Булатная сталь: особенности, история, область применения
Существует огромное количество различных сталей, которые отличаются не только составом, но и внутренней структурой. Примером назовем сталь булат. При ее производстве применяется особая технология, за счет которой на поверхности материала образуется необычный оптический эффект, зависящий от структуры. На протяжении многих десятилетий она используется при изготовлении клинков и другого холодного оружия.
Как производится подобный материал
В качестве сырья при изготовлении булата может использоваться обычная сталь. Основное условие заключается в том, что состав не должен иметь большого количества легирующих элементов. Кроме этого, при производстве булата учитывается следующее:
- Высоколегированный металл не позволяет получить булатную сталь.
- Среднелегированная заготовка применяется для получения булата низкого качества.
Булатная сталь может изготавливаться при применении 4 основных технологий:
- Прямое сплавление измельченного графита и железной руды. Эта технология наиболее проста в исполнении. Для получения качественной стали в этом случае следует использовать руду с процентным содержанием металла не менее 85%. Очень часто в природе встречается руда с большим количеством серы, которая считается вредной примесью.
- Расплавление железа при непосредственном доступе углей. Эта технология обеспечивает попадание в сплав не только чистого углерода, но и различных оксидов, которые и обеспечивают получение требуемой структуры. Подобная технология сегодня применяется крайне редко, так как вместе с оксидами в состав попадают вещества, существенно снижающие качество.
- Обжигание сырья на протяжении длительно периода без обеспечения доступа воздуха. Подобная технология характеризуется тем, что позволяет получить дешевый металл с довольно высокими эксплуатационными качествами. Сталь, полученная данным методом, называется литым булатом. Применение подобного метода возможно только при точном расчете времени выдержки при обжоге, так как в противном случае состав набирается большого количества углерода, а это определяет повышение хрупкости и снижение ковкости.
- Сплавление железа без примесей с графитом в вакууме. Применение этой технологии позволяет существенно повысить качество получаемого металла, но при этом стоимость устанавливаемого оборудования весьма велика. За счет вакуума исключается вероятность попадания в состав вредных примесей и оксидных присадок.
В бытовых условиях зачастую применяется метод обжига сырья на протяжении длительного периода без обеспечения поступления воздуха. Он позволяет получить булат довольно высокого качества. Сплавление чистого железа с графитом проводится в промышленных условиях, так как возникают сложности с установкой специализированного оборудования.
Область применения
Когда на поле боя использовалось исключительно холодное оружие, булатная сталь высоко ценилась. Только зажиточные воины могли себе позволить клинок из подобного материала. Сегодня булат используется при производстве лезвий в основном коллекционного холодного оружия. Популярность булатной стали прежде всего связана с довольно необычным рисунком, который получается на поверхности металла.
В других областях промышленности булат не получил широкого применения. Это связано с тем, что он существенно уступает легированным составам практически по всем показателям. Кроме этого, сложность изготовления металла повышает его стоимость.
Немного истории
Изначально производством булата занимались мастера Индии и Ирана. Через некоторое время после появления этого сплава на территории Средней Азии ее стали привозить в Русь для производства холодного оружия. Для того чтобы классифицировать сырье по его качеству, стали применять различные термины: красный и синий булат, красное железо. Впервые производство этого металла наладил на территории России Златоустовский завод.
Изучением процесса получения булата начали заниматься в 1828 году по поручению Горного ведомства. Путем проб и ошибок после некоторого времени экспериментов металлурги смогли получить сталь, выпуская ее в виде слитков. Однако уже тогда инженеры определили, что используемые технологии получения булата не технологичны, а сам материал не стоит вложенных средств. В 1839 было изготовлено первое холодное оружие из булата, которое демонстрировалось в музеях Санкт-Петербурга.
Сегодня определение булата применяется в качестве собирательного названия для вязких и твердых сплавов железа с углеродом. По некоторым эксплуатационным качествам металл схож с чугуном, но его принято называть сталью. С каждым годом встречается все меньше специалистов, которые знают, как работать с булатом. Некоторые исследовательские металлургические организации проводят его изучение для выявления наиболее выгодных технологий производства этого вида стали.
Булат и дамасская сталь — загадки и история
Булат – одна из самых интересных и загадочных страниц в истории металлургии. Сейчас хорошо известно, как в древние времена делали каменные топоры, бронзовую утварь, варили железо и плавили чугун, но до нашего времени остаются нераскрытыми многие секреты производства булатного оружия.
