Bronze Chisels / Escopros de Bronze / Cincéles de Bronze / Bronzemeißel

The Casting   

There was actually not much hope for the bronze chisels cast by Bastian Asmus after the model of the massive 14±1% binary bronze chisel from the hoard of Freixianda in Portugal (see Bottaini 2013) to work on granite ... However, we were rather confident that they could carve softer rocks, as we had expected the stela from Foiós to be schist. As it turned out to be made of robust greywacke, this put the bronze to a hard test. For comparative studies Chisels were cast in alloys of 10, 12, 14 and 16% tin (Sn), harder alloys would have been too brittle. To assure homogeneity for the experiment, they were cast in a modern oil sand mould.

Let's start with the casting in September 2021 and we go on with traditional hardening and the pracatical use and efficiency of the tools...

O Fundição

Na verdade, não havia muita esperança para os cinzéis de bronze feitos pelo Bastian Asmus segundo o modelo do binário maciço de estanho e bronze (14±1%) do tesouro da Freixianda, Portugal (ver Bottaini 2012) para trabalhar o granito... Contudo, estávamos bastante confiantes que poderiam talhar rochas menos duras, como tínhamos esperado que a estela de Foiós fosse de xisto. Como acabou por se revelar ser feita de grauvaque robusto, isto colocou o bronze num teste difícil. Para estudos comparativos, fizeram-se cinzeis em ligas de 10, 12, 14 e 16% estanho (Sn), ligas mais duras teriam sido demasiado quebradiças. Para assegurar homogeneidade para a experiência, foram fundidos num molde moderno de areia betuminosa.

Comecemos pela fundição em Setembro de 2021 e avancemos com o endurecimento tradicional e a utilização prática e a eficiência das ferramentas...

La Fundición 

Si bien no abrigábamos muchas esperanzas de que los cinceles de bronce fabricados por Bastian Asmus, según el modelo de bronce de estaño macizo (14±1%) del tesoro de Freixianda en Portugal (ver Bottaini 2013), no fueran muy efectivos con el granito, estábamos bastante convencidos de que servirían para tallar piedras más blandas, ya que suponíamos que la estela de Foiós era de pizarra. Sin embargo, descubrimos que la estela era de grauvaca lo que supuso una dura prueba para las herramientas de bronce. Para los estudios comparativos se fundieron los cinceles en aleaciones con el 10, 12, 14 y 16% de estaño (Sn), cualquier otra aleación más dura hubiera resultado demasiado quebradiza. Las herramientas se fundieron en un molde moderno de arena bituminosa que garantizaba la homogeneidad del experimento.

Comenzamos por la fundición de los cinceles en septiembre de 2021 y seguimos con el proceso tradicional de endurecimiento y la aplicación práctica de las herramientas para comprobar su eficacia… 

Der Guss

Es gab von Anfang an nicht viel Hoffnung bei dem Granit für die Bronzemeißel, die Bastian Asmus nach dem Vorbild des massiven 14±1%igen Zinnbronze-Meißel aus dem Hort von Freixianda in Portugal (s. Bottaini 2013) anfertigte. wir waren jedoch zuversichtlich, dass sie bei weicheren Steinen einiges ausrichten können, da wir auch dachten, dass die Stele von Foiós aus Schiefer sei. Wie sich herausstellte, ist sie allerdings aus Grauwacke und das stellt die Bronze vor eine harte Herausforderung. Für die vergleichende Studie wurden die Meißel in den Legierungen 10, 12, 14 und 16% Zinn (Sn) gegossen, alles noch härtere wäre zu spröde. Um die Homogenität des Experiments zu garantieren, wurden sie in einer Ölsandform gegossen.

Es geht los mit dem Guss der Meißel im September 2021 und weiter mit den traditionellen Härtungsverfahren und der praktischen Benutzung und Effizienz der Werkzeuge ...   

Figure 1: Melting of copper and tin and casting the alloy into an oil sand mould in Bastian Asmus' foundry.

Figura 1: Derrete-se o cobre e o estanho e funde-se a liga num molde de areia betuminosa na oficina de fundição do Bastian Asmus.

Imagen 1: Fundición del cobre y el estaño, y posterior colada de la aleación en un molde de arena bituminosa en el taller de Bastian Asmus.

Abbildung 1: Schmelzen von Kupfer und Zinn und anschließendes Gießen der Legierung in eine Ölsand-Form in Bastian Asmus' Werkstatt.

Figure 2: After the hot bronze had cooled down, Bastian opens the mould and examines the result. Five chisels were cast from each alloy.

Figura 2: Depois do arrefecimento do bronze quente, Bastian abre o molde e examina o resultado. Cinco cinzéis foram fundidos de cada liga.

Imagen 2: Una vez que el bronce se enfriado, Bastian abre el molde para comprobar el resultado. Se fundieron cinco cinceles en cada aleación.

Abbildung 2: Nachdem die heiße Bronze abgekühlt ist, öffnet Bastian die Gussform und begutachtet das Ergebnis. Fünf Meißel wurden in jeder Legierung gegossen.

Figure 3: The cast blank chisels and the first trial with a hard-hammered and sharpened fresh specimen in clay-sandstone, making another, more traditional mould for more chisels.

Figura 3: O molde vazio dos cinzeis e a primeira tentativa com um exemplar fresco em barro-arenito martelado e moldado, fazendo outro molde mais tradicional para mais cinzéis.

Imagen 3: Los cinceles en bruto recién fundidos y un primer intento de modelar manualmente a martillo otro molde algo más tradicional de arenisca arcillosa.

Abbildung 3: Die frischen Meißel-Rohlinge und ein erster Versuch mit einem hartgehämmerten und geschärften Exemplar in Tonsandstein, an einer weiteren, etwas traditionelleren Gussform für mehr Meißel.

(All Photographs in the above paragraph: Michael Kinsky)

The Hardening / O Endurecimento / El Temple / Die Härtung

We brought the semi-finished tools with us to Baraçal. There, they underwent the hardening process including hammering, and were tested on our rocks.

Trouxemos as ferramentas quase acabadas connosco para o Baraçal. Ali, sofreram o processo de endurecimento, incluindo a martelagem e foram testadas nas nossas rochas.

Trajimos a Baraçal estas herramientas a medio terminar. Allí las sometimos al proceso de endurecimiento y modelado a martillo y las probamos con nuestras piedras.

Wir brachten die Halbfabrikate mit uns nach Baraçal. Dort wurden sie gehärtet und gehämmert und an unseren Steinen getestet.

(Photographs: Ralph Araque)

Figure 4: For the hardening process, the chisels are actzually first softened by leaving them in the embers of the prehistoric metallurgist's hearth. Afterwards, they are quenched in cold water and then hammered (see the small bronze anvil and hammer beside the oven).

Figura 4: Para o processo de endurecimento, os cinzéis foram primeiro amolecidos nas brasas de um forno pré-histórico. Posteriormente, foram arrefecidos em água fria e depois martelados (veja-se a pequena bigorna de bronze e martelo ao lado do forno).

Imagen 4: Para el proceso de endurecimiento, los cinceles se "ablandan” primero en las brasas del horno metalúrgico prehistórico y después se rocían con agua fría. A continuación se modelan con el martillo (véase el yunque y el martillo de bronce al lado del horno).

Abbildung 4: Für den Härtungsprozess werden die Meißel erst in der Glut des prähistorischen Metallurgenofens "aufgeweicht" und in kaltem Wasser abgeschreckt. Danach werden sie gehämmert, mit dem kleinen Bronzeamboss und Bronzehammer, neben dem Ofen sichtbar.

Impact of Bronze upon Granite / Impacto del Bronce en Granito / Wirkung der Bronze auf Granit

For the surface preparation, the bronze chisels with harder alloys 14-16% Sn proved efficient to chip off greater bumps in the broken granite. However, they were heavily damaged after a few minutes working, what renders them improbable as a standard tool for this procedure.

Na preparação da superfície, os cinzéis de bronze com ligas mais duras 14-16% Sn mostraram ser eficientes para retirar os altos maiores do granito quebrado. Contudo, eles ficaram muito danificados logo após alguns minutos de trabalho, o que os torna numa escolha improvável como ferramenta de uso comum neste procedimento.

En la preparación de la superficie, los cinceles de bronce con aleaciones más duras del 14-16 % Sn resultaron eficaces para desprender mayores protuberancias de la roca de granito. Sin embargo, los cinceles quedaron muy dañados después de unos minutos de trabajo, por lo que resultaron una opción improbable como herramienta estándar para este procedimiento.

Bei der Oberflächenbearbeitung war es mit Meißeln aus den härteren Legierungen, mit 14-16% Zinn, möglich, größere Buckel von der Oberflächen abzuschlagen und grobe Unebenheiten auszugleichen. Allerdings war der schaden an den Meißeln nach ein paar Minuten groß; darum halten wir es für ausgeschlossen, dass Bronzemeißel standardmäßig als Werkzeuge für diese Arbeiten eingesetzt wurden.

Videos:

a6a5adabef02feff9ef1910e090f8021

377e24f51739a76470cf9ef1c3e0df3d

a8d6098b5974eccd11abb0b06004a3b5

(all videos by Bastian Asmus)

       (Photographs: Ralph Araque)

Figure 5: Left, there was no chance to carve granite, the blade blunted and bent right away. Right: Giuseppe chiselling the greywacke with bronze and a yew-wood mallet.

Figura 5: Esquerda, não havia possibilidade no granito, a lâmina torna-se menos afiada e dobra-se de imediato. Direita, Giuseppe gravando o grauvaque com bronze e uma marreta em madeira de teixo.

Imagen 5: Izquierda: con el granito no había ninguna posibilidad, la hoja se doblaba y el filo se embotaba enseguida. Derecha: Giuseppe grabando la grauvaca con bronce y Bastian con la maza de madera de tejo.

Abbildung 5: Links, trotz allem gab es keine Chance auf dem Granit, die Meißelklinge verbog sich und war sofort stumpf. Rechts: Giuseppe meisselt den Grauwacken mit Bronze und Bastians Eibenholz-Klüpfel.

(Photograph: Ralph Araque)

Figure 6: Chisels with 10, 12 and 16% tin, their traces in the greywacke and the resulting damage on their blades. The differences in hardness and elasticity became evident, but they did not prove useful for continuous working on this rock. Punctual strikes with 14-16%  where however efficient.

Figura 6: Cinzeis com 10, 12 e 16% de estanho, os seus traçados no grauvaque e o dano resultante nas suas lâminas. As diferenças na dureza e elasticidade tornaram-se evidentes, mas não se provaram úteis para o trabalho contínuo da rocha. Pancadas pontuais com 14-16% eram, contudo, eficientes.

Imagen 6: Cinceles con 10, 12 y 16 % de estaño, las marcas que producen en la grauvaca y los daños que el trabajo deja en la hoja. Las diferencias en dureza y elasticidad son claras pero, en cualquier caso, ninguno resultó útil para trabajar la piedra de forma continuada aunque los golpes puntuales con herramientas de 14-16 % tuvieron buenos resultados.  

Abbildung 6: Meißel mit 10, 12 und 16% Zinn, deren Spuren in der Grauwacke und der jeweils resultierende Schaden an den Klingen. Die Unterschiede in Härte und Elastizität sind deutlich, aber keiner taugte für ein kontinuierliches Arbeiten am Stein. Punktuelle Schläge mit 14-16%  waren jedoch effizient.  

(Photograph: Ralph Araque)

Figure 7: The grinding of lines that had been picked with lithic tools into the greywacke was however possible and proved quite efficient in the finishing of the stelae.

Figura 7: O polimento das linhas que foram picadas com as ferramentas líticas no grauvaque foi contudo possível e provou-se bastante eficiente no acabamento das estelas.

Imagen 7: El pulido final de las líneas picadas con herramientas de piedra en las estelas de grauvaca se pudo llevar a cabo sin problemas.

Abbildung 7: Das Nachschleifen der von Steinwerkzeugen gepickten Linien in der Grauwacke bei den Endarbeiten an der Stele war jedoch problemlos möglich.

(Photographs: upper: Ralph Araque and both lower: David Ferro)

Figure 8: At the experimental site, a second casting, strictly with Bronze Age methods, was performed by Bastian Asmus. He chiselled the mould for smaller chisels from sandstone and cast the bronze in the evening hours for a highly interested audience.

Figura 8: No sítio experimental, uma segunda fundição, estritamente de acordo com os métodos da Idade do Bronze, foi feita por Bastian Asmus. Ele fez o molde para cinzeis mais pequenos a partir de arenito e fundiu o bronze à noite para um público altamente interessado.

Imagen 8: Bastian Asmus realizó otro fundido en el mismo lugar del experimento, siguiendo estrictamente procedimientos propios de la Edad de Bronce. Hizo un molde de arenisca de arcilla para cinceles más pequeños y fundió el bronce de noche ante un público entusiasta.

Abbildung 8: Am Experimentierplatz wurde ein weiterer Guss von Bastian Asmus durchgeführt, diesmal mit streng bronzezeitlichen Methoden. Er fertigte eine Gussform für kleinere Meißel aus Tonsandstein an und goss die Bronze in den Abendstunden vor einem begeisterten Publikum.

The Analysis / Os Analíses / Los Analísis / Die Analysen

(Photographs: Ralph Araque and Pedro Baptista)

Figure 9: Finally, Bastian analyzed the metallographies of several chisels from Late Bronze Age and Early Iron Age contexts in the Beira Interior. Prof. Dr. Raquel Vilaça supported and greatly facilitated our research and made it possible to set up the mobile lab at the Instituto do Arqueologia in the amazing Palacio Sub-Ripas in Coimbra.

Figura 9: Finalmente, Bastian analisou as metalografias de vários cinzéis de contextos do Bronze Final e Ferro Inicial na Beira Interior. Prof. Dr. Raquel Vilaça apoiou e facilitou grandemente a nossa investigação, tornando possível estabelecer um laboratório móvel no Instituto de Arqueologia da Universidade de Coimbra, no incrível Palácio Sub-Ripas, em Coimbra.

Imagen 9: Finalmente, Bastian analizó las metalografías de varios cinceles del bronce tardío y de principios de la Edad de Hierro procedentes de Beira Interior. Nuestras investigaciones contaron con el apoyo de la catedrática Dr. Raquel Vilaça. Gracias a su ayuda pudimos montar el laboratorio móvil en el Instituto Arqueológico de la Universidad de Coimbra, en el impresionante palacio de Sub-Ripas.

Abbildung 9: Schlussendlich analysierte Bastian die Metallographien mehrerer Meißel aus spätbronzezeitlichen und früheisenzeitlichen Fundstätten der Beira Interior. Prof. Dr. Raquel Vilaça unterstützte und ermöglichte unsere Forschung mit ihrer Hilfe konnten wir das mobile Labor am Archäologischen Institut im eindrucksvollen Palacio Sub-Ripas in Coimbra aufbauen.

Conclusions 

Bronze chisels are unsuitable for working hard rock, especially when it comes to engravings. The hardest alloys (14-16%) can however chip the edges and greater bumps on the surface for a few minutes before receiving greater damage, but it would not make any sense to do this with a sharpened blade as it would blunt within seconds. As the chiselling of sandstone for moulds shows, bronze chisels are efficient tools when it comes to softer stones. They also worked relatively well in grinding and scraping the lines in greywacke after the surface had been broken with lithic tools. The robust examples, like our model from Freixianda, sometimes show typical usewear from stone working (see Fig. 6; Bottaini 2013).

The metallographic analysis conducted in Coimbra and the compositions of chisels that had formerly been analyzed with X-Ray Fluorescence (XRF), often revealing alloys of 12-14±1% tin, both show that chisels have been intentionally  designed for heavy duty. Most would however have been used on soft rock or wood and other materials. Granite working was obviously still only possible with lithic tools in the Late Bronze-Early Iron Age. In the course of this project, Bastian Asmus will publish the results from an archaeometallurgical point of view, including analysis of use-impact on the different alloys and processed chisels that have been used in our experiment.

Resultados

Os cinzéis de bronze não são adequados para o trabalho de rochas duras, especialmente no que concerne às gravações. As ligas mais duras (14-16%) podem contudo lascar as margens e protuberâncias de maior calibre na superfície durante alguns minutos antes de receberem dano de maior, mas não faria qualquer sentido fazer isto com uma lâmina afiada porque iria ficar romba em segundos. Como o cinzelamento dos moldes de arenito demonstrou, os cinzéis em bronze são ferramentas eficientes no que toca a rochas menos duras. Também trabalharam relativamente bem no polimento e raspagem das linhas no grauvaque após a superfície ter sido partida com ferramentas líticas. Os exemplos robustos, como o nosso modelo da Freixianda, por vezes demonstram marcas de utilização típicas do trabalho da pedra (ver Fig. 6, Bottaini 2013).

As análises metalográficas levadas a cabo em Coimbra e a composição dos cinzéis que tinham sido anteriormente analisados com Fluorescência de Raios X (XRF), frequentemente revelando ligas de 12-14±1% estanho, ambas demonstraram que os cinzéis foram planeados para trabalho pesado. A maioria teria sido, contudo, usado em rocha macia ou madeira e outros materiais. O trabalho do granito era obviamente ainda possível com ferramentas líticas no Bronze Final-Ferro Inicial. No decorrer deste projeto, Bastian Asmus irá publicar os resultados da perspetiva arqueometalúrgica, incluindo análises do impacto de utilização em diferentes ligas e cinzéis processados que foram usados na nossa experiência.

Resultados

Los cinceles de bronce no son adecuados para el trabajo de rocas duras, especialmente cuando se trata de grabar líneas. Las aleaciones más duras (14-16 % de estaño) al menos son resistentes para rebajar las esquinas y alisar las protuberancias mayores de la superficie, pero solo durante algunos minutos antes de sufrir desperfectos importantes. Este trabajo no tendría sentido con una hoja afilada, ya que perdería el filo en unos segundos. Como demuestra el uso de los cinceles en el tallado de moldes de arenisca, se trata de herramientas eficaces para trabajar la piedra blanda. Las aleaciones más duras también han resultado relativamente buenas para el pulido y el raspado de las líneas en la grauvaca, después romper la superficie con herramientas de piedra. Los robustos ejemplares, como nuestro modelo de Freixianda, en ocasiones presentan las marcas de desgaste típicas del trabajo con piedra (ver imagen 6; Bottaini 2013).     

Los análisis metalográficos realizados en Coimbra y la composición de los cinceles analizados con fluorescencia de rayos X (XRF), fundidos a menudo con aleaciones del 12-14±1 %, demostraron claramente que estas herramientas estaban pensadas para un trabajo duro. Si bien es probable que la mayoría se utilizara para trabajar piedras blandas, madera y otros materiales, parece que entre el Bronce tardío y comienzos de la Edad de Hierro, el tallado del granito seguía haciéndose solo con herramientas de piedra. En el transcurso del proyecto, Bastian Asmus publicará los resultados de nuestros estudios desde la perspectiva de la metalurgia arqueológica, incluyendo el análisis del impacto que tuvo el uso de las diferentes aleaciones y procesos de endurecimiento utilizados en nuestro experimento.    

Fazit

Bronzemeißel haben nahezu keinen Effekt bei der Hartgestein-Bearbeitung, besonders, wenn es um das Gravieren von Linien geht. Die härtesten Legierungen (14-16% Zinn) taugen immerhin, um Ecken abzuschlagen oder grobe Unebenheiten bei der Oberflächenbearbeitung auszugleichen, allerdings nur ein paar Minuten lang bevor sie Schaden nehmen. Dies würde jedoch mit einer geschliffenen Klinge wenig Sinn machen, da diese in Sekunden abstumpft. Wie der Einsatz der Meißel beim Hauen von Sandsteingussformen zeigt, handelt es sich um effiziente Werkzeuge für die Weichgestein-Bearbeitung. die härteren Legierungen haben auch relativ gut zum Nachschleifen der Linien in Grauwacke getaugt, nachdem die Oberflächenspannung mit Steinwerkzeugen gebrochen war. Die robusten Exemplare wie unser Vorbild aus Freixianda zeigen manchmal typische Abnutzungsspuren von der Steinbearbeitung (vgl. Abb. 6; Bottaini 2013).     

Die metallographische Analyse in Coimbra und die Komposition derjenigen Meißel, die schon mit Röntgenfluoreszenz (XRF) analysiert sind, was oft Legierungen von 12-14±1% ans Licht brachte zeigen, dass die Meißel ganz klar für Heavy-Duty Nutzung ausgelegt waren. Meistens sind sie aber wahrscheinlich für die Bearbeitung von Weichgesteinen, Holz und anderen Materialien benutzt worden. Granitbearbeitung war in der Spätbronze- bis Früheisenzeit augenscheinlich immer noch nur mit Steinwerkzeugen möglich. Bastian Asmus wird im Projektverlauf die Ergebnisse unserer Studie aus archäometallurgischer Sicht publizieren, was auch Analysen der Gebrauchseffekte der verschiedenen Legierungen und Härtungsverfahren, die in unserem Experiment benutzt wurden, beinhaltet.