Výrobní dokumentace k replikám antického sportovního náčiní
Použité materiály
Disky, hroty oštěpu a hroty šípů - slitina mědi a cínu, cínový bronz CuSnlO. Slitina CuSnlO má zlatavou barvu, vykazuje přijatelné mechanické vlastnosti, zejména pro namáhanější odlitky jako např. hroty kopí, atd. Pevnost ostří u nástrojů lze zvýšit kováním za studena - „kutím". Slévárenské vlastnosti jsou vynikající.
Haltéry - čisté olovo (Pb).
Použitá technologie tavení kovů
1) Bronz
Pro tavení bronzu (CuSnlO) se používá grafitový tavící kelímek, viz obr. 1. Tavící pec je jednoduché konstrukce, dmýchaná vzduchem. Během tavení se používá koks. Kombinace dmýchání vzduchu a použitého paliva - koksu (viz obr. 3) zajišťuje kvalitní tepelný výkon pece s dostatečnou teplotní rezervou potřebnou pro dosažení tzv. licí teploty, což je v praxi teplota tavení navýšená o určitý teplotní interval, který zajišťuje, že během lití slitina dokáže spolehlivě plnit formu, aniž by ztratila schopnost „zabíhat" atd. Licí teplota cínového bronzu se pohybuje od 1150 °C do 1200 °C, viz. obr. 2.
Před litím je slitina v kelímku promíchána, nečistoty plavající na hladině jsou odstraněny. Před vyjmutím kelímku z pece (viz obr. 4) je provedena desoxidace taveniny.
2) Olovo
Olovo bylo taveno nad plamenem v ocelové tavící nádobě. Po roztavení se tavenina promíchá, důkladně se odeberou oxidické vměstky a nečistoty. Důležité je zbytečně taveninu tepelně nepřetěžovat a po vyčištění hladiny přejít k lití. Není potřeba používat speciální techniku či přípravky.
Popis jednotlivých artefaktů Bronzové disky
Byly vyráběny dva rozměry s rozdílnou hmotností. Oba typy disponují tloušťkou 7 mm. Menší disk o průměru 165 mm a cílovou hmotností 1200 g. Větší disk o průměru 210 mm, cílová hmotnost 2200 g. Viz hotové odlitky na obr. 5 a obr. 6.
Z vosku byly odlity pláty vosku o síle 7 mm. Po narýsování obvodu kružítkem byly z těchto plátů vyřezány kruhy o stanoveném průměru. Ručními nástroji byl uhlazen povrch vosku. Zaoblení hrany po obvodu bylo provedeno ručně speciálním nožem. Po zvážení voskového disku a propočtu hmotnosti výsledného odlitku byl zahájen proces výroby licí formy. Disk byl navtokován na vtokový kůl, hlavní vtok do formy byl umístěn v jejím nejnižším místě. Při lití byla forma plněna odspodu. V nejvyšším místě byl umístěn druhý vtok, kterým unikal do licí soustavy vzduch při plnění formy. Na výrobu licí formy byla použita vysokoteplotní keramika. Po obalení modelu a vyschnutí formy bylo provedeno vytavení vosku tepelným šokem. V nejvyšším místě byl umístěn druhý vtok, kterým během odlévání unikal vzduch při plnění formy.
Licí forma byla před litím vyžíhána v peci na teplotu 830 °C. Zde dochází zejména k odstranění chemicky vázané vody, vyhoření zbytků vosku.
Po odlití byly odlitky ponechány zchladnout na okolní teplotu, cca 2 hodiny. Forma byla mechanicky odstraněna (oklepána). Následně byl disk odřezán od vtokové soustavy. Následovalo zabroušení vtoků. Mechanické očištění povrchu odlitku od okují. Jemné broušení brusivem zrnitosti 280 a 400 s následným přeleštěním.
Menší disky se podařilo zhotovit s odchylkou cca 60 gramů do mínusu. Velké disky vykazují odchylku cca 100-150 gramů do mínusu.
Olověné haltéry
Pro výrobu těchto odlitků byla zvolena metoda lití na volnou hladinu. Pozornost byla primárně věnována obrysu, resp. vnějšímu obvodu.
Materiál je čisté olovo. Jedna haltéra váží cca. 1250-1300 gramů.
Jako licí forma byla použita cihla z vysokoteplotního šamotu. Vnější obvod byl vytvarován z měděného plechu o tloušťce 1 mm a výšce cca 15 mm. Plechová forma byla položena na předehřátou šamotovou cihlu. Na plechovou formu bylo z horní strany položeno několik závaží o hmotnosti cca 1-1,5 kg. Závaží má za úkol utěsnit spáru mezi spodní hranou plechu a cihlou. Tak aby nedošlo k posunutí, či úniku roztaveného olova při nalití do formy. Po roztavení a vyčištění olova (provedení steru oxidických zbytků) bylo provedeno lití na volnou hladinu.
Po vychládnutí a vyjmutí odlitku byly sraženy ostrým dlátem hrany, začištěn viditelný spoj konců plechové formy včetně očištění povrchu odlitku. Odlitky viz obr. 5 a obr. 6.
Bronzové hroty oštěpu
Materiál hrotu je slitina CuSnlO.
Základní podmínku pro výrobu hrotů kopí a jiných nástrojů s kónickou dutinou v odlitku (dláta, sekery s tulejí, hroty šípů etc) je zvládnutí technologie výroby keramických licích jader. Bez těchto jader nelze vyrobit tak dlouhou dutinu a vesměs tenkostenný odlitek. Tato technologie byla zvládnutá k dokonalosti již v době bronzové.
Hotové keramické jádro ze směsi jílu a zejména dřevěných pilin viz obr. 7. Problematika jader je velmi komplexní a směs je potřeba odladit, tak aby byla po výpalu jádra přijatelně porézní a po odlití vlastního bronzového odlitku šlo dobře odstranit z jeho dutiny. V případě absence organických zbytků (či podobného materiálu), nebo při dosažení teploty slinutí materiálu nastávají po odlití problémy s extrakcí jádra ven.
Pro výrobu licí formy hrotu bude použit materiál na bázi keramiky. Do formy se vloží hotové keramické jádro. Po kontrole fixace a správné polohy ve formě bude i s formou předehřáto. Předehřátí formy zajistí absenci chemicky vázané vody (která by jinak po nalití taveniny s teplotou cca 1200 °C reagovala vznikem bublin a pěněním či prskáním) a zlepší zabíhavost slitiny ve formě (tl. stěn odlitku cca 1,5-2 mm).
Po odlití se odstraní oklepáním forma. Oddělí se nálitky a licí nálevka. Po zabroušení se odlitek očistí. Jemně přebrousí (zrnitost cca 320) a přeleští. V případě potřeby se provede nakování kraje ostří na kovadlince kladívkem. Dojde ke „zpevnění" bronzu kováním za studena. Po nabroušení se chová takový bronz podobně jako první typy ocelí či železa - dokáže velmi obstojně držet ostří.
Bronzové hroty šípů
Materiál hrotu je slitina CuSnlO.
Jak bylo uvedeno výše. Technologický postup je skoro stejný. Rozdíl je ve velikosti odlitku a
vlastních keramických jader. Pro hrot šípu má jádro délku cca 20 mm. Materiál jádra i postup
jeho výroby je naprosto identický.
Forma pro odlévání je založena na stejném materiálu.
Hroty šípu se většinou odlévají přímo od špičky hrotu.
Obr. 1: Grafitový kelímek s taveninou cínového bronzu
Obr. 2: Lití bronzu do keramických forem
Obr. 3: Tavící pec na pevné palivo během tavby
Obr.4: Vyjímání tavícího kelímku před umístěním do licího oka