о себе
статьи
галереи
контакты    
 
статьи
 
Этапы булатизации.

 

В.В.Кузнецовwww.kuznec.com.

Авторский комментарий

При написании статьи всегда стоит проблема, определенная еще на заре журналистики: «Напишешь подробно и длинно – будет скучно и нудно, напишешь коротко – получится неинтересно». Поэтому написал я длинно, а потом более тридцати раз переписывал, каждый раз сокращая. В моей статье нет ни одного голословного утверждения, все подтверждается фактами. Если кажется, что маловато доказательств, то это из-за той проблемы, что я определил чуть выше – ведь невозможно по каждому поводу громоздить горы и баррикады фактов – умному человеку хватит и одного, было бы желание понять. Ведь чаще всего невежество – это не отсутствие знаний, а нежелание вдуматься и понять, понимание подменяется верой, или безверием и тут никакое количество убедительных фактов не прошибет эту броню. Судя по откликам шум вызвал мой абзац о вреде ковки, поэтому чуть подробнее здесь в дополнении, кому неинтересно – могут не читать. (Писать я и здесь буду коротко, только для понятливых).
А дело было так: два инженера, работавших в Златоусте над созданием стальных орудий, опубликовали свои заметки и наблюдения в «Артиллерийском журнале». Статья А.С. Лаврова вышла в двух номерах за 1866 г., а Н.В. Калакуцкого – в четырех за 1867 г. Д.К. Чернов в это время работал на заводе Обухова в С.Петербурге, и над этой же самой темой. Поэтому он тщательно изучил статьи. Кроме описания технологических процессов его внимание привлекли некоторые наблюдения этих инженеров. Цитирую: А.С.Лавров: «Абсолютный удельный вес непрокованной стали нисколько не ниже, чем в прокованных образцах того же номера. Более того, незначительный удельный вес образцов, взятых из середины кованых слитков, указывает, что ковка натягивает, разделяет металл и приносит только вред» (sic! Запомните это, еще вернемся!).
Н.В. Калакуцкий: «Ковка изменяет структуру литого металла, а вместе с тем уменьшает его плотность».
В то время ковка почиталась за единственное средство, улучшающее структуру стали, но Чернов был ученым, а не горлопаном, поэтому, прочитав эти слова, он не закричал: « Они покусились на святое!». Нет. Он принялся за опыты. Два года кропотливой работы, сотни опытов, и он не только доказал правильность наблюдений этих двух «талантливых инженеров» (слова Чернова), но и вывел новую форму обработки металла.
Со своим докладом Д.К. Чернов выступил на заседании «Императорского Русского технического общества» в 1868 г. Цитаты из его доклада: «Мы привыкли с понятием о ковке стали соединять всегда понятие об ее уплотнении, но на самом деле ковка только изменяет форму». «Как сильно влияют ложные предубеждения: что будто бы, чем большее число раз мы прокуем кусок стали, тем будет он плотнее; но ведь следующий нагрев полностью уничтожает действие предыдущей ковки».
Доклад Чернова вызвал шок, но поскольку там были только ученые, то опять же никто не закричал: «Бей его!». Выступил А.В. Гадолин, академик, профессор Петербургского практического технологического института, ученый с мировым именем, специалист по механической обработке металлов. Чернов учился у него, был любимым учеником и вдруг на тебе - ударил под дых. Цитата из речи А.В. Гадолина: «По моему мнению, отвергая значение ковки, которая многими людьми и на протяжении веков почиталась средством, улучшающим качество стали, г-н Чернов сделал слишком поспешные выводы». Выступление, как видите, эмоциональное и бездоказательное. Но в то время еще не перевелись люди действия. Прямо на собрании была создана комиссия во главе с А.В. Гадолиным для проверки доклада Д.К. Чернова.
Два года непрерывной исследовательской работы этой комиссии полностью подтвердили выводы Чернова. В 1870 г. были опубликованы результаты и этот год можно считать поворотным в деле обработки металлов. Каковы были выводы этой комиссии: ковка улучшает структуру стали не более, чем фрезер, т.е. ковка только меняет форму. Более того, ковка может разрушать сталь. Структуру стали может улучшить только термообработка.
Выводы комиссии были опубликованы, проверены и перепроверены во всех странах мира и с тех самых пор молот, токарный и фрезерный станок служат только для придания формы, а термообработка – для придания нужной структуры.
Представьте, уже минуло 139 лет, вся металлообрабатывающая промышленность всего мира работает по принципам, разработанным Д.К. Черновым. И только кузнецы талдычат о ковке, как средстве уплотнения металла! Ну, хоть иногда, в перерывах между ковкой и ковкой, надо и литературу почитывать. Мышление рядового потребителя может оставаться на уровне XVIII века, его вера в уплотнение металла молотом вредит только ему и более никому не мешает. Но человек обрабатывающий металл, должен знать особенности этой обработки.
Вот мнение металлурга, академика А.А. Байкова: «Д.К. Чернов не только доказал ложность и неправильность взглядов на значение ковки для качества стали, но и открыл правильный путь для придания стали высоких качеств. Д.К. Чернов указал, что решающим фактором является не механическая обработка при помощи молота, а тепловая обработка, и положил основание термообработке стали».
Правильная термообработка может в 2,5 раза увеличить прочность литой стали, в то время, как ковка не увеличивает ни один показатель, более того, ухудшает их. Вот как это происходит. Вернемся к высказыванию А.С. Лаврова, которое я отметил. Д.К. Чернов тщательно исследовал и объяснил это явление. Литой прокатный металл обладает анизотропией, т.е. неравномерностью свойств в разных направлениях. Поэтому любой брусок, или пруток металла можно представить, как пакет дамаска. Если равномерно осаживать этот пакет то по плоскости, то поперек, тогда по периметру плотность бруска останется той же, что и была. А вот внутри все слои разойдутся, как и сказал Лавров: «Натягивается и разъединяет металл».

