Главная » Наука и техника » Булатная сталь. Часть 2
Элби_тойота_Прадо_Page

Булатная сталь. Часть 2

Булатная сталь. Часть 1

Взглянем еще раз на нашу диаграмму. Заэвтектоидная сталь — это перлит и цементит. А некоторые виды булата, как мы только что убедились, вообще уходят за «чугунную» границу. Традиционно же неспециалисту чугун представляется как хрупкий, грязно-серого цвета материал, годный только для литья.

Ну не бред ли это в самом деле: булат с содержанием углерода до 4%? Как можно выковать сталь (да еще ТАКУЮ сталь!) непосредственно из чугуна?

Булатная сталь. Часть 2

Дело в том, что булат — это прежде всего технология, а не химический состав металла. И, похоже, не одна-единственная технология, а великое множество. Некоторые практики считают, что наиболее вероятной для получения настоящего вутца является технология «литого булата», т. е. выплавка высокоуглеродистого металла в тигле и охлаждение его вместе с тиглем так, чтобы образовались дендриты — «елочка» из кристаллов чистого железа, растущая внутрь слитка. Согласно диаграмме, при остывании слитков всегда первым кристаллизуется почти чистое железо. Приведенная реставратором В. И. Басовым схема образования булата до некоторой степени объясняла процесс образования этого загадочного сплава: при кристаллизации и «рождении» ферритов железо само себя очищает. В первую очередь ферриты начинают расти от стенок тигля. Нити феррита тянутся во всех направлениях, огибая поверхность застывшего слитка, проникая и внутрь, пронизывая его насквозь. От этих нитей растут малые, поперечные, перпендикулярные им, которые свариваются между собой и с длинными нитями. При дальнейшем остывании кристаллы чистого железа начинают покрываться карбидами. Получается, что кристаллы железа находятся как бы в цементитной оболочке. Когда вся поверхность ферритов уже занята, а углерода в продолжающем остывать расплаве все еще избыток, то благодаря внутренней кристаллизации в промежутках образуется перлит: смесь третичного цементита с ферритом очень малой величины. Описанный процесс кристаллизации может происходить только в тиглях, причем определенного размера. Нельзя переливать металл из тигля в изложницу и нельзя допускать возникновения конвекционных потоков в остывающем металле. По такой технологии булат рождается при очень медленном охлаждении. Причем здесь и кроется главный секрет: предварительная изотермическая выдержка.

Булатная сталь. Часть 2

Кузнец-реставратор В. И. Басов, разработавший эту теорию, действительно получал сталь, подобную булату. Главным для него было найти оптимальную скорость охлаждения. При совсем малых скоростях происходила гомогенизация металла с потерей неоднородности, при слишком больших получалась обычная углеродистая сталь, где вместо феррита и цементита образовывались перлит и цементит. В каждом конкретном случае нужная скорость охлаждения зависела от степени чистоты металла, его состава, шероховатости стенок тигля и т. д. То есть, перепробовав тысячу вариантов, можно так и не наткнуться на оптимум, приводящий к булату…

Поэтому другие исследователи предположили, что древние мастера шли прямо противоположным путем. На опытной плавке смесь мелких кусочков кричного железа и чугуна нагрели в специальном тигле до 1250—1280°С. При этой температуре чугун плавится, а железо — нет. При появлении жидкой фазы тигель с металлом быстро охладили. И получили узорчатую сталь очень высокой прочности!

Кроме этих двух крайних вариантов технологии, в настоящее время существует еще не менее десятка разновидностей способов получения стали, очень близко соответствующей представлениям о булате. В последнее время некоторые исследователи, один разок получив образец узорчатой стали, достаточно поспешно делают вывод о разгадке тайны булата, да и вообще об отсутствии тайны как таковой. Порой выводы их излишне безапелляционны, так как «булаты» эти делаются обычно для ножей, и проверить их на все свойства, которыми обладал истинный булат, невозможно.

По крайней мере, сейчас всем ясно, что булат — это композит: химически, физически и структурно неоднородная сталь. В соответствии с одной из теорий, роль матрицы в нем исполняет мягкая, пластичная ферритная основа, а роль упрочняющих волокон — карбиды железа (в современных булатоподобных сталях — также карбиды ванадия или молибдена). В подобном композиционном материале трещина, возникающая при разрушении прочного волокна, гасится мягкой матрицей. Поэтому наряду с высокой прочностью такие материалы обладают и высокой вязкостью. А высокая износостойкость лезвия возникает вследствие так называемой самозаточки: на режущей кромке ускоренное стачивание мягкой матрицы вызывает выход на режущую кромку волокон, обогащенных включениями цементита. В результате возникает своеобразная «микропила». Наличие рельефа на режущей кромке позволяет реализовать «вспарывающий» механизм реза, при котором препятствие перед режущим языком испытывает значительно большие растягивающие напряжения, чем при вминании вовнутрь (которое характерно для работы гладкой режущей кромки).

Булатная сталь. Часть 2

Однако, по мнению одной из групп исследователей, такое строение композита никак не может обеспечить фантастической упругости лучших видов булата. Булат типа «хоросан» или «кара-табан», конечно, композит, но ведь состоит он из перлита и цементита! Возможно, сверхвязкость композита объясняется не повышенной вязкостью матрицы (феррит), а формированием развитой субструктуры в промежуточных слоях на границе «волокно — матрица».

