Дамасский узор на стали

История развития человечества имеет одну из страниц, называемую «железный век». Такое имя определяет значение для человечества открытия железа и изделий из него.

Сейчас трудно представить жизнь без этого металла, но даже в истории железного века есть свои достижения, которые вызывают уважение. Это относится в первую очередь к дамасскому узору на стали.

Сим трудом преследую цель внести некую ясность в вопросе о дамасском узоре и поведать аудитории о способах его получения. Сразу скажу, моя роль в этой работе — лишь переработка информации, представленной в работах Юрия Григорьевича Гуревича — выдающегося учёного в этой области. Я постараюсь представить технологии в таком виде, что бы её мог понять и технолог по металлам и широкий круг людей, интересующихся этим вопросом.

Для начала надо разделить сталь с дамасским узором на два вида: 1 — узорчатая сталь, заготовка для которой получена литьём (литой булат), и 2 — узорчатая сталь, заготовка для которой получена путём проковки полос с разным содержанием углерода (сварочный булат).

Литой булат (ЛБ) был открыт в Индии, скорее всего методом проб и ошибок, но с помощью высокого мастерства и интуиции местных мастеров. Точное время открытия ЛБ назвать трудно, но в X веке его уже делали. В России и Европе он стал известен через купцов, покупающих его на базаре в Дамаске (Сирия), отсюда он получил название, распространённое поныне. После многих исторических катаклизмов, произошедших в Индии, секрет его производства был унесён мастерами с собой в могилу. Русский горный инженер и металлург Павел Петрович Аносов, работавший в г. Златоуст в XIX веке, во второй раз открыл секрет ЛБ и описал его почти полностью, но намеренно оставил несколько маленьких пробелов в технологии. Пока Аносов жил, секрет работал, как его не стало, секрет вторично был утерян. В третий раз секрет ЛБ был открыт уже советскими учёными во главе с Гуревичем Юрием Григорьевичем в 70—х годах XX века, на что получено авторское свидетельство.

Юрий Григорьевич Гуревич


Юрий Григорьевич Гуревич

Таким образом, ЛБ производился до XIX века только в Индии (более 90% которого продавалось в Сирии в Дамаске) и с XIX века по 70-е годы XX века только в России. Сейчас его могут сделать где угодно.

Известные образцы изделий из сварочного булата (СБ) датируются не ранее, чем XVI веком, т.е. намного позже, чем стал известен ЛБ. Скорее всего, рисунок на изделиях из ЛБ дал мастерам идею, которую они воплотили по-своему. Но, надо отдать должное этим мастерам, в своей области они достигли очень высокого уровня. Изделия из СБ, обладающие наивысшими для него свойствами, можно отнести к производствам, расположенным на территории современных Сирии и Турции, сделанными в XVII — XVIII в. Хотя сейчас, зная технологию досконально, можно в любом месте получить СБ таких же свойств. Производство СБ известно было в Западной Европе, и на территории современной России и стран бывшего СССР и даже в самой Индии.

Сейчас во всём мире возрос интерес к любым изделиям из булатов, но это уже скорее дань моде на что-то особенное экзотическое. А раньше, обладание булатным оружием могло определить исход сражения и влияло на историю целых стран.

Литой булат

Не перестаю удивляться мастерству индийских мастеров, которые, не имея совершенного производства, получали материал, опередивший технологию металлургии на несколько веков. Основное видимое отличие любого булата в чередовании слоёв стали с низким и высоким содержанием углерода. Так и для ЛБ эта особенность является отличительной чертой. Но в ЛБ разделение на слои получено при кристаллизации слитка из расплава.

Как известно по диаграмме состояния железо—углерод, температура плавления чистого железа составляет 1539 °C, а для стали с содержанием 2,14% углерода около 1400 °C. Таким образом, если составить шихту для плавки из низкоуглеродистой и высокоуглеродистой составляющих и нагреть смесь до температуры находящейся между их температурами плавления, то низкоуглеродистые включения останутся нерасплавленными. Размер таких включений обычно составлял 6 — 8 мм в диаметре. Разделение на слои при плавке, открывает огромные возможности для проявления всех особенностей ЛБ.

