www.timberships.fora.pl

kgerlach

ARMATY BRĄZOWE A ŻELAZNE

Na ten temat dużo już napisano (również i ja poruszałem wiele problemów związanych z materiałami na działa okrętowe w swoich artykułach, także w tych, które nie dotyczyły bezpośrednio artylerii), odnoszę jednak wrażenie, że przyda się nieco uporządkowania, zwłaszcza w zakresie chronologii i terminologii.

W aspekcie chronologicznym przejście, w ciągu XVII w., od dział brązowych do żeliwnych, sugeruje fałszywie, jakoby brąz był pierwotnym materiałem do produkcji dział okrętowych. W kontekście terminologii najwięcej problemów stwarza kompletne pomieszanie pojęć dotyczących żelaza, żeliwa, żelaza pudlarskiego, staliwa, stali, w czym nie pomaga niejednoznaczne i niekonsekwentne nazewnictwo angielskie. Polskie nie jest przy tym lepsze. Także przyjęty dość powszechnie pogląd o zdecydowanej wyższości armat brązowych nad żeliwnymi, tłumaczący ostateczny tryumf tych ostatnich tylko niższą ceną, daleki jest od ścisłości, zaś związek między ogólną budową okrętów, a nawet taktyką walki morskiej i materiałami na działa – bardzo słabo podkreślany.

NIEZBĘDNY WSTĘP MATERIAŁOZNAWCZY
Zajmowanie się historią techniki wymaga przede wszystkim wiedzy technicznej, ponieważ w przeciwnym wypadku łatwo może dojść do ośmieszania się autora. U nas, zwłaszcza na rozmaitych forach internetowych, panuje kult źródeł bez doceniania roli ich krytyki. Jeśli jakiś osioł w przeszłości napisałby, że wynaleziono wtedy armatę, dzięki której żeliwne kule po wystrzeleniu w górę wznosiły się normalnie, ale po osiągnięciu wierzchołka toru lotu opadały ku ziemi niezmiernie powoli, a kilku innych bałwanów by to od niego przepisało, dla niektórych naszych dzielnych entuzjastów zrobiłaby się z tego informacja „źródłowa”. Bez przerwy „odkrywają” rozmaite dokumenty, które przed nimi odkryły już, przeanalizowały, skrytykowały oraz wykazały ich bałamutność dziesiątki ludzi – zamiast jednak przeczytać te analizy, polemiki i dyskusje, po czym dopiero wygłosić własne zdanie, mienią się nowymi głosicielami jedynej prawdy. Deprecjonując dorobek naprawdę poważnych badaczy, którego po prostu nie znają, proponują powrót historii do poziomu z początku XIX w., albo co najwyżej z lat między wojnami światowymi. Stąd się bierze m.in. kult starych spisów z lat 1930., w sporej mierze dawno zdezaktualizowanych, traktowanie Sienkiewicza lub Forestera jako bez mała wyroczni historycznych i temu podobne nonsensy. O ile takie pojmowanie historii politycznej, gospodarczej, społecznej jest głupie, ale niewiele mnie obchodzi, to trudno mi przechodzić obojętnie nad podobnymi wypadami na poletko historii techniki.

Ponieważ na temat historycznej artylerii często wypowiadają się ludzie, dla których wykres żelazo-węgiel jest czymś kompletnie nieznanym, albo nic nie mówiącym, warto zauważyć parę nadzwyczaj istotnych rzeczy, o których nas on informuje.
Przede wszystkim zwraca uwagę na zupełną nieadekwatność współczesnej terminologii do rozwoju hutnictwa żelaza w minionych tysiącleciach. Jeśli np. polska norma głosi, że STAL jest każdym stopem żelaza z węglem zawierającym mniej niż 2% węgla, otrzymanym w stanie ciekłym, to jej ogólne przyjęcie oznaczałoby, że nie znano w ogóle stali w Starożytności i Średniowieczu, nigdy nie istniała słynna stal damasceńska, nigdy nie istniała osiemnastowieczna stal zgrzewna itd.
Po drugie, ilustrując PODSTAWOWY ZWIĄZEK MIĘDZY ZAWARTOŚCIĄ WĘGLA W STOPIE A TEMPERATURĄ POTRZEBNĄ DO JEGO STOPIENIA, pokazuje zupełny bezsens pisania o „odlewaniu ze stali” w odniesieniu do czasów, kiedy żaden istniejący na świecie piec nie mógł wytworzyć potrzebnej do tego temperatury; poza tym uwypukla nieprawidłowość historycznego terminu „żelazo lane” (zupełnie niepotrzebnej kalki z języka angielskiego) na gruncie dzisiejszej nauki.

Rys.1. Wykres żelazo-węgiel w postaci nieco zmodyfikowanej względem znanej z polskiej literatury i z pozostawieniem niektórych nazw angielskich, dla ułatwienia porównań terminologicznych.

Własności stopów żelazo-węgiel zależą nie tylko od procentowej zawartości węgla (chociaż jest ona bardzo ważna), ale także od postaci, w której w której ten węgiel występuje, od charakteru związków żelaza z węglem, od struktury stopu. Niektóre pojęcia z tym związane występują na wykresie, ale przez tysiąclecia hutnicy ich nie znali, nie umieli też sterować procesami w kierunku uzyskania konkretnej struktury, chociaż oczywiście widzieli wyniki w postaci własności otrzymywanego materiału i starali się odpowiednio reagować. Większość zmian była jednak przypadkowa, wynikała z zastosowanego akurat paliwa, rud, osiąganych temperatur itd. Natomiast z wpływu zawartości węgla zdano sobie sprawę niezwykle wcześnie i dlatego na nim się skoncentruję. Omawiane własności będą dotyczyły w zdecydowanej większości produktów dawnego hutnictwa, nie współczesnego, bez względu na to, czy posługuję się czasem teraźniejszym, czy przeszłym.

Z wykresu wynika, że można wyróżnić trzy podstawowe grupy stopów żelaza z węglem:
a) o bardzo niskiej zawartości węgla, niemal czyste żelazo (pomijam na razie wpływ rozmaitych innych poza węglem domieszek, w formie zanieczyszczeń czy dodatków celowych), odznaczające się wielką podatnością na obróbkę plastyczną – pierwotnie wyłącznie kuciem, potem doszło walcowanie – ale zarazem miękkie, mało wytrzymałe, źle hartowne;
b) o pośredniej zawartości węgla, dające się utwardzać, bardziej wytrzymałe i sprężyste, chociaż nadal podatne na obróbkę plastyczną (oczywiście trudniejszą do realizacji);
c) o zawartości węgla powyżej 2%, łatwo topliwe, niezwykle twarde, lecz o znikomej sprężystości, żadnej plastyczności, kruche, nadające się prawie tylko na odlewy.
Jest jasne, że ta trzecia grupa obejmuje żeliwa, zaś druga – stale. Problem polega na pierwszej grupie, która zdaniem naszych normodawców wcale nie istnieje (a przynajmniej nie istniała pod koniec XX w., potem przestałem śledzić twórczość z zakresu norm materiałowych), zaliczając się do stali. Z tego wynikałoby, że czyste żelazo jest żelazem (pierwiastkiem Fe), lecz jeśli ma choćby jedną bilionową część procenta węgla (albo dowolnie mniej, byle więcej niż zero), to już staje się stalą, mimo że nie ma zupełnie jej własności i absolutnie się nie nadaje do tych samych celów.
Angielska definicja stali jest znacznie rozsądniejsza, ponieważ podaje nie tylko górny zakres zawartości węgla (2%), ale i dolny – około 0,08% - oraz podkreśla konieczną podatność na hartowanie.
W takiej sytuacji owa pierwsza grupa, o najmniej zawartości węgla, HISTORYCZNIE NAJWAŻNIEJSZA i przez tysiąclecia nie otrzymywana w stanie ciekłym, powinna mieć nazwę własną, odpowiadającą odrębności od kowalnych, lecz dających się utwardzać stali oraz od twardych, o dużej lejności, ale kruchych żeliw, a zarazem od czystego żelaza – JEDNAK TAKIEJ ODRĘBNEJ NAZWY NIE MA. Anglicy nazywają ten materiał żelazem zgrzewnym, my wobec przyjętego u nas słownictwa powinniśmy mówić raczej o stali zgrzewnej, ale…
Pierwszy człon nazwy „ŻELAZO ZGRZEWNE” ma głębokie uzasadnienie historyczne, ponieważ przez całe wieki odróżniano (przynajmniej w Europie) tylko miękkie i niehartowne ŻELAZO, oraz twardszą (choć nadal kowalną) i dającą się hartować STAL. Użycie dzisiaj każdego z terminów „żelazo zgrzewne” czy „stal zgrzewna” niesie minusy – żaden stop żelaza z węglem nie jest samym żelazem (błąd logiczny), a materiał nie dający się hartować nie jest stalą dla użytkownika; jeśli na dodatek nie otrzymywano go w stanie ciekłym (a tak właśnie było), to nie jest stalą także z punktu widzenia polskiej normy! Do używania nazwy „ŻELAZO” na kowalne, niskowęglowe stopy żelaza z węglem upoważnia nas jednak także niekonsekwencja polskiej terminologii naukowej, która zgodziła się na stosowanie określeń o ogólnej konstrukcji „żelazo X” na rozmaite stopy. Zresztą w praktyce inżynierskiej termin „żelazo techniczne” na stopy żelaza z węglem o zawartości węgla mniejszej niż około 0,05% też jest powszechnie wykorzystywany i usankcjonowany.
Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

BŁYSKAWICZNY PRZEGLĄD STOPÓW ŻELAZO-WĘGLOWYCH UZYSKIWANYCH DO CZASU WYNALEZIENIA DZIAŁ
Pierwsze przedmioty żelazne pochodzą co najmniej sprzed 6 tysięcy lat i nie były w ogóle wyrobami hutniczymi. Odkuwano je w Egipcie i Sumerze z żelaza meteorytowego, zawierającego ponad 10% niklu, niczym dzisiejsze stale kwasoodporne. Wytop żelaza z rud został zapoczątkowany około 1000 lat później, na Bliskim Wschodzie i w Egipcie. Temperatury w najstarszych piecach, dymarkach, były tak niskie, że o uzyskaniu surowca w stanie ciekłym nie mogło być mowy. Na dnie pieca zbierała się bryła gąbczastej masy (lupa, łupa, łupka, wilk), składająca się z popiołu, żużla, żelaza, resztek niezredukowanej rudy. Aby dało się z niej coś wyprodukować, trzeba było tę lupę przez wiele godzin przekuwać i podgrzewać, dzięki czemu poza żelazem wszystko (teoretycznie) ulegało wykruszeniu, a oddzielne ziarna żelaza zagęszczały się i w podwyższonej temperaturze łączyły w jednolitą bryłę – żelaza zgrzewnego. Ponieważ pozbycie się tą metodą WSZYSTKICH domieszek, nawet przy najczystszej rudzie i węglu drzewnym najwyższej jakości, nie było możliwe, otrzymywany półprodukt stanowił – ze współczesnego punktu widzenia - bardzo nisko-węglową (zwykle poniżej 0,1%) stal. Jednak chodziło o materiał miękki, kowalny, źle hartowny. Dla tamtych użytkowników nie był więc żadną stalą, tylko żelazem. Oczywiście o jego stopieniu (np. dla odlania czegokolwiek) nie mogło być mowy – w owych czasach nie istniała w ogóle możliwość uzyskania potrzebnej do tego temperatury bliskiej 1550 stopniom Celsjusza.
Otrzymywana w procesie dymarkowym bryła żelaza zgrzewnego (ang. wrought iron, niem. Schweißeisen) miała początkowo masę około 5 kg, pod koniec epoki starożytnej dochodzącą do około 20 kg, w epoce nowożytnej przeciętnie około 80 kg. Jej miękkość była bardzo na rękę rzemieślnikom wytwarzającym ozdoby (taki użytek znajdowało żelazo w początkach jego wykorzystywania!), ale znacznie mniej zachwycała użytkowników broni czy narzędzi. Dlatego już w pradawnych czasach nauczono się przerabiać żelazo zgrzewne na stal (o wyższej zawartości węgla), która po zahartowaniu zmieniała się w materiał dużo twardszy, bardziej wytrzymały, a zarazem sprężysty.
Stosowano w tym celu (w różnym czasie i w różnych rejonach geograficznych) trzy główne metody:
1) przy wytapianiu z rudy pierwotnej gąbczastej bryły dodawano wielkie ilości węgla drzewnego – dużo większe niż potrzebne do samego wytopienia; w efekcie gąbczasta masa wzbogacała się w węgiel;
2) już otrzymaną bryłę żelaza zgrzewnego ogrzewano przez wiele godzin w wysokiej temperaturze razem z dużą ilością węgla drzewnego (np. zamykając całość w tyglu glinianym); bryła pierwotnie prawie bezwęglowa nasycała się w tych warunkach węglem;
3) brano kawałek niskowęglowego żelaza zgrzewnego oraz kawałek wcześniej wytworzonej stali wysokowęglowej i skuwano je na gorąco; potem całość skręcano i ponownie przekuwano, wielokrotnie powtarzając cały proces i uzyskując często materiał o znakomitych właściwościach.
Niezależnie od metody, istotą produkcji wczesnej stali hartownej pozostawało więc zawsze WZBOGACANIE W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE miękkiej stali niskowęglowej (żelaza zgrzewnego) w WĘGIEL. Z tego powodu niemieccy autorzy nazywają (przynajmniej czasami) taki materiał STALĄ ZGRZEWNĄ (Schweißstahl), natomiast angielscy niemal nigdy nie fatygują się używania innej nazwy niż wrought iron, bez względu na zawartość węgla i właściwości, podkreślając w ten sposób udział obróbki plastycznej w jej powstawaniu.
Starożytni hutnicy i średniowieczni hutnicy znali też żeliwo, aczkolwiek nie pod taką nazwą i bez kojarzenia wysokiej zawartości węgla z właściwościami, zwłaszcza z najniższą temperaturą topienia. W Chinach odlewnictwo żeliwa było już świetnie rozwinięte najpóźniej w II w. p.n.e., w Europie zaczęto napomykać na jego temat na początku naszej ery. Wobec nieznajomości budowy i składów stopów żelaza, materiał ten nazwano po prostu ŻELAZEM LANYM (Gusseisen, cast iron), chociaż z uwagi na wysoką zawartość węgla stał on jeszcze dalej od czystego żelaza niż stal. Ponieważ był kruchy, nie dawał się kuć, walcować, zginać, żaden kowal nie mógł z niego wyprodukować bardziej złożonych narzędzi czy broni. Europejskie piece, niższe od chińskich i o mniej wydajnych urządzeniach nadmuchowych, nie wytwarzały wysokich temperatur i nie pozwalały na utrzymywanie dużych ilości żeliwa w stanie ciekłym, przez co jego odlewnictwo nie mogło się rozwinąć. Uważano więc żeliwo za półprodukt niepożądany, o bardzo ograniczonym zastosowaniu, czy wręcz bezwartościowy – stąd w średniowiecznej Europie odnoszące się do niego określenia typu „świńskie żelazo” czy „żelazne śmieci”.
Po wprowadzeniu w Średniowieczu wysokich pieców styryjskich, zastosowaniu miechów skrzynkowych poruszanych siłą zwierząt, a od XII w. także kołami wodnymi, mechanicznego kruszenia rudy itp. udoskonaleń, temperatury bardzo wzrosły. Dało to, po raz pierwszy w Europie, możliwość produkcji ciekłej surówki, czyli stopu żelaza o wielkiej zawartości węgla (żeliwa, tzw. żelaza lanego), na dużą skalę. Jednak nadal nie było ani odpowiednich technik odlewniczych, ani zapotrzebowania na żeliwne odlewy. W rezultacie surówka musiała być i tak niemal w całości przerabiana na stal. Tym niemniej tym razem nie chodziło już o wzbogacenie miękkiego żelaza zgrzewnego w węgiel, lecz wręcz przeciwnie – o POZBYCIE SIĘ NADMIARU WĘGLA z „żelaza lanego”! Robiono to przez tzw. fryszowanie, czyli świeżenie. Surówkę ponownie topiono, po czym wrzucano do niej kawałki żelaza zgrzewnego, prawie pozbawionego węgla. Sterując proporcjami składnika wysokowęglowego i niskowęglowego uzyskiwano stal o pośrednim stopniu nawęglania, zatem o odpowiednich do zastosowania właściwościach.

