12. Ковка изделия из булатного слитка

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.

Фото 11. Узоры на топорике из булатной стали.

Поэтому плотность булата может быть значительно выше плотности обычной стали. Очень много значит уков стали. Необходимо 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) порядка 65-69 единиц, при содержании выше 2% С за счет укова и плотности твердость может достигать 71-72 единиц. Существует также мнение, 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,то 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. Необходим высокий перегрев (в старину при плавке 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, и остается, как обычно, 0,8% С. Напомню, 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. В.И.Басов расчищал  в музеях несколько половецких сабель XI-XII веков. Вот что он пишет: "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. На 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. Но 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. Повторюсь, что по узору булаты бывают только пяти видов, выявленных ещё древними кузнецами:

·      Полосатый булат (низкий сорт), получаемый при простой ковке - он состоит из прямых линий, почти параллельных между собой - булат с таким узором ценился меньше всего.

·      Струйчатым булат называли, когда между прямыми линиями попадались изогнутые, что являлось признаком более высокого качества.

·      Волнистый, кованый кувалдой с чуть закругленными поверхностями бойков - его основу как раз и составляют волнистые линии.

·      Сетчатый (высший сорт), получаемый косой ковкой узкими бойками (обжимками, кувалдами с оттянутыми узкими носиками, как у молотков). Прямые линии на его узоре очень коротки, а изогнутые сплетаются в пряди, которые располагаются между прямыми. Сетчатый узор, также, как и волнистый, гарантировали высокое качество булату.

·      Коленчатый булат ценился превыше всех остальных. Узор на его клинке располагается во всю его ширину прядями в виде поперечных поясков, непрерывно повторяющихся по всей длине клинка.

 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. Получаются глубокие вмятины, а на месте пересечений вмятин остаются возвышения, холмики. При проглаживании эти холмики расплющиваются и получаются колечки. Это и есть коленчатый булат (от слова колечки, но не колено). Это путать нельзя. Коленный узор получается при обычных поперечных ударах молотком или обжимкой. Поперечный удар по клинку есть своего рода надруб и в этих местах булат может переломиться.

Другие узоры булатов - это просто недокованный слиток или полоса, где дендриты не успели перемешаться, а просто расплющились и вытянулись. Могут ли булат и дамаск без легирующих добавок быть тверже цементита? И может ли дамасская сталь быть тверже булата, в каких случаях и почему?

Да, углеродистый булат может быть тверже самого себя и оставаться гибким, а лучшая сварочная дамасская сталь в некоторых случаях превосходит любой углеродистый булат по твердости. Она может быть узорчатая и гладкая, без узоров (гибкость лучше в этом случае). Когда многослойный пакет варится из чистой стали с 0,8% С и чистейшего кричного железа в сотни тысяч или миллионы слоев с многократным посыпанием, науглероживанием, чугуном, такая дамасская сталь называется сварочным булатом (и только такая). Сварочный булат имеет те же химический состав и структуру, что и литой - феррит (чистое кричное железо), перлит (0,8% С) и цементит, только получен он механическим путем, сваркой. Готовый многослойный пакет обваривают по бокам железом или узорчатой сталью в 324-360 слоев, но не более, иначе узор не получится, затем его нагревают до 1170-1180°С (не более), дают выдержку и, когда все чугунные тончайшие прослойки расплавятся, пакет резко остужают в самой холодной воде до 900-850°С; вынимают и помещают в горячую воду или в горн с горячими углями без дутья, чтобы отжечь металл.

Что происходит при этом с пакетом? Чугунные прослойки при резком охлаждении получают отбел (в структуре 70-80% цементита). Гамма-железо( Fe_g(C) ) снаружи, на 6-8 мм в глубину, особенно со стороны лезвия, с торца, насытившись углеродом (2,14%), при охлаждении резко снижается. При температуре 1147°С и колоссальном давлении углерод в гамма-железе превращается в алмаз. Эти догадки были подтверждены группой исследователей (Рыжиков А.А., Соломко В.П., Дорофеев Г.А.), получивших авторское свидетельство на новый способ получения искусственных алмазов. Отсюда твердость сварочного булата или просто дамасской высокоуглеродистой стали может быть повышена до 76 единиц. Это просто фантастика - углеродистая сталь и такая твердость! Еще один секрет. Чтобы сохранить эту твердость, пакет при ковке нагревается строго до 850-870°С, так как при 900°С цементит разлагается на перлит, а атомарный углерод превращается в графит.

