Технология изготовления булатной стали

Изготовление булатной стали

Булатная сталь – сплав железа с углеродом, который благодаря особенной технологии производства обладает узорчатой структурой и повышенной гибкостью и твердостью. С древнейших времен этот материал используется для изготовления различных видов холодного оружия. По химическому составу булат ближе к чугуну, чем к стали. Но при этом он сохраняет пластичность и ковкость, присущую низкоуглеродистым маркам металла, а в сочетании с повышенным содержанием углерода, булат обладает невероятной твердостью, которая недостижима для стали даже после ее закалки.

Работа с булатом требует высокой сноровки и тщательно соблюдения технологических процессов на каждом этапе обработки. Неправильно выбранный температурный режим может запросто испортить материал, превратив его либо в обычную сталь, либо в нековкий вид чугуна. Поэтому с булатом доверяют работать только опытным металлургам. Интересный факт, если булат расплавить, а потом дать ему застыть, он не перестанет быть булатом, его также можно многократно перековывать на различные изделия. Материал поддается сварке и может быть соединен как с самим собой, так и со сталью любой другой марки.

Как получают булат?

Булат можно получить из некоторых видов обычной стали. Основным условием является низкий уровень легированности материала. Из высоколегированной стали булат получить невозможно вообще, а из среднелегированной – только булат низкого качества. Несмотря на то, что современные материалы превосходят булат по своим свойствам и не требуют столь сложных процедур обработки, до сих пор сохранились мастерские, в которых энтузиасты изготавливают клинки по древним технологиям. Но использование более современных орудий труда позволяет выплавлять материал значительно более высокого качества.

Кроме того, сейчас многие производители добавляют в сплав дополнительные элементы, которые придают булату новые свойства. В основном это касается применения хромовых и никелевых присадок, позволяющих значительно повысить сопротивляемость коррозии. Некоторые экземпляры оружия, которые предназначаются исключительно для коллекций, и не будут использоваться в постановочных боях, полностью покрывают слоем серебра. Это позволяет защитить сталь от негативного воздействия окружающих факторов. К тому же мягкое серебро проще поддается ювелирной обработке по нанесению на клинок тематических узоров или рисунков.

Булат в отличие от дамасской стали, которая также служила для производства клинков, характеризуется беспорядочностью узора. Он получается в результате кристаллизации металлической решетки в сплаве.

Способы производства материала

Существует четыре способа изготовления булатной стали. Первый подразумевает прямое сплавление железной руды с измельченным графитом. Это наиболее простой с точки зрения подготовки способ, так как он не требует получения чистого железа. Но для его успешной реализации необходима руда с процентным содержанием металла не менее 85%, иначе не получится булатной стали хорошего качества.

Для данного варианта не подойдут руды с содержанием самородной серы, которые в природе встречаются довольно часто. Так что достать подходящий материал будет чрезвычайно сложно. В современных условиях этот способ не используется, так как найти чистое железо не проблема, но в древние времена этот метод был наиболее распространен в кузнечном деле. Второй способ подразумевает расплавление железа при непосредственном доступе углей. При этом в сплав попадает не только чистый углерод, но и его оксиды, которые и придают металлу структуру булата. Этот способ также сейчас не используется, потому что для него характерна высокая доля примесей в получаемом материале, что негативно сказывается на его качестве.

Третий способ – долговременное обжигание железа без доступа воздуха. Этот метод является самым дешевым в реализации, поэтому имеет широкое распространение. Получаемый таким способом материал называют литым булатом. Важным условием получения хорошего материала является точный расчет времени обжига. В противном случае в сплав может попасть избыточное количество углерода, что приведет к его плохой ковкости и хрупкости. Четвертый вариант – самый дорогостоящий, но при этом позволяет получать материал наилучшего качества. Он подразумевает сплавление чистого железа с графитом в безвоздушной среде. Это позволяет избавить булатную сталь от нежелательных примесей и оксидных присадок.

