О булате (Часть 3)

ЧТО ТАКОЕ БУЛАТ?

Вопрос можно поставить иначе: почему внешние признаки булата определяют его свойства?

Нам уже известно, что булат — это углеродистая сталь, очень твердая и вместе с тем вязкая, с высоким содержанием углерода — настолько высоким, что булат ближе к чугуну, чем к стали. А чугун плавится при более низкой температуре, чем железо. Но ковать обычный чугун нельзя, он хрупкий и рассыпается под молотом…

Разгадка в том, что булат неоднороден по составу: слои с высоким содержанием углерода чередуются со слоями, бедными углеродом и потому более пластичными. При ковке пластичные слои деформируются, а образующиеся в хрупких зонах разрывы и микротрещины тут же завариваются под давлением окружающего металла.

Такой слоистой стали присущи и высокая твердость (так как углерода в среднем много), и вязкость. Булатный же узор — это чередующиеся слои или волокна стали с различным химическим составом.

Слоистая структура возникает уже при плавке. П. П. Аносов изготовил булат, составив шихту из мягкого железа и графита. Железо насыщалось углеродом с поверхности и, превращаясь в чугун, плавилось, тогда как ненасыщенное железо внутри оставалось твердым. Но потом оно постепенно растворялось в чугуне, и плавку необходимо было закончить, прежде чем состав жидкого металла выровняется. Аносов брал мелкие куски железа — обломки подков, гвозди, проволоку. В упомянутом выше изобретении рекомендуется добавлять в расплавленный чугун железные или стальные опилки, то есть еще более дисперсные частицы. Каждая частица железа состоит из зерен, а зерна сложены словно мозаика из блоков. В пределах блока кристаллическая решетка почти идеальна, но сами блоки разориентированы на небольшие углы. Можно предположить, что в недогретом расплаве частицы распадаются именно до устойчивых блоков, а они сращиваются при кристаллизации в ассоциации, подобные полимерным цепочкам. Если скорость охлаждения невелика, то возможно образование длинных цепочек — в виде волокон или пространственных сеток. Когда расплав застывает, неоднородная по химическому составу узорчатая структура сохраняется. Чтобы сохранить ее и при ковке, слиток нагревают лишь до минимально необходимой температуры и куют не слишком быстро — иначе металл разогреется и узор может исчезнуть. Впрочем, и слишком медленная ковка нехороша: металл успевает остыть, и его приходится многократно нагревать, что, конечно же, ухудшает качество узора.
1
Деталь индийского булатного клинка из собрания Государственного Эрмитажа. Узор образован прядями линий, меняющими изгиб и ширину
Острота и стойкость стального острия зависит от того, насколько мелки зерна основной твердой фазы стали — цементита. У мелкого зерна — большая поверхность и, следовательно, энергия связи с основой выше. Сталь для резцов, например, подвергают специальной ковке, чтобы измельчить зерно, и обязательно проверяют величину зерен цементита.

У булатной стали чрезвычайно мелкое зерно. Оно мелкое уже в слитке, поскольку в шихте почти нет примесей. А при многократной ковке зерно еще более размельчается. Низкая температура ковки и закалки не дает развиться рекристаллизации, поэтому зерно сохраняется и в изделии.

Во время ковки волокна в стали изгибаются и перемешиваются, образуя причудливый узор; чем больше перепутаны слои, тем выше вязкость — свойство, приобретаемое уже при закалке. Форма булатного узора свидетельствует как раз о степени проковки, то есть о том, насколько перемешаны волокна и измельчены зерна. Иными словами, узор — прямой показатель качества.
2
Сварочный булат с коленчатым узором. Он выкован из стальных проволок разного химического состава, сплетенных в жгуты
Лучшая проковка — у коленчатого булата. В полосу стали раз за разом вдавливают так называемую кузнечную пережимку, которая оставляет поперечные вмятины. Расстояние между вмятинами в 2-2,5 см соответствует узору «сорок ступеней». Напротив, простой полосатый узор на низкосортном булате говорит о простейшей перековке слитка в полосу, без каких-то особых операций, улучшающих структуру.

Ну а чистый и долгий звон булатного клинка? Он говорит о сплошности структуры, о том, что нет трещин и разрывов. При грубой структуре слитка, когда разница в составе соседних слоев слишком велика, металл расслаивается. Тогда звон получается низким и дребезжащим, а звук быстро гасится при переходе через границы слоев.

Итак, форма узора свидетельствует о том, насколько хорошо клинок прокован, цвет — о химическом составе и способе плавки, а звон — о монолитности стали.
3
Деталь клинка из дамасской стали. Узор состоит из четких линий постоянной толщины, которые образуют повторяющиеся фрагменты.
К сожалению, пока не удается подвергнуть булат тщательному металловедческому анализу: изучить микроструктуру различных зон, измерить внутренние напряжения, определить фазовый состав. И дело вовсе не в том, что нет подходящих приборов или нет желающих провести исследование. Просто до сих пор не удалось еще найти владельца булатного клинка, который согласился бы пожертвовать своим сокровищем ради науки. А такой клинок действительно сокровище: далеко не в каждом приличном музее можно найти настоящее булатное оружие. В Москве, например, такого музея вроде бы нет…

Закончим статью извлечениями из старинных трактатов.
В трактате Ал-Кинди, багдадского философа IX века, предлагается такой способ: в каждый тигель класть 5 рателей (ратель — около 450 г) лошадиных подков и гвоздей из нормохана (мягкая сталь, железо) и по десять дирхемов (дирхем — примерно 3 г) жженой меди, золотистого марказита (железный колчедан) и мягкой магнезии. Тигель замазать, поставить в печь с углем и раздувать, пока содержимое не расплавится. Приготовить приправу из розового дерева, корок граната и жемчужных раковин поровну и насыпать в тигель — 40 дирхем. Раздуть огонь «самым безжалостным образом» в течение часа, затем оставить печь, пока она не остынет, и слиток извлечь из тигля. А вот цитата из Бируни (XI век): «Другой сорт получается, когда в тигле шабуркан (твердая углеродистая сталь) и дус (чугун) плавятся неодинаково и между ними не происходит совершенного смешения. Отдельные частицы их располагаются вперемежку, но каждая ясно видна по особому оттенку. Называется фаранд. В мечах, которые их соединяют, высоко ценится». Кстати, фаранд по-персидски — шелковая ткань. Похоже, что исследователи шли по верному пути. Первый способ, можно сказать, по Аносову — плавка железа с углеродом и известковыми флюсами; второй, где сталь сплавляют с чугуном — словно в авторском свидетельстве на способ изготовления булатных слитков…
Похоже, что как раз об этом случае древние мудрецы говорили: «То, что есть, уже было».

About Yaroslav

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *