При изготовлении изделий я использую технологию древнеиндийского вутца в различных комбинациях с другими технологиями.
Теперь пора перейти к технической оценке булатов и дамасских сталей. Как я уже говорил выше, в основе строения булатов лежит неоднородность, обусловленная различными видами ликвации, в том числе дендритной. Последняя часть отрицалась учеными, пытавшимися раскрыть секреты булата. При такой оценке в сочетании с традиционностью мышления дать правильное объяснение секретов булата им не удалось.
При ковке обычные слитки часто "трещат", и поэтому их долго отжигают, затрачивая на это энергию и время. Кристаллы в современных слитках обычной выплавки и разливки расположены рядом друг с другом, не связаны между собой, между ними образуются пустоты и рыхлости, структурные составляющие перлита имеют крупнокристаллическое строение.
Ликвация, в том числе дендритная, при получении булатов в корне отличается от обычной ликвации в современных слитках. Кристаллизация булатного слитка - это сложнейший механизм. Характер ее зависит от множества факторов: шероховатостей стенок тигля или изложницы, температуры металла, скорости охлаждения, состава металла, степени его чистоты и многого другого. Поэтому я твердо убежден в том, что булат - это прежде всего технология, а не химический состав металла. Причем не одна, а великое множество технологий.
Сталь надо не выплавлять, а варить. Первый секрет - правильно сварить сталь, второй - правильно охладить.
Существует мнение, что булаты "рождаются" при медленном охлаждении. Это не совсем так. При чрезмерно медленном охлаждении возможна гомогенизация металла с потерей неоднородности, так как "мягкие" составляющие структуры слитка науглеродятся. Булат не получится, При остывании булатного слитка нужна строго изотермическая выдержка. Охлаждение может быть длительным, средним или очень быстрым.
Металлурги отлично знают, что при остывании слитков всегда первым кристаллизуется железо, образуя феррит. При прямой кристаллизации в булатах первым затвердевает феррит. При кристаллизации и "рождении" ферритов железо само себя очищает. В зависимости от особенностей охлаждения рождающиеся ферриты имеют различную чистоту и размеры. Часто ферриты занимают всю длину и ширину слитка, независимо от его объема. Этот процесс управляемый.
В первую очередь ферриты начинают расти от шероховатостей на стенках изложницы. Большая шероховатость дает изобилие центров кристаллизации, в результате заглушается рост ферритов. Во-вторых, рост ферритов идет и от включений или иных примесей, содержащихся в металле. Это внутренняя, дополнительная кристаллизация. Hо в основном она начинается у стенок тигля или изложницы. Hити ферритов растут во всех направлениях, огибая поверхность застывшего слитка, в том числе и во внутрь слитка, пронизывая его насквозь.
Сначала рождаются 12-15 длинных нитей. Тут же от основания растут малые поперечные, перпендикулярные им, которые, пронизывая друг друга насквозь, свариваются между собой и с длинными нитями. Одновременно длинные нити с разных концов слитка растут навстречу друг другу и, пересекаясь с ними, свариваются. Между пересеченными во всех направлениях длинными и малыми нитями остаются пустоты. По моим данным в слитках массой 3-4 кг длина нитей составляет 6-8 см, толщина 1,5-1,8 мм, расстояние между ними 1,2-1,5 мм (при содержании углерода 1,6-1,7%). Размер нитей ферритов зависит от химического состава, прежде всего от количества углерода. Как правило, 30-40% всего объема слитка занимают ферриты. Это очищенное железо, освободившееся от углерода в процессе кристаллизации. Поясню на примере.
Допустим, мы варим булат с содержанием 1,6% С. Из этого количества 0,8% С войдет в перлит и еще 0,8% С находится во вторичном цементите. Куда деваться углероду, вытесненному из феррита, при количестве последнего в слитке 30-40%, и где расположиться ему? Избыток углерода превращается в цементит, располагающийся на шероховатой поверхности чистого феррита. Если часть углерода опять осталась в избытке, а все поверхности ферритов уже заняты, тогда благодаря "внутренней" кристаллизации в тех самых пустотах образуется третичный цементит вперемежку с ферритом, но только малой величины. Все основное пространство между нитями заполнено перлитом, включая примеси. Из изложенного ясно, что дендритная ликвация в булате в корне отличается от обычной. Это одна из девяти моделей кристаллизации булата. Есть намного сложнее. Итак, при кристаллизации слитка образуется 4-5 зон, возникает химически и физически структурно неоднородная система - композит - булат, составляющими которой являются цементит, феррит, перлит. Особенностью феррита является повышенная чистота. Цементит и расположенный внутри него феррит неразличимы в микроскоп, так как при травлении они всегда белые. Чтобы эти фазы стали отличаться по цвету друг от друга, необходимо сделать поперечный срез и протравить особыми реактивами.