Изделия из булата данной марки наиболее ценятся в кругу знатоков, поэтому стоят довольно дорого. В древние времена такое оружие могли себе позволить только зажиточные воины. В наши дни клинки служат в основном в качестве украшений, которые вешают на стену. Изредка они могут служить для исторических реконструкций известных битв прошлых эпох. Для перечисленных целей используют булат наилучшего качества, чтобы оружие красиво смотрелось и по своим свойствам не отличалось от лучших клинков прославленных мастеров кузнечного дела. Самые дорогие образцы украшаются разнообразными рукотворными узорами, которые посвящены тематике баталий. Рукоятки клинков также служат для украшения. Их изготавливают из самых разнообразных материалов от искусно обработанных рогов животных до драгоценных металлов. Дополнительно эфес может быть инкрустирован разноцветными камнями.

Кроме приведенных способов существовал еще один, который не получил широкого распространения. В качестве эксперимента металлурги Советского Союза испытали следующий метод производства булатной стали. На первом этапе чистое железо или низкоуглеродистую сталь расплавляли в индукционной печи, а затем вводили в расплав кремниевые и алюминиевые присадки, после чего добавляли к полученному сплаву графит. На выходе получался чугун с 3-4% содержанием углерода. Но на этом процесс плавки не заканчивался.

В расплав постепенно добавляли железо или низкоуглеродистый стальной лом в пропорциях, чтобы массовая доля добавок составила 50-70% от массы чугуна. После остывания и кристаллизации был получен булат с высокоуглеродистой металлической сеткой, в которую были вплетены низкоуглеродистые элементы. Полученный булат обладал великолепными свойствами по ковкости и пластичности, а также показывал запредельную твердость. Но в широкое производство этот способ не пошел из-за сложности технологического процесса и высокой дороговизны выплавки. Кроме того, были уже известны и более современные и совершенные материалы, так что такие затраты на получение булата справедливо сочли неоправданными.

Булатная сталь: что такое булат и откуда он появился

Немного о древнем булате

Булатная сталь представляет собой сплав железа и углерода, причем содержание последнего очень высоко, и практически приближено к составу его в чугуне. После специфической термообработки твердость этого сплава достигает 64 HRC, а травленая его поверхность имеет характерный и очень красивый рисунок.

Читать еще:  Механические свойства стали ст3

Однако, если сравнивать булатный сплав и простую высокоуглеродистую сталь, то можно проследить ту же закономерность, что и при сравнении алмаза и угля: состав один, а свойства разные. Технология производства булата крайне сложна и не лежит на поверхности.

Данные археологический исследований позволяют считать, что ещё 2,5 тысячи лет назад Индийские кузнецы умели изготавливать оружие из особенного металла. Индийская узорчатая сталь стоила целое состояние, а мастера касты кузнецов строго хранили свои секреты. Клинки из неё опытные мастера выковывали на протяжении нескольких лет, используя достаточно небольшие молоточки, вместо стандартного молота кузнецы.

После покорения Тимуром Сирии, мастера были вывезены в Самарканд, ставший затем центром производства булата. Однако расселившиеся по Средней Азии мастера настолько хорошо хранили свои секреты, что в конечном итоге древние технологии, дающие возможность получить высококачественный булатный вутц были утеряны.

Булатная сталь П.П. Аносова

Раскрытие секрета производства булата стало сложной целью для многих именитых металлургов. Западноевропейские мастера многие десятилетия пытались воссоздать легендарные древние рецепты, то приближаясь к результату, то снова откатываясь назад.

Павел Петрович Аносов, будучи в должности горного начальника Златоустовских заводов, проводил целенаправленные исследования, целью которых было повышение качества продукции, выпускаемой вверенной ему Оружейной фабрикой. В 1828 году он начал многолетние работы, позволяющие получить булатный сплав, которые венчались успехом только в 1837 году.

Помимо классической технологии Аносов разработал и так называемое производство сущность которого «заключается в сплавлении негодных к употреблению железных и стальных обсечков в глиняных горшках (тиглях) при помощи возвышенной температуры воздушных печей».

Возвращение легенды

И снова, уже в начале 20 века эта сложнейшая технология была утрачена. Многолетние исследования Аносова остались только в архивных и музейных записях тех времен. Восстановить технологию стремились многие, сначала советские, а затем и российские металлурги. Ближе всех подойти к разгадке тайны, и получить аносовский булат удалось только Златоустовскому металлургу Сергею Баранову. Для этого потребовались многие года и огромное количество пробных плавок.

Булатная сталь Сергея Баранова на сегодняшний имеет соответствующее заключение РАН, а сам Сергей стал членом-корреспондентом Петровской Академии «Наук и Искусств».

Отличие тигельного булата от литого

Два эти вида стали имеют, как отличия, так и поразительное сходство. Их неодинаковость начинается уже на этапе производства. Тигельный сплав производится в специальных тиглях из железной руды с добавлением древесного угля и специальных флюсов. Плавка проводится в древесных печах, температура в которых гораздо ниже, нежели в газовых или электрических. Это очень затратная во всех отношениях технология, поэтому выполненные из такого металла клинки относятся к разряду коллекционных.

Технология литого булата немного проще, поскольку позволяет использовать вместо железной руды специально подобранные марки низкоуглеродистых сталей. Визуально рисунок, который имеет булатный тигельный клинок более выражен и интенсивен. Однако свойства ножей из этих металлов практически идентичны, а литой сплав более доступен по цене.

Где и как закалялась булатная сталь: исторические предпосылки качества

Булатная сталь – это сталь самого высокого качества. Именно из нее изготавливается боевое оружие. Ножи из такой стали обладают большой упругостью и вязкостью, сочетание этих двух характеристик позволяет ножу обладать высокими режущими качествами.

Булатная сталь – это литая углеродистая сталь, которая обладает специфической структурой. Твёрдость клинка из булата после термообработки составляет 64 HRC.

Булат vs Дамаск

И булат, и дамаск – это достаточно близкие по виду и характеру красивые стали. Дамаск образуется за счет сковывания нескольких пластин различных металлов. Это делается следующим образом: берутся несколько тонких пластин и проковываются несколько раз, после этого металлы смешиваются и образуется дамаск.

Булатную же сталь варят. Секрет данного металла состоит в составе и пропорциях сплава. Во время варки обращают внимание на любую мелочь. Сплав металлов должен свариться, но не быть слишком передержанным на огне. Дальнейшая обработка сплава зависит от предпочтения мастера. Можно расковывать весь слиток, а можно резать его вдоль или поперек, от этих действий будет зависеть будущий рисунок и прочность клинка.

Откуда пришла булатная сталь?

Булатная сталь пришла из Индии. В Индии, как известно, люди могут медитировать десятилетиями или делать один меч несколько лет. Например, у старых индусских кузнецов молоты больше были похожи на молоточки, соответственно и времени больше было на работу. Ковавшие оружие кузнецы щепетильно относились к секретам булата и технологии его изготовления. Они передавали знания только из уста в уста старшему сыну. Это делалось не просто так: даже в древние века существовал всемирный рынок вооружений с достаточно сильной конкуренцией.

Несколько позднее, после Индии, искусством изготовления булатной стали овладели мастера Сирии и Испании. В настоящее время имеются документальные данные о том, что на Руси было налажено производство сабель и кинжалов из булатной стали.

О чудесных свойствах булатной стали рассказывают легенды до сих пор. Воспоминания о ней находят в записях историков, монахов, в романах.

Самые первые сведения о булате дошли до современности от участников походов Александра Македонского.

К концу XVIII в. все секреты производства булатной стали были утеряны.

2 легенды о булатной стали

В конце IV в. до нашей эры Александр Македонский и индийский царь Пор во главе своих войск встретились на реке Гидаспу. Кровопролитная битва для индийцев закончилась трагически — индийские войска были разгромлены, а царь Пор, отважно сражавшийся и смертельно раненный, попал в плен. Александр Македонский был изумлен — доспехи царя не имели ни царапин, ни вмятин от копий и стрел. Причиной тому послужил панцирь, который был выполнен из металла удивительной твердости. Из такого же металла были сделаны и индийские мечи. После похода Александра Македонского в Индию способы получения высокопрочный мечей через Сирию и Персию проникли в Европу. Персы называли такую сталь «пулат», а европейцы — «булат».

Читать еще:  Искусственное старение стали

Упоминание о булатной стали можно найти и в романе В. Скотта «Талисман». В нем рассказывается о состязании между английским королем Ричардом Львиное Сердце и султаном Саладином. Булатная сабля Саладина безжалостно рубила железные копья пополам и свободно рассекала подброшенное в воздух шелковое тонкое покрывало.

Узор – особенность булатной стали

Булатную сталь визуально легко отличить от любой другой. Важной особенностью булатной стали, является узор. Он появляется на ее поверхности после травления различными химическими реактивами. По данному узору судят о возможном качестве стали или способе ее получения. Еще с древних времен у узоров булатной стали есть свои названия: «шам», «табан», «кара-табан» и другие.

Узор булата образуется во время падения температуры отливки и представляет собой светлые линии цементитной сетки высаженного углерода по границам зерен аустенита. Важно знать, что чем темнее фон и светлее линии — тем булатная сталь дороже.

А существовала ли булатная сталь?

Неповторимость булатных клинков заставила ученых усомниться: возможно, что булатная сталь не существовала вовсе? Ведь, подобные свойства даже в настоящее время металлу придать не удается, что говорить о временах, отдаленных от нас на 2 тысячи лет.

Проверить легенды и теории непросто, потому что при раскопках ученые находят лишь фрагменты клинков. Окончательно развенчать миф о булатной стали несколько лет назад решил один из членов Русского географического общества, доктор технических наук Игорь Таганов. Он ездил с экспедициями в Индию, Иран и собирал образцы клинков. Не так давно Таганов передал несколько фрагментов на кафедру пластической обработки металлов Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Профессору казалось удивительным, что при современных методах анализа материалов, когда состав любого сплава можно расписать практически до каждого атома, булатная сталь еще остается секретом для науки. За изучение образцов взялся сотрудник кафедры Василий Мишин. Однако вместо того чтобы доказать, что булат – всего лишь миф, он не только раскрыл секрет стали, но и воссоздал ее.

Первым делом Василий Мишин изучил на спектрометре химический состав материала, из которого были изготовлены клинки. Самое удивительное даже для современных металлургов заключается в том, что структура булата совершенно не характерна для высокоуглеродистых сталей, а ведь именно таковой по сути является булатная сталь. Василий Мишин сумел воссоздать сплав.

Изготовление булатной стали

Булат не то же самое, что «дамаск» – «сварная» сталь. Булат – это так называемая «литая сталь», и работа над булатным клинком начинается с изготовления тигля. Это специальный огнеупорный сосуд, в котором будет вариться сталь.
Тигель наполняют шихтой определенного состава. Секреты данного состава мастера, зачастую хранят «пуще зеницы ока». Тигель, наполненный железом или определенными сортами стали с особыми добавками, ставится в печь. В печи поднимается температура, необходимая для создания однородного сплава. Спустя некоторое время, когда печь остынет, тигель вынимают, разбивают и вынимают слиток стали. Этот слиток позднее расковывают в полосы. Из этих полос потом изготавливаются клинки, как для холодного оружия, так и для обычных ножей.

Технология получения литого булата имеет много нюансов и для ее реализации требуются знания на уровне интуиции опытного кузнеца. В двух словах технология следующая:

губчатое железо проковывается молотом;

железо смешивается с древесным углем, после помещается в тигель;

тигель нагревается до температуры 1200 градусов;

далее тигель очень медленно охлаждаетя и получается вуц – небольшой слиток булата.

Приобретайте изделия из булатной стали в нашем магазине. Вы можете связаться с нашими консультантами на главной странице нашего сайта, они оперативно ответят на все интересующие Вас ваши вопросы.

Секрет изготовления булатной стали

Материал клинказакаленная сталь — обладает тем свойством, что твердость и упругость ее в известных пределах находится в обратной зависимости. Твердость лезвия должна быть достаточно большой, чтобы нож не скоро затупился, но и не чрезмерной, иначе выкрошится режущая кромка или сломается лезвие.

Давно замечено, что стойкость (износоустойчивость) лезвия не всегда зависит от твердости клинка. Нередки случаи, когда мягкий клинок тупился в работе меньше, чем более твердый. На Златоустовском заводе известный металлург Аносов, пытаясь восстановить секреты технологии изготовления булатной стали, определял износоустойчивость лезвия путем разрезания рулонов войлока. В ходе работ выяснилось, что образцы лезвий, взятые из одного куска стали и прошедшие одинаковую термообработку, имеют различные характеристики.