Высокая твёрдость стали определяется наличием в её составе карбида железа (цементита) и соответствует содержанию углерода выше 0,8% и до 2,14%. Если Углерода в сплаве будет больше, чем 2,14%, то он при охлаждении из расплава выделяется в виде осадка, т.е. группируется графитовыми включениями и получается не сталь, а чугун.

Дело в том, что в локальных областях ЛБ углерода больше, чем 2,14%, но это не чугун, а сталь. Концентрация карбидов железа больше, чем принято по традиционной технологии, определяет многие замечательные свойства ЛБ. Следует отметить, что именно карбиды железа, обладающие высокой твёрдостью, придают стали режущие свойства, а если их концентрацию повысить выше традиционной, то твёрдость стали возрастёт настолько, что заточить её можно будет лишь алмазным абразивом (или химическим способом, чем пользовались в древности), но и затупить её так же будет сложно.

Булатный шемшир. Иран, XVIII век

Булатный шемшир. Иран XVIII век

Один из эффектных приёмов демонстрации булатного клинка заключается в том, что шёлковый платок, свободно падающий на наклонное лезвие под собственным весом скользит и распадается на две части. Такую заточку на высокоуглеродистой инструментальной стали получить достаточно сложно, но даже в этом случае она будет недолговечна. Её можно получить и сохранить только на стали с очень высоким содержанием карбидов железа. Такую сталь называют суперуглеродистой (СУ).

В её составе углерода может быть до 4% и он весь представлен в виде карбида железа. Современные технологии позволяют получать СУ сталь, но древние индийские мастера нащупали способ её получения из расплава на очень узком интервале технологических параметров. СУ сталь очень неустойчивое соединение и она не может образовывать монолит по структуре, а представляется в виде локальных центров небольшого размера. И там, где шёлковый платок при скольжении попадает на них, он распадается надвое. Толщина лезвия в этих местах измеряется молекулами, но высокая твёрдость карбидов и их высокая химическая стойкость удерживает остроту лезвия от механических воздействий и окисления.

Если же клинок нагреть при ковке или закалке выше, чем СУ сталь этого позволяет, то клинок потеряет все свои замечательные свойства. Современные методы позволяют получить монолит из СУ стали, но это уже совсем другая история.

Следует отметить, что не для всех ЛБ присуще наличие СУ стали. В древнеиндийских изделиях из ЛБ или в изделиях, выполненных с участием П. П. Аносова, СУ сталь обычно присутствует.

Ещё одна особенность, присущая ЛБ, была выявлена в ходе его исследования — это композиционный синергетический эффект. Сущность этого эффекта можно выразить так: свойства композиционного материала неадекватно отличны от свойств исходных компонентов. Для большей наглядности представим полиэфирный углепластик — углеродные волокна, соединённые между собой полиэфирным полимером. Прочность полиэфирного полимера может составлять 45 МПа, углеродных волокон — 150 МПа, а прочность композита на их основе — 210 МПа. И если учесть, что его объёмная масса чуть более 1,2 г/см3, то получен материал легче алюминия и равный по прочности стали. Из подобного материала сделан самолёт-невидимка В2 spirit (так называемая технология стеллс).

Выделю две наиболее значимые идеи, лежащие в основе композиционных материалов — это взаимное влияние компонентов друг на друга и особые свойства разделительного слоя между ними. Если вернуться с небес на землю к образцу ЛБ, то можно отметить, что низкоуглеродистый слой в ЛБ придаёт высокоуглеродистому слою некую пластичность и удерживает его от хрупкого разрушения за счёт удаления концентраторов напряжений. А высокоуглеродистый слой придаёт низкоуглеродистому упругость. Пояснить эти процессы можно следующим образом: чтобы разрезать стекло, достаточно нанести на его поверхность царапину и попытаться согнуть его. А если на поверхность стекла нанести мягкий полимер, на котором не может возникнуть царапина, то сломать стекло будет намного сложнее (например, триплекс). Таким образом, высокоуглеродистый слой защищён мягким низкоуглеродистым слоем при изгибе и ударах.