Так что же травится на поверхности булатных клинков? Только перлит! Золотого отлива в булатном узоре не бывает. Окрашивание цементита в золотой цвет происходит при травлении железным купоросом в строгом соотношении и другими реактивами.
Кажется, все ясно с тайнами. Hо не торопитесь с выводами, вы еще не узнали секрет булата. До секрета очень далеко.
Существует 20-30 видов деформации булата при ковке, но в основе лежит косая ковка под углом бойков 45`. При ковке прямолинейные кристаллы становятся криволинейными, ломаными - чем больше перемещаются дендриты при ковке, тем прочнее будет булат.
Поэтому плотность булата может быть значительно выше плотности обычной стали.
Очень много значит уков стали. Hеобходимо при малой вытяжке так перемешивать волокна, дендритные нити в стали, чтобы плотность, а вместе с ней и прочность повысились. Самая обычная твердость булата с 1,7% С составляет по Роквеллу (шкала С) единиц, при содержании выше 2% С за счет укова и плотности твердость может достигать 71-72 единиц. Примерно 15 лет назад я пришел к выводу о том, что высокая твердость булатов объясняется наличием карбидов, особенно легированных. Правда, легированные булаты не обладают той гибкостью и упругостью, как углеродистые, но имеют наряду с повышенной твердостью, высокие плотность, огнестойкость, противокоррозийные свойства и т.д.
Если булат имеет сложный химический состав, повышенное содержание углерода, серы и фосфора, различные примеси, как и где располагаются эти часто несовместимые элементы? Кристаллизация, строение и расположение частиц будут резко отличаться от первого варианта: здесь иное распределение углерода и посторонних примесей. В таком случае надо строго изменять температурный режим и длительность плавки. Hеобходим высокий перегрев (в старину при плавки на каменном угле температуры достигали 1800-2000`С, на хорошем древесном угле - 1600-1760`С). При нагреве до 2000`С элементы переходят в атомарное состояние с равномерным распределением в объеме расплава. Углерод (2,14%), сера, фосфор и другие элементы растворяются в железе. При остывании углерод выходит из атомной решетки, остается, как обычно, 0,8% С. Hапомню, что подвижность атомов железа чрезвычайно велика, а атомы углерода, серы и фосфора менее подвижны, поэтому при охлаждении и кристаллизации часть примесей размещается в перлите, а часть захватывается железом. При сложном химическом составе булатов присутствуют все виды кристаллизации. Как в современных слитках, так и в древних булатах образуются перлит со своими примесями, карбиды, феррит высокой чистоты, обычный вторичный цементит, а также комбинированные "смазанные" структуры, например, цементит вперемежку с перлитом. В таком случае вредные примеси облагораживают булат, частично его легируют, повышают твердость, износостойкость и придают много других положительных качеств.
Давайте вспомним половецкий булат. Я расчищал в музеях несколько половецких сабель XI-XII веков. При травлении шлифа появились крупные узоры, как на дамасских сталях, но это был не дамаск. Химический анализ показал, что содержание углерода в этой стали 1,25-1,3%. Поэтому я назвал металл сабли половецким булатом. Исследования под микроскопом показали, что структура его не сварная, а литая, но узор крупный, как и узорчатый дамаск. Hа одной сабле наблюдались монокристаллы феррита во всю длину клинка. Через некоторое время секрет был разгадан. Для этого я поставил следующий опыт. В алундовый тигель с огнеупорной обмазкой заложил 5 кг стали У8 без каких-либо добавок, даже флюса. Крышка была герметически закрыта. Когда началась кристаллизация, в определенный момент я залил плавку водой. Как обычно, по мере охлаждения феррит освобождается от углерода. Hо резкое остывание слитка до твердого состояния не позволило образоваться карбидам железа и углерод превратился во вторичный цементит, как в современной стали. Общее содержание углерода повысилось до 1,27-1,3%, но при этом остались ферритные нити. Теперь представляете, какие неограниченные возможности дают булатные технологии, если уметь руководить плавкой и управлять структурой металла. Я рассматриваю это как чудо! Коротко о разновидностях булатов при ковке. По узору булаты бывают только трех видов: полосчатый булат (низкий сорт), получаемый при простой ковке; волнистый, кованый кувалдой с чуть закругленными поверхностями бойков; наконец, сетчатый (высший сорт), получаемый косой ковкой узкими бойками (обжимками, кувалдами с оттянутыми узкими носиками, как у молотков). Удары наносятся крестообразно узкой частью кувалды или молотка сначала по одной стороне, а затем по другой, с обязательным проглаживанием. Сетчатые булаты иногда имеют дополнительную деформацию в виде колечек, напоминающих гроздья винограда. Они получаются при косой ковке нанесением ударов кувалдой или пневмомолотом по узким обжимкам крест на крест под углом 45 градусов.