Режущие свойства лезвия определяются параметрами той микропилы, которая образуется при его заточке и видна, если посмотреть на кромку лезвия под микроскопом. Зубцы этой пилы должны быть мелкие и одинаковые, их вершины должны обладать максимальной твердостью и не выкрашиваться. Это обеспечивается микроструктурой материала и способом заточки лезвия. Чем острее угол заточки, тем с большей легкостью клинок проникает в обрабатываемый материал. Но поскольку тонкое лезвие — более хрупкое, то для того, чтобы оно не сломалось, необходимо повысить упругость, тем самым уменьшив износоустойчивость.

В древности оптимальное сочетание этих свойств обеспечивал булат — материал, который привозили из Индии. В страны ближнего Востока он поступал в виде слитков и затем в процессе ковки и закалки особыми методами приобретал уникальные свойства, сочетая высокую твердость и большую упругость по сравнению с не обладавшими подобными качествами, в нашем понимании, рядовыми клинками. Однако и булаты тоже бывали разными. В конце прошлого века, когда в очередной раз вспыхнул интерес к технологии изготовления булата, в России была создана комиссия, которая взяла на учет все имевшиеся в стране образцы булатного оружия. Так, из собранных приблизительно 4000 клинков половина оказалась подделкой, а среди остальных лишь один процент обладал выдающимися свойствами.

Дамаск — материал (сталь, как бы армированная более упругими волокнами), получаемый в результате проковки мало– и высокоуглеродистых полос в один монолит по особой технологии. Дамаск и булат часто путают, поскольку на обоих материалах при протравливании проступает рисунок, демонстрирующий структуру металла. И все же это различные по процентному содержанию углерода материалы.

По содержанию углерода (в особой кристаллической форме) булат занимает промежуточное положение между высокоуглеродистой сталью и чугуном, а в дамаске его содержание такое же, как и в углеродистой стали. Низкоуглеродистые дамаски шли на изготовление стволов охотничьих ружей, которые, за некоторым исключением, стоили значительно дороже стальных, так как изготовление дамаска представляет собой более трудоемкий процесс.

Читать еще:  Хомуты для соединения труб металлические стальные

Сейчас производство клинков переживает очередной бум возрождения традиций изготовления узорчатой стали. Большинство солидных зарубежных фирм, да и многие частные производители как в России, так и в дальнем зарубежье, восстановили производство дамасковых клинков, насколько я понимаю, используя в основном декоративные свойства материала. Уже созданы новые, неизвестные ранее сочетания материалов в дамаске, например нержавеющий дамаск. Время от времени в печати появляются сообщения о том, что различными способами удалось получить и булатную сталь, но ее промышленное производство налажено только на украинском НПО «Булат» (Зброя та Полювання, 1999). Причем булатные ножи, которые используют, например, при изготовлении фанеры, резке бумаги, приготовлении щепы для бумажного производства и производства ДСП имеют стойкость на порядок выше, чем аналогичные ножи из лучшей шведской стали.

После правильной проковки, закалки, шлифовки и травления на булатном клинке проступает характерный не повторяющийся узор (в дамасках узор состоит из повторяющихся элементов). Даже при твердости HRC 36–40 такой клинок невозможно пилить надфилем, который хорошо царапает сталь, закаленную до HRC 54–56. Недостатком булата считается его предрасположенность к оржавлению. Есть сведения, что уже получен нержавеющий булат, однако булат ли это?

В свое время в России были и другие отличные клинковые стали. Например, большой известностью пользовались в Российской империи кинжалы и ножи Егора Самсонова из Тулы. Многие из его изделий включены во все дореволюционные каталоги охотничьих магазинов. Всю технологическую цепочку, начиная от выплавки стали и до термообработки, а также отделки ножей, он производил на дому. Умер Самсонов уже во времена советской власти, не оставив учеников и никому не передав секреты своего мастерства. Говорят, когда он уже был немощен, то обратился к властям с просьбой помочь в ремонте дома, так как у него не было ни сил, ни средств, а за это он обещал рассказать о всех тонкостях выделки своей стали. Но советские органы не откликнулись на предложения умирающего и способ изготовления такой стали был утерян.

В 50–60-х годах на московском заводе «Серп и молот» предпринимались попытки восстановить технологию изготовления самсоновских ножей, однако они закончились безрезультатно.

В наше время в ножевом производстве применяют более ста сортов стали. Среди них есть материалы, обладающие уникальными свойствами, хотя они и довольно дороги. Так, подразделения морских диверсантов США — «Тюлени» вооружены боевыми ножами, которые могут резать стальную сетку, при этом абсолютно не повреждая лезвие. Из керамического материала — диоксида циркония (циркона) делают клинки, а в качестве покрытия стального лезвия используют нитрид титана (золотистого цвета), карбонитрид титана (черного цвета) или их чередование. Иногда лезвия также покрывают алмазо-углердной пленкой. Эти покрытия делают поверхность лезвия чрезвычайно твердой, но все же это, так сказать, экзотика. В основном же современные ножи изготавливают из нержавеющих или — на любителя — углеродистых и легированных сталей.

Клинок дамасского ножа в зависимости от его выделки раз в пять, а порою и в десять, дороже обычного.

Излюбленные марки сталей, используемые зарубежными изготовителями, — 440С, АТС34, 154СМ (по некоторым данным, стали АТС34 и 154СМ различаются содержанием неосновных легирующих элементов — марганца и кремния). Литая сталь D2 появилась лет десять тому назад. Она обладает уникальной микроструктурой (при специальной термообработке), позволяющей выполнить заточку с малым углом при HRC 58–60. Cталь CPMT440V, по составу близкую к булату, получают методом порошковой металлургии . Фирмы гарантируют твердость, но это все же не означает, что лезвия, изготовленные из такой стали, лишены недостатков.

Мой коллега привез из США нож, выпущенный одной из старейших фирм в мире — фирмой Buck. Удостоверяющий качество сертификат гарантировал твердость HRC 60. И действительно, испытав лезвие из стали 450С на приборе Роквелла, мы в этом сами убедились. Нож был заточен до бритвенной остроты (хотя и до этого был достаточно острый) вручную с применением специальной жидкости (чтобы, не дай Боже, не отпустить кромку) при помощи приспособления типа «Лански». Однако на первой же охоте кромка благополучно замялась на обычном еловом сучке.

Более дешевые ножи зарубежные фирмы делают из сталей попроще, на которых стоят обычные клейма 420, 440, 440А или просто указывающие на то, что это нержавейка — INOX, ROSTFREI, SINOXID. Закалены они до HRC 50–54, и по износоустойчивости не лучше обыкновенных столовых ножей, поэтому затачивать кромку под острым углом совсем не обязательно. Как-то мне попался нож производства ГДР, я до сих пор так и не выяснил, из какого материала он был изготовлен. Так вот, при его заточке на круге практически не было искр, только редкие красноватые жидкие ниточки. Заточить его я так и смог, заусенец никак не обламывался, хотя лезвие было весьма твердое.

Среди «советских» сталей взамен прежних, пользующихся особой популярностью у кустарей и производителей ширпотреба углеродистых и легированных сталей типа У7–У8, 65Г, 60С2, ШХ15, 9ХФ, Х6ВФ и т.д. Сейчас довольно распространенной является «нержавеющая» сталь типа 40Х13, 40Х13НВ. Эти конструкционные стали теперь не менее «любимы» в среде умельцев, сотни которых работают на каждом ПТО или заводе-гиганте.

Некоторые термисты-виртуозы в закалке такой стали добились действительно хороших результатов, достигая твердости HRC 56–58 при удовлетворительной упругости. Из аналогичной стали делают и столовые приборы. Изучив данные таблицы, увидим, что ее ближайшим аналогом является сталь 420 (разве что содержание марганца несколько выше). Несмотря на то, что эта сталь называется нержавеющей, в действительности она подвержена коррозии, особенно в агрессивной среде или при низком качестве полировки.

Состав некоторых зарубежных сталей, используемых для изготовления клинков ножей (по материалам зарубежных периодических изданий)

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector