Техника - молодёжи 1986-02, страница 53

ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ К БУЛАТУ!

Василий НАЗАРЕНКО,

•кандидат технических наук г. Киев

Как же человек пришел к* открытию булата? По какой технологии он был получен? Серьезные вопросы поставил • Е. Крючников. На первый, наверное, и ответить нельзя, поскольку смоделировать процесс интуитивного Мышления человека (а я убежден, что у древних мастеров интуиция была развита превосходно) чрезвычайно трудно, если не невозможно. А на второй вопрос четкого ответа нет и сегодня.

Да, в Европе пытались восстановить утраченную технологию производства литой булатной стали. Попытки эти продолжаются и до сих пор. Поскольку в некоторых ее образцах обнаруживали отдельные элементы, то в сталь с большим содержанием углерода добавляли, алюминий, серебро, золото и платину. Однако вскоре выяснилось, что полученная сталь напоминает булатную только узором на поверхности и не обладает .присущей ей прочностью, твердостью и гибкостью. Мало того, французские металлурги, повторившие эти опыты и пытавшиеся отковать изделия из индийского «вутца», пришли к выводу, что сталь со столь высоким содержанием углерода вообще нельзя ковать.

Многие исследователи считали, что булатная сталь — высокоуглеродиггая,. с нерасплавившимися частицами железа. Поэтому пытались получить ее, добавляя в жидкий чугун в различных * пропорциях сырцовую сталь, железную • руду, чистое железо, стружку из малоуглеродистой стали и другие компоненты. Однако добиться присущего булату сочетания прочности и пластичности, твердости и вязкости со специфическим узором не смогли. Таким образо'м, тайна древних металлургов осталась нераскрытой. •

Наибольшего успеха достиг П. П. Аносов, проводивший многочисленные опыты по влиянию на железо ' различных веществ/содержащих углерод (сухое дерево, ржаная мука, цветы, рога, слоновая кость). Крометого^были проведены опыты по прибавлению к железу чугуна без доступа воздуха, а также графита, алмаза и сажи. Получен же булат был при сплавлении мягкого железа с графитом в закрытом тигле при длительной выдержке с последующей ковкой слитка при низких температурах (^50—650°С), закалкой в горячем сале и отпуском в горне по цвету — от синего на обухе (300°С) до желтого на лезвии (230°).

П. П. Аносов определил и составляющие булата: «Железо и углерод и ничего более... Все дело в чистоте исходных материалов, в методе охлаждения и кристаллизации». В производстве булатной стали он использовал тагильское

железо, которое было таким «добрым и мягким», что его сравнивали с собольим мехом, поэтому и называли «соболий мех».- Гарантией качества стали служило наибольшее время плавки и медленное охлаждение тигля.

Ковка слитка производилась под так называемым хвостовым молотом массой в два с половиной*пуда (40 кг). «Сплавов нагревался в горне до светло-красного цвета (850°) и укладывался под молот широким основанием. Проковка велась при слабом обжатии при поворотах кругом в одну сторону. Промежуточные нагревы проводились 5—6 раз. Чем медленнее проковывался булат, тем лучше было качество». П. П. Аносов полагал, что булат является продуктом •естественной кристаллизации стали, получаемой при соединении железа с углеродом .

Сущность же образования булата заключается в насыщении сплава большим количеством углерода. В условиях медленного охлаждения образовывается и находится в некотором излишке соединение железа с углеродом — цементит, который не растворяется, как это бывает в обычной стали, а остается в железе как бы во взвешенном состоянии. Твердая прослойка цементита, можно сказать, обволакивается стынущим мягким железом. Поэтому металл сохраняет высокую вязкость и упругость. Охлаждение стали в тигле, где она.плавилась, как бы фиксирует полученную неоднородность при плавке. Недаром на основании своих опытов Аносов полагал, что переливание из тигля в изложницу портит сталь.

Таким .образом, процессы плавки и кристаллизации стали у "Аносова неиз-• бежно обусловливали крайнюю химическую и, следовательно, структурную не-однороднрсть слитка. 'Деформация при ковке этой неоднородной структуры и. была причиной булатного узора.

Производством булатной стали эпизодически (при наличии оборудования, материалов и.времени) пришлось зани- . маться и мне. Первые опытные плавки ■были проведены в 1965 году. Они повторяли .опыты многих исследователей, а именно — в расплавленный и перегретый до различных температур чугун вводились добавки железа или малоуглеродистой стали в виде порошка, дроби и гранул определенного размера. Поступали и наоборот: в расплавленную малоуглеродистую сталь или чистое железо вводилась стружка или гранулы чугуна.

Исследование разлитого в слитки различной массы и размеров металла показало, что второй вариант не заслуживает внимания, ибо никаких признаков булатной стали обнаружено не бы

ло. По-видимому, чугун расплавлялся, и получался однородный железоуглеродистый сплав с различным содержанием углерода, -и, следовательно, с соответствующей структурой.

Основной целью при проведении опытов по первому варианту являлось по.-лучить в металле нерасплавившиеся частицы железа (феррита) и зафиксировать их при ковке и термической обработке. Тем самым мы надеялись решить основную проблему: при определенной прочности и твердости обеспечить пластичность и узорчатость, которая, по моему представлению, могла быть «достигнута за счет разности оттенков 'структуры металла-феррита и перлита (мартенсита)... После установления режима выплавки чугуна и количества (а также размеров) вводимых в него добавок чистого железа удалось получить нерасплавившиеся частицы феррита в металле. Однако при ковке и, следовательно, нагреве металла их становилось значительно меньше или они вообще исчезали. Поэтому, чтобы сохранить в металле нерасплавившиеся частицы железа и подвергнуть металл ковке и термической обработке на определенную твердость, нам пришлось вырезать из слитков заготовки толщиной 10 мм, которые очень быстро нагревались, а затем ковались и' термически обрабатывались. Полученные образцы подвергались травлению и полировались для выявления узора, а также исследовались на твердость и микротвердость.

Хотя полученная нами сталь и была узорчатая, изделия из нее не обладали должными свойствами. Отсюда следовал вывод, что структура булатной стали не должна иметь ферритной составляющей. .

Могут спросить: почему же не сохранилась технология изготовления булатной стали, разработанная Аносовым?

Все опыты Аносов тщательно записы-⁴ вал и систематизировал и дал основные технологические рекомендации по плавке, ковке и термической обработке. Другое дело, что 150 лет назад уровень техники был настолько низок, что Ано-,сов, как правильно пишет Е. Крючников, не мог с достаточной точностью и определенностью . описать технологические процессы с указанием температурных режимов плавки, ковки и термической обработки, а также химического состава шихты, металла и шлака, не говоря уже о структуре металла.

Аносов получил булат, тщательно изучив свойства имеющихся изделий. Речь идет о свойствах по внешним признакам, и, конечно; он был знаком с имеющейся литературой о булате. Мне также пришлось ознакомиться с литературой и прежде всего с записями Аносова. Тщательный анализ плавок и результаты исследований металла убедили, что первоначально выбранная мною технология выплавки стали и получения булата неверна. Дальнейшие работы проводились уже под углом воспроиз

50