о себе
статьи
галереи
контакты    
 
статьи
 
Превращение шихты в булат.

звук булата

В.В.Кузнецов.

Выплавление булата

 

Превращение шихты  в булат.

 

Металл в тигле проходит три этапа: плавление, выдержку в жидком виде, остывание.

    П.П. Аносов справедливо полагал, что металл превращается в булат в процессе плавления: чем дольше варится булат, тем он лучше. У всех исследователей после него наступило умопомрачение и длится оно до сего дня: поиски секретов  булата в кристаллизации. Было испытано и перепробовано все: изменение скорости остывания, выдержка расплавленного металла в сильном магнитном поле, разная лигатура в качестве зародышей кристаллов, различная форма тиглей и рисунки в них, которые бы упорядочивали структуру слитка. К примеру, американцы делали форму с дном, на котором был объемный рисунок национального флага. Заливали в форму металл и потом на любом распиле он имел рисунок звездно-полосатого. Одного этого опыта достаточно, чтобы перечеркнуть смысл всей этой возни с кристаллами. Объясняю: берем три формы, у каждой на дне рисунок флага: stars & stripes, Jack Union и Андреевский с косым крестом. Из тигля заливаем булат в три формы и получаем три слитка. Вопрос: изделие из которой формы будет обладать лучшими свойствами? Они будут равны, поскольку булат был взят из  одного тигля, и все свойства были уже в нем. Вся разница между естественной кристаллизацией и упорядоченной только в рисунке, но не в свойствах; такая же разница, как между «диким» дамаском и «штемпельным». И вот на эту ерунду потрачено почти 200 лет. И сталь, и булат могут быть сварены из одной шихты, иметь одинаковый хим. состав и абсолютно одинаковые кристаллы и дендриты, если варить в одинаковых тиглях и одинаково их остудить. В чем же тогда разница? Сталь- монолит, а булат – композит, в этом и различие. Сталь довели до расплава и остудили, а булат - варили. В процессе плавления аустенит разложился и выделился цементит, появилась матрица низкоуглеродистой стали и частицы карбидов  разной формы и объема – это и есть булат.

 

    Процесс достижения композитности, булатизация, скажем так, - это линейная функция: «булат = t° x t (temperature х time)», простая, как мычание. Увеличение композитности  идет плавно, без особых ступенек, поэтому существуют десятки переходных вариантов, но основные стадии можно выделить. Вот как это происходит. Показываю я этот процесс изнутри, как его видит плавильщик, потому что после ковки и глубокой протравки  виден рисунок деформированных кристаллов, а этот рисунок одинаков и для стали, и для булата, выплавленных в тигле.

 

Первая стадия: сталь.

 

   Если высокоуглеродистую шихту  расплавить и тут же остудить, то выделения цементита не происходит -  не хватило времени (time=0). Шлиф гладкий, без блёсток цементита. Рисунков на изделии может быть много, но это рисунки кристаллизации. Данная структура - железные дендриты в стальной матрице - является просто сталью и она была признана имитацией булата ещё в начале 20века. Разница с промышленной сталью только в степени деформации, как я уже писал ранее.

 

Вот сталь, побывавшая в тигле, но в булат не превратившаяся.

 

   Второй случай получения стали: шихта низкоуглеродистая -  до 0,45 % С. Варить можно бесконечно долго, цементит не выделяется, просто нечему; сталь остается сталью.

 

    Вот ножи одного мастера – это сталь(40Х7) закаливается и крошится, рисунок кристаллов принимается за булатный.

 

Литая сталь(40Х9). Отлита на комбинате, раскована мной, рисунок кристаллизации. Отсюда ясно, что коленчатый рисунок - это узор стали а не булата.

 

Вторая стадия:  серый булат

Серый булат получают в два этапа: плавление и отжиг. В результате  плавления получаем белый чугун с цементитом по границам зерен. Чугун этот без свободного углерода (включений графита), этого добиваются низким уровнем кремния. Для примера взята шихта 3% С.

 

Выдержка полтора часа. 

 

   Нужное время выдержки можно определять по размерам усадочной раковины. Грязный металл не должен быть более 20-30мм в диаметре и 3мм в глубину. Если весь верх грязный и надо срезать 20мм, то время плавки недостаточно. Слиток серого булата слабоковкий, или вообще не куется. Самый оптимальный вариант придумали персы: разливка по формам и отжиг изделий – 100 % выход продукции. Если отливать тонкие лепешки, как индусы, отжигать, а потом расковывать, то все равно брак неизбежен. Нужно очень точно соблюдать температурный режим ковки и малый уровень деформации. Для выплавки этого булата не нужны высокие температуры, поэтому его и получают в первую очередь. Единственное, что, не умея обращаться с ним, пытаются сразу расковывать, потом дают чрезмерную закалку – лезвие крошится. А главное, если не было отжига, то аустенит так и остался аустенитом, если углерода было, скажем 2 %, то 0,8%С дало мартенсит, а остальное – чугун. Резко снижены все механические свойства, лезвие не режет.

 

Серый булат, 2,5%С, отжиг 80 часов. Твердость 48 ед. Сорбитная структура с выделенным цементитом. Сорбит виден только в микроскоп, а цементит был виден до ковки на распиле слитка.

   При повышении температуры плавки серый булат начинает превращаться в черный булат. Путь  длинный, нелегкий и можно разбить хоть на десять этапов, но резко выделяются два – вот их и опишу.

 

Первая  переходная стадия – сетчатый булат.

 

В жидком металле ровно и устойчиво идут конвекционные потоки, они разрезают массу аустенита и цементит. Если выдержать нужное время, булат будет иметь такой вид.

      Сетчатый булат.

Высшая дисперстность цементита в сетчатом булате ( американцы назвали этот булат "Кристаллическим")

Время варки - 2часа после расплавления шихты. Булат ковкий, трещин не даёт. Матрица 23ед. HRC. Углерода 2%.

 

   Крупные серые ромбы - это чугун. Булат расковывается сразу без отжига, ромбы скользят относительно друг друга. При закалке этот булат дает большую твердость, нежели серый. Но поскольку серого булата здесь 90%, то обработка та же самая – отжиг обязателен, иначе режет плохо. Этот  булат менее чувствителен к хим. составу.

 

Следующая переходная стадия – зернистый булат.

 

   Если еще поднять температуру, то конвекционные потоки идут энергичнее, завихряются, идет распад аустенита, ромбы чугуна превращаются в шестигранники. На шлифе слитка рисунок напоминает прозрачный мрамор.

 

      Шлиф, сделайте увеличение и посмотрите точки цементита.

 

Ковкость этого булата еще выше. Трещин не дает, даже если есть раковины. Отжиг нужен меньше. Твердость при закалке – выше.

 

Заключительная стадия – черный булат.

 

Когда неразложившегося аустенита осталось менее 30%, то можно сказать, что черный булат состоялся. Нужно сделать оговорку. Поскольку достижение химии высоки невероятно, то она подарила нам не только блондинок, но и «черный булат». Я хочу сказать, что встречал заурядные железки, протравленные до цвета крыла ворона. Настоящий черный булат становится таким, чем бы к нему ни прикоснулись: лимоном, купоросом или хлорным железом.

 

Фото №67    Серый и черный булаты, для наглядности сварены вместе, травление 10 сек. в хлорном железе.

При коротком травлении поверхность просто черная с редкими точками цементита. Если травить долго, то проявляется структура слитка.

   

Только черный булат с хорошим хим. составом является тем сказочным булатом, о котором все легенды сложены. Его ковкость не зависит от количества примесей, то есть он может быть сколь угодно грязным, от этого ухудшаются только режущие свойства, но не ковкость. Поэтому есть возможность собрать под одну крышу все элементы, отвечающие за рез, и в нужном количестве. Только у черного булата есть хоть какие-то шансы в соревновании с электросталью, поэтому не советую тратить время на серый булат и переходные стадии. Два года назад я был просто обескуражен низким уровнем режущих свойств у серого булата при 3,6 % С. Расковываться - то он расковывался, но резал плохо. Структура черного булата такая же, как у стали CPM. То есть  микро-капли цементита, окруженные лигатурой, а между ними, как связующее – низкоуглеродистая сталь.

Образец снятый на Фото №67 переломлен. Справа - крупные зёрна серого булата, слева мелкие зёрна с каплями цементита- это чёрный булат. Так что в булатах не нарушается закон металловедения: "Чем мельче зерно, тем выше качество".


В природе все сбалансировано. Серый булат легко получить, но долго обрабатывать, да и результат низкий для сегодняшнего дня. Черный булат сулит перспективы, но трудно его сварить. Чем выше t°, тем лучше дисперсность цементита и тем меньше углерода в булате, отсюда идёт повышение ковкости. Весь путь от серого булата к чёрному - это процесс дробления цементита. Логически рассуждая, булат существует всего лишь один - чёрный, остальные - это лишь ступени к нему. Всегда надо помнить, что любой из булатов всего лишь название формы кувшина, а что туда налито выясняется только в готовом изделии, поэтому любой булат может быть лучше любого - всё зависит от мастера.