Булатная сабля «Клыч». Турция XVIII век

Булатная сабля «Клыч». Турция XVIII век

Свойства низкоуглеродистого слоя так же претерпевают значительные изменения, за счёт того, что он заключён между высокоуглеродистыми слоями и имеет малую толщину. Чем меньше размер слоя, тем меньше в нём дефектов структуры, и тем меньше в нём концентрация этих дефектов. Наиболее ярким комментарием этому может служить свойства монокристаллов (металлов или минералов) прочность которых на порядки выше, чем прочность этих же материалов в монолите. Например, прочность углеродных волокон в виде монокристаллов измеряется сотнями МПа, а для углерода в монолите (графит) она не выше единиц МПа. Таким образом, малая толщина низкоуглеродистого слоя, да ещё заключённого между высокоуглеродистыми слоями, передаёт ему повышенные прочностные показатели. Заранее извиняюсь за мудрёность выражений.

Слой, разделяющий высокоуглеродистый и низкоуглеродистый составы, так же имеет право на внимание. Для него характерно колоссальное изменение концентрации углерода на малой толщине. Это придаёт ему уникальные свойства, не вписывающиеся по фазовому составу в традиционную диаграмму Ганта. И чем выше разность в содержании углерода для отдельных слоёв ЛБ, тем более удивительны свойства разделительного слоя, прочность и твёрдость которого соизмеримы с прочностью и твёрдостью высокоуглеродистого состава.

Вернёмся, однако, к видимым признакам ЛБ — к рисунку. Для того, чтобы проявились все вышеперечисленные эффекты, совсем необязательно добиваться большого количества слоёв. Да и само понятие количество слоёв для ЛБ не применяется. Наиболее распространены изделия из ЛБ с размером видимых полос от 2 до 12 мм на поверхности. Большую значимость имеет форма рисунка.

Наиболее сложный в исполнении и, соответственно, наиболее ценный рисунок «кара-табан» представляющий собой букву W, т.е. коленчатый с крупными линиями от 8 до 12 мм шириной на боковой поверхности клинка. Существуют и другие названия рисунков, дошедшие до нас из глубины веков: табан, кара-хоросан, хоросан, тен и другие, и в них слышны восточные созвучия.

Узор булата типа «кара-табан». Фото arhangelskie.com

Узор булата типа «кара-табан». Фото arhangelskie.com

Узор булата типа «хоросан». Фото arhangelskie.com

Узор булата типа «хоросан». Фото arhangelskie.com

При выполнении рисунка, на лезвие попадает не только высокоуглеродистый состав, но и мягкий низкоуглеродистый. После заточки такое лезвие не может быть идеально ровным, и оно приобретает плавный изгиб, повторяющий чередование слоёв стали.

Особый интерес вызывает способ заточки, которым пользовались в древности. Ведь заточить хороший клинок из ЛБ корундовым абразивом без перегрева достаточно сложно. Ответить на этот вопрос помогли найденные в местах производства ЛБ промасленные камни и форма древних клинков. Отмечу, что древние клинки отличают плавные линии полировки и заточка как бы в виде полировки.

Наиболее вероятный способ заточки, которым пользовались древние мастера, состоял в том, что бараний жир выставлялся на солнце и под действием ультрафиолетовых лучей, тепла и кислорода из воздуха жир превращался в сложные жирные органические кислоты. Пропитанные этими кислотами войлочные круги работали по образу пасты Гои, снимая тонкие слои металла до получения нужной заточки. Такая заточка ещё более усиливала неровность лезвия. Современные алмазные абразивы позволяют получать чёткость линий и углов заточки, но надо отдать должное древним мастерам, которые нашли способ обработки столь твёрдого материала.

Дошедшие до нас древние изделия из ЛБ отличаются ещё и высоким качеством стали, т.е. для них характерны крайне низкое содержание серы и фосфора, а так же высокая степень раскисления. Сейчас такое качество стали получить — не проблема, а в древности? Выуживая информацию из легенд, мифов и старых манускриптов, и соединяя её с современным представлением о материаловедении можно только предположить, как старые мастера добивались высочайшего качества.

Булатный клинок оружейников из Кизляра, XXI век  

Булатный клинок оружейников из Кизляра, XXI век

Булатный клинок оружейников из Кизляра, XXI век

Наиболее вероятная технология заключалась в том, что образец металла, подвергали ржавлению в воде, скорее всего в болоте в течение нескольких лет. Ржа, в первую очередь, поедала те области, где присутствовали соединения серы и фосфора, а так же менее раскисленные участки. После искусственного ржавления образец проковывали с флюсом, удаляли дефекты и снова отправляли ржаветь в болото. После нескольких подобных операций сталь очищалась от вредных примесей и из неё удалялись нераскисленные области.

Можно представить какое время уходило на изготовление одного клинка, если надо было сначала получить сталь, несколько лет уходило на очищение от вредных примесей, надо было получить отливку — вуц, расковать его в изделие и закалить. Я предполагаю, что на хорошее изделие могло быть затрачено от 7 до 9 лет. Я здесь опускаю вопросы изготовления графитовых тиглей — форм для получения отливок, которые в Европе появились с XVI века; способ получения самой стали из руды; получения топлива для плавки, способного давать температуры выше 1400 град. С и ещё раз воздаю должное умению древних индийских мастеров.

Сварочный булат

Альтернативой ЛБ стал сварочный булат (СБ). Сварочным его назвали по способу соединения полос стали разного состава — методом кузнечной сварки. Где именно впервые появился СБ сказать сложно, т.к. его образцы, относящиеся к XVI в. найдены и в Индии, и в Европе и на территории современной России. СБ так же можно отнести к композиционному материалу, и для него имеют действие эффекты, присущие ЛБ, такие как взаимное улучшение слоёв высокоуглеродистой и низкоуглеродистой составляющих и особые свойства разделительного слоя между ними. Однако, отсутствие СУ стали снимает ограничения по температуре ковки и открывает новые возможности в увеличении количества слоёв и виду рисунка.

Никельный дамаск от Olamic Cutlery. Фото olamiccutlery.com

Никельный дамаск от Olamic Cutlery. Фото olamiccutlery.com

Зачастую, мастера можно было определить, посмотрев на рисунок клинка. Особыми приёмами ковки можно добиться изображения животных, проявления надписей на клинке или сплетений узора, как на малахитовых срезах.

Количество слоёв на клинках из СБ иногда доходит до 1500, но всему есть разумные пределы. Считаются изделия с 500 — 700 слоями наиболее оптимальными, хотя и со 100 слоями клинок выглядит достаточно эффектно.

Но это не значит, что СБ делать легче, скорее наоборот. Если в ЛБ соединение сталей различного состава достигается при плавке, то получить такое же соединение ковкой намного сложнее. Способность стали к сварке снижается с увеличением содержания Углерода. Изделия из инструментальной стали с содержанием углерода 1,2-1,5% вообще не склонны к сварке. А в клинках XVIII века встречается до 1,3% углерода в высокоуглеродистой составляющей. Современные технологии позволяют получить хорошее соединение сталей различного состава в среде инертных газов при значительных усилиях ковки и температурах, близких к температуре плавления. А в XVIII веке этого можно было достичь, не вынося поковку из зоны пламени горна, используя очень тяжёлые кувалды и производя кузнечную сварку за короткое время. Другого предположения трудно представить но, во всяком случае, реальная технология не могла быть банальной.

