о себе
статьи
галереи
контакты    
 
статьи
 
Классификация булатов

В.В.Кузнецовwww.kuznec.com.

Классификация булатов

 

Булат – композит, состоящий из матрицы и цементита. Путей создания этого композита всего два: низкотемпературный (до 1430º) и высокотемпературный.

Низкотемпературная технология всегда состоит из двух циклов: создание высокоуглеродистой стали и длительный отжиг: разложение аустенита на феррит и цементит. Все равно, каким образом будет получена эта высокоуглеродистая сталь. Можно выплавить ее в тигле, а потом отжечь. Вот образец XIX века. На клейме надпись: J. A. Henkels, 1860, Sollingen. Посмотрите на эти великолепные звезды цементита.

Немецуий булат

 Можно нацементировать готовое изделие, а потом отжигать пять суток соломой в русской печи, как это делал Егор Самсонов. Персы разливали чугун в формы и отжигали кизяком неделю в печи. Индусы чугун разливали лепешками, устилали ими стенки ямы и отжигали хворостом неделю. Китайцы укладывали кричное железо слоями, перестилая его чугуном, в железный ящик и томили на костре тоже семь суток.

 Китайский дамаскКитайский дамаск, С=1,76%; твердость 66-68 ед. HRC (замеренная)

 Японцы заимствовали эту технологию, уменьшив порцию металла до одного изделия. Очень важный нюанс: чугун во всех случаях применялся «древесноугольножженый» (металлургический термин), чистый, полученный переплавкой руды. Наш чугун от батарей отопления – не годится. Полное разложение аустенита происходит при t = 650º за 80 часов отжига, так указывает учебник металловедения. Персы, индусы, китайцы считали, что за 150 часов. Повышение температуры замедляет процесс.

 Высокотемпературная технология получения булата основана на законе природы – превращение гамма-железа в бета-железо при 1430º и выше. Если в этот момент в металле нет кислорода, то в избытке образуется цементит. Есть технические трудности, связанные с высокой температурой, но зато булат, полученный таким путем, не требует отжига, поскольку аустенита в нем нет. Других способов получения булата не существует. Можно, конечно, сказать: «Мама, я пойду другим путем!“ — и потратить жизнь на изобретение велосипеда, вольному – воля.

В булате два компонента: цементит и матрица. Понятно, что цементит – он и в булате цементит, его можно различать только по величине, форме и степени его дисперсности, а вот матрица может закаливаться (если в ней 0,4%-0,7%С), либо не принимать закалку (до 0,4%С). Поэтому булаты надо четко делить на твердые и мягкие. С твердыми надо обращаться как со сталью, т.е. делать зонную закалку, а мягкие даже и не пытаться закаливать, поскольку цементит будет выкрашиваться из низкоуглеродистой перекаленной матрицы, потерявшей вязкость.

И твердые и мягкие булаты получаются при любой технологии. Можно разобрать конкретно, в том порядке, что я перечислял. В низкотемпературной технологии твердыми булатами будут являться отожженные стали, а отожженный чугун – мягкий булат, т.к. в нем изначально 100% аустенита и после отжига – феррит + цементит – закаливаться нечему.

 В высокотемпературной технологии высшие сорта булата: зернистый и черный – твердые. П.П.Аносов делил булаты на мягкие и твёрдые. Цитата: “ Твёрдые булаты, как, например, кара-хорасан…» стр.136, 1вый абзац снизу. Если долго варить шихту, даже с 4%-5%С, то с какого-то момента начинается насыщение матрицы углеродом и одновременно разрушение цементита и улетучивание углерода. В результате эти два булата низкоуглеродистые: 1,2%-1,65%, не выше, но твердость дают при закалке до 70 ед. HRC. (При слабом легировании (1%-2%) – 72 ед. – 74 ед. (данные мои)).

Твердые булаты, полученные низкотемпературным способом (отожженные стали) могут иметь такой же уровень углерода и тот же диапазон твердостей.





 Стандартная ситуация сейчас такая: сплавили ШХ-15 с чугуном (1:1) (пусть это чистый инструментальный чугун) и назвали эту смесь булатом, но получена просто заэвтектоидная сталь: матрица + чугун, С=1,8%. Куется плохо, режет хуже, чем ШХ-15, после закалки ломается. А всего-навсего требуется отжиг: 80-150 часов при 650º и это будет булат. Либо изначально данную шихту нужно переварить в булат по высокотемпературной технологии. 

Кто-то будет шокирован моим вольным трактованием термина «булат», поэтому напоминаю слова П.П.Аносова: «Отожженная сталь, как имеющая узоры, подобные булатным, должна нести и одинаковое с ним название». Полн.собр.соч., стр.139, второй абзац снизу.

 Аносов абсолютно прав, узор является отражением структуры, у отожженной стали та же структура, что и у булата, она действительно булатом и является. Булат, полученный любым способом — это булат без всяких скидок и оговорок, поскольку получено состояние: матрица + цементит. В некоторых видах булатов будут отсутствовать железные дендриты, рисунок и цементит может быть не равномерно распределён в матрице, но это частности. Так вино из одного сорта винограда, и у одного винодела может быть столовым (Vin de table), лучше, чем столовым (Vin de pays), марочным (DOC), или элитным (DOCG).

 Для холодного оружия пригодны оба вида структур: сталь, закаленная на мартенсит, с содержанием углерода не более 1% и булат (как твердый, так и мягкий). (Порошковая сталь по своей структуре тоже булат: аустенита в ней нет, цементит мелкодисперсный). Из вышесказанного несколько логических выводов.

1. твердый булат (высокоуглеродистая матрица + цементит) после 1,7%С – нековкий.

2. Мягкий булат до уровня в 1,8%-2,0%С – никакими свойствами не обладает: не рубит и не режет..

3. Создание дамаска с рабочими свойствами во все времена было созданием твердого булата с уровнем 1,2%-1,7%С. Таково оружие Севера, Кавказа, Японии и Китая. Сейчас дамаск выродился в декоративную сталь, у которой ни слои, ни узоры режущими свойствами не обладают.

Булат по своим свойствам, несомненно выше стали, поэтому его пытались создать во все времена во всех странах. Даже создание CPM – это логический шаг в этой же цепочке. Я твердо убежден, что рабочие свойства булатов еще не известны. Со сталью ведется кропотливая работа, исследуется влияние легирующих добавок вплоть до сотых долей процента, свойства структур, возникающих в результате термообработки и т.д. То же самое надо проделать и с булатом, создать идеальные образцы твердого и мягкого булата и выяснить, для чего каждый из них пригоден. О твердом булате можно судить по ножам Самсонова и японскому оружию. О мягком булате, идеальном его варианте – «старом индийском», существуют только легенды. Можно предположить, конечно, что рубит и режет он не лучше твердого собрата, просто он еще и способен гнуться при этом. Осталось его сделать и проверить – дело за малым. Вершины можно достичь, карабкаясь по любой тропинке — результат зависит от упорства и таланта мастера. Дерзайте!

О природе булата

          П.Н.Аносов справедливо полагал, что сталь, после отжига, превращается в булат. Судил он об этом, токмо по рисункам на этой стали, схожими с булатными.

         Мы сейчас знаем химизм процесса. Во время отжига стали остаточный аустенит разлагается на феррит и цементит. Вот эта малость и дает различие в свойствах стали и булата. В булате нет остаточного аустенита, который уменьшает ковкость, прочность и режущие свойства металла, но увеличено содержание цементита.

         Приведу один пример: на осеннем «Клинке» 2010 г. проводились испытания реж. свойств сталей. Первое место занял нож из стали Х12МФ – 500 резов, последнее место: нож из стали Х12МФ – 10 резов. Первый нож отжигался на булат по методике Аносова, второй нож подвергался ТМО для стали. Разница в результате – в 50 раз. Может быть эта цифра кому-то не убедительна, а мне так даже очень.

Вывод: получение булата – это два этапа.

  1. Выплавление чистой заэвтектоидной стали.
  2. Отжиг.

Не твердость матрицы обуславливает высокие реж. св-ва булата, а отсутствие остаточного аустенита, высокий уровень карбидов и их дисперсия.

       Итак: булат – это отожжённая заэвтектоидная сталь. Если достигнута чистота и необходимый состав металла, то не важно, где он выплавлен: на комбинате, или в тигле у вас во дворе. В тигле сами собой не зарождаются огненные саламандры. И возня с тиглем оправдана только в том случае, если выплавлена более чистая сталь, нежели промышленная. Иначе может оказаться, что отожженный на булат напильник будет лучше вашего тигельного «булата». На сегодняшний день для всех булатчиков есть планка – отожженная на булат сталь. Преодолейте этот барьер не рисунком, а свойствами, тогда и говорите, что выплавляете булат.

        Булат – это не процесс, а структура: матрица + карбиды – остаточный аустенит. Если принять определение природы булата, как композита, то это упростит понимание его свойств, их можно будет прогнозировать, а заодно ликвидирует путаницу, которая ныне существует и основана на способах производства: тигельный булат, сварной, литой и пр. Важен результат, а не процесс. К примеру, японская сталь для мечей, сначала восстанавливается из руды, потом рафинируется кузнечной сваркой (до 60 000 слоев), постоянно при этом отжигается и в результате получен булат чистой воды: с выделением крупных конгломератов цементита (ниэ), и мелких, в виде туманностей (ниой). Конечно, этот булат отличен от индийского: нет строгого расположения рядов зерен цементита, их размер различен, но суть – та же самая: получен композит и свойства его аналогичны: повышенные реж. и руб. св-ва, повышенная прочность на излом.

Суть булата (на сегодняшний день) я определил бы так:

33% — выплавление чистой заэвтектоидной стали;

33% — ее отжиг;

34% — ее ковка.

© 2005-2007 Виктор Кузнецов. All rights reserved.