Почему колокола принято отливать из бронзы, а не из чугуна, стали...?

История колоколов начинается с бронзового века (4-1 тысячелетия до нашей эры) , характеризующегося распространением по всему миру металлургии меди и её сплавов и изготовлением на их основе боевого оружия, орудий труда, предметов быта и т. д. Археологами найдены бронзовые бубенцы и колокольчики при раскопках древних городов Китая, Кавказа, Ближнего и Среднего Востока, возраст которых восходит к 20 веку до н. э. Уже к началу нашей эры в период зарождения Христианства бронзовые колокола и колокольчики получили широкое распространение и выполняли как культовые, так и светские функции.

Надо отметить, что, начиная с давних времен, колокольные мастера искали замену колокольной бронзе. Что только они не пробовали: чугун (первые чугунные колокола на Руси были отлиты при Иване Грозном) , серебро, стекло, фарфор и другие материалы, но вывод был один - лучше колокольной бронзы трудно придумать.

В Cредние века отливка больших колоколов была настоящим шоу. Плавильные печи, литейную яму и подъемные леса сооружали на площади, бронзу варили при большом скоплении народа. Разжигая печь, мастер проходил вдоль толпы с шапкой, предлагая благодарным зрителям «подкинуть серебра для звона» . На глазах у восторженной публики он бросал собранные монеты прямо в печь. Где уж было зевакам разглядеть, что серебро отправлялось не в плавильную емкость, а в топку, к углям. Когда народ расходился, хитрый мастер выгребал из печи вместе с золой заслуженную прибавку за спектакль.

Сегодня, как и много веков назад, колокола отливают из колокольной бронзы – сплава меди и олова в соотношении 4:1. Если увеличить долю олова, колокол будет звучать более звонко и долго, однако тембральный окрас станет беднее, ярко звучать будет лишь основной тон. Кроме того, излишне продолжительное звучание тоже нежелательно: при игре в ансамбле теряются ритмические акценты, долгий звук смешивается со звуком других колоколов, и эта смесь далеко не всегда гармонична. «В целях эксперимента колокола отливали даже из чистого циркония, – рассказывает Валерий Николаевич, – их звук, назвать который приятным можно только с большой натяжкой, длился до пяти минут» .

Приготовить бронзу, которая будет хорошо звучать, не так просто. Сплав меди и олова может состоять из различных структур, называемых фазами. Альфа-фаза бронзы имеет дендритную структуру: в ней более тугоплавкие компоненты сплава формируют длинные, связанные между собой ветви. Когда в расплавленную медь добавляют олово, формируется бронза с преобладанием альфа-фазы. В таком металле дендритная структура способствует распространению звуковых колебаний. При переплавке уже готовой бронзы (это происходит, как правило, при более низкой температуре) в ее структуре образуется большое количество зерен бета-фазы. Металл с зернистой структурой звучит глухо. Стоит ли говорить, что при переплавке старых колоколов в новые результат оказывается далек от идеала. В 1735 году, когда из осколков разбившегося Большого Успенского колокола был отлит знаменитый Царь-колокол, об этом еще не знали. Впрочем, 200-тонному исполину все равно не суждено было звонить.

Качество бронзы напрямую зависит от технических возможностей предприятия. Существует несколько разновидностей плавильных печей. Чтобы расплавить медь, ввести в нее олово и приготовить бронзу, необходима медеплавильная печь, температура в которой достигает 1300°С. Температура плавления готовой бронзы ниже, чем у меди. Чтобы расплавить ее, подойдет печь меньшей мощности.