Многие исследователи пытались и сейчас пытаются восстановить древнюю технологию изготовления булатного оружия, так как это представляет не только исторический, но и практический интерес. Однако основная трудность этой работы заключается в том, что в разных странах существовали свои технологии изготовления таких изделий, и каждая из них состояла из многих операций. Поэтому правильнее говорить не о тайне, а о тайнах булата.

                                                                 НЕ ТАЙНА, А ТАЙНЫ...

Древняя металлургия на Востоке и Западе развивалась различными путями. Так, в Европе железо долгое время получали, минуя процесс расплавления, восстанавливая руду древесным углем в небольших горнах. Получалась железная губка-крица, которая уплотнялась и формовалась путем длительной горячей ковки. Изготовленные таким образом мечи были мягче и во многих отношениях хуже бронзовых. Но они оказались более дешевыми и доступными в связи с широким распространением железных руд.

В конце IV века до н. э. Александр Македонский во главе большого войска отправился завоевывать Индию. Из-за разобщенности индийских княжеств ему удалось захватить некоторые из них. Однако здесь греки столкнулись с оружием из стали, которое по твердости и упругости превосходило не только железные мечи, но и бронзовые. Аристотель, воспитатель Александра Македонского, назвал материал индийского оружия «белым железом». Индийские мечи стоили очень дорого, и их умели изготовлять лишь представители определенной касты кузнецов.

Сталь уже давно была известна античному миру. Так, кузнецы Луристана еще в IX и VIII веках до н. э. умели ковать мечи из стали. Стальными были мечи римских легионеров.

                                                                              Римский легионер

                                                                       римские мечи

Однако в отличие от Индии, где сталь умели плавить, на Западе ее получали путем науглероживания железной крицы без расплавления.

Сейчас трудно установить, где впервые зародилась идея сочетать в одном изделии вязкость железа с твердостью стали. Данные археологии свидетельствуют, однако, что римляне еще до III века до н. э. пользовались мечами, где сочетались свойства стали и железа. При выработке мечей сперва ковали остов из малоуглеродистой стали. Затем на него с двух сторон кузнечной сваркой насаживали прокованные полосы, состоящие из переплетенных проволок железа и стали. За счет разницы в цвете этих материалов на поверхности полос после их легкого протравливания появлялся узор трех типов-полосатый, «елочка» и цветочный. Лезвия мечей из углеродистой стали без узора приваривались отдельно и подвергались закалке.

В конце III - начале IV века по приказу императора Диоклетиана римляне построили в Дамаске крупные по тем временам оружейные мастерские. Позже оружие из узорчатой стали назвали «Дамаском». Не следует, однако, забывать, что еще раньше в Дамаске обосновались (после похода Александра Македонского) мастера, умевшие ковать узорчатые мечи из заготовок стали - вутца, выплавляемых в Индии. Западная Европа ознакомилась с узорчатым оружием в период сражений крестоносцев с сарацинами, и там называют «Дамаском» узорчатую сталь как сварочную, так и литую.

                                                                       дамасская сабля

Археологические исследования показали, что узорчатые клинки, изготовленные в IX-XI веках на Руси, делались из железостального сварочного металла, к которому приваривались лезвия из высокоуглеродистой стали. Позже технологию упростили и, как в римских мечах, узорчатые пластины наваривали на поверхность стального остова. Возникает естественный вопрос: почему же были утрачены тайны древних мастеров? Академик Л. Ф. Верещагин считал: то, что случайно найдено путем экспериментов и еще не осмыслено, не понято людьми, принадлежит им только наполовину. Например, древнему человеку выпала большая удача - он нашел случайно слиток золота. Он порадовался увесистой находке, подержал ее в руках, спрятал под куст в надежде вернуться сюда, а потом, сколько ни искал, уже не мог найти. Примерно такое же случилось и с дамасской сталью. Случай дал ее человеку, случай и отнял.

...В начале XIX века на Кавказе, в Тифлисе, семья оружейников Элиазарошвили возобновила производство тарного узорчатого оружия, а в 1828 году Карамон Элиазарошвили передал генералу Паскевичу рецепт грузинской сабельной стали. В Тифлис из России были направлены ученики, которые затем изготавливали весьма качественные клинки для русской кавалерии. После их смерти производство сварного узорчатого оружия прекратилось.

Опять возникает вопрос: почему снова были утрачены тайны изготовления булата? Прежде всего в конце XIX века упал интерес к холодному оружию и основное внимание металлургов и металловедов было направлено на разработку технологии стали, пригодной для изготовления артиллерийских орудий (не следует забывать, что еще во второй половине прошлого века на вооружении большинства армий состояли бронзовые и чугунные пушки). Имеется, однако, и другая причина - уровень знаний в XIX веке оказался недостаточным для правильного понимания процессов изготовления узорчатой стали.