Впервые Европа познакомилась с булатом при столкновении армии Александра Македонского с войсками индийского царя Пора. Особенно поразил македонцев панцирь захваченного в плен царя. Он был сделан из необыкновенно прочного белого металла, на котором македонское оружие не смогло сделать ни вмятины, ни царапины. Из булата были изготовлены и широкие индийские мечи, которые легко рассекали пополам македонское железо. По свидетельству историков, древнее европейское железное оружие было настолько мягкое, что после двух-трех ударов уже гнулось, и воины вынуждены были отходить, чтобы выпрямить клинок. Естественно, что индийские мечи для македонцев казались чудом.
Задолго до этого с Гималайских гор в Пенджаб (древнейшее княжество в Индии) спустилась каста кузнецов, хорошо знающих железное дело и умеющих изготовлять железное оружие с необычайными свойствами. Из Пенджаба индийское железо и способы его обработки распространились в Сиам и Японию.
«Никогда не будет народа, который лучше разбирался бы в отдельных видах мечей и в их названиях, чем жители Индии!» — писал средневековый ученый Аль-Бируни. Он также поведал, что клинки в Индии делались разных цветов. Мечи, например, изготовлялись зелеными, синими, могли они и иметь узор, напоминающий рисунок ткани. Индийская сталь отличалась узорами, которые были видны на клинке.
А свойствами клинки обладали действительно удивительными. Будучи твердыми и прочными, они одновременно обладали большой упругостью и вязкостью. Клинки перерубали железные гвозди и в то же время свободно сгибались в дугу. Нет ничего удивительного в том, что индийские мечи крошили европейские, которые в древности часто делались из недостаточно упругих и мягких низкоуглеродистых сортов стали.
Лезвие индийского клинка после заточки приобретало необыкновенно высокие режущие способности. Хороший клинок легко перерезал в воздухе газовый платок, в то время как даже современные клинки из самой лучшей стали могут перерезать только плотные виды шелковых тканей. Правда, и обычный стальной клинок можно закалить до твердости булата, но он будет хрупким, как стекло, и разлетится на куски при первом же ударе. Поэтому позднее, когда европейские сабли начали изготовлять из прочных и твердых сортов углеродистых сталей, они ломались при ударе индийского оружия.
Основное назначение булата – изготовление клинков. Главное достоинство клинка – острота его лезвия. Лезвие булатного клинка можно было заточить до почти неправдоподобной остроты и сохранить эту остроту надолго. У клинков из обычной углеродистой стали заостренное лезвие выкрашивается уже при заточке – как бритву, его заточить нельзя, а булат затачивали до остроты бритвы, и он сохранял свои режущие свойства после того, как побывал в деле. Такое возможно лишь тогда, когда сталь обладает одновременно высокой твердостью, вязкостью и упругостью – и в этом случае лезвие клинка способно самозатачиваться. Булатная сабля легко сгибалась на 90-120 градусов, не ломаясь. Есть сведения, будто настоящий булатный клинок носили вместо пояса, обматывая им талию.
Слитки литого булата в виде разрубленных лепешек «вутцев» привозились из Индии в Сирию, где в городе Дамаске из них выковывали эти сказочные клинки. Но индийская булатная сталь стоила очень дорого, и сирийские кузнецы изобрели сварной булат, правильно определив, что булат — первый созданный человеком композит, состоит из частиц твердой углеродистой стали в матрице из мягкой и упругой низкоуглеродистой стали. Дамасская сталь получалась путем многократных проковок в разных направлениях пучка из стальных прутков разной твердости. Качество клинков из сварной дамасской стали было по тем временам очень высокое, но такого сочетания прочности и упругости как в оружии из литого индийского булата сирийским кузнецам добиться не удалось.
Еще один центр производства качественных клинков образовался в средние века в Японии. Японский булат обладал каким-то необыкновенным качеством железа, которое после целого ряда проковок приобретало даже более высокую твердость и прочность, чем дамасская сталь. Мечи и сабли, приготовленные из этого железа, отличались удивительной вязкостью и необыкновенной остротой.
Уже в наше время был сделан химический анализ стали, из которой изготовлено японское оружие XI-XIII веков. И древнее оружие раскрыло свою тайну: в стали был найден молибден. Сегодня хорошо известно, что сталь, легированная молибденом, обладает высокой твердостью, прочностью и вязкостью. Молибден – один из немногих легирующих элементов, добавка которого в сталь вызывает повышение ее вязкости и твердости одновременно. Все другие элементы, увеличивающие твердость и прочность стали, способствуют повышению ее хрупкости. Естественно, что в сравнении с дамасскими клинками, сделанными из железа и стали, японские легированные мечи и сабли казались чудом. Но значит ли это, что японцы умели в то далекое время делать легированную сталь? Конечно, нет. Что такое легированная сталь, они даже не знали, так же как и не знали, что такое молибден. Руда, из которой древние японские мастера выплавляли железо, содержала значительную примесь окиси молибдена. Выплавленное из обогащенных молибденом «песков» кричное железо проковывалось в прутья и закапывалось в болотистую землю. Время от времени прутья вынимали и снова зарывали, и так на протяжении 8-10 лет. Насыщенная солями и кислотами болотная вода разъедала пруток и делала его похожим на кусок сыра. Тем самым из заготовки удалялись вредные примеси, быстрее разъедаемые болотной водой. Затем разогретую заготовку японский кузнец проковывал в тонкую полосу, сгибал, опять проковывал и так несколько тысяч раз! Но и японские клинки, при всей их выдающейся остроте и прочности, не обладали качествами индийского булата, особенно упругостью.
Арабский ученый XII века Едриза сообщает, что в его время индийцы еще славились производством железа, индийской сталью и выковкой знаменитых мечей. В Дамаске из этой стали изготовляли клинки, славу о которых крестоносцы разнесли по всей Европе. К сожалению, в Древней Индии так тщательно прятали секреты выплавки вутца, что в конце концов потеряли их совсем. Уже в конце XII века клинки из литого булата высшего качества «табан» не могли делать ни в Индии, ни в Сирии, ни в Персии.
После того как Тимур покорил Сирию и вывез оттуда всех мастеров, искусство изготовления оружия из литого булата переместилось в Самарканд; однако вскоре оно везде пришло в упадок. Потомки вывезенных мастеров, рассеявшись по всему Востоку, окончательно потеряли способы изготовления булатного оружия. В XIV – XV веках секрет производства литого булата и изготовления из него холодного оружия был окончательно потерян. Европейские кузнецы не смогли до конца разгадать секрет производства даже дамасской сварной стали и больше преуспели в производстве клинков из однородной (гомогенной) стали с имитацией рисунка булата на поверхности клинка. Особенно широко развернулось производство подделок под булат в XVIII-XIX веках. В это время в Европе научились производить высокоуглеродистую литую сталь, и западноевропейские мастера, оставив попытки раскрыть секреты производства сварочного булата, начали изготовлять из нее довольно хорошее холодное оружие. В Италии (Милан), в Испании (Толедо), в Германии (Золинген), во Франции (Льеж) и даже в Англии стали широко производить «ложный булат». «Ложные булаты», особенно золингеновские и толедские, приобрели известность благодаря высокой степени полировки и красивыми узорами, которые наносились на клинки различными методами. Ремесленники, рисующие декоративные узоры на металле, назывались «дамаскировщиками», а клинки «ложного булата» — «дамаскированными». Многие «дамаскированные» клинки были не очень высокого качества, поскольку они изготовлялись из обычной шведской или английской углеродистой стали.
Не одно столетие металлурги всех стран и народов пытались выплавить булатную сталь, но злополучная тайна никому не давалась. В XIX веке учеными-металлургами предпринималось множество попыток раскрыть секрет литого булата, даже великий английский ученый Фарадей безуспешно бился над решением этой задачи. Но получить литой булат, не уступающий по свойствам индийскому вутцу, удалось только русскому ученому, горному начальнику златоустовских заводов П.П. Аносову в 40-ых годах XIX века. Сохранившийся до наших дней аносовский булатный клинок, перерубает гвозди, гнется в дугу и на лету перерубает газовый платок. Секрет древних индийских мастеров открыт? И да и нет. После смерти П.П. Аносова, не смотря на оставленный им подробный рецепт, воспроизвести литой булат не удается никому!
Уже в наше время, златоустовские металлурги вновь попытались воскресить технологию производства булата. Сложны и длительны были эти поиски, но узорчатая сталь вновь была получена, хотя полностью повторить аносовский булат не удалось. Легендарная упругость клинков достигнута не была.
Современные качественные легированные стали превосходят булат по всем показателям: прочности, упругости, режущим свойствам, но добиться таких выдающихся свойств в одном образце не удается и сейчас. Тайна индийского литого булата ждет своей разгадки!
Булат и дамаск: история и современность
Наверняка вам встречались оба термина – и булат, и дамаск. Но, возможно, у вас еще нет четкого представления о том, чем одна «узорчатая сталь» отличается от другой.
Разбираемся в терминологии
В общем, здесь все не так сложно, как может показаться. Общим у этих материалов является наличие узора, но технологии их изготовления различаются радикально. Легендарный индийский булат – это, к сожалению, утраченная технология: когда-то она передавалась изустно и так тщательно скрывалась, что полностью утерялась несколько веков назад. Производство булата было недешевым, а уже в XVII веке начали появляться доступные и достаточно качественные промышленные стали, поэтому спрос на булат упал, а затем и вовсе сошел на нет. Все, что мы знаем о нем (частично благодаря истории, частично благодаря экспериментам русского металлурга Павла Петровича Аносова), укладывается в пару фраз – булат был исключительно прочным, резучим и, конечно, легендарно красивым. На Руси булат часто назывался харалугом (хоролугом), или харалужной (хоролужной)* сталью, хотя в сказках мы частенько встречаем и сам термин «булат».
* Можно встретить как одно, так и другое написание. Возможно, правильнее будет вариант, вынесенный за скобки, так как, во-первых, именно он встречается в древних источниках, в том же «Слове о полку Игореве», во-вторых, он сохраняет букву «а» в общетюркском корне «хара»/«кара» («черный»).
В свое время Аносову в первой половине XIX века удалось создать сплав, полностью отвечающий всем характеристикам булата. Хотя, конечно, достоверно мы не можем знать о том, насколько технология и состав, открытые нашим металлургом, сходны с «оригиналом». Дело в том, что технологий производства булата и в древности существовало несколько: воссоздал ли Аносов одну из них или придумал собственную, доподлинно неизвестно.
Булат клинка турецкой сабли – то, что мы и называем историческим булатом
И вот теперь мы подходим собственно к разъяснению. Исторически существовало две главных технологии получения узорчатой стали. Одна из них подразумевала литье, другая – сварку и проковку нескольких видов сталей между собой; первая оставила за собой название булата, а вторая стала называться дамаском.
- Литой булат – это узорчатая сталь в привычном нам историческом понимании, полученная литейными и кузнечными методами.
- Сварной булат (или дамаск) – это узорчатая сталь, полученная преимущественно кузнечными методами.
Высококачественное оружие изготавливалось из специальных «булатных» слитков, называемых вутц. Именно красоту булатного узора связывали с его великолепными свойствами. Но вутц был дорог и сложен в производстве, что подстегнуло поиски технологий создания узорчатых клинков альтернативными средствами. То, что ныне называется дамаском, начали производить специально, складывая и проковывая несколько слоев заготовок из разных видов стали. Новый материал по прочности не уступал булату, а внешне получался куда красивее, чем литой булат.
Теперь чуть подробнее о типах булата и видах дамаска – такое деление мы сделаем из-за того, что классифицируем материалы по разным принципам: касательно булата расскажем про легирующие элементы в его составе, а касательно дамаска – еще и про несколько технологий.
Типы литого булата: высокоуглеродистый и нержавеющий сплавы
Еще одно важное замечание о булате и дамаске, которое стоит сделать прямо сейчас. По своему химическому составу они больше всего напоминают привычные нам высокоуглеродистые стали, но с очень неоднородным составом, а именно это означает как повышенную прочность и резучесть, так и подверженность ржавлению. Углеродка и нержавейка, как мы знаем, это не просто две разных по своему составу стали. Отличие довольно зыбкое – все дело в том, есть ли в материале легирующие элементы, повышающие коррозионную стойкость стали, и в каком количестве.
Так вот, в норме булат соответствует тому, что мы называем углеродистой сталью, однако измененный химический состав (добавление значительного количества хрома – от 14 % и более) при сохранении физической структуры дает нам так называемый нержавеющий булат. Он сохраняет свойства прочности и твердости, присущие обычному литому булату, а изделия из него почти так же хорошо поддаются заточке. Но стоит изделие из него, как, впрочем, и любое, скованное вручную, баснословно дорого.
Слева – обычный литой булат с высоким содержанием углерода; справа – нержавеющий состав с обычной технологией литья булата
Восемь видов сварного булата (дамаска)
С дамаском все куда интереснее: существует как минимум восемь разновидностей сварного булата, он же – дамаск. Прежде чем мы перейдем к ним, стоит сделать небольшое примечание.
В принципе, возможно создать и нержавеющий дамаск. Для этого нужно собрать пакет легированной нужными присадками стали и начать сваривать его в вакууме, накладывая слоями и расковывая, а затем снова повторяя этот цикл. Технически это довольно сложно, однако современные технологии успешно справляются с задачей, примером чему служат поварские ножи с узорчатыми нержавеющими обкладками.
Кухонный нож Kanetsugu из ассортимента Tojiro с обкладками из узорчатой стали
«Дикий» дамаск
Это тот самый дамаск, который получается, если мастер не пользуется особыми инструментами и технологиями, то есть если процесс проистекает естественным образом. Листы стали с различным химическим составом складываются между собой, свариваются и расковываются; затем рубятся пополам, снова складываются, и все действия повторяются. В результате получается слоистая сталь. Если ее ковка не имеет четкого плана, то узор получается неупорядоченным, или «диким».
«Дикий» и простой дамаск – два подвида техники, которая не имеет характерных черт, а представляет собой обычное наложение друг на друга слоев с последующей расковкой в свободном стиле
Штемпельный дамаск
При изготовлении этого вида узорчатой стали кузнец использует инструмент, называемый штемпелем: благодаря ему на поверхности слоистой пластины дамаска появляется красивый узор, не очень напоминающий узор на простом дамаске. В зависимости от узора штемпеля он может напоминать лестницу, годичные слои на срезе дерева, поверхность воды под дождем и комбинацию этих узоров.
Штемпельный дамаск производят с помощью специального инструмента – штемпеля
Мозаичный дамаск
Мозаичные дамаски часто отличаются не только технологией проковки, но и самим составом – пакет собирают на манер мозаики из заготовок стали разной формы и состава так, чтобы в результате наложения и расковки получался такой вот характерный узор.
Мозаика на поверхности этого вида дамаска – «заслуга» не технологии, а правильной подборки пакета стали
Мозаичный порошковый дамаск
Один из самых сложных видов дамаска; технология, которая редко практикуется в России.
Чтобы создать такой клинок, как на фото, требуется подготовить клише с определенным прорезным узором из стали. Затем клише засыпается порошковой сталью, которая при травлении будет контрастировать с основой, и под действием высоких температур и давления превращается в монолит. Теперь из этого слитка можно по обычной технологии расковывать клинок, сваривая или чередуя узорчатые слои между собой.
Порошковый мозаичный дамаск – явление, редкое в России
Крученый дамаск
Крученый дамаск, он же турецкий, создается с помощью закручивания заготовки из нескольких сваренных между собой стержней вокруг себя. Рисунок будет зависеть от количества и состава сталей в исходном пакете, угла закручивания и глубины взрезки. Как и по мозаичной технологии, из полученной «скрутки» далее можно по обычной технологии расковывать клинок, сваривая или чередуя узорчатые слои между собой.
Крученый дамаск (он же турецкий) получает характерный узор, когда кузнец в процессе расковки скручивает заготовку несколько раз
Мозаичный торцевой дамаск
Техника изготовления такого вида дамаска несколько отличается от прочих. На лопатку из однородной стали накладывается узорчатая мозаика из деталей различной формы и разных сталей. Затем заготовка проваривается под вакуумным прессом. Таким образом, ни сворачиваний, не кручения при его изготовлении не используют. Когда готов полностью прокованный блок, с него срезают пластины, служившие ранее основой для сборки мозаики.
Боковые обкладки такого дамаска – это срезы с готового прокованного блока
Волокнистый дамаск
Еще один зарубежный способ ковки дамаска. Состав его ничем не отличается от стандартного, и начало расковывания – тоже. Но примерно на середине процесса кузнец разворачивает заготовку на 90 градусов и начинает расковывать ее снова. Именно так получаются характерные «короткие» (по сравнению с обычными) разводы.
Короткие «волокна» этого вида дамаска – результат особой техники, когда кузнец поворачивает наполовину прокованную заготовку и начинает все сначала
Многорядный дамаск
Это вид, скорее, не материала, а уже готового изделия, то есть клинка. Полосы дамаска разной выделки (мозаичного, крученого и пр.) кладут рядом и проковывают между собой с целью создать зрительно эффектную комбинацию узоров. Состав и техника изготовления этих полос зачастую различаются: ближе к режущей кромке помещают прочный и резучий вид дамаска, а ближе к обуху – прочный и вязкий вид с особенно красивыми узорами.
Многорядным правильнее называть сам клинок, а не дамаск
Немного о технологиях изготовления булата и дамаска
Готового, единственно правильного «рецепта» пакета стали для изготовления литого булата и сварного дамаска нет, и носить это название могут очень многие узорчатые стали, собранные с помощью технологий литья и ковки. Однако несколько характерных черт у булатных сплавов все-таки есть.
Вот, пожалуй, самое минимальное, что нужно знать тому, кто собрался приобретать булатный (литой или сварной) клинок.