Но не только структура металла является тайной булата. Даже получив булат, не так-то и просто его отковать. П. П. Аносов в своих работах неоднократно указывал на целесообразность «холодной» ковки без перегрева булатного слитка. В давние времена мастера в процессе ковки затемняли помещения кузницы для более точной фиксации цвета каления слитка. Действительно, визуально фиксировать вишнево-красный цвет (750°С), темно-вишнево-красный (650°С) или темно-красный цвет (600°С) заготовки можно только при определенном затемнении.

Видимо, именно поэтому знаменитых клинков, меченных личным клеймом какого-либо конкретного мастера, в каждом отдельном случае не так уж и много*. Даже если металл раскален не добела, пристальный и долгий взгляд на него — жестокое испытание для сетчатки. И довольно вскоре способность различать тончайшие оттенки падает… А поскольку в ту пору мастер обычно отвечал за весь цикл, то через какое-то время ему приходилось переключаться на «просто» хорошие клинки, право же на изготовление эксклюзивного оружия для WIP-персон переходило к сыну или ученику (чаще всего — в одном лице).

*Правда, в ряде случаев такое клеймо передавалось по наследству, становясь «фирменной маркой» кузнечной династии, а то и разветвленного производства, охватывавшего множество мастерских. При таких обстоятельствах технология, конечно, сохраняла некие общие черты — но индивидуальный «почерк» все же размывался.

В. И. Басов разработал более 20 видов ковки булата. Основным видом является косая ковка под углом бойков 45°. При этом прямолинейные группы кристаллов становятся криволинейными. Чем больше перемещаются дендриты при ковке, тем прочнее будет булат. Именно посредством разнообразных приемов ковки Басов получал все виды узоров. Полосчатый — при простой ковке, волнистый — при ковке кувалдой с чуть закругленными поверхностями бойков, сетчатый — при косой ковке узкими бойками (обжимками, кувалдами с оттянутыми узкими носиками, как у молотков). Удары наносятся крестообразно узкой частью кувалды или молотка сначала по одной стороне, затем по другой с обязательным проглаживанием. Причем ковка должна происходить в определенном интервале температур: между 700°С и аустенитной температурной границей. По оценкам исследователей, ковавших перлитно-цементитный булат (наиболее трудный в работе), после определенного периода ковки пластичность композита возрастала, что позволяло увеличить интенсивность ковки и величину единичных обжатий.

Распространено мнение, что дамаск (его получают, сваривая вперемежку полосы мягкой и высокоуглеродистой стали) — это суррогат настоящего булата. Однако в некоторых случаях сварочная дамасская сталь может даже превосходить литой булат! Когда многослойный пакет варится из чистой стали с 0,8% С и чистейшего кричного железа с многократным посыпанием-науглероживанием чугуном, то такой сварочный булат будет иметь тот же химический состав и ту же структуру, что и литой. Мало того, если пакет нагреть до определенной температуры, а затем резко охладить в воде и потом отжечь, то углерод в гамма-железе (аустените), как заявляют авторы патента, может превратиться в алмаз! Этим объясняется полученная в некоторых случаях фантастическая твердость дамасской стали.

Сложна и термообработка булата (дамасской стали тоже), поскольку для каждого вида требуется свой режим закалки и отпуска. Вообще-то, поскольку булат режет в основном карбидными кластерами, создающими эффект микропилы, закалка лезвия необязательна. Тем не менее закаленный булат превосходит незакаленный: он режет и сталью более мягкой структуры, и, по мере ее износа, карбидными кластерами.

Булат, как и все высокоуглеродистые стали, очень чувствителен к пониженной температуре. На морозе он может попросту лопнуть при первом же ударе. Особенно чувствительными к пониженным температурам должны быть индийские булаты, где содержание фосфора (элемента, ответственного за хладноломкость) доходило до чудовищной величины: 0,23%! Так что не следует удивляться сообщению арабского путешественника ибн Фадлана, по которому мечи знакомых ему «русов» (практически наверняка — викинги, может быть несколько славянизированные) отличались очень высокими качествами, но булатными все-таки не были; более того, «русы» сознательно избегали приобретать литой булат, не доверяя ему в условиях зимних сражений.

Почему же секрет булата ищут сотни любителей, а промышленность не прилагает к этому никаких заметных усилий? Во-первых, век холодного оружия давно закончился, поэтому отпала надобность в клинках высокого качества, особенно в клинках длинных, мечевого или сабельного достоинства; а для задач, решаемых при помощи армейского или диверсионного ножа, булат, в общем, не требуется. Во-вторых, так и не появилась доступная, устойчивая технология изготовления булата: до сих пор это скорее искусство, индивидуальная работа, которую нельзя поставить на поток. В-третьих, любую проблему можно решить разными путями, промышленность же всегда ищет наиболее экономичный путь. Ей не нужна дорогая универсальная сталь с фантастическими свойствами, но с неустойчивой технологией изготовления. Проще создать приемлемую сталь (либо сплав) под каждый конкретный случай. Еще проще для промышленных операций делать ножи из недорогой стали с постоянной механической заточкой. Возрождение же интереса к древней металлургии со стороны любителей редко связано с коммерческим интересом.

Булатная сталь. Часть 2

Тем не менее констатируем: на многих сайтах в интернете сейчас идет активный обмен информацией между кузнецамилюбителями, ведущими поиск утерянного рецепта изготовления булата. Тот, кого тайны булата не оставили равнодушным, может заглянуть на сайт «Нож2002». Там Ахим Вирц предлагает наиболее доступный вариант изготовления «в домашних условиях» стали, предельно похожей на булат.

Источник: naukatehnika.com

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*