изметаллов, их история и связь с искусством:
А. Ковка.
Б. Литье.
В.Чеканка.
4. Списокиспользованной литературы
1. Металл – вещество суникальными свойствами.
На протяжении длительного времени,несмотря на обилие альтернатив, металл остается одним из наиболее широкоупотребляемых материалов во всех сферах деятельности человека. Металлиспользуют как в быту (посуда, инструмент и пр.) так и в производствевысокотехнологичных изделий (от автомобиля до космического оборудования).
Почему же человечество с древнихвремен остается верным металлу? Ответ прост: металлы обладают уникальнымисвойствами, делающими возможным их применение в любой сфере производства и быта.
Основные свойства и разновидности металлов:
Металлывесьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений внедрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений идаже в атмосфере.
По своим свойствам металлырезко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлов и неметалловопределил М. В. Ломоносов. «Металлы, — писал он, — тела твердые, ковкиеблестящие».
Причисляятот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у негоопределенного комплекса свойств:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Все металлы и сплавы, применяемыев настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первойиз них относят черные металлы — железо и все его сплавы, в которых оносоставляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. В техникечасто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали,содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан и другиеметаллы. Иногда в легированные стали входят 5-6 различных металлов. Методомлегирования получают различные ценные стали, обладающие в одних случаяхповышенной прочностью, в других — высокой сопротивляемостью к истиранию, втретьих — коррозионной устойчивостью, т.е. способностью не разрушаться поддействием внешней среды.
Ко второй группе относят цветныеметаллы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различнуюокраску. Например, медь светло-красная, никель, олово, серебро — белые, свинец- голубовато-белый, золото -желтое. Из сплавов в практике нашли большоеприменение: бронза — сплав меди с оловом и другими металлами, латунь — сплавмеди с цинком, баббит — сплав олова с сурьмой и медью и др.
Это деление на черные и цветныеметаллы условно.
Наряду с черными и цветнымиметаллами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину,рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически неокисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются придействии на них растворов кислот и щелочей.
Физические свойстваметаллов:
С внешней стороны металлы, какизвестно, характеризуются, прежде всего, особым «металлическим» блеском,который обусловливается их способностью сильно отражать лучи света. Однако этотблеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образуетсплошную компактную массу. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, дажебудучи превращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный илитемно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью,причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том жепорядке: лучшие проводники — серебро и медь, худшие — свинец и ртуть. Сповышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры,наоборот, увеличивается.
Очень важным свойством металловявляется их сравнительно легкая механическая деформируемость.Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются влисты и т.п.
Характерные физические свойстваметаллов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласносовременным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженныхионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Веськристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которойзаняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны.Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокругядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определеннымиионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинаютперемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрический ток.
Наличием свободных электроновобусловливается и высокая теплопроводность металлов. Находясь в непрерывномдвижении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с нимиэнергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металлавследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них — следующими т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металлапринимает одинаковую температуру.
По плотности металлы условно подразделяются на две большиегруппы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см3, итяжелые металлы — все остальные.
Химические свойстваметаллов:
Основным химическим свойством металлов является способностьих атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительнозаряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионывсегда заряжены положительно.
Легкоотдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлыявляются энергичными восстановителями.
Способностьк отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковойстепени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, темэнергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.
2.История открытия металлов и появления понятия «металл».
Термин«металл» произошел от греческого слова métallion (от metalléüõ –выкапываю, добываю из земли), которое означало первоначально копи, рудники (вэтом смысле оно встречается у Геродота, 5 век до нашей эры). То, что добывалосьв рудниках, Платон называл mettaléia. В древности и в средние века считалось, чтосуществует только семь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо,ртуть. По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах подвлиянием лучей планет и постепенно, крайне медленно совершенствовались,превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы – веществасложные, состоящие из «начала металличности» (ртути) и «начала горючести»(серы). В начале 18 века получила распространение гипотеза, согласно которойметаллы состоят из земли и «начала горючести» — флогистона. М.В. Ломоносовнасчитывал шесть металлов (Au,Ag, Cu, Sn, Fe, Pb) и определял металл как«светлое тело, которое ковать можно». В конце 18 века А.Л. Лавуазье опроверггипотезу флогистона и показал, что металлы – простые вещества. В 1789 годуЛавуазье в руководстве по химии дал список простых веществ, в который включилвсе известные тогда семнадцать металлов (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn,Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn).По мере развития методов химического исследования число известных металловвозрастало. В первой половине 19 века были открыты спутники Pt, получены путем электролиза некоторыещелочные и щелочноземельные металлы, положено начало разделению редкоземельныхметаллов, открыты неизвестные металлы при химическом анализе минералов. В1860-1863 годах методом спектрального анализа были открыты Cs, Rb, Tl, In. Блестяще подтвердилось существованиеметаллов, предсказанных Д.И. Менделеевым на основе его периодического закона.Открытие радиоактивности в конце 19 века повлекло за собой поиски природныхрадиоактивных металлов, увенчавшиеся полным успехом. Наконец, методом ядерныхпревращений начиная с середины 20 века были искусственно получены радиоактивныеметаллы, в частности трансурановые элементы.
Вконце 19 – начале 20 веков получила физико-химическую основу металлургия –наука о производстве металлов из природного сырья. Тогда же началосьисследование свойств металлов и их сплавов в зависимости от состава и строения.
Полиметаллическаяруда
3.Способы изготовления изделий из металлов, их история и связь с искусством
А. Ковка
Ковка – один изспособов обработки металлов под давлением, при котором инструмент оказываетмногократное прерывистое воздействие на заготовку, в результате чего она,деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры.
С древности ковка (меди, самородного железа) служила однимиз основных способов обработки металла (холодная, а затем горячая ковка вИране, Месопотамии, Египте в 4-3 тыс. годах да нашей эры; холодная ковка уиндейцев Северной и Южной Америки до 16 века нашей эры). Древние металлургиЕвропы, Азии и Африки ковали сыродутное железо, медь, серебро и золото; кузнецыпользовались особым почетом у народов древности, а их искусство окружалосьлегендами. В средние века, в том числе и в России, кузнечное дело достигловысокого уровня: вручную отковывались холодное и огнестрельное оружие,инструменты, детали сельскохозяйственных орудий, дверей и сундуков, решетки,светильники, замки, часы и другие изделия всевозможных форм и размеров, часто стончайшими деталями; кованые изделия украшались насечкой, просечным илирельефным узором, расплющенными в тончайший слой листами сусального золота ибронзовой потали. Традиции средневекового ремесла сохранились в народномискусстве до 19 века (светцы, крюки, и и т.д.). В15-19 веках выполнены многие замечательные кованые фонари, ограды, решетки,ворота (Версаль, Петербург, Царское Село). Многие города специализировались вразличных отраслях кузнечного ремесла: Герат, Мосулславились утварью, Дамаск, Милан, Аугсбург, Астрахань, Тула – оружием, Нотиннгем, Золинген, Павлово на Оке – ножами и инструментами, Нюрнберг, Холмогоры– замками и т.д. В 19 веке ручная ковка была вытеснена штамповкой и литьем,интерес к ней возродился в 20 веке.
Московская ковка XIXвек «Шапка ерихонская»,1621 г, Россия
Кованыйдекор Весминстерского
аббатства, Лондон
Скифия. Меч
с украшенными
ножнами.
Середина IV в. до н.э
Основы теории ковки были разработаны в России: П.П. Аносов в1831 впервые применил микроскоп для изучения структуры металлов; Д.К. Чернов в1868 научно обосновал режимы ковки; Большой вклад в теорию ковки сделалисоветские ученые Н.С.Курнаков, К.Ф. Грачев, С.И.Губкин, К.Ф. Неймайер и др.
Ковку, как правило, производят при нагреве металла доковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивлениядеформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структурыобрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода. Для сталитемпературный интервал 800 – 1100 градусов Цельсия, для алюминиевых сплавов420-480 градусов Цельсия.
Различают ковку в штампах и без применения штампов –свободную ковку. При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенкамирабочей полости штампа и при деформации приобретает форму, соответствующую этойполости. При свободной ковке металл не ограничен совсем или ограничен с однойстороны. При ручной ковке кувалдой или молотом воздействуют непосредственно наметалл или на инструмент. Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании– молотах с массой падающих частей от 1 до 5000 кг или гидравлических прессах,развивающих усилия 2-200 Мн., а также на ковочных машинах. Изготовляют поковкимассой 100 тонн и более. Для манипулирования с тяжелыми заготовками при ковкеиспользуют подъемные краны грузоподъемностью до 350 тонн, кантователии специальные манипуляторы. Свободную ковку применяют также для улучшениякачества и структуры металла. При проковке металл упрочняестся,завариваются несплошности и размельчаются крупныекристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретаетволокнистое строение.
При ковке используют набор кузнечного инструмента, с помощьюкоторого заготовкам придают требуемую форму и размеры. Основные операции ковки:осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка и др.
Ковка является одним из экономичных способов получениязаготовок деталей.
Б. Литье.
Литье – технологическийпроцесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении форм расплавленнымматериалом и дальнейшей обработке полученных изделий.
Немного о литье:
Семь наиболее известных шедевров древних культурназваны чудесами света. Два из них являются отливками. Это Колосс Родосскийработы Хареса из Линдоса(бронза, 292—280 гг. до н. э.) (рис. 1) и статуя Зевса Олимпийского в храмеЗевса в Олимпии работы Фидия (золото, 430 г. до н. э.). По некоторым данным ониполучены хрисоэлефантийским способом.
Труд литейщика, изготавливающего уникальную отливку,по своему характеру творческий. В большей степени это относится к отливкам,отличающимся какими-либо особыми свойствами, размерами или виртуозностьютехники их литья. Таким отливкам присваивается титул «царь».
Знаменитый Царь-колокол Московского Кремля,крупнейший из колоколов когда-либо существовавших в мире, отлит в 1733 — 1735гг. из бронзы и весит 200 т. Самая большая пушка в мире — Царь-пушка, отлита в1586 г., весит 40 т, ее калибр 890 мм.
Геродот в главе 81 четвертой книги писал, чтоодин из царей Скифии решил определить, сколько скифовживет на свете, и приказал каждому из них принести по одному бронзовомунаконечнику стрелы. Из этих стрел был отлит огромный котел. Диаметр скифского парытотла составлял 2,5 м, а высота — около 3 м, массапревышала 10 т. Котел был украшен характерным орнаментом, литыми фигуркамиживотных.
Древнейшей отливкой, удостоенной титула«царь», по мнению А. М. Петриченко, является 100-тонный чугунныйцарь-лев, отлитый в 954 г., его высота 5,5 м, длина более 5 м (Китай). Междуног этой фигуры свободно проезжает лошадь с телегой. Отливка пустотелая,покоится на плите, в настоящее время глубоко осела в грунт.
В XIV в. в Японии был отлит царь-чайник из 3частей: крышки, ручки и самого сосуда массой 16 т. А еще в 749 г. была отлитастатуя Будды массой 250 т (вместе с цоколем 380 т), длина ладони — 3 м. В 1987г. на озере Тадзаво к северу от Токио установленасамая высокая статуя богини милосердия Канной высотой 133 м.
Самой крупной царь — отливкой является литойшабот молота массой более 650 т, изготовленный в 1875 г. в Перми. Дляустановления литой формы потребовался кессон глубиной 40 м. Вокруг было размещено20 крупных вагранок. Заливка длилась 3 ч, остывание металла — более 4 месяцев.
Первыми металлами, с которыми имел дело человек,были самородные медь и золото. Этому способствовало то, что они легкодобывались в виде самородков и россыпей, имели невысокую, чуть больше 1000°С,температуру плавления и принимали необходимую форму с использованием методахолодной деформации и литья. Первыми отливками были художественные изделия иззолота в виде различных украшений и предметов религиозного культа. Таким образом,можно предположить, что литейное производство началось с художественного литья.
У разных народов зарождение художественного литьяприходилось на разные времена. У многих оно было самобытным, другие же опытзаимствовали. Мнения историков и археологов о начале производства литых изделийрасходятся. А. М. Петриченко считает, что впервые фасонное литье появилось в IV— III тысячелетиях до н. э. одновременно в Египте, Двуречье,Индии, Южной Туркмении, Закавказье, Молдавии, Юго-Западной Украине, СреднейАзии и других местах. В источниках указывается на данные археологическихисследований, из которых следует, что в Египте производить художественныеотливки из золота начали за 12 тысяч лет до н. э. Изделия из золота,относящиеся к IV тысячелетию до н. э., найдены в Южной Месопотамии, в долинеНила, в Малой и Средней Азии. На Алтае золото начали добывать и перерабатыватьза 4,5 тысячи лет до н. э. На Кавказе золотые изделия изготавливались за 3тысячи лет до н. э.
О высоком мастерстве ихудожественном вкусе мастеров Шумера свидетельствует литая голова быка иззолота с инкрустацией, изготовленная в VI в. до н. э. Египтяне начали отливатьмедные изделия раньше других народов.
Историки полагают, что колоссальные масштабыстроительства из камня пирамид стали возможны лишь благодаря широкомуприменению медных орудий и инструментов. На росписи гробницы в Фивах XVI — Vвв. до н. э. изображены простые приемы работы древних литейщиков (рис. 2). В товремя египетские литейщики уже умели получать сложные полые отливки с использованиемлитейных стержней или восковых выплавляемых моделей. Так что правомерно считатьАфрику той частью света, где впервые зародилось литейное ремесло, в том числеремесленное производство художественного литья.
Серебро в отличие от золота редко встречается ввиде самородков, поэтому использовать его стали позднее, чем золото. Самаяранняя разработка руд и добыча серебра в крупных масштабах началась в IV в. дон. э. в восточной части Азии, позднее в Армении и Греции.
С середины III в. до н. э. в Месопотамии, а со IIв. до н. э. в Египте вслед за примитивной техникой литья в открытые формыпоявилось литье бронзы в разъемные закрытые формы из глины, в которыхотливались мелкие части цепочек, браслетов и др. Эти отливки затем скреплялисьоловом и чеканились.
В Греции в V — IV вв. до н. э. для отливки крупныхбронзовых статуй применялось литье «по потерянному воску». При этомспособе, который до наших дней является основным для бронзовой монументальной икабинетной скульптуры, окончательная отделка фигур осуществляется понанесенному на них воску.
Особого расцвета литье достигло в эпохуВозрождения (XIV — XVI вв.) во многих странах Европы, в том числе и в России.Введенная Бенвенуто Челлини(1500 — 1571) для литья крупных скульптур технология кусковой формовки позволялаполучать по несколько точных отливок с одной модели (метод «потерянноговоска» — только одну отливку), с которых однако требовалось удалятьчеканкой следы от стыков отдельных кусков формы.Совторой трети XIX в. наступает упадок производства художественной бронзы. Радиудешевления бытовых изделий начинают применять низкосортные медные сплавы,гальванические покрытия драгоценными металлами, механические способы обработки(штамповка, накатка и др.).
Новое художественное осмысление бронза получает впоследнее десятилетие XIX в. и в начале XX в. в творчестве импрессионистов (О.Роден, П. П. Трубецкой, А. С. Голубкина и др.).
В странах Европы отливки из чугуна началиизготавливать примерно в XIV в. с появлением доменных печей. В Китае чугунизвестен с VI в. до н. э. В 954 г. была отлита фигура льва массой около 100 т.В те времена в Китае существовали лишь небольшие одноформенныевагранки для плавки чугуна. Они и были использованы при выплавке металла дляэтой гигантской фигуры. От каждой печи по небольшому каналу выпускался металл,к нему по мере приближения к форме присоединялись ручейки от печей,расположенных по пути к форме. На старинном китайском рисунке (рис. 3)показано, как происходила заливка подобных форм. О том, что именно такимспособом отливали льва, свидетельствует устройство чаши в форме, которая так иосталась на отливке. Возможно, чугун в нее наливали из ручных ковшей, приносяих из печей, установленных дальше зоны чугунных ручейков.
Значительное развитие чугунное литье получило вГермании, Франции и России (на Каслинском, Каменском,Верх-Исетском, Ушвинскомзаводах).
В настоящее время дляхудожественных отливок используются практически все широко применяемые сплавы —благородные металлы и сплавы, сплавы на основе железа, меди, алюминия, цинка,легкоплавкие сплавы, при этом применяются разнообразные способы изготовленияформ, начиная от одноразовых песчано-глинистых и кончая многократноиспользуемыми металлическими формами
Первая четверть XV в. Москва. Принадлежала Икона«Господь Вседержитель».
игумену Никону. Серебро, литье, гравировка Медный сплав, литье. XIX в.
золочение. 13.3x9.5 см.
В. Чеканка
Чеканка – 1)получение рельефных изображений на листовом металле; выполняется ударами особыммолотком по чеканам. Такая чеканка, являющаяся одним из древнейших видовхудожеств, обработки металла, ведется по поверхности металлического листа,положенного на эластичную подложку из особой смолы, в основном по лицевойстороне. 2) получение рельефных изображений на поверхности монет, медалей ит.п. Производится сильными ударами от руки или на прессе стальными штемпелями –на которых сделаны углубленные изображения и надписи.
Чаша. Грузия, чеканка. Начало XIXвека
Щит
Мастерская Йорга Зигмана. Германия,Аугсбург. Середина 16 в.
Медь; золочение, рельефная чеканка.Эрмитаж.