Пакет до ковки                                                        После ковки

                                            

 

Если взять пруток ø40 мм и перебить его на пруток ø25 мм, то плотность внешнего слоя, как была 7,8 г/см3, так останется, а вот плотность середины упадет до 7,6 гр/см3.
С 1870года началась новая эпоха обработки металла: литьё и термообработка, а молоты начали исчезать. Были разобраны чудовища, у которых вес бабы был вес 50 – 100 тонн, а вес наковальни 600-1000тонн. Еще раз повторю: ковка меняет форму, тем она и хороша: кузнец из шарика ø30 мм может отковать полномерное лезвие, а фрезеровщик из этого же шарика может только сережку сделать. Не надо ковке придавать никаких мистических свойств – это глупость и невежество на уровне средневековья. Знать, как ковать – надо, иначе происходит разрушение металла, а вот улучшения не бывает никогда – выбросьте это из головы.
Меня уже упрекали, что в статье «Просто кованый» я возвеличиваю ковку, а сейчас – развенчиваю. Каждый раз выяснялось, что эту статью не читали, был только прочитан заголовок и картинки поглядели. Все-таки чтение научной статьи – не просмотр мексиканского сериала, надо напрягать извилину. Статью «Просто кованый» я написал тогда, когда убедился, что современный дамаск обладает худшими качествами, нежели моносталь. Это понимание в статье обозначено: «Продавайте свои ножи из дамаска только в том случае, если он окажется лучше просто кованного». Поскольку это невозможно, то и выбор был за кузнецом. Ковать я призывал осторожно, со сталью обращаться бережно, как с булатом. То, что ковка улучшает только плохую, пористую, мартеновскую сталь, а на чистую электросталь не действует, тоже отметил. Ну и главное – процесс: все внимание уделено торсированию, отжигу и науглероживанию. Что это давало: избавляло металл от анизотропии и воссоздавало волокнистую псевдобулатную структуру. Происходило разделение на низкоуглеродистые и высокоуглеродистые волокна, да еще они и скручивались. Таких циклов было до 7-8 на один кусок стали. Ковка была необходима для изменения формы при переходе от одного цикла к другому. Хотя зря выбрал единицей измерения «осаживание во столько-то раз» - это как раз отношение к делу имело косвенное. Надо считать количество циклов «торсирования – отжига».
На всякий случай просто цифры: плотность низкоуглеродистой стали, прокованной нахолодную (наклепанная коса) 8,1 г/см3. Плотность закаленной, сильно прокованной, высокоуглеродистой стали – 7,5 г/см3.
Плавно переходим к следующему пункту: все уверены, что при закалке металл садится и плотность его возрастает, увы! Д.К. Чернов всесторонне исследовал этот вопрос и доказал, что плотность стали при закалке уменьшается на 1%. Кузнецы могут повторить его опыты: берем брусок сечением 25х25 мм, равномерно нагреваем до закалочной температуры и опускаем в воду наполовину вдоль. Брусок изогнется, закалочная часть удлинится, т.е. закалка увеличивает объём, уменьшая уд. вес. Те, которые не кузнецы, могут вспомнить фильм о японских кузнецах, закаливающих свои катаны в воде и добивающихся нужного изгиба «зори». Клинок в воду опускается прямой, лезвием вниз, а достают его изогнутый. Отсюда вывод: лучшая ножевая сталь та, которая закаливается на воздухе и не дает изгиба, т.е. ее плотность не уменьшается.
Чуть подробнее об узорах на внутренней поверхности тигля. Д.К. Чернов, открыв дендритное строение стали, всесторонне исследовал это явление, не оставив потомкам ни белых пятен, ни черных дыр. Очень подробно изучил он рост дендритов в зависимости от неровностей тигля и пришел к выводу, что таковые никакой роли не играют. Дендриты не растут в безвоздушном пространстве, они активно взаимодействуют друг с другом и всегда параллельны, как побеги в бамбуковой роще. Вот как это происходит:

Так что разговоры об особом росте дендритов в зависимости от мешковины, наклеенной на стенку тигля – от невежества и неумения представить этот процесс. Это был способ производства тиглей: брали мешочек с мокрым песком, забивали в форму, опрокидывали на доску и начинали обмазывать глиной послойно. После сушки мешочек развязывался, песок высыпался, ткань выдергивалась, а рисунок ее оставался, но никакой роли не играл в последующей плавке.

Описание россыпей алмазов, которые наши кузнецы находят в дамаске, тоже оказалось объёмистым, его пришлось вынести в комментарий, чтобы не тормозить чтение статьи. Сначала цитата: "... Способ повышения твёрдости дамаска с чугунными прослойками: пакет нагревают ... и резко охлаждают в ледяной воде. Часть углерода превращается в алмазы. По словам Басова... твёрдость "алмазной стали" может достичь 76ед. HRC" Л.Б.Архангельский, "О булатах и булатных клинках". А теперь синтаксический разбор цитаты. По свидетельству историка Л.Н.Гумелёва ровно 1000лет назад из лексикона летописцев исчезли вводные обороты: "бают..., а ещё говорят...". Если в X веке встречались выражения: "По словам Басова, извините, путешественника Ахмеда, в Индии есть птица Рух, столь велика, что птенцов своих кормит слонами", то в XI веке начали писать то, что доказано. А здесь: алмазы не найдены, твёрдость не измерена, но разговоров, разговоров.... А их бы не было, если хотя бы один из двух кузнецов знал металловедение. Поскольку описан процесс " отбеливания чугуна", известный с XIII века и подробно изученный в XIX веке. Не спорю, чугун - это круто, но всё же это не алмаз. А вот яркий пример истинно научного подхода к решению точно такой же проблемы. В 1867году Д.К.Чернов, растворяя сталь в азотной кислоте, нашёл в осадке миниралы: прозрачные шестиугольные пластинки с высокой переломляемостью световых лучей и очень большой твёрдостью. Сделать химический анализ этих минералов он не смог. Обратился за помощью к химикам, но помощи не получил. В 1876году он воззвал к химикам всего мира через международные журналы и только в 1900году отозвался французский химик Флорис Осмонд. Завязалось сотрудничество, Чернов высылал кристаллы, Ф.Осмонд их анализировал. В 1902году исследования были закончены: оказалось - это карборунд, твёрдость 9ед.М, ювелирное название - сапфир. В 1907году (через 40лет после находки!!!) Чернов публикует статью "Об алмазах Чернова", где рассказывает о результатах исследования. Дело в том, что все эти годы упорно муссировались слухи, что Чернов нашёл в стали алмазы, поэтому он так и назвал эту статью. Я не призываю каждую проблему решать за 40лет, если её можно решить "от заката до рассвета", но решать её нужно всё-таки научно: найти алмазы, сделать анализ, а не пускать мыльные пузыри. Примечание: технические алмазы получают сжигая графит при 2200° и давлении 30000ат, так что не надейтесь найти их в металле при охлаждении на 350°.


Теперь небольшое резюме о статье. На самом деле у меня очень мало тем, а вся писанина – это доказательства. Поэтому не плутайте в трех соснах, зрите в корень.
История изучения булата насчитывает почти три сотни лет. Первую сотню лет секрет булата искали в химсоставе: то это была добавка платины, то серебра, то алюминия. Величайшая заслуга П.А. Аносова в том, что он твердо заявил, что булат – это железо и углерод в особой форме. После него наступил опять провал: начали искать секрет булата в параметрах остывания и в дендритах. (Меня смешит полное отсутствие логики: ну если в стали, и в булате дендритов поровну, то как может быть, что дендриты – это отличие булата от стали?!). Оказалось, что труды П.П. Аносова не читали и не изучали, более того перевирали. Он говорил о кипящем металле, а ему приписывали недорасплав. Так что первым, за 170 лет прочитавшим его правильно, был я. Наступил катарсис, прозрение, и открытие секрета булата. Это воистину так, поскольку доказано: где, как и почему сталь превращается в булат; об этом никто не заикнулся за предыдущие триста лет. Пишу об этом не с целью самовосхваления; поскольку есть мудрость: «Мы видим дальше наших предков, так как мы выше их, но на самом деле мы пигмеи, стоящие на плечах титанов». Не будь работ Аносова и Чернова – не было бы никаких моих открытий.
Никакие дендритные теории не объясняют свойств булата. Нельзя же всерьез считать за теорию такое умозаключение: «Булат твердый, а гнется потому, что в нем есть коленные суставы». Все проще: булат мягок, имеет незакаливаемую низкоуглеродистую матрицу, поэтому он гнется. А рубит и режет он, поскольку насыщен частицами цементита. В одном из опытов был установлен своеобразный рекорд: булат с твердостью 33-36 ед. рубил сталь с твердостью 63 ед., т.е. разница между статичной и ударной твердостью составила 30 ед. HRC.
Собственно и статичная твердость колеблется в больших пределах, особенно, если матрица слегка закалена, как это часто бывает в легированных булатах. Обычные цифры: 52-69 ед. HRC и бывало 54-70 ед. HRC. Т.е. чем тверже матрица, тем меньше тонут в ней частицы цементита. Если матрица 30-45 ед., то не бывает точек выше 63-64 ед.; как видно, это очень крупные дендриты цементита: и алмаз не соскальзывает с них и плавучесть высокая. Это булат невысокого качества: плохая дисперсность цементита и неравномерное его распределение в матрице дают слабые режущие свойства.
За судьбу этого открытия я не переживаю абсолютно. Мы живем в уникальной стране, где отношение к изобретателю определяется фразой: «Ты чё выпендриваешься, самый умный што ли?»; открытие при жизни отрицается, а после смерти – предается забвению. Правда, иногда, в припадке квасного патриотизма раздаются крики: «Телевизор изобрел в Америке – выходец из России, вертолёт построил в Америке – выходец из России, Голливуд создал в Америке – выходец из России!». Ну, а почему они стали «выходцами» и не получили признания на месте – молчок. Так что огульное отрицание моего открытия вполне укладывается в логику невежества, которому все равно на что испражняться.
В моей статье все факты доказуемы, для того, чтобы их опровергнуть, недостаточно закричать: «А я не верю!», - надо проделать сотни опытов и доказать противоположное.
Повторяю суть открытия: булат – это композит, состоящий из матрицы и цементита. Различие между сталью и булатом находится на молекулярном уровне, а не в макроструктуре: смесь чего-то с чем-то. Этот композит получается при долгой варке высокоуглеродистой стали, при температурах выше 1430°, когда гамма-железо превращается опять в альфа-железо, или поскольку это вторичное превращение, то металловеды говорят – «бета-железо».
Чем выше температура и энергичнее конвенция, тем быстрее идет процесс, выше дисперсия цементита, выше ковкость и качество булата. Дендриты присутствуют, как и во всяком слитке металла, но играют вторичную роль. Вот и все. Контрольный пакет информации в 51 процент я оставляю за пределами написанного, иначе лев сожрет кролика. Долгие годы я потратил на получение булата, только сейчас началось исследование его свойств. Вполне возможно, что он не будет резать лучше стали, поскольку при получении булата абсолютно все работает на увеличение его прочности, но не реза. Возможно – это лучшая броневая сталь, будущие исследования покажут. Во всяком случае он должен занять свою нишу. Так что ждите продолжения.