В середине нашего века были переизданы труды П. П. Аносова, глава «О железе» минералогического трактата Бируни, а в «Актах Кавказской архивной компании» обнаружен рецепт К. Элиазарошвили. Анализ показывает, что в них заключена правда о булате, но не вся. А если говорить о трактате Бируни, и не одна только правда. Отсюда, конечно, не следует, что указанные авторы пытались ввести потомков в заблуждение. Просто они не до конца понимали суть технологических приемов, самими же и используемых. При этом следует напомнить, что и в наше время при заключении лицензионного соглашения на право использования патентов особо оговаривается обязательство передать и сведения по технологии, не содержащиеся в тексте патента (так называемые «ноу хау»), но необходимые для получения изделия.

Итак, не тайна, а тайны... Как совершенно справедливо пишет в своей книге «Загадка булатного узора» доктор технических наук профессор Ю. Г. Гуревич: «Теперь совершенно ясно, что секрет булата был не один - их было несколько. Первая группа секретов относится к особенностям технологии получения слитка булатной стали с присущей ему неравновесной структурой, физической и химической неоднородностью. Эти секреты теперь расшифрованы, получен булатный слиток.

Вторая группа секретов относится к искусству ковки и получению булатных узоров. Многие приемы ковки булата сегодня осмыслены и познаны, воспроизведены почти все известные булатные узоры. Но тут еще последнее слово не сказано, работы в этой области продолжаются. Третья группа секретов касается чистоты исходных материалов, обеспечивавшей особый химический и физический состав углеродистой стали, вырабатываемый в древности. Эти секреты современная наука также постепенно раскрывает.

Четвертая группа секретов включает термическую и химико-термическую обработку стали. Многовековой опыт металлообрабатывающего ремесла позволил оружейникам найти оптимальные режимы термомеханической обработки, цементации, закалки и отпуска стали, которые они держали в секрете. За время, прошедшее с тех пор, термическая обработка стали превратилась в стройную науку. Пользуясь современными теоретическими и экспериментальными методами анализа, можно раскрыть многие секреты, касающиеся термообработки древнего булата,

Наконец, пятая группа секретов касается отделки булатного оружия. Здесь следует решительно признать: воспроизведение методов шлифовки и полировки древних клинков - дело для нас чрезвычайно трудное. Поэтому пока еще никому не удалось достичь легендарной упругости булатных клинков».

О разгадке одного из таких секретов - технологии изготовления наиболее высокоуглеродистого и наиболее древнего индийского булата - рассказывает кандидат технических наук В. Р. Назаренко.

ОДИН ИЗ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТНОЙ СТАЛИ ВУТЦА В ИНДИЙСКИХ ЛИТЕЙНЫХ МАСТЕРСКИХ

Приготовление вутца предусматривало, как и вообще в сталелитейных процессах, удаление кислорода из железной руды. Потом добавлялся углерод - железо упрочнялось и превращалось в сталь. Источником углерода служил древесный уголь. Он смешивался с рудой и нагревался в каменном горне до 1200°С. Происходила реакция кислорода с углеродом древесного угля, и таким образом кислород удалялся из руды. Образовывалась губчатая масса железа, из которой при помощи ковки удалялись различные примеси. Получившееся сварочное железо опять смешивалось с древесным углем и помещалось в закрытый глиняный тигель, где железо науглероживалось. Тигель также нагревался примерно до 1200° С. Как только в тигле раздавался хлюпающий звук (а это свидетельствовало о том, что значительное количество углерода уже растворилось в железе), тигель медленно охлаждали, иногда в течение нескольких дней. Это обеспечивало равномерное распределение углерода в стали.

Так получали стальные слитки, из которых после их нагрева до 650-850° С и ковались булатные клинки. Затем их закаливали и быстро охлаждали в какой-либо жидкости, состав и температуру которой древние мастера держали в строжайшем секрете.  

Леонид ЛАРИКОВ, профессор, доктор технически наук, заслуженный деятель науки УССР, г. Киев

Как же человек пришел к открытию булата? По какой технологии он был получен? Серьезные вопросы поставил К. Крючников. На первый, наверное, и ответить нельзя, поскольку смоделировать процесс интуитивного мышления человека (а я убежден, что у древних мастеров интуиция была развита превосходно) чрезвычайно трудно, если не невозможно. А на второй вопрос четкого ответа нет и сегодня.

ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ К БУЛАТУ!