    Как вы поняли, для получения каждого вида булата требуется своя температура. Значит в формуле «булат = t°х t», t° – обозначает вид булата, а t – его чистоту и степень булатизации (композитности). Температуру  внутри тигля измерял по степени оплавленности контрольных меток из разных материалов. К примеру, легкоплавкий шамот оплавляется при t° = 1610°, а окись магния при 2600°.
В этом диапазоне около десятка элементов с разной температурой плавления. Поэтому я знаю при какой температуре какой вид булата получается.
Время (t) вывел опытным путем: слиток должен расковываться весь без срезания верха. В этом случае: а) весь шлак всплыл, б) булатизация завершилась. Моя классификация точная и реальная, поэтому каждый плавильщик может определить, что он сварил. Надо распилить слиток, сделать шлиф и протравить; посмотреть размер усадочной раковины; замерить твердость металла в слитке; попробовать контрольный образец на закалку; неплохо бы сделать анализ на хим. состав – этого достаточно, чтобы определить со 100% уверенностью, что получилось: сталь, булат или переходная стадия.
Сам я анализировал десятки образцов разных плавильщиков: лишь один добрался по температуре до зернистого булата, но забывает класть в него углерод и очень мало варит по времени. В результате булат пропитан шлаком. Поскольку этот булат очень ковкий, то шлак ему не помеха, он расковывается, но пористый металл без углерода – резать не будет.
Один плавильщик делает сетчатый булат, но вместо отжига – закаливает, не подозревая, что ни чугун, ни цементит закалке не подлежат. Все остальные выплавляют сталь с содержанием углерода от 0,4% до 1,8%, если случайно получается серый булат 2%-3%, то обработать не могут. В любом случае, повторяю, рисунки кристаллизации принимаются за булатные.
Имен не называю. Может быть, кто-то думает, что кузнец, работая с железом, загрубел, зачерствел и закалился. Отнюдь, у кузнецов сентиментальная, нежная, легко ранимая душа, настроенная на похвалу. А правда ранит больнее всего, поэтому  обойдемся без нее, пусть мы все будем лучшие в деревне (городе, вселенной).
Серый булат, серый сетчатый и даже зернистый уступают современным сталям по режущим свойствам. Самым недоверчивым я предлагаю пари: мое изделие из стали - против вашего из булата.
Прочность булатов не бесконечна – она приблизительно равна прочности арматурного прутка (Ст.45), да и то в том случае, если все сделано очень хорошо и правильно: булат очищен флюсом и отожжен, и не было попыток закалить его на мартенсит.


В тигле можно получить:
Недорасплав железа в чугуне,
Сталь,
Чугун,
Булат.
Все эти металлы после травления обладают рисунком, но он является макроструктурой – деформированными столбчатыми кристаллами, которые есть функция слитка.
Суть булата чётко видна на шлифе слитка: выделение цементита из матрицы и низкая твёрдость этой матрицы.
Вся моя статья написана в доказательство того, что булат надо варить. Булат от стали отличается одним параметром -  своей композитностью.  Если сталь однородна, то булат состоит из стали 3, и цементита. Эта неоднородность достигается в процессе плавления, а не кристаллизации. Сталь начинает превращаться в булат ещё в твёрдом состоянии при 900° (П.П. Аносов «О булатах», глава 12 «О превращение стали в булат»). В жидком металле этот процесс идёт быстрее – вот это и есть суть получения булата. Кристаллизация слитка к этому процессу – превращению стали в булат – никакого отношения не имеет. После Аносова усилиями несколькими ученых изучение булата переключилось  с процесса плавки на процесс остывания, и вот уже 170 лет не на месте топчется булатоведение, а уверенно едет в противоположную сторону. Так 20 лет назад Щербаков и Борзунов заявили, что «булат просто взять и выплавить нельзя. Многие пытались – не получилось.» .
            Ни в одной отрасли  человеческой деятельности «многие» не являются авторитетом. Любой искусствовед в то время, когда писалась их диссертация, объяснил бы этим учёным, что «все члены "МОСХа" не стоят одного члена Босха». П.П.Аносов написал просто: «Чем более выплавляется булат, тем более прибывает он качеством». Могу это подтвердить, поскольку знаю, что и как происходит в расплавленном булате по минутам. А вот доказательство от противного: если в одной печи поставить 4 тигля и в одном – расплавленное железо, во втором – сталь, в третьем – чугун, а в последнем – жидкий,  уже сваренный булат, а потом их одновременно по любому графику остудить, то дендриты будут везде одинаковы, но булат будет в одном тигле. В остальных тиглях, как были, так и останутся: железо, сталь, чугун, поскольку не отделились  зерна от плевел, мухи от мяса, цементит от железа.

 

© 2005-2007 Виктор Кузнецов. All rights reserved.