В начале статьи я неопровержимо доказал, что теоретик и флагман булатоведения проф. Таганов не знает металловедения, истории металлургии и работ П.П. Аносова. Очередной опус г-на проф-ра новое тому подтверждение. (журнал «Калашников», 3, 2009 г., стр. 78-82).
О вкусах не спорят, поэтому не стану обсуждать заголовок, запугивающий нас тем, что любой булат имеет в себе тайное несмываемое клеймо печати проклятий Люцифера. Стиль желтой прессы, информации не содержит, недостоин научной статьи, говорит только о литературных пристрастиях автора. А речь идет всего лишь о повышенном содержании фосфора в старых булатах.
Нелепы претензии на открытие, поскольку первым об этом написал швейцарец Б.Жокке в 1924 г., потом Тавадзе и Назаренко в 70-х, Верховен в 90-х, последним – Герасимов в 2008 г. (Таганов действительно претендует на открытие. Цитата: «Новым результатом наших анализов явилось открытие необычно большого содержания фосфора в булатах»). Если об этом известно вот уже 85 лет, то это не открытие, а общеизвестный факт. Зато отсутствует даже проблеск догадки, зачем древние добавляли фосфор в булат. Обратимся к наукам, которые г-н проф. И.Таганов не знает. История металлургии рассказывает нам об индийских железных нержавеющих колоннах и уральских Катав-Ивановских рельсах. То и другое коррозийностойко из-за добавки фосфора в 0,25%-0,35%. Химия объясняет нам, что Р находится в периоде с С, поэтому фосфид железа равен по свойствам карбиду: увеличивает твердость, износостойкость и режущие свойства стали. Металловедение сообщает, что фосфор увеличивает «хладноломкость» стали. (Не «красноломкость», как написано в статье! Сами подумайте, как может увеличиться «красноломкость», если фосфид легкоплавок?!). Но эта «хладноломкость» не во всех сталях одинакова, а зависит от структуры. Оказывается, г-н проф., сталь бывает не только зернистой, но и волокнистой, и слоистой, к каковым и относится булат. На разные структуры фосфор действует по разному. Цитата: «Фосфор понижает сопротивление удару, так что гайки, приготовленные из литого фосфористого железа (Р = 0,3%) не выдерживают и ломаются, тогда как изготовленные из пудлингового железа, несмотря на содержание фосфора до 0,5%, благодаря волокнистому строению металла хорошо сопротивляются удару. Метод изготовления оказывает существенное влияние на прочность». (Металловедение, К.Ф. Грачев, стр. 125, 2-й абзац сверху).
Так что в булате фосфор проявляет незначительно свое отрицательное свойство и ярко положительные.
В середине статьи я писал уже, что в металловедении есть все ответы на все вопросы булатников, поэтому мой совет популяризаторам: проснувшись утречком, на свежую голову, запишите свои ночные эротические фантазии, а потом все-таки возьмите учебник и подрежьте им крылья, приведите в соответствие с действительностью.
(О фосфоре в булатах можно посмотреть статью Верховена: «Ключевая роль лигатуры в древних булатных клинках». (J.D. Verhoeven, A.H. Pevdray, W.E. Danlesch, «The key role of impurities in ancient damascus steel blades»).
Приводятся данные перепроверки 10-ти образцов булата, которые исследовал Жокке в начале ХХ века. (B. Zschokke, «Du damasse et des lames de damas», «Обзор металлургии», 21, 1924 г.).
Вернемся к статье И.Таганова. Он утверждает, что индусы задали нам три неразрешимые загадки. Сенсация выдута, как мыльный пузырь. Для того, кто варит и кует булат, этих загадок нет.

Первая загадка – сварка булата.
На снимке №1 виден сварочный шов. Это действительно сварка, но не кузнечная, как пишет автор, а тигельная. Доказательством служит переход рисунка через границу – оба кусочка булата были жидкими вместе, одновременно, но не перемешались, поскольку кипения не было. Это простая утилизация кусочков булата, скопившихся в отходах. Быстрое и выгодное мероприятие, поскольку готовый булат варить уже не надо – достаточно его расплавить. Отковать можно как угодно: шов вдоль, поперек, или наискось. У меня в статье множество примеров, я сваривал даже разные сорта булата, чтобы показать разницу между ними. Можно еще показать:      

Сварка булата

Вторая загадка – удлинение черена.
Каждый bladesmith знает почему иногда требуется нарастить хвостовик. Причин всего две: экономия металла, или технология (к примеру, невозможность нарезать резьбу на дамаске и легирате). Булат в древности был дорог, хвостовики были меньше мышиных, поэтому их удлиняли простыми железками, пайка серебром, чаще всего. Вот пример моей наварки. Древние такого не могли, да и никто из нынешних тоже.

К булату приварен хвостовик из СТ.45

Травление производилось мокрыми опилками, поэтому граница между сталями, но не травления.

Для неверующих: отполировал ещё раз и хвостовик опустил в кислоту.

Вот ещё один пример: булат + сталь.

булат + сталь Общий вид

булат + сталь Левая сторона

булат + сталь Правая сторона

Сварка ради экономии булата.

Третья загадка – шов на обухе.
Шов на обухе булатного клинка получается при желании сэкономить металл. Если пытаться вывернуть килограммовый слиток булата усадочной раковиной наружу и вычистить грязный металл, то остается чуть больше половины слитка после этой операции. Поэтому грязь заковывали вовнутрь, а шов зачеканивали мягким металлом во избежание попадания воды. Вот как это начинается:

Начало ковки    Середина ковки

Конечный результат:
                                                                             закова

            Длина заковы по обуху 50-120 мм, глубина (внутрь клинка) 10-30 мм. Экономия металла и времени огромная, на прочности клинка – не сказывается. Так делали не только индусы. Вот описание аносовского клинка: «Осмотр показал, что практически по всей длине обуха присутствуют трещины и заковы, на поверхности они отсутствуют» В.Герасимов, Прорез №3, 2008 г., стр. 43.
Вваривание железа в булат – самая бредовая идея Таганова за время написания им ненаучно-фантастических статей. В технике заведено так: возникла идея – опровергни ее сам, не смог – попроси знающих товарищей. Они не смогли справиться с ней теоретически – воплоти ее в жизнь и предоставь результат. Ну нельзя же громоздить нелепицу за нелепицей. Вот простейшие опровержения.

  1. Поверхность заковы не сварена друг с другом, (это видно на рис. 6. в статье: внутри клинка идет трещина с воздухом, если бы по верху шел сварочный шов, то не было бы нужды его зачеканивать.
  2. Длина заковы определенная, можно всегда найти края.
  3. Если бы существовало вваривание железа внутрь булата, то никто бы не мучился с удлинением черена – это дешевое железо можно было бы сделать любой длины, так как это делают японцы.

Итог: в статье приводятся, как сенсации: один факт столетней давности без его правильного толкования и несколько нелепиц.

Вывод: надо знать предмет, о котором пишешь.

 

 
© 2005-2007 Виктор Кузнецов. All rights reserved.