Да, в Европе пытались восстановить утраченную технологию производства литой булатной стали. Попытки эти продолжаются и до сих пор. Поскольку в некоторых ее образцах обнаруживали отдельные элементы, то в сталь с большим содержанием углерода добавляли, алюминий, серебро, золото и платину. Однако вскоре выяснилось, что полученная сталь напоминает булатную только узором на поверхности и не обладает присущей ей прочностью, твердостью и гибкостью. Мало того, французские металлурги, повторившие эти опыты и пытавшиеся отковать изделия из индийского «вутца», пришли к выводу, что сталь со столь высоким содержанием углерода вообще нельзя ковать.

Многие исследователи считали, что булатная сталь - высокоуглеродистая, с нерасплавившимися частицами железа. Поэтому пытались получить ее, добавляя в жидкий чугун в различных пропорциях сырцовую сталь, железную руду, чистое железо, стружку из малоуглеродистой стали и другие компоненты. Однако добиться присущего булату сочетания прочности и пластичности, твердости и вязкости со специфическим узором не смогли. Таким образом, тайна древних металлургов осталась нераскрытой.

Наибольшего успеха достиг П. П. Аносов, проводивший многочисленные опыты по влиянию на железо различных веществ, содержащих углерод (сухое дерево, ржаная мука, цветы, рога, слоновая кость). Кроме того, были проведены опыты по прибавлению к железу чугуна без доступа воздуха, а также графита, алмаза и сажи. Получен же булат был при сплавлении мягкого железа с графитом в закрытом тигле при длительной выдержке с последующей ковкой слитка при низких температурах (850-б50°С),закалкой в горячем сале и отпуском в горне по цвету - от синего на обухе (300°С) до желтого на лезвии (230°).

П. П. Аносов определил и составляющие булата: «Железо и углерод и ничего более... Все дело в чистоте исходных материалов, в методе охлаждения н кристаллизации». В производстве булатной стали он использовал тагильское железо, которое было таким «добрым и мягким», что его сравнивали с собольим мехом, поэтому и называли «соболий мех». Гарантией качества стали служило наибольшее время плавки и медленное охлаждение тигля.

Ковка слитка производилась под так называемым хвостовым молотом массой в два с половиной пуда (40 кг). «Сплавок нагревался в горне до светло-красного цвета (850°) и укладывался под молот широким основанием. Проковка велась при слабом обжатии при поворотах кругом в одну сторону. Промежуточные нагревы проводились 5-6 раз. Чем медленнее проковывался булат, тем лучше было качество». П. П. Аносов полагал, что булат является продуктом естественной кристаллизации стали, получаемой при соединении железа с углеродом.

Сущность же образования булата заключается в насыщении сплава большим количеством углерода. В условиях медленного охлаждения образовывается и находится в некотором излишке соединение железа с углеродом - цементит, который не растворяется, как это бывает в обычной стали, а остается в железе как бы во взвешенном состоянии. Твердая прослойка цементита, можно сказать, обволакивается стынущим мягким железом. Поэтому металл сохраняет высокую вязкость и упругость. Охлаждение стали в тигле, где она плавилась, как бы фиксирует полученную неоднородность при плавке. Недаром на основании своих опытов Аносов полагал, что переливание из тигля в изложницу портит сталь.

Таким образом, процессы плавки и кристаллизации стали у Аносова неизбежно обусловливали крайнюю химическую и, следовательно, структурную неоднородность слитка. Деформация при ковке этой неоднородной структуры и была причиной булатного узора.

Производством булатной стали эпизодически (при наличии оборудования, материалов и времени) пришлось заниматься и мне. Первые опытные плавки были проведены в 1965 году. Они повторяли опыты многих исследователей, а именно - в расплавленный и перегретый до различных температур чугун вводились добавки железа или малоуглеродистой стали в виде порошка, дроби и гранул определенного размера. Поступали и наоборот: в расплавленную малоуглеродистую сталь или чистое железо вводилась стружка или гранулы чугуна. Исследование разлитого в слитки различной массы и размеров металла показало, что второй вариант не заслуживает внимания, ибо никаких признаков булатной стали обнаружено не было. По-видимому, чугун расплавлялся, . и получался однородный железоуглеродистый сплав с различным содержанием углерода, и, следовательно, с соответствующей структурой.

Основной целью при проведении опытов по первому варианту являлось получить в металле нерасплавившиеся частицы железа (феррита) и зафиксировать их при ковке и термической обработке. Тем самым мы надеялись решить основную проблему: при определенной прочности и твердости обеспечить пластичность и узорчатость, которая, по моему представлению, могла быть достигнута за счет разности оттенков структуры металла-феррита и перлита (мартенсита)... После установления режима выплавки чугуна и количества (а также размеров) вводимых в него добавок чистого железа удалось получить нерасплавившиеся частицы феррита в металле. Однако при ковке и, следовательно, нагреве металла их становилось значительно меньше или они вообще исчезали. Поэтому, чтобы сохранить в металле нерасплавившиеся частицы железа и подвергнуть металл ковке и термической обработке на определенную твердость, нам пришлось вырезать из слитков заготовки толщиной 10 мм, которые очень быстро нагревались, а затем ковались и термически обрабатывались. Полученные образцы подвергались травлению и полировались для выявления узора, а также исследовались на твердость и микротвердость.

Хотя полученная нами сталь и была узорчатая, изделия из нее не обладали должными свойствами. Отсюда следовал вывод, что структура булатной стали не должна иметь ферритной составляющей. Могут спросить: почему же не сохранилась технология изготовления булатной стали, разработанная Аносовым?

Все опыты Аносов тщательно записывал и систематизировал и дал основные технологические рекомендации по плавке, ковке и термической обработке. Другое дело, что 150 лет назад уровень техники был настолько низок, что Аносов, как правильно пишет Е. Крючников, не мог с достаточной точностью и определенностью описать технологические процессы с указанием температурных режимов плавки, ковки и термической обработки, а также химического состава шихты, металла и шлака, не говоря уже о структуре металла.

Аносов получил булат, тщательно изучив свойства имеющихся изделии. Речь идет о свойствах по внешним признакам, и, конечно, он был Знаком с имеющейся литературой о булате. Мне также пришлось ознакомиться с литературой и прежде всего с записями Аносова. Тщательный анализ плавок и результаты исследований металла убедили, что первоначально выбранная мною технология выплавки стали и получения булата неверна. Дальнейшие работы проводились уже под углом воспроизводства технологии древних мастеров (и Аносова) при одновременном плавлении составляющих шихты с различным содержанием углерода или насыщении чистого железа углеродом за счет прибавления в шихту углеродсодержашего вещества.

Совмещенный процесс восстановления и плавки железа, по-видимому, и есть тот реальный путь, по которому должен развиваться процесс получения булатной стали. При этом пришлось выделить процессы плавки, ковки и термической обработки в отдельные независимые технологические процессы, чтобы выявить значимость каждого из них.

Как показали опыты, процессы ковки и термической обработки оказывают существенное влияние на свойства булатной стали. Чем лучше прокован металл, тем выше его свойства и сложнее рисунок на поверхности изделия. Рисунок же выявляется только после закалки или улучшения стали, то есть закалки с отпуском. После ковки при самом тщательном травлении узор на поверхности изделия выявляется очень слабо.

Кстати, замечу: несмотря на то, что »а последние годы опубликовано значиюльное количество работ по так называемой термомеханической обработке металла, выбор ее режимов для булатной стали представляет значительные трудности. Связано это прежде всего с тем, что определение температурных режимов ковки и термической обработки булатной стали, исходя из диаграммы «железо - углерод», как правило, не является оптимальным. И все же после проведения многочисленных опытов по подбору режима плавки нам удалось получить слитки с необходимой структурой. После ковки с минимальной степенью обжатия и после травления слабым раствором кислоты полученная сталь приобрела характерные узоры, присущие булату.

Часто спрашивают: какое же содержание углерода в булатной стали является оптимальным? В сварочной булатной стали содержание углерода составляет 0,6-0,9, в литой - до 2%. Но вот ученые Донецкого политехнического, проводя очистку железных окатышей в слое шлака на установке электрошлакового переплава с графитовым электродом, обнаружили: хотя полученное железо и содержало 3,5% углерода, оно, к немалому их удивлению, прекрасно ковалось и прокатывалось. Специалисты сделали вывод, что ими получен один из сортов булатной стали.

При проведении своих опытов я старался максимально увеличивать содержание углерода в булатной стали, начиная с 0,75 до 4,0%. Оказалось, что чем выше содержание углерода, тем лучше и явственнее становится рисунок на изделии, а при содержании углерода 2,2-3,2% рисунок получается на черном фоне с золотистым отливом.

В заключение скажу: мы подошли к такому рубежу, когда к работе по получению булата должны подключиться специалисты необходимого профиля - металлурги-плавильщики, кузнецы и прокатчики, термисты и металловеды, металлофизики, технологи и механики. С этой целью Институт проблем материаловедения Академии наук УССР заключил договор о социалистическом содружестве на разработку и внедрение промышленной технологии производства булатной стали. Так.что будут проведены не только лабораторные плавки, но и налажено ее промышленное изготовление. А параллельно будут идти дальнейшие исследования и изучение структуры и свойств искомого, как изящно назвал булат Е. Крючников.

Василий НАЗАРЕНКО, кандидат технических наук г. Киев

                               Тайна булата и дамасской стали