Оружие из дамаска и булата

Струйчатый рисунок имеет криволинейные включения между параллельными линиями. Это средний сорт. Если кривых линий больше, чем прямых, говорят о волнистом булате. Если кривые линии простираются по всем направлениям, а прямолинейные участки совсем коротки - это сетчатый рисунок. И, наконец, рисунок, проходящий по всей ширине клинка и повторяющийся по его длине, именуется коленчатым. Сетчатый и коленчатый - наилучшие сорта. Ритмичный повтор узора образует пресловутую «лестницу Магомета», своеобразный «знак качества» изделия.

Эта устоявшаяся система оценки булатных полос просуществовала века, загадав нам еще одну загадку из множества других, присущих таинственному материалу.

Дело в том, что, согласно современным теоретическим представлениям в металловедении, наиболее прочными и вязкими сталями являются те, что имеют меньшие размеры зерна. Отсюда следует парадоксальный вывод - наилучшими булатными клинками должны быть те, которые вовсе не дают «дамасского» рисунка, хотя традиционно такой узор как раз и служил мерилом качества, косвенным признаком высокого содержания углерода и умелой ковки. А хорошая ковка, как мы теперь знаем, является залогом хорошей вязкости. Однако заметный глазу узор получается только в том случае, если частицы цементита достаточно велики и распределены неравномерно в толще металла, тогда как именно от клинков с микроструктурой, не дающей видимого узора, и следовало бы ждать неких выдающихся кондиций.

Для проверки своих идей американцы пытались воспроизвести дамаск в лабораторных условиях. Небольшую стальную отливку с содержанием углерода 1,7% нагревали до светло-желтого свечения (1150 °С) и выдерживали при такой температуре 15 часов. За это время избыточный углерод растворялся в железе, образуя крупноячеистую структуру аустенита. Затем слиток охлаждался со скоростью примерно 10°С в час. При таком постепенном охлаждении образовывалась непрерывная грубая сетка цементита по границам аустенитных зерен. Слиток вторично нагревали до 800°С и раскатывали с восьмикратным обжатием по толщине. В результате этой операции, имитирующей ковку молотом, зерна вытягивались в направлении прокатки, и карбидная сетка разрушалась. Травление поверхности кислотой, разъедающей только железную основу и не действующей на карбиды, выявляло дамасский узор, видимый невооруженным глазом.

Легко заметить идентичность картинок, говорящую о сходстве процессов обработки. Цементитная сетка сжата примерно одинаково, расстояние между слоями составляет около 100 мкм, но прокатанная сталь имеет не такой сложный узор, как кованная:

Предположение, что мелкокристаллические, не дающие рисунка булаты могут иметь более высокие механические характеристики, также полностью оправдалось.

Описанный выше способ получения настоящей булатной стали, вероятно, является лишь одним из многих, которыми могли пользоваться древние мастера. Скорее всего, существовало несколько конкретных вариаций общего принципа, дающих схожие результаты. Можно даже полагать, что на Среднем Востоке умели получать и сверхвысокоуглеродистую сталь, не имевшую дамасского узора. Ученые добились этого путем прокатки стального слитка, нагретого до 1100°С. Во время прокатки слиток постепенно охлаждался с переходом через фазу «аустенит/цементит». Давление вальцов вызывало измельчение аустенитных зерен и выделение цементита в виде мелких, равномерно распределенных частиц, а не грубой сетки. Обработанный металл не имел поверхностного узора.

Полученные таким образом сверхвысокоуглеродистые стали без рисунка имеют при комнатной температуре более высокие показатели прочности и вязкости, чем большинство из применяемых в машиностроении. При температурах же порядка 600-800°С они сверхпластичны, то есть ведут себя подобно аморфным материалам, например, расплавленному стеклу. Это позволяет формовать из них детали сложных очертаний, такие, как шестерни, при минимальных затратах на обработку и используя методы массового производства, что открывает самые широкие возможности для промышленного применения булатных сталей.

Может быть, именно эти светлые перспективы вдохновили Павла Аносова заняться в свое время исследованием дамасских сталей? Так или иначе, но в 1841 году он опубликовал в «Горном журнале» статью «О булатах», в которой подвел, краткий итог многотрудной работы. По его мнению, условия для получения качественного булата таковы:

* лучший уголь, дающий наименее шлака (например, сосновый)

* плавильная печь из огнеупорного кирпича

* огнеупорные тигли, не дающие трещин

*лучшее железо, обладающее высшей ковкостью и тягучестью

* чистый самородный графит

* пожженные кварц и доломит

*сильнейший жар во время плавки

* наибольшее время плавки

*медленное охлаждение тигля