Авторский дамасский узор «марсианские кратеры» от Olamic Cutlery. Фото olamiccutlery.com   

Авторский дамасский узор «марсианские кратеры» от Olamic Cutlery. Фото olamiccutlery.com

Особое место в производстве СБ занимают кузнечные флюсы. Их задача связать окислы, превратить их в легкоплавкие соединения и вынести на поверхность при ковке продукты взаимодействия. И реализация этой идеи зависит только от мастерства кузнеца. На его совести и выбор флюса, и выбор соответствующей ему температуры ковки, и обеспечение химической чистоты соединения от продуктов окисления. При 10-12-ти кратном складывании и проковки изделия и выполнении заданного рисунка очень высока вероятность появления брака.

Оценить по достоинству сложность этого процесса, можно лишь попробовав выполнить кузнечную сварку самому. Современные приёмы изготовления изделий из СБ предполагают использование современных флюсов и пневмомолота. Могу только снять шляпу перед старыми мастерами, выполнявшими ковку кувалдами.

Очень часто задаётся вопрос: что лучше ЛБ или СБ? На мой взгляд, этот вопрос не имеет смысла, равно как не имеет смысла выбор между легированной сталью и булатами. У каждого материала есть свои, присущие только ему особенности.

Так, для ЛБ характерны СУ сталь с её выдающейся твёрдостью, крупный рисунок, своя история. СБ отличает многообразие рисунков, большое количество слоёв и своя история. Легированные стали, особое место в ряду которых, занимает 95Х18, отличает чистота поверхности и коррозионная стойкость.

Каждый человек оценивает материал со своей точки зрения, и он лично для себя устанавливает, что есть лучше. Кроме того, для каждого изделия наиболее подходит тот материал, который соответствует задуманной идее. Например, для турецкого кривого ножа больше бы подошла сталь 95Х18, а для прямого короткого меча — СБ, хотя это только моё впечатление и оно может не совпадать с другими.

Не мудрено, что рассказ о булатах закончился холодным оружием. Именно на оружии впервые применены сталь и железо. Именно оружие стало олицетворением булата. И у кого из мужчин не ёкнет под сердцем, когда он возьмёт в руки красивый булатный клинок.

По материалам:
Гуревич Ю.Г. Загадка булатного узора. —  М.: Знание, 1985.,
Гуревич Ю.Г. — «Булат. Структура, свойства и секреты изготовления» Монография, 2006.

Комментарии

  1. Знаток

    Не надо рассказывать сказки. Гуревич НИКОГДА булата не получал. А то, что у него в книге — беллетристика и глупость. Булата по его книге сделать нельзя.

    Если он сделал булат, пусть представит. А то, как сказал Аносов: «Трепа много, а булата нет!»

  2. abdula

    Уважаемый Знаток, прежде чем выкладывать подобное сообщение, надо подумать.

    Если интересуешься этим вопросом, позвони на кафедру материаловедения и металлобработки Кугранского государственного университета. Там тебе объяснят всё подробно. 8 (3522) 456639.

    Это чтобы не беспокоить самого Юрия Григорьевича. Ему в этом году 93 года.

    И вообще, лучше бы сначала узнать кто такой Гуревич Ю.Г. прежде чем писать пасквили.

    А по его книге булата точно не сделать. Она не для этого написана.

  3. Максим

    Николай Борисович, Вас и под псевдонимом «Знаток» можно легко узнать по стилю изложения и той идее, которую Вы проводите, а именно то, что не Гуревич Ю.Г. причастен к открытию Булата.

    Напрашивается вопрос: а кто?

    И тут как раз прорисовывается Ваша книжка.

    Кстати сказать, что Ваша книжка во многом повторяет монографию Юрия Григорьевича, но добавлено ещё много воды.

    Выпущена Ваша книженция намного позже, но надо отдать должное — оформление красивое. Картинок много.

    Если попытаться сделать булат по ней, то тоже не получится.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *