Zarys historii odlewnictwa

Analiza pozycji branży odlewniczej we współczesnej gospodarce i kierunków jej rozwoju, wymaga zwrócenia uwagi na genezę odlewnictwa i jego roli w rozwoju cywilizacji. Według jednych źródeł [Stölzel 1978] człowiek po raz pierwszy sięgnął do niewielkich części ułamków metali rodzimych, głównie miedzi, na ziemiach Bliskiego Wschodu około roku 9000 p.n.e. Inne źródła mówią [Tybulczyk i Piotrowski, 2004, s. 6-13], że metodę odlewania stosowano od ok. 5000 r. p.n.e. do wytwarzania wyrobów metalowych, najpierw z miedzi, później z brązu. Sztukę wykonywania odlewów z miedzi posiadali Sumerowie; najstarsze odlewy z brązu odnalezione w Egipcie pochodzą sprzed 3000 lat p.n.e. Możliwości kształtowania metalu były wówczas bardzo ograniczone, stopione kawałki metalu wlewano do form, złożonych z jednej lub dwóch płytek kamiennych. W starożytnej Grecji odlewnictwo było wykorzystywane do wyrobu monet, biżuterii i w rzeźbie

100 monumentalnej, a w Rzymie także do wyrobu części wodociągowych (rur, pomp). Wielki postęp technologiczny nastąpił w latach 3200-3000 p.n.e. na wskutek wynalezienia technologii „wytapianych modeli⁵²”, pozwalającej na wykonywanie odlewów o prawie dowolnym kształcie [Kowalski, 2006]. Dzięki temu technologia odlewania znalazla zastosowanie do wytwarzania wielu narzędzi (np. noże i sierpy), części uzbrojenia (miecze, sztylety i groty włóczni) oraz wielu innych przedmiotów [Stölzel 1978]. Nowa technologia otwierała także szerokie możliwości dla rozwoju sztuki i kultury. Epoka Brązu rozpowszechniła się w różnych kierunkach geograficznych, dochodząc także do Europy [Wübbenhort, 1989]. Radykalna zmiana nastąpiła w odlewnictwie około 1500 roku p.n.e., gdy wynaleziono sposób wytapiania bezpośrednio z rudy nowego metalu - żelaza oraz stali węglowej. Przedmioty ze stali zastąpiły prawie całkowicie odlewy z brązu i innych metali; z brązu odlewane były tylko dzieła sztuki. Po V wieku n.e. rozpoczął się trwający do dziś wzrost zastosowania odlewów w gospodarce i kulturze. Początkiem tego trendu było rozpowszechnienie w Europie chrześcijaństwa i odlewanie z brązu chrzścielnic oraz dzwonów kościelnych i do katedr, posągów słynnych postaci historycznych oraz postaci ówczesnych władców, płyt nagrobkowych oraz monumentalnych drzwi. Poczynając od wieku XV odlewnictwo znalazło szerokie zastosowanie w dekoracji architektoniczno-rzeźbiarskiej (stiuki). W 1540 roku wydano w Wenecji dzieło V. Biringuccia „ De la Pirotechnia”, będące wykładem o metalurgii i odlewnictwie. Znacznie większy wpływ na rozpowszechnienie odlewnictwa miało wprowadzenie do techniki wojennej artylerii i odlewania luf (początkowo z brązu) do armat i moździerzy. Umożliwiło to najbogatszym krajom Europy Zachodniej: Francji, Wlk. Brytanii, Holandii, Włochom, Hiszpanii i Portugalii podbój krain zamorskich, które stały się niewyczerpanym źródłem surowców dla tworzonych manufaktur, a także rynkiem zbytu. Następnym ważnym przyczynkiem odlewnictwa do rozwoju cywilizacyjnego było zastosowanie odlewów do produkcji maszyn. Jeszcze w połowie XVIII wieku maszyny wykonywane były prawie w całości z drewna. Koszt odlewów z brązu sprawiał, że stosowanie części odlewanych w maszynach napotykało na opory. Zastosowanie procesu redukcji żelaza w Europie Zachodniej, polegającego na wytapianiu surówki żelaza w wielkich piecach, umożliwiło rozszerzenie zastosowania odlewnictwa. W XVI wieku z surówki wielkopiecowej odlewno już rury kanalizacyjne, od połowy XVIII wieku zaczęto stosować tę surówkę, a następnie - po wtórnym przetopie -

52 Metoda wytapianych modeli polega na wykonywaniu modeli z masy łatwopalnej, takiej jak wosk pszeczeli, stearyna, parafina i pokrywaniu ich masą ceramiczną, a następnie wypalania modeli i zalewania ich metalem [Dyl, 2012].

101 żeliwo na części maszyn i innych urządzeń, zwłaszcza w budownictwie, transporcie i komunikacji [Stölzel 1978]. Wówczas to odlewnictwo żeliwa, polegające na wtórnym przetopie żelaza, wyodrębniło się w osobną branżę przemysłu. Z żeliwa wykonywano elementy konstrukcyjne, kolumny, pomniki, fontanny, pawilony muzyczne, a także latarnie, żardyniery, pompy, płoty, studnie, bramy, ławki, krzesła i stoliki. W dziewiętnastowiecznym mieście przedmioty i konstrukcje żeliwne widziało się powszechnie na ulicach, w kawiarniach, parkach, i na dworcach. Wiek XVIII i XIX to szereg innowacji, które przesądziły o dalszym dynamicznym rozwoju odlewnictwa na świecie i jego wpływie na postęp technologiczny w wielu dziedzinach gospodarki. Innowacje te dotyczyły techniki formowania odlewów i procesu odlewania, w tym zastosowania nowych urządzeń do wytopu, skutkiem czego były zmiany jakościowe procesu wytopu oraz pozyskiwanie nowych stopów odlewniczych. W 1704 roku J.Wilkinson wynalazł piece do wytopu zeliawa, zwane żeliwiakami. W 1709 r. A. Darby udoskonalił technikę formowania odlewów i wprowadził koks (zamiast węgla drzewnego) do wytapiania surówki w piecach szybowych, a także w żeliwiakach. w 1824 r. amerykański technik J. Laing opatentował urządzenie do odlewania ciągłego przeznaczone do produkcji rur ołowianych. w roku 1846 H. Bessemer wynalazł dalsze techniki odlewania ciągłego, w 1851 r. Niemiec J. Mayer wykonał pierwszy odlew staliwny. W ciągu XIX wieku dokonano postępu w budowie maszyn i pieców do wytopu stopów żelaza na wskutek zastosowano pieców hutniczych, konwertorów i pieców martenowskich (1851), a następnie pieców elektrycznych, łukowych (1857) i indukcyjnych. Dzięki tym piecom można było w odlewniach topić także stal i wykonywać odlewy staliwne o właściwościach mechanicznych zbliżonych do stali kutej. Stanowiło to dalszy krok w upowszechnieniu odlewnictwa, zwłaszcza gdy do staliwa i żeliwa zaczęto wprowadzać różne dodatki stopowe. Równocześnie nastąpił postęp w przygotowaniu mas do wykonywania form i rdzeni, a także maszyn do ich kształtowania. W końcu wprowadzono linie transportu form ze stanowisk formierskich do stanowisk odlewania ciekłego metalu (głównie żeliwa) do form, a następnie do wybijania odlewów i ponownie do stanowisk formowania. W 1918 roku uruchomiono w USA pierwszą zautomatyzowaną odlewnię, w której były odlewane granaty dla armii amerykańskiej [Tybulczyk i Piotrowski 2004]. Krótki zarys historii odlewnictwa przedstawia Tabela 3.

102

Tabela 3. Zarys historii odlewnictwa

Lp. Proces technologiczny Początki produkcji Pierwsze publikacje 1. Początki odlewnictwa- stopy

miedzi 9000 r. p.n.e. Bliski Wschód 2. Technologia wytapianych modeli 3200-3000 r. p.n.e. Bliski Wschód

3. Wytapianie żelaza i stali węglowej

1500 r. p.n.e. Bliski Wschód

4. Wytapianie surówki wielkopiecowej

XIII- XIV w. ok. 1540 r. (Włochy), ok. 1642 r. (USA) 5. Wytapianie żeliwa

w żeliwiakach

XVIII w. (W. Brytania) 1749 r. (W. Brytania) 6. Wytapianie żeliwa ciągliwego

białego

1720 r. (Francja) 1722 r. (Francja)

7.. Wytapianie staliwa węglowego XVIII w. (W. Brytania) 1750 r. (W. Brytania), 1818 r. (USA), 1847 r. (Niemcy)

8.. Wytapianie żeliwa ciągliwego czarnego

1826 r. (USA)

9. Żeliwo ciągle perlityczne 1919 r.(USA)

10.. Żeliwo sferoidalne 1949 r. (USA) 1948 r.(USA) 11. Żeliwo szare modyfikowane 1934/1944 r. (USA) 12. Żeliwo z grafitem

wermikularnym

1970 r.(Francja) 13. Żeliwo z grafitem zwartym 1976 r. (Francja)

14. Kompozyty 1984 r. 1965 r. (początki USA), 1982

(wdrożenie Japonia) 15. Żeliwo sferoidalne

średniokrzemowe

2000 r.(Szwecja)

Źródło: opracowanie własne w oparciu o Tybulczyk i Piotrowski [2004]; Stölzel [1978]; Wübbenhort [1989]

Wraz z postępem techniki odlewniczej przez cały czas rosło zapotrzebowanie na odlewy, przede wszystkim dla rozwijającego się przemysłu i transportu. Odlewy wprowadzane były do wszystkich działów techniki i przemysłu. Wszystkie części maszyn odlewano z żeliwa. Znaczny postęp technologii odlewnictwa na świecie nastąpił podczas II wojny światowej, w 1949 r. rozpoczęto wytwarzanie żeliwa sferoidalnego, które z racji kulkowej postaci grafitu wykazywało wysokie właściwości mechaniczne. Można je było jeszcze podwyższyć stosując dodatki stopowe i obróbkę cieplną odlewów. Od połowy XX

103 wieku zaczęto stosować nowe materiały konstrukcyjne (tworzywa sztuczne) i kompozyty (składające się z metali i innych materiałów). Zwiększyło się i nadal ulega rozszerzeniu zapotrzebowanie na odlewy części pracujących w ośrodkach reagujących chemicznie i pracujących w wysokiej temperaturze oraz w warunkach tarcia [Tybulczyk i Piotrowski, 2004]. Odlewnictwo ma więc bardzo długą historię, sięgającą początków rozwoju cywilizacji, a jego wpływ na kierunki tego rozwoju jest bezsprzeczny. Poczynając bowiem od wpływu na technikę wojenną, wyniki podbojów kolonialnych i ukształtowanie stref wplywów politycznych i rynkowych na świecie, wpływu na przekształcenia w zakresie technik wytwarzania produktów, a także poprzez uczestnictwo w sferze kultu religijnego i sztuki, odlewnictwo jest branżą, która wpłynęła istotnie na rozwój cywilizacji i w dalszym ciągu aktywnie w tym procesie uczestniczy.