PIERWSZE DZIAŁA OKRĘTOWE
Dokumenty dowodzą stosowania dział na okrętach europejskich już w XIV w. Chociaż w tamtym stuleciu znano też odlewanie armat z brązu, to pierwsze egzemplarze okrętowe były niemal bez wyjątku składane z metalowych listew - techniką przypominającą wytwarzanie beczek. Listwy te, jak całe działa, wykonywał kowal. Tradycyjnie nazywa się je listwami żelaznymi, dla przeciwstawienia materiałowego brązowi, lecz z dzisiejszego punktu widzenia można by zapewne mówić raczej o listwach stalowych. Tym niemniej nie znamy oczywiście składu chemicznego wszystkich i nie wiemy, jak wiele z nich miało zawartość węgla plasującą je bliżej żelaza zgrzewnego (czy w ogóle w tym przedziale), niż hartownej stali. Wprawdzie dzisiejsi autorzy często piszą, w uproszczeniu, o skuwaniu pierwszych armat okrętowych z takich listew, ale wiadomo, że listwy nie były łączone w inny sposób niż poprzez otaczające je szerokie pierścienie i wąskie obręcze (rzeczywiście skuwane). Drobne nieszczelności zalewano czasem ołowiem lub kito-podobną masą na bazie związków siarki i młotowiny. Niemal jedyną przewagę tych dział nad brązowymi stanowiła cena, dochodziła jednak do tego łatwość i szybkość wytwarzania – prawie każdy kowal wioskowy mógł „na poczekaniu” wykuć armatę listwową, podczas gdy techniki odlewnicze były w powijakach, zaś biegli ludwisarze – niezwykle rzadcy. Płacono za to kiepskimi parametrami użytkowymi (słaba wytrzymałość konstrukcji nie pozwalała na użycie dużych ładunków prochowych, skłaniała ku komorowej budowie i stosowaniu lekkich, kamiennych pocisków), a przede wszystkim - bardzo szybkim i intensywnym rdzewieniem. To ostatnie było nadzwyczaj dokuczliwe, ponieważ odbijało się na celności i sile uderzenia (wymuszało duży luz między pociskiem a przewodem lufy) oraz powodowało zużycie poważnie ograniczające zysk na kosztach zakupu. Natomiast kwestia pocisków nie odgrywała żadnej roli w czasach, kiedy i tak nie odlewano kul żeliwnych (przynajmniej na skalę, która miałaby jakiekolwiek znaczenie, bowiem pojedyncze sztuki znane są od końca XIV w.), zaś ołowiane były za ciężkie i za drogie dla wystrzeliwania z dział.

ROZWÓJ PIECÓW, METOD ŚWIEŻENIA I TECHNIK ODLEWNICZYCH
Kwestia datowania rozwoju wielkich pieców oraz ich pokrewieństwo z piecami styryjskimi przedstawiane są w literaturze z gigantycznymi rozbieżnościami. Ale jak je zwał, tak je zwał, nie ulega wątpliwości ciągłe ulepszanie wytopu rud żelaza, połączone z podnoszeniem temperatur w piecach, a w efekcie wytwarzanie coraz większych ilości żeliwa. Do jego przeróbki na kowalne stopy żelazo-węgiel nie wystarczała już metoda styryjska. Opracowano więc nową metodę fryszowania, prowadzonego teraz we fryszerkach: kawałki (bryły) surówki wysokowęglowej kładziono bezpośrednio na rozżarzonym węglu drzewnym, a krople stopionego metalu spadając do zbiornika przechodziły przez strumień intensywnie wdmuchiwanego powietrza; tlen w wysokiej temperaturze (dochodzącej we fryszerkach do ok. 1300 stopni Celsjusza) wypalał nadmiar węgla oraz część zanieczyszczeń siarkowych, fosforowych, krzemowych itp.). Otrzymana stal była jednak nadal stalą zgrzewną, nie ciekłą, gdyż w miarę redukcji zawartości węgla temperatura topnienia znów przekraczała możliwości pieca.
Oczywiście można było zrezygnować ze świeżenia surówki, wykorzystując ją jako żeliwo w odlewach. Tymczasem techniki odlewnicze rozwinięto najpierw w stosunku do brązu (zwanego w tamtej epoce bardzo często mosiądzem alias metalem). Stop 70-93% miedzi z cyną (4-11%), cynkiem (2-7%), ołowiem (1-6%) [początkowo najczęściej stosowano wariant z 85% miedzi, 8% cyny, 6% cynku i 1% ołowiu] oraz domieszkami antymonu, arsenu i niklu to niezbyt typowy brąz wieloskładnikowy (dawniej zwany specjalnym), stąd używana również chętnie – ale raczej tylko w opracowaniach historycznych - nazwa „spiż’ albo „brąz armatni”. Ma on nie tylko dużo niższą od WSZYSTKICH stopów żelazo-węgiel temperaturę topnienia, czyli o wiele łatwiej otrzymać go i utrzymać w stanie ciekłym, ale także charakteryzuje się świetną lejnością – bardzo dobrze wypełnia skomplikowaną formę, nie pozostawiając pustych przestrzeni, pęcherzy gazowych, ma skurcz odlewniczy niewiele większy niż dla najlepszego żeliwa szarego. Jest także dobrze skrawalny i cechuje go wysoka odporność na korozję. Nic więc dziwnego, że już Fidiasz odlewał z brązu gigantyczne posągi, a chociaż w Średniowieczu nastąpił poważny regres odlewnictwa, to przechowało się ono w formie sztuki odlewania płaskorzeźb, ozdób, a przede wszystkim spiżowych dzwonów.
Wykonywanie dział brązowych jest poświadczone już dla XIV w., jednak dopiero w następnym stuleciu odlewnictwo armat z brązu osiągnęło jakiś znaczący wymiar ilościowy. Nie wiadomo dokładnie, kiedy pierwsze sztuki tak kosztownego uzbrojenia pojawiły się na jednostkach pływających, nazbyt często kończących na dnie. Jeszcze w XVI w. proces zastępowania na żaglowcach coraz bardziej przestarzałych dział z żelaznych listew nowoczesnymi armatami odlewanymi z brązu trwał w najlepsze. Na prestiżowym okręcie angielskim Mary Rose znajdowało się w 1514 r. zaledwie 13 dział brązowych obok 65 żelaznych, a chociaż w 1546 r. liczba tych pierwszych zwiększyła się do 15 sztuk (i to bardzo „świeżych”, wykonanych w latach 1535-1543), to procentowy udział w zasadzie nawet lekko spadł, bowiem teraz przypadały na 76 żelaznych! Nie wszystkie z tych ostatnich były listwowe, lecz o tym później.
W miarę rozwoju organizmów państwowych i systemów ściągania podatków, rosły fundusze przeznaczane na wyposażenie okrętów. Równoległe zwiększanie efektywnej siły artylerii okrętowej i odpowiednie do tego modyfikowanie taktyki walki morskiej zmuszały do innego spojrzenia na rolę dział instalowanych na jednostkach pływających. Chociaż o zdobyciu nieprzyjacielskiego okrętu jeszcze w pierwszej połowie XVII w. przesądzał prawie zawsze abordaż, to już u schyłku poprzedniego stulecia można było – jak tego dowiodły starcia Anglików z hiszpańską Armadą w 1588 r. – prowadzić skuteczną obronę przy pomocy samej artylerii, wyczerpać przeciwnika, zadać mu wielkie straty w ludziach i zniszczyć morale. Do tego potrzebne były jednak armaty w miarę dalekosiężne, o pociskach nie tylko raniących żołnierzy na pokładach, lecz przebijających co najmniej nadbudówki, a w miarę rozwoju konstrukcji żaglowców także coraz cięższe. Przy tym z wielu względów, technicznych (np. niedoskonałe lawety, zbyt długie lufy w proporcji do szerokości kadłuba) i organizacyjnych (np. brak wyszkolonych artylerzystów, niedostatki systemu logistycznego), szybkostrzelność pozostawała wciąż niska – czasem następna salwa padała dopiero w następnym starciu! Nadal stosunkowo niewielkie okręty musiały wciąż nosić względnie dużo dział wysoko w nadbudówkach, także już po wynalezieniu furt w kadłubie, zasłanianych pokrywami.
Wszystkie te okoliczności stymulowały dynamiczny wzrost zapotrzebowania na armaty odlewane z brązu, a wraz z rosnącym zapotrzebowaniem doskonalono techniki odlewnicze i ulepszano organizację odlewania w kierunku zwiększenia masowości produkcji. Na tym etapie rozwoju artylerii okrętowej BRĄZ BYŁ ZDECYDOWANIE LEPSZYM MATERIAŁEM NA DZIAŁA niż żelazo zgrzewne, stal zgrzewna czy żeliwo. Jedynym „drobiazgiem” pozostawała jego cena, w rozmaitych okresach i miejscach od 4 do nawet 9 razy większa od ceny żeliwa! Tym niemniej na 31 angielskich okrętach zinwentaryzowanych w 1595 r., na których policzono i scharakteryzowano wszystkie działa pod względem typu i materiału konstrukcyjnego, armaty brązowe stanowiły już ponad 80 procent. Wśród pozostałych mogły być zarówno konstrukcje listwowe ze stali zgrzewnej (używane do początków XVII w.), jak odlewane z żeliwa – trudno to ocenić.
Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

DZIAŁA BRĄZOWE, Z ŻELAZA ZGRZEWNEGO (ZE STALI ZGRZEWNEJ), Z ŻELIWA – KONKURENCJI ETAP PIERWSZY
Armaty odlewane, zwłaszcza odprzodowe (dominujące) dużo lepiej wykorzystywały gazy prochowe i miały silniejszą konstrukcję od dział listwowych ze stali (żelaza) zgrzewnej, mogły więc korzystać z większych ładunków miotających oraz wyrzucać cięższe kule.
Z kolei elastyczność i spoistość brązu pozwalała na wykonywanie cieńszych ścianek niż w odlewach żeliwnych, dzięki czemu masa całości malała, pomimo większego ciężaru właściwego spiżu. Lekkie działa były zawsze w cenie, lecz w przypadku niewielkich, niestatecznych żaglowców o wysokich nadbudówkach mieszczących większość (w sztukach) artylerii z konieczności zbyt wysoko, mała masa stanowiła wartość nie do przecenienia.
Wszystkim armatom zdarzało się pękać, ale dla artylerzystów, marynarzy i oficerów było zdecydowanie nieobojętne, jak takie zdarzenie przebiegało. W dziale brązowym tworzyła się najpierw siatka pęknięć, potem wybrzuszenia, a zatem do gwałtownego, śmiertelnego w skutkach rozrywania dochodziło na ogół tylko przy nieprawdopodobnej niefrasobliwości obsługi. Tymczasem armaty żeliwne nie „ostrzegały” o zbliżającej się katastrofie, a efekty hekatomb spowodowanych ich rozrywaniem drastycznie obniżały morale, czasem prowadziły do odmowy utrzymywania ognia przez obsługi pozostałych dział.
Działa brązowe nie pokrywały się rdzą. W rezultacie miały większą trwałość (jeśli nie były zbyt przegrzewane strzelaniem) i wymagały mniejszego luzu między przewodem lufy a kulą, co podnosiło efektywność wykorzystania ładunku prochowego i zwiększało celność.
Oczywiście armaty brązowe miały wady – szybciej się nagrzewały; przy intensywnym strzelaniu rozżarzała się głowa lufy i opadała, co powodowało jej odrywanie lub konieczność obcinania – czasem kończyło się nawet przetapianiem całej armaty. Jednak w XVII w. nikt jeszcze nie osiągał takiej szybkostrzelności, by podobne mankamenty spędzały decydentom sen z powiek.
Ogólny postęp w dziedzinie odlewnictwa (objawiający się doskonaleniem wykonywania formy, wzrostem ciśnienia, odprowadzaniem zanieczyszczeń i pęcherzy gazowych, kontrolowaniem czasów poszczególnych etapów, regulowaniem nadmiaru składników traconych podczas wytopu, a w dużo mniejszym zakresie zmianami procentowymi składników stopowych) przyczynił się również do odlewania dział żeliwnych, znanych od lat 1420-1430. Co prawda w XV w. występowały niezwykle rzadko i jest rzeczą wysoce nieprawdopodobną, by trafiły wtedy na okręty. Jeszcze w połowie XVI w. ustępowały one armatom brązowym tak dalece, że występowały na pokładach jednostek pływających niemal wyłącznie w postaci bardzo lekkich działek. Ale odlewnictwo żeliwa już się w Europie obudziło z letargu, bowiem większość pocisków do dział różnorodnej konstrukcji sporządzano właśnie jako żeliwne kule, które w miarę wzrostu cen robocizny i względnego spadku cen surowców coraz energiczniej wypierały kule z kamienia.

NOWE OKRĘTY ORAZ NOWA TAKTYKA WALK NA MORZU W DRUGIEJ POŁOWIE XVII W. A ARTYLERIA BRĄZOWA I ŻELAZNA
Rozwój od połowy XVII w. taktyki liniowej łączył się z budową coraz większych, silniejszych okrętów, w dodatku inaczej konstruowanych. Zanikły wysokie nadbudówki (i wraz z tym zmniejszyły się problemy ze statecznością), poszerzyły kadłuby (cofanie długich dział odprzodowych i ładowanie we wnętrzu kadłuba było łatwiejsze), a kilka ciągłych pokładów artyleryjskich na każdym liniowcu znacznie zwiększyło liczbowy udział armat ciężkich w całkowitym uzbrojeniu żaglowca. Kilkadziesiąt do stu dział na jednym okręcie pomnożone przez kilkaset jednostek we flocie tworzyło niebywałe dotąd zapotrzebowanie na artylerię i generowało niesłychane koszty.
Ekonomia wymusiła więc przejście na wielokrotnie tańsze armaty żeliwne („żelazne” w znaczeniu przeciwstawienia do spiżowych, żeliwne z punktu widzenia metalurgii), zwłaszcza że ich dotychczasowe wady nieco się zmniejszyły, a z kolei zaczęły wychodzić na jaw nieliczne wady dział z brązu. Na dużych i niskich okrętach nieco większy ciężar armat z żeliwa miał już mniejsze znaczenie - aczkolwiek żaglowce dalekie były jeszcze od osiągnięcia apogeum wielkościowego, wciąż doceniano lekkość dział brązowych na wysoko położonych pokładach dziobowym i rufowym, nadal ceniono precyzję ich odlewów dla armat pościgowych, zaś z dążenia do zmniejszenia masy całej artylerii (aby móc zwiększać kaliber poszczególnych sztuk, a najniżej położone furty oddalić od wody) nie zrezygnowano nigdy. Jednak okręty stale rosły, a w miarę doskonalenia technik odlewania żeliwa różnica w masie obu typów dział bardzo się zmniejszała, doprowadzając z czasem do sytuacji, gdy armata żeliwna mogła być nawet lżejsza od brązowej tego samego wagomiaru.
Szerokie kadłuby faworyzowały działa odprzodowe – celniejsze, o większej sile rażenia, bardziej dalekonośne – bowiem nie było na nich kłopotów z ich odrzutem i ładowaniem. W tej sytuacji długie armaty z kutych listew żelaznych (które wykonywano zarówno jako odprzodowe, jak odtylcowe) straciły wszelką rację bytu. Odlewane foglerze (bo oczywiście takie istniały w wielkich ilościach – wbrew rozpowszechnianym na niektórych forach głupstwom, jakoby dział tego typu nigdy nie odlewano „z drogiego brązu”, co jest i pozostanie tylko głupstwem) zachowały się znacznie dłużej jedynie w postaci lekkich działek relingowych.
Taktyka liniowa zmarginalizowała znaczenie abordażu. Zdarzał się on oczywiście do końca epoki żagla (a nawet dużo później, trafia się i dziś), lecz na ogół wieńczył tylko dzieło po dostatecznym „zmiękczeniu” przeciwnika artylerią. Generalnie biorąc, nasilenie ognia artyleryjskiego był coraz większe – chociaż nie przebiegało to ani całkiem prosto, ani jednostajnie, gdyż w okresie skostnienia taktyki liniowej bitwy przejściowo straciły na intensywności. Tym niemniej przy bardzo szybkim strzelaniu armaty żeliwne wolniej się nagrzewały od brązowych i mniej deformowały.
Doskonalenie odlewnictwa żeliwnego oraz rozwijanie systemów kontroli, prób i odbioru jakościowego, zmniejszyły zagrożenie ze strony rozrywających się gwałtownie dział z tego materiału, chociaż poprawa nie była wystarczająca.
Wszystkie te czynniki narastały powoli, a ich ostatecznym wynikiem (w początkach XVIII w.) stała się dominacja armat żeliwnych na pokładach wszystkich okrętów. Działa z kutych listew żelaznych odeszły do historii, zaś działa spiżowe zachowały się tylko gdzieniegdzie w postaci najcięższej artylerii dolnych pokładów (dla zmniejszenia sumarycznego obciążenia), lekkich działek relingowych (z uwagi na miejsce i sens ich używania), dział pościgowych (dla dokładności wykonania rzutującej na celność i donośność), a w końcu pięknie zdobionych armat na jednostkach prestiżowych (nielicznych okrętach pierwszej rangi i królewskich jachtach), z uwagi na wysokie walory brązu przy odlewaniu misternych ozdóbek.

DALSZY ROZWÓJ ODLEWNICTWA ŻELIWA
Wielki wzrost zapotrzebowania na żeliwne armaty przyczynił się do rozwoju technik i organizacji produkcji. W drugiej połowie XVIII w. stało się np. możliwe użycie maszyn parowych do napędu miechów, przez co wydatnie wzrosła intensywność nadmuchu, a wraz z tym podniosły się temperatury w piecach. Spowodowało to obniżenie lepkości ciekłego żeliwa, które odtąd lepiej wypełniało formę. Lepsze działa z tego materiału przełamywały ostatnie opory przeciwko ich stosowaniu. Jednak rozwój ten nie przebiegał bynajmniej jednostajnie, zaś naiwny obraz stałej poprawy wszystkiego w miarę upływu czasu, chętnie malowany przez historyków, daleki jest od prawdy. W rzeczywistości rozmaite przyczyny wymuszały przejście na nowe surowce, często znacznie gorsze akurat w tym zastosowaniu od starych (z czego początkowo nie zdawano sobie w ogóle sprawy), a niektóre zmiany technologiczne i organizacyjne poprawiając jeden parametr systemu, pogarszały inny.
Ponieważ pisałem o tym już szerzej w swoich artykułach, teraz tylko w telegraficznym skrócie:
- w 1700 r. Anglicy produkowali żeliwne działa metodami całkowicie tradycyjnymi, przejętymi w dużej mierze z odlewnictwa spiżu - nie odbiegały one od wykonywanych gdzie indziej w Europie (ceniono hutnictwo szwedzkie, niemieckie, hiszpańskie, francuskie) dzięki wykorzystywaniu dobrego surowca (glinosyderytu) o niskiej tem¬peraturze topnienia i świetnej lejności. Wytop z tej rudy dawał żeliwo szare, rzadkopłynne, dobrze wypełniające formy, o bardzo małym skurczu (ok. 1%), dość wprawdzie miękkie, ale za to umacniające się w miarę podnoszenia temperatury, czyli w czasie szybkiego strzelania. Potem jednak nastąpiło - z konieczności - przejście na inny surowiec, dający (podobnie jak już wcześniej w Szwecji) żeliwo białe, o gorszych własnościach odlewniczych, dużym skurczu (do 2%), co prawda twarde, jednak kruche i podatne na pękanie właśnie po rozgrzaniu. Przyszłość z kolei pokazała, że długotrwałe wyżarzanie odlewów z żeliwa białego może prowadzić do grafityzacji, czyli rozpadu cementytu na grafit i żelazo, a tym samym przejście materiału w znakomite żeliwo ciągliwe, produkowane w Niemczech od 1782, a w Rosji i Anglii od pierwszych lat XIX w.; natomiast w 1787 r. nastąpiło dość przypadkowe wynalezienie żeliwa połowicznego (pstrego) o znacznie zredukowanej zawartości siarki i podwyższonej lejności;
- próby zastępowania węgla drzewnego koksem (zaczęte na przełomie XVII i XVIII w., połączone z procesem wielkopiecowym w 1735), o ogromnym znaczeniu dla przyszłego, dynamicznego rozwoju hutnictwa w okresie rewolucji przemysłowej, na razie dały bardzo szkodliwe zasiarczenie żeliwa i znaczne pogorszenie jakości odlewanych z niego dział w tych krajach, które z tego paliwa skorzystały (Wielka Brytania), faworyzując artylerię z krajów kontynuujących tradycyjną produkcję (Francja);
- w 1749 skonstruowano a Anglii żeliwiak do przetapiania wystudzonej surówki wielkopiecowej na ciekłe że¬liwo, co uniezależniło odlewnie od hut i umożliwiło wytwarzanie żeliwnych odlewów w skali wcześniej niespotykanej;
- wprowadzenie w 1714 r. przez Szwajcara Jeana Maritza precyzyjnego, poziomego wiercenia przewodów obracających się luf przy nieruchomym wiertle, umożliwiło równoczesną obróbkę wewnętrznych i zewnętrznych powierzchni odlewu, a tym samym idealnie centryczne położenie przewodu, przez co sensowne stało się przejście na armaty odlewane jako pełne i wiercone dopiero potem, o dużo wyższych parametrach materiałowych (z uwagi na eliminację zanieczyszczeń, większe ciśnienie odlewania) i konstrukcyjnych (brak skurczu na wewnętrznych powierzchniach, eliminacja przesuwającego się rdzenia). We Francji i Hiszpanii produkcję takich dział rozpoczęto w latach 1750. i 1760., w Wielkiej Brytanii w roku 1770;
- w 1758 opatentowano w Anglii odlewanie dział w żelaznych skrzynkach wypełnionych piaskiem, co bardzo podniosło precyzję odlewów, ale początkowo przy okazji nadmiernie przyspieszyło chłodzenie, dając inną postać węgla w żeliwie, a w efekcie gorszą jakość materiału;
- w 1760 we Francji wprowadzono dwudzielność form glinianych, czyli możliwość ich wielokrotnego używania;
- w 1770 we Francji adoptowano angielskie formy piaskowe;
- brak państwowej produkcji dział w jednych okolicznościach owocował wzrostem rywalizacji dostawców i poprawą jakości wyrobów, gdy w innych – przy ograniczonej podaży – wręcz przeciwnie, uniemożliwiał skuteczną ochronę jakości i ograniczał konkurencję.
Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

POJAWIENIE SIĘ STALI PUDLARSKIEJ (ŻELAZA PUDLARSKIEGO)
Wydarzeniem technologicznym, które początkowo nie miało bezpośredniego wpływu na produkcję dział i tylko zagmatwało terminologię materiałową, było uruchomienie w 1784 r. przez Anglika Henry’ego Corta pierwszego pieca pudlarskiego, wytwarzającego stal metodą pudlarską. Istota pomysłu polegała na topieniu bryły zastygniętej surówki wielkopiecowej przy pomocy gazów spalinowych (bardzo gorących, pochodzących ze spalania węgla kamiennego) w taki sposób, by paliwo nie kontaktowało się z wsadem, co w dużej mierze chroniło tworzącą się stal przed zanieczyszczeniami. Tlen zawarty w spalinach świeżył stopioną surówkę, czyli pozbawiał ją nadmiaru węgla; ponieważ żużel z domieszek gromadzący się na powierzchni przeszkadzał w tym procesie, płynna masa musiała być nieustannie mieszana (ang. puddle). Jednak wypalanie się domieszek (węgla, krzemu, manganu, siarki, fosforu) powodowało wzrost temperatury krzepnięcia stopu powyżej dostępnej w piecu pudlarskim, więc w miarę upływu czasu masa zmieniała się z płynnej w gąbczastą. Taką bryłę znowu trzeba było przekuć w celu usunięcia żużla i uzyskania jednolitości strukturalnej, jak w przypadku dawnego żelaza gąbczastego. W rezultacie, mimo istnienia teoretycznie nazw „stal pudlarska” (puddled steel) i „żelazo pudlarskie” (puddling iron, Puddeleisen), oszczędni Anglicy z reguły posługują się terminem wrought iron zarówno dla określenia starożytnego żelaza zgrzewnego (stali zgrzewnej), jak osiemnasto- i dziewiętnastowiecznego żelaza pudlarskiego (stali pudlarskiej), a Polacy stosują w tym samym celu termin „żelazo zgrzewne (stal zgrzewna)”. Z reguły chodziło o stop bardzo niskowęglowy, świetnie nadający się do kucia i innych form obróbki plastycznej (największe znaczenie miało walcowanie), ale nie do hartowania (czyli ŻELAZO TECHNICZNE, A NIE STAL). Różnica między Starożytnością a końcem XVIII stulecia polegała na zmianie skali wytwarzania (teraz, dzięki Cortowi, była to już produkcja masowa) oraz możliwości odkuwania ogromnych i skomplikowanych brył, dzięki wprowadzeniu maszyn.

