Metalurgia epoki brązu

Metalurgia epoki brązu - technika i technologia wytopu metali kolorowych oraz ich stopów. Epoka brązu to okres trwający na Bliskim Wschodzie od ok. 3 500-1 200 lat p.Chr., a na ziemiach dzisiejszej Polski od ok. 2 200-700 lat p.Chr..

Mapa świata ok. 2000 p. Chrystusem, kolorem czerwonym zaznaczono obszar występowania kultur epoki brązu. Źródło Domena publiczna

Periodyzacja epoki brązu wg Reineckego:

faza B2(A2), B2(B) 2300/2200–1700 p.Chr.
faza B2(C1), B2(C2) 1700–1300 p.Chr.
faza B2(D), H(A1) 1300–1100 p.Chr.
faza H(A2), H(B1) 1100–900 p.Chr.
faza H(B2) 900–700 p.Chr.

Warto pamiętać o podziale prehistorii na epoki archeologiczne (po ukośniku dla ziem dzisiejszej Polski)

Epoka kamienia (~ 3,3 mln lat – 3 500/2000 p.Chr.)
1. Paleolit (~ 3,3 mln lat – 11 000 p.Chr.) / (ok. 500 000 – 8 000 p.Chr)
2. Mezolit (~10 000 – 5 000 p. Chr.) / (ok. 8 000 – 4 800 p.Chr.)
3. Neolit (~ 9 000 – 3 500 p.Chr.) / (ok. 5 200 – 2 300 p.Chr.)
Epoka brązu (~ 3 500 – 1 200 p.Chr.) / (ok. 2 300 – 700 p.Chr.)
Epoka żelaza (~ 1 200/700 p.Chr. do starożytności/średniowiecza)

Metalurgia metali nieżelaznych - do metali nieżelaznych zaliczane są wszystkie metale za wyjątkiem żelaza i tzw.półmetali (np. arsen, astat, bor, german, krzem, selen, tellur, polon). Metale te dzielą się na dwie grupy: ciężkie (o gęstości > 5 g/cm³) oraz lekkie (o gęstości < 5 g/cm³). Metale nieżelazne ciężkie dzielimy na trzy podstawowe podgrupy: wysokotopliwe (np. wanad, chrom, mangan, kobalt, nikiel, miedź, cyrkon, niob, molibden, wolfram), pośrednie pod względem temperatury topnienia (np. antymon) oraz niskotopliwe (np. cynk, kadm, cyna, rtęć, ołów, bizmut). Przykłady metali nieżelaznych lekkich to aluminium, magnez oraz tytan.

Pierwszym metalem w ogóle, z którym się zetknęli ludzie na ziemi było żelazo pochodzenia meteorytowego. Pierwszym metalem nieżelaznym, z którym się zetknęła ludzkość było złoto, znajdowane w stanie naturalnym w postaci łatwo dostrzegalnych blaszek, ziaren, bryłek, itp..

Średnie, przybliżone daty wprowadzenia różnych metali oraz ich form obróbki:

~ 7 000 p.Chr. – przetapianie samorodków złota, odlewanie, kucie
~ 7 000 p.Chr. – przetapianie samorodków miedzi, odlewanie, kucie
~ 6 000 p.Chr. – wytapianie ołowiu z rudy, odlewanie
~ 5 000 p.Chr. – wytapianie miedzi z rudy, odlewanie, kucie
~ 4 000 p.Chr. – wytapianie miedzi stopowej z rud mieszanych, zawierających As, Pb, odlewanie, kucie
~ 3 000 p.Chr. – wytapianie cyny z rudy, odlewanie
~ 2 500 p.Chr. – otrzymywanie brązu przez stapianie miedzi z cyną, odlewanie, kucie
~ 1 000 p.Chr. – otrzymywanie mosiądzu przez stapianie miedzi z rudą cynku.

Bardzo rzadko podczas kruszenia skał ludzie starożytni spotykali się również z naturalnym srebrem oraz miedzią. Natomiast pierwszymi metalami, które wytopiono z rud były: miedź, srebro, cyna oraz ołów. Metale nieżelazne z wytopu, ludzie poznali w mniej więcej w tym samym czasie, około 4 000 roku p.Chr., na terenie Bliskiego Wschodu.

Miedź zaczęto wytapiać z rud już w końcowym neolicie, około 4 000 lat p.Chr.. Metal ten ze względu na stosunkowo niską temperaturę topnienia około 1084 °C był łatwiejszy do obróbki niż żelazo, którego temperatura topnienia wynosi 1537 °C. Wytop prowadzono w prymitywnych piecach, początkowo korzystając wyłącznie z rud tlenkowych. Jednakże ze względu na ich ograniczoną ilość, w 2 tysiącleciu p. Chr., zwrócono uwagę na bardziej rozpowszechnione rudy siarczkowe. Rudy te najpierw prażono w stosach (przy dostępie powietrza) przez co siarczki zamieniały się w tlenki. Następnie korzystając z węgla drzewnego redukowano tlenki i otrzymywano miedź.

Pierwszy znany przypadek użycia brązu, miał miejsce w starożytnym Sumerze około 3500 roku p.Chr.. Był to początek tak zwanej epoki brązu. Brąz to stop miedzi z cyną w stosunku 9:1, z czasem zamiast cyny do produkcji stopu stosowano ołów lub antymon (na terenie dzisiejszych Węgier). Brąz antyczny inaczej mosiądz był stopem miedzi z cynkiem. Produkcja stopów przynosiła dwie korzyści: wzmacniała metal w procesie zwanym utwardzaniem roztworowym oraz ułatwiała odlewanie, ponieważ stopy miały niższą temperaturę topnienia. Początkowo brąz był wytapiany niejako przypadkiem, nieświadomie w efekcie stosowania rud zawierających zarówno miedź jak i cynę. Ten stop ze względu na przypadkowość miał bardzo zmienny skład. Dopiero po upływie około półtora tysiąca lat zaczęto wytwarzać brąz w sposób świadomy stapiając miedź i cynę w odpowiednich proporcjach.

Metalurgia epoki brązu

Brązowy złamany grot włóczni. Hallwyl Museum | Jens Mohr | CC BY-SA

Metalurgia epoki brązu

Odkryty zbiór uszkodzonych celtyckich przedmiotów wykonanych z brązu, najprawdopodobniej zgromadzonych przez celtyckich metalurgów do recyklingu (ponownego przetopu). Źródło, autor: Gaius Cornelius, zdjęcie wykonane w Somerset County Museum, Taunton. Domena publiczna

w przygotowaniu