Werkstoffe der Schmiede
I. Nichteisenmetalle, Teil 1
Nun ja, im Bereich der Reenactor wird natürlich auch darauf geachtet, aus welchem Material Schmuck und Ausrüstungsgegenstände, Waffen und andere Geräte gearbeitet sind, bzw. wurden. Da ich einen Teil meines Schmuckes, wie z.B. Gewandnadeln, Fibeln, Armreifen oder Gürtelschließen aus Messing oder "Kupfer" fertige, habe ich mich dazu entschlossen diesen Werkstoffen einmal "technisch" und "historisch" auf den Grund zu gehen. Gestreift wird hier auch das Schwermetall Zinn (Sn), welches mit absoluter Sicherheit nicht nur zur Herstellung von Bronze verwendet wurde. Dazu aber weiter unten.
1) Die Legierungen und Metalle.
A) Bronze (CuSn, CuAg)
Unter Bronze versteht man normalerweise eine Legierung von Kupfer [Cu] und Zinn [Sn] (sog. "Zinnbronze"), evtl. noch weiteren Bestandteilen. Von Zinnbronzen spricht man, wenn mindestens 60 % Kupfer und mindestens 4 % Zinn in der Legierung enthalten sind. D.h., bei einer Legierung von 96% Kupfer und 4 %Zinn haben wir genauso Bronze wie bei 60% Kupfer, 15% Silber und 25% Zinn! [Eine Ausnahme bildet die Silberbronze mit 1 - 7 % Silber (Ag), 0,2 % Kadmium (Cd), Rest Kupfer (Cu)]
Aus unserer Zeit kennen wir folgende Bronzen:
Geschützbronze: bis 10 % Zinn
Glockenmetall: bis 25 % Zinn
Kunstbronze: 86,7 % Kupfer, 16 % Zinn, 3,3 % Blei, 3,3 % Zink
Desweiteren gehören zu den Bronzen noch die Fittichlote im Heizungsbau, das sog. Hartlot im Metallbau L-AG 72 (Ausnahme, da Silberlot 72 % Ag, 28 % Cu ! ),sowie das "Kupfer" diverser Stark- und Drehstromleitungen
B) Messing (CuZn)
Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung mit einem Kupfergehalt von 56 % bis 95 % Kupfer. Als Messinge werden aber auch Kupfer-Zink-Zinn-Legierungen bezeichnet, bei denen der Zinkgehalt über 10 %, der Zinngehalt unter 10 % liegt. Bereits die Römer kannten dieses “goldene” Metall und nannten es “aurichalcum” [Plinius, Buch 34, V, 8.
Aeris tria genera: candidum argento nitore quam proxime accedens, in quo illa mixtura praevaluit; alterum, in quo auri fulva natura; tertium, in quo aequalis omnium temperies fuit. (Plinius beschreibt an dieser Stelle drei Sorten von Bronzelegierungen, es folgen im gleichen Paragraphen noch weitere. Interessant ist ihre Charakterisierung anhand der Farbe (silbern oder golden). Daß hier wirklich Edelmetalle zugesetzt wurden, wird bestritten. Die Farbe jedoch scheint ein wesentlicher Faktor gewesen zu sein)].
Bei den heutigen Messingen wird zwischen Kupfer-Zink-Gußlegierungen und Kupfer-Zink-Knetlegierungen unterschieden. Letztere finden sich in der Literatur auch unter dem Wort “Tombak”
Moderne Messinge sind:
Englisches Messing: 66.7 % Kupfer, 33,3 % Zink
Stolberger Messing: 64,8 % Kupfer, 32,8 % Zink, 2 % Blei, 0,4 % Zinn
Tombak 85-90 % Kupfer, 15-10 % Zink, 0-2 % Blei (z.B. CuZn 40 Pb 2)
C) Zinn (Sn)
Zinn gehört zu den zehn Metallen des Altertums. Die ältesten Funde weisen auf die Verwendung von Zinn in Bronzelegierungen hin (Zinn-Kupfer-Legierungen). Diese traten im 3. Jahrtausend vor Christus in Beilen und Pfeilspitzen auf. Reines Zinn kannten im 18. Jahrhundert vor Christus die alten Griechen, aber auch die Chinesen und Japaner im gleichen Zeitraum. Um 700 vor Christus erzeugten die alten Ägypter Zinnfolien, mit denen sie Mumien einwickelten.
Der römische Geschichtsschreiber Plinius der Ältere (24-79) beschrieb die Verwendung einer Blei-Zinn-Legierung zum Verlöten und das Überziehen von Kupfergefäßen mit einer dünnen Zinnschicht. In den Mittelmeerländern fand sich kaum Zinnerz, daher musste es aus Britannien oder aus China importiert werden. Bis zum 13. Jahrhundert lieferte England den Hauptanteil des europäischen Zinns. Anfang des 12. Jahrhunderts entstanden in Böhmen und in Sachsen die ersten Zinngruben. Zunächst hielt man Zinn für eine Abart des Bleis und bezeichnete es als "weißes Blei", im Gegensatz zum "echten" Blei, dem "schwarzen Blei". Der Name leitet sich von dem altnordischen Wort "tin", bzw. vom althochdeutschen "zin" ab, was soviel bedeutet wie "Stab" oder "Platte. Zinn ist ein silberweiß glänzendes und relativ weiches Schwermetall. Es lässt sich mit dem Messer leicht ritzen und man kann es zu hauchdünnen Folien auswalzen (früher "Stanniol"). Zinn ist aber nicht ganz so weich wie Blei. Beim Verbiegen einer Zinnstange kommt es zu einem knirschenden Geräusch (Zinngeschrei).
Vom Zinn sind drei Modifikationen bekannt: Oberhalb von 13,25°C geht das graue, kubisch orientierte alpha-Zinn in weißes tetragonal orientiertes beta-Zinn über. Oberhalb von 162°C wird das Zinn spröde und man erhält rhombisch orientiertes gamma-Zinn, das beim Herunterfallen in Stücke zerspringt oder im Mörser zu einem grauen Pulver zerrieben werden kann. Das alpha-Zinn besitzt bei geringen Temperaturen die unangenehme Eigenschaft, daß es allmählich zu einem grauen Pulver zerfällt. Diese Erscheinung, die häufig an alten Orgelpfeifen zu beobachten ist, wird auch als Zinnpest bezeichnet. Durch Legieren mit anderen Metallen, z.B. mit Antimon, Wismut oder Blei kann dieses Phänomen stark verlangsamt werden. Zusätze von Aluminium, Cobalt, Magnesium, Mangan oder Zink beschleunigen dagegen den Vorgang. Reines Zinn hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, weshalb man es bereits mit einer Kerzenflamme schmelzen kann (Quelle: http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/50Zinn.htm ).
D) Kupfer (Cu)
Reines Kupfer ist ein hellrotes, hartes und gut schmiedbares Schwermetall. Es läßt sich zu hauchdünnen Folien und zu Draht formen. Nach Silber besitzt es die beste elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Mit Zink, Zinn, Silber, Nickel, Eisen, Aluminium, Mangan, Silicium, Platin, u.a. erhält man Kupfer-Legierungen: Bronze enthält ca. 80-90% Kupfer und 10-20% Zinn. An feuchter Luft bildet sich auf der Oberfläche allmählich ein grünlicher Überzug (Patina), der im wesentlichen aus Malachit besteht. Die Patina schützt das darunter liegende Kupfer vor weiterer Korrosion, daher ist Kupferblech für die Abdeckung von Türmen und Dächern gut geeignet.
Kupfer war vermutlich das erste Metall, welches von den Menschen vor über 9000 Jahren verarbeitet wurde. Mit der Gewinnung des Kupfers aus Erzen begann die Kupferzeit und endete die Steinzeit. Die Kupfervorkommen der Antike befanden sich auf Zypern, daher der Name aes cyprium ("Erz aus Zypern"). In der Alchemie diente das Phänomen, daß Kupfer durch unedle Metalle aus Lösungen seiner Salze freigesetzt wird, lange Zeit als Beweis für die Möglichkeit einer Umwandlung von Metallen in andere (Transmutationen). Erst Robert Boyle (1627-1691) klärte im Jahre 1661 das Missverständnis auf und erklärte das Phänomen durch die Verdrängung des Metalls aus einer Salzlösung durch Metalle wie Eisen oder Zink. Dem Kupfer wurde in der Alchemie das Venuszeichen zugeordnet.Wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit wird es zu Drähten und Stromschienen verarbeitet. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit gelangt es als Baumaterial für Dachbleche und Dachrinnen, aber auch im Maschinen- und Apparatebau, für Beschläge, für Patronenhülsen oder für Münzen zum Einsatz. Seine gute Wärmeleitfähigkeit benutzt man in Heizrohren, Braukesseln, Kochgeschirr oder bei Lötkolben. Ein großer Anteil dient zur Herstellung von Kupferlegierungen:
Rotmessing: 80-90% Kupfer + 10-20% Zink (für Modeschmuck und Kunstartikel)
Gelbmessing: 60-80% Kupfer + 20-40% Zink (für Maschinenteile und Küchengeräte)
Glockenbronze: 75-80% Kupfer + 20-25% Zinn (für Glocken und Kunstgegenstände)
Konstantan: 57% Kupfer + 41% Nickel + 1% Eisen + 1% Mangan, (elektr. Widerstände)
Neusilber: 45-68% Kupfer + 10-26% Nickel + 12-45% Zink (chir. Instrumente, Essbestecke)
Ein geringer Anteil des Kupfers wird zu Kupferverbindungen weiterverarbeitet, z.B. zu Kupferoxid, Kupfersulfat, Kupferchlorid (Quelle: http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/29Kupfer.htm ).
2) Archäologische Betrachtung der oben erwähnten Legierungen und Metalle
Aus der Archäologie kennen wir folgende "Bronzen" (bzw. "Messinge")
(Quelle: Römische Kampf- und Turnierrüstungen von Hermann Born und Marcus Junkelmann (http://junkelmann.de/), Verlag Sammlung Guttmann bei Verlag Philipp von Zabern, ISBN 3-8053-1668-2). Bei den untersuchten Stücken handelt es sich um Helmmasken, Beinschienen, Brustblechen und Schildbuckeln
|
% Kupfer (Cu) |
% Zinn (Sn) |
% Blei (Pb) |
% Zink (Zn) |
Beschreibung |
|
98,27 |
1,026 |
0,111 |
0,0069 |
niederlegiertes Kupfer, gilt noch nicht als Bronze |
|
82,48 |
2,769 |
1,629 |
12,4662 |
Messing |
|
77,65 |
0,43 |
0,27 |
21,398 |
Messing |
|
77,84 |
0,55 |
0,21 |
21,269 |
Messing |
|
76,78 |
ca. 0,25 |
0,142 |
23,0032 |
Messing |
|
83,24 |
0,98 |
0,10 |
15,357 |
Messing |
|
80,15 |
1,05 |
0,24 |
18,193 |
Messing |
|
84,39 |
5,374 |
0,307 |
8,6062 |
für “Zinnbronze” ist der Zinkanteil zu hoch |
|
81,50 |
2,531 |
0,159 |
14,978 |
Messing |
|
84,77 |
14,508 |
0,163 |
0,1513 |
Zinnbronze |
|
82,62 |
2,868 |
0,200 |
13,3399 |
Messing |
|
86,29 |
3,628 |
0,189 |
9,0557 |
Messing |
|
80,51 |
5,94 |
0,88 |
12,101 |
Messing |
|
82,01 |
1,84 |
0,24 |
15,427 |
Messing |
|
81,88 |
4,54 |
0.22 |
12,887 |
Messing |
|
79,46 |
5,24 |
0,30 |
14,304 |
Messing |
|
82,5 |
6,7 |
0,5 |
9,5 |
für “Zinnbronze” ist der Zinkanteil zu hoch |
|
81,9 |
0,9 |
0,2 |
15,8 |
Messing |
|
83,7 |
2,1 |
0,9 |
11,1 |
Messing |
|
87,2 |
2,3 |
1,2 |
6,8 |
Messing |
|
76,9 |
0,4 |
ca. 0,0 |
22,2 |
Messing |
© der Tabelle außer der Spalte “Beschreibung” beim angegebenen Verlag und © bei Marcus Junkelmann http://junkelmann.de/
Bei der Auswertung dieser 21 Exponate fällt auf, das nur 1 Stück aus “Zinnbronze” ist, das Material von 17 Exponaten fällt unter die Bezeichnung “Messing”, 2 Exponate bestehen aus einer Mischform zwischen Messing und Bronze und 1 Stück könnte schon fast als verunreinigtes Kupfer durchgehen ! Junkelmann betont ausdrücklich in seiner Publikation, das archäologische Bronze in den seltensten Fällen die Kriterien für moderne Bronze erfüllt, sondern nach modernen Kriterien als Messinge bezeichnet werden müßte.
Farbvergleiche von Fundstücken aus der Wikingerzeit lassen den Schluß zu, das auch hier mit den unterschiedlichsten Legierungen gearbeitet wurde. Somit dürfte der Begriff “Bronze” in Museen und Publikationen stark überstrapaziert sein ! Dazu möchte ich eine weitere Quelle aufführen:
METALLRECYCLING IN DER FRÜHGESCHICHTE
Untersuchungen zur technischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Rolle sekundärer Materialverwertung im ersten Jahrtausend n. Chr.,
Martin Baumeister M.A., Dissertation am Lehrstuhl für Vor- und Frühgeschichte der Universität Würzburg. Betreuer: Prof. Dr. Dr. h. c. (Caen) Walter Janssen, Prof. Dr. Wolfram Schier http://www.uni-wuerzburg.de/vfg/baumeister.html.
Hier ist vor allem die Passage über die Karolinger von Bedeutung, wenn es um die Verlagerung von Metallen und Legierungen in Form von Kriegsbeute und Raub nach Skandinavien geht. Auf diese Weise gelangten auch so “exotische” Legierungen, wie z.B. römische Messinge in den Einzugsbereich der Vendel- und Wikingerkultur. Alle aufgeführten Quellen betonen ausdrücklich, das im Bereich der archäologischen Metallurgie noch reichlich Neuland zu erforschen ist.
In dem Buch “Ribe zur Wikingerzeit” fand ich im Kapitel “Der Metallgießer” den Hinweis, das man bei den Ausgrabungen Tiegel mit Resten von Messing und Bronze fand. Beide Rohstoffe wurden in Barrenform aus der Rheingegend nach Ribe importiert und dort im großen Umfang verarbeitet. Einer der außergewöhnlichsten Funde in Ribe ist ein Fragment einer römischen Bronzestatue. Man vermutet, daß das antike Stück (wie einige andere römische Fundstücke in Ribe) aus der Rheingegend um Mainz oder Trier stammt. Im Hafen von Haithabu fand man 25 Messingbarren. Dieser Sammelfund stellt das Rohmaterial als Handelsware dar (Achäologisches Landesmuseum Schleswig, im Ausstellungskatalog “Wikinger Waräger Normanen, Die Skandinavier und Europa 800 - 1200 unter Nr. 98 zu finden).
Weiter bei Teil 2
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Text wird weiter recherchiert. Stand des Scripts: 26.02.2007, 12.10 MEZ
Last Update, Heimdallson..... góa 2007 n.d.Z.
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