KRES EPOKI ŻELIWNYCH DZIAŁ OKRĘTOWYCH
Do końca okresu dominacji na morzach nieopancerzonych okrętów drewnianych, czyli do około 1860 r., gładkolufowe, odprzodowe działa żeliwne całkowicie wystarczały, zwłaszcza że w XIX w. zostały wyposażone w skuteczne granaty (dość bezpieczne dla użytkownika dzięki zmianie całego systemu ich wystrzeliwania, nie tylko konstrukcji armat), a potem pociski Martina z płynnym żeliwem. Kaliber tej artylerii nie musiał rosnąć poza granice stwarzane dla odlewów przez technologię, zaś dla kul – przez siłę ramion ładowniczego. Natomiast skuteczne użycie pod koniec wojny krymskiej (1854-1856) jednostek opancerzonych stanowiło jasny sygnał, przepowiadany przez teoretyków co najmniej od dziesięcioleci, że teraz konieczne będą armaty nieporównanie większe, a szybkostrzelność musi ustąpić sile uderzenia pocisków.
Działa żeliwne osiągnęły szczyt możliwości rozwojowych w szczegółowo kiedyś przeze mnie opisanych amerykańskich konstrukcjach Dahlgrena i Rodmana. Przypomnę tylko, że w pierwszym przypadku chodziło o prawie całkowicie tradycyjne techniki odlewnicze, ale zarazem odlewanie luf w postaci regularnych walców, którym nadawano bardzo skomplikowany kształt wyłącznie przy pomocy niesłychanie kosztownego skrawania oraz o nienormalnie rygorystyczne próby odbiorcze. Natomiast przy produkcji dział Rodmana wykorzystywano nowatorską technikę wewnętrznego, długotrwałego chłodzenia odlewów za pomocą wody o kontrolowanym strumieniu i temperaturze. W sumie dało to możliwość wytwarzania gigantycznych, żeliwnych dział 15-calowych (1860 r.) i 20-calowych (c.508 mm!) w 1864 r. Musiały to być jednak armaty względnie krótkolufowe, o niewielkim zasięgu, co na akwenach, na których toczyła się morska część wojny secesyjnej, miało małe znaczenie, lecz było nie do zaakceptowania w innych marynarkach. Natomiast dalsze pogrubiane ścianek odlewów prowadziło donikąd - warstwy najbardziej oddalone od przewodu lufy przejmowały znikomą część naprężeń, a prawdopodobieństwo wystąpienia wad w odlewach bardzo wzrastało.
Pierwszą odpowiedzią stała się warstwowa budowa luf, dająca przenoszenie obciążeń na szereg kolejnych pierścieni wzmacniających lub dłuższych płaszczy, nakładanych jeden na drugim najczęściej (chociaż nie wyłącznie) skurczowo. Najlepszym szeroko dostępnym materiałem na te pierścienie, znacznie wytrzymalszym od żeliwa i świetnie nadającym się do skuwania, było ŻELAZO PUDLARSKIE. Dlatego konstruowanie dział z żeliwnych rur rdzeniowych, wzmacnianych w tylnej części kutymi pierścieniami z żelaza pudlarskiego, było na pewnym etapie typowe dla różnych wytwórców we Francji, Stanach Zjednoczonych (w Unii i Konfederacji), Anglii. Dotyczyło to armat odprzodowych i odtylcowych nowej generacji, gładkolufowych i gwintowanych.
Producenci dział, po przejściu na całkowicie mechaniczną obróbkę maszynami o napędzie parowym oraz zrozumieniu wielu zjawisk z dziedziny metalurgii, mogli przymierzać się do coraz lepszych materiałów konstrukcyjnych, przede wszystkim STALI. Dalszy etap rozwoju polegał więc na wytwarzaniu stalowych pierścieni (czy płaszczy) wzmacniających oraz/albo rur rdzeniowych z miękkiej lub hartowanej stali [głównie pudlarskiej, ale w mniejszym zakresie także tyglowej, czyli o dokładanie przeciwnej filozofii wytwarzania (pudlarska = wypalanie nadmiaru węgla z surówki, aby przejść z żeliwa w stal; tyglowa = nawęglanie prawie czystego żelaza, aby przejść z miękkiego żelaza technicznego w twardą stal)]. Przez pewien czas elementy te współpracowały z żeliwnymi, potem zastąpiły je całkowicie, kiedy nowe wynalazki (Bessemera, Siemensa, Martina, Thomasa, Gilchrista) pozwoliły na prawie nieograniczoną produkcję stali w stanie ciekłym (temperatury doszły bowiem do 1700 stopni Celsjusza).
Technikę warstwową, wykorzystywaną do końca ery pancerników, uzupełniono m.in. metodą wzmacniania drutem stalowym (sposób zaproponowany już w 1855), która początkowo również oznaczała współdziałanie różnych materiałów konstrukcyjnych w jednej lufie.

BRĄZ STARY I NOWY
Działa odlewane z brązu, dominujące na pokładach żaglowców w końcu XVI w. i faworyzowane w pierwszej połowie XVII w., w drugiej połowie tamtego stulecia ustępujące pola działom żeliwnym niemal wyłącznie z powodów ekonomicznych, nie przewyższały już tak zaletami swych mniej ozdobnych, a dużo tańszych konkurentek pod koniec XVIII w. Nie zniknęły jednak nigdy całkiem, a od czasu do czasu pojawiały się nawet w nowych zastosowaniach, przede wszystkim tam, gdzie priorytetem była lekkość, a prawdopodobieństwo uczestniczenia w wielogodzinnej wymianie salw burtowych wystrzeliwanych z maksymalną szybkością – nikłe. Chodziło o działa pościgowe, cenione za celność i donośność, nie częstotliwość oddawania strzału, a zarazem instalowane z reguły wysoko, na otwartych pokładach. Chodziło też o wielkokalibrowe moździerze, które próbowano umieszczać na małych, niezbyt do tego zdatnych jednostkach, albo o miniaturowe moździerze zanoszone na marsy. Argument lekkości zdecydował o odlewaniu z brązu francuskich haubic okrętowych z przełomu XVIII/XIX w., montowanych wysoko na rufówkach, zanim dekret z 1804 nie nakazał zastąpienia tych nieudanych konkurentek karonad żeliwnymi kopiami broni angielskiej. Żołnierze piechoty morskiej oraz marynarze byli często angażowani w działania lądowe – jeszcze w latach 1840. i 1850. produkowano lekkie, „mosiężne” działa do uzbrajania łodzi okrętowych i do użytku podczas desantów. Armatorzy i szyprowie statków cywilnych pływających po niebezpiecznych wodach, w tym kliprów, nie nastawiali się na walkę w szyku liniowym, tylko na odpędzenie rabusiów kilkoma strzałami z dział ustawianych na otwartych pokładach; nie mieli nadmiaru załogi do nieustannego opukiwania tych armatek z rdzy, więc preferowali brąz. Także brązowe były zazwyczaj działka salutacyjne w drugiej połowie XIX w.
Koła nie zapewniały armacie takiej siły nośnej jako woda (poprzez kadłub okrętu), a konie czy woły nie mogły równać się z żaglami. Dlatego na lądzie lekka artyleria brązowa do lat 1860. nie ustąpiła całkiem żelaznej. Kiedy w roli podstawowego materiału na lufy zamiast żeliwa zaczęto stosować kowalne żelazo pudlarskie, a potem stal, nie wszyscy potrafili zrazu sprostać temu trendowi z powodów technologicznych, nie wiedziano też, co zrobić z wielką liczbą starych dział odlanych z bardzo kosztownego brązu, zupełnie już nie dorównujących parametrami nowoczesnym armatom stalowym. Tymczasowym rozwiązaniem okazał się tzw. brąz Uchatiusa, czyli brąz hartowany (zwany też brązem stalowym), o wytrzymałości porównywalnej z wytrzymałością stali. Austriacy mogli skorzystać z dział wykonywanych z tego materiału od lat 1870. (głównie zresztą w artylerii lądowej).
Krzysztof Gerlach
KONIEC

JacekZet

A dawno temu zastanawiałem się po co mi wykres żelazo - węgiel. Mając do czynienia z obróbką metalu słyszałem takie określenia jak "drut półstalowy" czyli ze stali D18 w odróżnieniu od drutu ze stali St0 lub podobnej zwanego "żelaznym". Stalą nazywano zaś stal 45T i inne o podwyższonej wytrzymałości i dające się hartować. Może prosty lud ma rację?

kossakowski · Dołączył: 27 Mar 2011 Posty: 28 Przeczytał: 0 tematów

W artykule wspomniał Pan o zaostrzaniu norm odbiorczych przy działach okrętowych. Czy mógłby Pan przytoczyć jakiś przykład jak to się odbywało na przykład w epoce napoleońskiej?
Najlogiczniej wydaje mi się, że po prostu każdą odbieraną armatę przestrzeliwywano kilka razy używając za każdym razem większej ilości prochu.

JacekZet

Interesuje mnie brąz Uchatiusa, jaki miał skład i w jakim zakresie można go było utwardzać?

kossakowski · Dołączył: 27 Mar 2011 Posty: 28 Przeczytał: 0 tematów

Poszukałem w sieci informacji na temat tego tajemniczego stopu i znalazłem informacje na stronie:

[link widoczny dla zalogowanych]

kgerlach

Próby odbiorcze dział okrętowych.
W ogólnym zarysie ma Pan rację, ale dokładnie nie zawsze mogło to się tak odbywać, gdyż jeśli własności materiału pogarszały się wraz z nagrzewaniem, to działo mogło wytrzymać kilka strzałów na próbach ze zwiększono ilością prochu, a potem rozerwać się w walce przy używaniu znacznie mniejszych ładunków, ale np. po godzinie nieustannego strzelania. Poszczególne marynarki miały własne „patenty”. Anglicy stosowali najpierw prostą próbę dwukrotnego odpalenia z każdego działa załadowanego próbnym ładunkiem prochowym i dwiema kulami. Ładunek próbny był zawsze większy niż jakikolwiek z używanych w walce. Na przykład dla najcięższego, standardowego działa Royal Navy, czyli 32-funtówki, maksymalny ładunek bojowy dla armat brązowych ważył w 1725 r. 16 funtów, a próbny 26 funtów i 12 uncji; do roku 1760 dla sztuk żelaznych odpowiednie wartości wynosiły 14 funtów oraz 21 funtów i 8 uncji. Potem ładunek bojowy zmniejszył się do 10 funtów i 10 uncji, a ładunek próbny pozostał bez zmian. W czasach wojen z rewolucyjną Francją ładunek bojowy to 10 funtów 11 uncji, a ładunek próbny to 21 funtów. Po koniec XVIII w. próba 2-wystrzałowa mogła też polegać na dwukrotnym odpaleniu z działa załadowanego za każdym razem dwiema kulami, ale z malejącym ładunkiem miotającym – najpierw o masie równej 2/3 masy kuli (czyli typowym ładunkiem próbnym), za drugim razem o masie równej połowie masy kuli.
Kiedy jednak w czasie wojny o niepodległość kolonii amerykańskich brytyjskie odlewnictwo dział osiągnęło najniższy standard w swojej historii i zaczęło być uważane za najgorsze na świecie, ówczesny Inspektor Artylerii wprowadził tzw. próbę 30-strzałową. Polegało to na tym, że brano całą partię dział od danego dostawcy i poddawano ją standardowej próbie dwuwystrzałowej; jeśli jakiekolwiek działo w partii zawiodło, brano dwa najgorzej wyglądające i oddawano z każdego 30 strzałów podwójnymi kulami w bardzo szybkim tempie. Jeśli pojawiły się jakiejkolwiek objawy zmęczenia, brano dwa następne oraz poddawano takiej próbie 30-strzałowej, dwukulowej i tak dalej. W rezultacie ogromną liczbę dział ostatecznie odrzucano. Miało to różnorakie skutki – armaty okrętowe znacznie lepiej spisywały się w służbie, wkurzeni producenci zasypywali Urząd Uzbrojenia i Parlament petycjami o złagodzenie prób, a marynarka stanęła przed problemem braku dział do uzbrajania nowych okrętów. W efekcie w 1789 zmniejszono próbę zmęczeniową do 20 wystrzałów. Równocześnie szereg doniosłych wynalazków znacznie usprawniło odlewnictwo, armaty brytyjskie zaczęły być zaliczane do najlepszych, i w 1796 zrezygnowano z obowiązkowej próby 20-wystrzałowej, zostawiając ją jako rezerwę przy dostawach podejrzanej jakości. Standardowa próba czasów napoleońskich polegała na podwójnym odpaleniu z każdego działa załadowanego aż dwoma ładunkami próbnymi, ale pojedynczą kulą i oczywiście dokładnej inspekcji (znakomitym przyrządem badawczym, czyli gołym okiem) po wystrzałach.
Armaty podlegały zresztą badaniu zewnętrznemu i przed strzelaniem. Sprawdzano „przeciążenie”, czyli przepisowy nadmiar masy lufy w tył od czopów względem masy lufy przed czopami, zgodność z wymiarami i rysunkami, brak widocznych usterek odlewniczych, w tym także wewnątrz przewodu lufy (posługiwano się lusterkiem), jakichkolwiek pustek (wprowadzano sprawdzian ze stalowymi czubkami wypychanymi przez sprężyny – jeśli zahaczyły o coś w przewodzie lufy, armatę dyskwalifikowano).
Mniej więcej w połowie XIX w. doszła to tego próba hydrostatyczna – do przewodu wprowadzono wodę pod dużym ciśnieniem, by wykryć wszelkie niewidoczne gołym okiem pęknięcia. Na początku drugiej połowy XIX stulecia, w związku z poszerzaniem wiedzy o wytrzymałości zmęczeniowej (nieważne, czy używano takiej nazwy), zaczęto wątpić w głębszy sens przeprowadzania pojedynczych prób w nienormalnych warunkach, mogących uszkadzać działo, którego nie odrzucono. Zamiast tego np. kazano odlewniom dostarczać pręt odlany z tego samego materiału co armata i mierzono jego wytrzymałość na ścinanie. Bądź też wycinano próbkę z jednego egzemplarza partii dział i poddawano próbie na rozrywanie, względnie próbie na równoczesne rozciąganie i skręcanie. Na początku amerykańskiej wojny secesyjnej służby uzbrojeniowe tego kraju uważały takie badanie za znacznie bardziej miarodajne i sensowniejsze niż „ryzykowanie uszkodzeń w trakcie nadmiernej i rozstrzygającej próby prochowej każdego działa”. W czasie tej wojny marynarka USA przyjęła zasadę, że odlewnia musiała dostarczyć próbkę żeliwa planowanego do użycia, odpowiedni urząd ją badał i zatwierdzał, a huta udowadniała wytworzenie ilości wystarczającej do odlania całej partii zamówionych armat. Następnie jedno z pierwszych pięciu wyprodukowanych dział poddawano próbie strzelania, ale przy zwykłych ładunkach miotających i pociskach, tyle że odpalano je 1000 razy! Jeśli przeszło to badanie, a wszystkie pozostałe armaty z partii były identyczne, przyjmowano je na uzbrojenie.
Jak widać, świat nie był wtedy taki prosty, jak by się dzisiaj wydawało Very Happy

.
Krzysztof Gerlach

kgerlach

Brąz (spiż, brąz działowy) Uchatiusa.
Wspominałem, że w przypadku tego materiału nie chodziło o stworzenie jakiegoś całkiem nowego, nadzwyczajnego tworzywa, tylko o pożyteczne zużytkowanie wielkich ilości brązu działowego pozostałego ze starych dział, nie dorównujących już w latach 1870-tych artylerii stalowej. Nie decydował więc skład chemiczny, który nie mógł za bardzo odbiegać od tradycyjnego spiżu armatniego, tylko technologia, polegająca na wzmacnianiu przez zgniot, jak to już „wypatrzył” kolega Kossakowski. Natomiast z tymi 8 procentami cyny to niezupełnie tak było – istniały brązy Uchatiusa 6-, 8- i 10-procentowe. Prowadzone w latach 1880-tych w USA próby wytrzymałości na rozciąganie dla rozmaitych brązów odlewniczych wykazały szczyt wartości przy stopie składającym się z 82,66% miedzi i 17,34% cyny [jest bez znaczenia, jak to się ma do współczesnych danych, ponieważ Uchatius porównywał się z podobnymi, a nie naszymi], zaś osiągana wartość wynosiła około 33 funty na cal kwadratowy. Natomiast dla brązów Uchatiusa ta sama wielkość przybierała wartości: przy zawartości cyny 10% - 72,053 funta na cal kwadratowy; przy zawartości cyny 8% - 73,958 funta na cal kwadratowy; przy zawartości cyny 6% - 77,656 funta na cal kwadratowy.
Krzysztof Gerlach

JacekZet

Dziękuję za informacje o brązie Uchatiusa jak i o próbach odbiorczych dział.

Powała

Poszukując we internecie informacji o artylerii, natknąłem się na taką oto bzdurę:

kgerlach

Ta notka nie jest znowu taka całkiem bzdurna. Dobrze tłumaczy pochodzenie nazwy kolubryna i dobrze charakteryzuje dwa konkretne działa (tzn. dwie sztuki), najprawdopodobniej z arsenału polskiej artylerii lądowej. Bzdurą jest tylko przyjęcie dwóch jednostkowych przykładów jako rzekomych armat typowych, pozwalających na formułowanie definicji, no i pomylenie wagomiarów z kalibrami przy określaniu długości (ale to może specyfika języka staropolskiego).
Natomiast Pana pytanie bazuje na nieścisłym pojęciu dział-bastardów, które ja pozwolę sobie zacytować za Włodzimierzem Kwaśniewiczem: "Kolubryny o lufach krótkich nazywano bastardami lub bękartami". Otóż to NIE JEST CAŁĄ PRAWDĄ, niezależnie od tego, co tam sobie na ten temat BYĆ MOŻE wypisywali polscy autorzy z XVI i XVII w. W rzeczywistości bastardami NA ŚWIECIE nazywano działa w danym typie konstrukcyjnym (w tym przypadku kolubryny), ale wyłamujące się z przyjętych standardów artyleryjskich POD DOWOLNYM WZGLĘDEM: długości albo kalibru albo masy, albo wszystkich tych parametrów naraz. Przy czym FAKTYCZNIE NAJCZĘŚCIEJ chodziło o działa tego samego wagomiaru, a mniejszej długości. Ponieważ kolubryna-bastarda była NIETYPOWA, nie mieściła się w przyjętych normach, to pytanie o jej długość względem zwykłej kolubryny jest bezzasadne - mogła być identycznej długości, a różnić się wagomiarem lub masą. Oczywiście bardziej prawdopodbne, że miała identyczny wagomiar i mniejszą długość, ale NIESTANDARDOWOŚĆ polega na tym, że żadna konkretna wartość NIE BYŁA USTALONA. Proszę zwrócić uwagę, że w przypadku dwóch egzemplarzy omawianych w cytowanej notce kolubryna-bastarda miała większy wagomiar (24 funty wobec 20 funtów), czyli większy kaliber, więc pomimo mniejszej długości w kalibrach (27 do 32) jej bezwględna długość przewodu lufy nie ustępowała tak bardzo zwykłej kolubrynie (zapewne jakieś 3,9 do 4,4 m).
Ale jako wskazanie uniwersalne to nie znaczy nic. Na liście angielskiej artylerii z 1535 r. pojawiła się (w Anglii po raz pierwszy w znanych dokumentach) nazwa "bastard" na określenie kolubryn o dwukrotnie mniejszym wagomiarze niż standardowe. Ponieważ standardowa angielska kolubryna miała w tym czasie na ogół około 18 funtów, więc te bastardy były 9-funtowe. Bardzo prędko przyjęto je do systemów standardowych pod nazwą półkolubryn, określenie "bastardy" znowu rezerwując dla innych, nietypowych, poza-systemowych. Te półkolubryny miały na angielskich okrętach zazwyczaj dokładnie tę samą długość co kolubryny pełne! Inna sprawa, że jedne i drugie występowały w wielu rozmaitych wariantach długościowych.
Krótko mówiąc - bastarda to coś o nieustalonych parametrach względem dział zwykłych tego samego typu, więc można tylko mnożyć przykłady, a nie podawać stałe różnice. Nawet jeśli ta różnica rzeczywiście najczęściej dotyczyła mniejszej długości.
Krzysztof Gerlach

Powała

Dziękuję bardzo. Jak zwykle, nie ma jednej recepty na bałagan nomenklaturowy XVI-XVII wiecznej artylerii Crying or Very sad

Przepraszam, że wykazuję swoją indolencję, ale po raz pierwszy spotkałem się z określeniem dla kolubryn wersji drake, co to oznacza?

kgerlach

Angielski "drake", hiszpański "dragón", włoski "drago", to nazwa TYPU KONSTRUKCYJNEGO, który mógł być zastosowany przy odlewaniu wielu dział, nie tylko kolubryn. Anglicy mieli w latach 1630-tych kanony-drake, półkanony-drake, kolubryny-drake, półkolubryny-drake, rarogi-drake. Generalnie chodziło o działa ze stożkową (oczywiście zwężającą się ku tyłowi) komorą prochową. Dzięki temu ładunek miotający przy tym samym kalibrze się zmniejszał, co pozwalało dawać ścianki luf mniejszej grubości. Armata nawet z tą samą długością co standardowa robiła się dużo lżejsza, a do tego bardzo popularne w odmianach "drake" było wydatne skracanie luf, co jeszcze bardziej obniżało masę. Dla "draków" odlewanych (z brązu i żeliwa) na kontynencie charakterystyczny był też kształt zewnętrzny, w którym lufa zwężała się od części czopowej nie tylko w przód (jak normalnie), ale i w tył, równolegle do wewnętrznego stożka komory prochowej. Angielskie "drakes" miały zazwyczaj (może zawsze, nie znam wszystkich egzemplarzy) lufy z zewnątrz nie do odróżnienia od dział standardowych.
Niektórzy sądzą, że działa takie wymyślono w drugiej połowie XVI w. w Portugalii, istnieje też dokument potwierdzający ich odlewanie w 1579 w Anglii. Jednak wynalazek ten szybko popadł w zapomnienie i na początku drugiej ćwiartki XVII wieku Anglikom wydawał się absolutnie nowatorski, sprowadzony do nich z niderlandzkich dział polowych. Strasznie go polubili dla artylerii okrętowej, uznali za panaceum na wszystkie bolączki tamtej epoki (okręty za małe, by nieść bardzo ciężkie działa; pokłady za wąskie, by mieścić bardzo długie działa) i powszechnie stosowali. Taki typ konstrukcyjny zyskał też popularność w Wenecji i Rosji. Wszędzie był zresztą zapominany (gdy górę brał pogląd o przeważaniu wad nad zaletami) i ponownie "odkrywany". W Rosji skonstruowano takie działa - po długiej przerwie - w 1757 (miały nawet ową uderzającą, zwężającą się na zewnątrz ku gronu lufę!) i nazwano "jednorogami", "genialnym wynalazkiem rosyjskim". We Francji Paixhans zastosował zbliżony pomysł w swoich działach haubicznych (okrzyczanych rewolucyjnym etapem w rozwoju artylerii okrętowej) w latach 1830-tych, a naśladujący go Anglicy przyjęli w działach haubicznych ich marynarki rozwiązania żywcem przejęte z "draków" Karola I, prawie zawsze z przekonaniem o całkowitym nowatorstwie pomysłów.
Wroćmy jednak do wieku XVII. Działa typu "drake" (obojętne - kanony, półkanony, kolubryny, półkolubryny czy rarogi) miały ważne zalety i istotne wady. Podstawowe zalety to oczywiście mała masa i na ogół mała długość. Mały ładunek miotający i krótka lufa przy dużej kuli żeliwnej oznaczały spadek prędkości wylotowej pocisku (szacuje się, że do 70 procent). To z kolei przekładało się zarówno na wady, jak zalety: spadał zasięg i pogarszała się celność; ale mniejsza prędkość przy uderzeniu w taki cel, jak dębowe burty okrętu, mogła być też korzystna - kula uderzająca z wielką prędkością szybko przebijała się przez burtę, robiąc mały, "gładki" otworek równy z grubsza jej średnicy, bardzo łatwy do zaczopowania standardowymi kołkami, przygotowywanymi przez cieślę grubo przed bitwą; tymczasem kula powolna przebijała się przez burtę z trudem, łamiąc ją na znacznie większym obszarze i w sposób całkowicie nieregularny, nie do przewidzenia. Oczywiście nie można było z tym przesadzić i nadawać kuli tak małą energię kinetyczną, że w ogóle odbijała się od burty przeciwnika.
Podstawową wadą armat typu "drake" była gwałtowność odrzutu. Doświadczały jej później wszystkie odmiany dział (karonady, haubice, działonady, działa haubiczne itp.) o małej masie w stosunku do kalibru. Wyrywały się z lawet, niszczyły liny hamujące, uszkadzały lawety, czasem nawet przewracały się. Ponadto "draki" szybciej się rozgrzewały podczas strzelania niż działa standardowe, co mogło być bardzo niebezpieczne dla obsługi, a na pewno było kłopotliwe.
Kiedy więc okręty urosły do wielkich i szerokich liniowców, a zwykłe działa ustabilizowały się na długości optymalnej dla czarnego prochu z powodu dynamiki gazów, armaty typu "drake" zniknęły z arsenałów flot. Ich idea pojawiała się jeszcze wielokrotnie (jak napisałem wyżej), ale zawsze w sytuacjach wyjątkowych i zawsze dawała w efekcie te same zalety i te same wady.
Krzysztof Gerlach