Любая дамасская сталь очень сложна в термообработке. По результатам многочисленных опытов профессиональных металлургов после окончания ковки при температуре 630-650°С, максимум 670°С следует погрузить изделие в воду. Если термообработку производить как обычно от 820-740°С (при углероде 1,3-1,5%), повышения прочности и твердости не достигается. Подобные дамасские стали имеют повышенное содержание углерода (различные марки старинных сталей, чистое демидовское железо от церковных связей - в Суздале этого железа много). Самая простая сталь - в сотни миллионов слоев, а лучшая - в миллиарды и даже триллионы слоев. Условный слой в двести - триста раз меньше атома водорода! Одновременно изделие сохраняет ярко выраженную структурную неоднородность с крупным узором. Острота подобной стали никакому булату не уступит. Лезвие же гораздо нежнее, чем у булата.

Что касается возникновения алмазной структуры в булате, то это явление происходит при выплавке суперуглеродистой стали ВЭП (восстановительной электроплавки). В 1974-1975 годах в Донецком политехническом институте под руководством Дорофеева Генриха Алексеевича была получена новая суперуглеродистая сталь (3,5-3,8% С) из металлизованных окатышей. В этом процессе налицо все виды кристаллизации, неоднородное строение металла, плюс алмазная структура, что и в лучших булатах. Один недостаток, сталь ВЭП получают только одностадийным методом из высокоуглеродистых окатышей, которые изготовляются из чистейшей обогащенной руды, а ее осталось немного. Булатная же технология (её основателем является В.И. Басов)   открывает возможности превратить всю испорченную сталь (а ее сотни миллионов тонн) в суперсталь.

Опять-таки приведу слова Басова: "…вопрос, как внедрить этот метод в производство, кто позволит и кто поможет? Мною проделано более 400 плавок булата в тиглях, в том числе и в индукционной печи совместно со специалистами. Каждая плавка записывалась, скрупулезно изучалась. В исследованиях помогали специалисты многих лабораторий ДПИ, Днепроспецстали, УкрНИИспецстали, института постоянных магнитов и другие. На разгадку тайн булатов ушла почти вся моя сознательная жизнь. Помимо 400 научных плавок, 14 лет булаты я варил для домашних и технических нужд. Производство их входило в обязательную программу обучения моих учеников на отделении "Реставрация металлов" Суздальского художественно-реставрационного училища. Накоплен богатый материал по разгадке тайн булата. Отработано 30 новых марок сталей, способных заменить 500-600 современных, с экономией легирующих элементов. Булатная технология разрешила вековую мечту металлургов - как из руды сразу же получить сталь, минуя доменный процесс. Как улучшить обычные процессы, получать стали с заданными свойствами."

Также В.И. Басов дает ориентировочный список материалов, которые можно будет массово использовать, применяя вышеуказанную технологию:

1.                 Половецкий булат.

2.                 Булат с недорасплавленными железными частицами с дополнительной естественной кристаллизацией, так называемые "иранские ранды".

3.                 Булат со смазанной комбинированной структурой.

4.                 Суперуглеродистый булат на чистой металлической основе.

5.                 Легированные булаты.

6.                 Булаты на "грязной" основе, т.е. содержащие большое количество примесей.

7.                 Булаты, содержащие вместо углерода другие элементы, в частности, серу.

8.                 Булаты, получаемые непосредственно из руды, минуя доменный процесс, с заданными свойствами и химсоставом.

9.                 Суперуглеродистый булат с наличием в структуре алмазных частиц.

10.             Булаты из любой марки стали.

11.             Булаты, получаемые из чугуна.

12.             Булаты, получаемые из металлолома без знания его химсостава.