Булат - знаменитая сталь

Вальтер Скотт в своем романе "Талисман" рассказывает о состязании в ловкости между султаном Саладином и английским королем Ри-чардом Львиное Сердце. Во время состязания Ричард мечом разрубил на две части копье одного из рыцарей - все видели высокую прочность стали и огромную силу удара короля. В ответ Саладин подбросил в воздух тонкое покрывало и рассек его саблей - прекрасное доказательство остроты клинка и ловкости воина. Клинок султана был булатный. Эта одна из многих легенд, рассказывающая о чудесных свойствах булата.

Булат - знаменитая сталь, о которой слышали многие, даже не металлурги. Первые сведения о булате до нас дошли от участников похода Александра Македонского в Индию - за 2300 лет до наших дней.

Правители одного из пенджабских княжеств преподнесли Александру Македонскому сто талантов стали (талант - 25,9 кг) - четверть тонны стали по тому времени значительное количество, достойное упоминания в описании похода великого полководца!

Да, Индия была родиной булата. Отсюда в восточные страны ввозили вутцы - "хлебцы" из стали. Они имели вид плоской лепешки диаметром около 12,5 см, толщиной 0,25 см и массой около 900 г. Каждый такой хлебец разрубали пополам на равные части, чтобы покупатель мог рассмотреть строение металла.

Булат - знаменитая сталь

Индийские мастера много веков владели искусством обработки стали. Знаменитый арабский путешественник и географ Эдризи в 1154 г. писал, что индусы в его время славились производством стали и выковкой мечей. За сотню лет до этого Бируни, описывая производство стали и мечей, восклицал: "Никогда не будет народа, который лучше разбирался бы в отдельных видах мечей и в их названиях, чем жители Индии!"

И он далее рассказывает, что мечи в Индии делали всяких цветов: зеленые (отполированное железо натирали раскаленным порошком медного купороса), синие, белые, цвета фиринд или фаранд ("шелковая узорчатая ткань"), т. е. с узорчатым рисунком на стали, с красным полем и белыми узорами на нем.

Узоры, рисунки на металле были самой главной внешней отличительной особенностью булатных мечей. На некоторых булатах узоры были видимы невооруженным глазом сразу после полировки. На других узоры появлялись только после травления соком растений. Узор мог быть крупным или мелким.

Мастера Востока тщательно хранили секрет производства булата, передавая его из рода в род. Было несколько известных центров по изготовлению булата. Особенно славился этим сирийский город Дамаск. Там уже 1800 лет назад существовала первая крупная мастерская по изготовлению стали и производству оружия из индийского вутца. Мечи из Дамаска в середине века попадали даже в африканские государства Гану, Мали и др. Название "дамасская сталь" позже стало собирательным понятием булатной стали, изготовлявшейся в разных странах.

Булатные клинки ценились очень высоко во все времена. Бируни, сообщая о различных видах индийских мечей, упоминает об одном из них - маджли, на котором изображаются животные, деревья: "Стоимость такого меча равна цене лучшего слона, если же рисунок будет изображать человека, то ценность и стоимость меча еще выше".

В более поздние времена - например, в начале XIX в. у синдского эмира была булатная сабля, за которую он не согласился взять 900 фунтов стерлингов (9000 руб. золотом).

Знакомство европейцев с булатом началось еще в эпоху римского владычества - около 2000 лет назад. Позднее славу булатного оружия разнесли купцы, приобретавшие его в Дамаске и развозившие по многим странам. С начала III в. способ ковки дамасских мечей распространился в Западной Европе. Однако, спустя 700 лет, секрет производства был снова утерян.

В средние века производство булатов было и на Руси. Имеются доку-менты, подтверждающие, что в Москве существовало производство булатов. Так, в 1616 г. оружейный мастер Дмитрий Коновалов выковал зерцало из булата. В ряде документов встречаются записи: "...сабельные полосы, булат синей, московский выков", "сабля полоса русская с долами на булатное дело". Однако к концу XVII в. это искусство, видимо, пришло в упадок, а потом и вовсе забылось. Здесь уместно будет затронуть вопрос - почему же так легко были утрачены многие секреты древних мастеров?

Думасский узор

Академик Л. Ф. Верещагин, отвечая на этот вопрос, приводит пример с загадкой дамасской стали. Как удавалось людям средневековья без нынешней техники и без легирующих добавок получать эту изумительную нержавеющую и необыкновенно прочную сталь? Если производство дамасских клинков было уже когда-то освоено, то почему же люди позабыли его? Академик так ответил на этот вопрос: "То, что случайно найдено путем экспериментов и еще не осмыслено, не понято людьми, принадлежит им только наполовину. Человеку выпала большая удача - он нашел самородок золота. Нашел случайно. Он порадовался увесистой находке, подержал ее в руках, спрятал под куст в надежде вернуться сюда, а потом сколько ни искал, уже не мог ее найти. Примерно то же случилось и с дамасской сталью. Случай дал ее в руки человеку, случай и отнял".

Несмотря на утрату секрета, интерес людей к булатной стали не пропадал. В прошлом веке ученые многих стран пытались разгадать тайну булата. Среди них был и знаменитый английский физик Майкл Фарадей, пытавшийся получить булат добавкой к стали алюминия и платины.

Однако тайна булатной стали была раскрыта уральским металлургом Павлом Петровичем Аносовым. После многолетних опытов в 1833 г. Аносов изготовил в Златоусте первый булатный клинок. "Полоска булата сгибалась без малейшего повреждения, издавала чистый и высокий звон. Отполированный конец крошил лучшие английские зубила, тогда как отпущенный - легко принимал впечатления и отсекался чисто и ровно", - писал Аносов в "Горном журнале".

Булат - знаменитая сталь

Изготовленные на Златоустовской фабрике булатные клинки были золотистого отлива с крупным сетчатым или коленчатым узором, что, по мнению знатоков, было признаком высшего сорта булата. Эти клинки разрубали кости и гвозди, не повреждая лезвия, и вместе с тем легко перерезали в воздухе газовый платок.

Так что же такое булат, над тайной которого так долго и упорно бились многие люди? "Железо и углерод и ничего более, - отвечал Аносов. - Все дело в чистоте исходных материалов, в методе охлаждения, в кристаллизации".

Да, действительно, булат оказался высокоуглеродистой сталью, полученной в результате естественной кристаллизации. Сущность образования булата заключалась в насыщении сплава большим количеством углерода (1,3-1,5%). В условиях медленного охлаждения образовывалось и находилось в некотором избытке соединение железа с углеродом - так называемый цементит, который не растворялся, как это бывает в обычной стали, а оставался среди железа, как бы во взвешенном состоянии. Прослойки цементита обволакивались медленно остывающим мягким железом. Поэтому при высоком содержании углерода, что придает металлу твердость, булат сохраняет высокую вязкость, упругость, которой лишена обыкновенная сталь. Из-за наличия прослоек хрупкого цементита отковка булата должна производиться крайне осторожно, ударами легкого молота, с многократным нагревом до критической температуры - до температуры красного каления, переход за которую ведет к потере булатом своих основных свойств и характерного рисунка. Процесс изготовления булата был очень трудоемким, длительным и требовал высокого искусства.

Аносов П.П. Русский булат, 1833. Булатный узор. На саблях Златоусовского завода

Работы Аносова по освоению производства булатной стали оказали большое влияние на дальнейшее развитие металлургии. Ведь в то время мартеновский и конверторный процессы еще не были известны. В Англии, России и других странах литую сталь получали трудоемким, длительным и малопроизводительным процессом - путем переплава цементованных кусков железа в тиглях. Цементация же, т. е. науглероживание железа, представляла собой еще более длительный процесс, он иногда продолжался несколько дней.

Аносов во время работы над булатом разработал новый способ получения стали, сущность которого "заключается в сплавлении негодных к употреблению железных и стальных обсечков в глиняных горшках при помощи возвышенной температуры воздушных печей". Если же сплавляли мягкое железо, т. е. металл с низким содержанием углерода, Аносов соединял процесс плавления с процессом науглероживания железа в газовой среде - при этом операция цементации совмещалась с плавлением.

Открытие газовой цементации явилось крупным вкладом в практику металлургии и обеспечивало получение литой стали в сравнительно больших однородных массах.

Наладив на Урале производство тигельной стали, Аносов с законной гордостью писал: "В Златоусте литая сталь, получаемая из стальных обсечков и тагильского железа, может не уступать английской литой стали: в этом меня убеждают многие сравнительные опыты".

Завершая свой рассказ о булате, автор уже предвидит вопрос нетерпеливого читателя: а как теперь положение с булатом? Каково его нынешнее значение? А иной читатель даже усомнится, создана ли сейчас подобная замечательная сталь.

Некоторые полагают, что сейчас можно произвести слиток булатной стали, а потом из него получать, например путем проката, ленту для лезвия. При этом упускают из виду, что булатная сталь получается по особой технологии. Отковку булатного изделия надо вести очень осторожно, так искусно, чтобы при этом структура металла не разрушалась, а лишь сминалась, и волокна "твердой" и "мягкой" составляющих переплетались между собой. Только в таком случае получается материал, обладающий одновременно и большой твердостью, и большой вязкостью. И такое строгое соблюдение определенной температуры и режима ковки необходимо для каждого изделия.

В наши дни представить себе технологию, когда каждое изделие будет производиться таким способом - например, отковка лезвия безопасной бритвы - невозможно.

Да, сейчас булатная сталь не производится. Она была продуктом ремесленного кустарного производства и имела ограниченное применение - в основном для изготовления холодного оружия. Современная техника (ведь минуло более сотни лет со времени работ Аносова!) нашла много способов получения самых разнообразных сталей с различными свойствами, которыми не обладала булатная сталь.

Современной технике нужны металлы и сплавы с самыми необычными свойствами. Нужны стали для работы при давлении в сотни и тысячи атмосфер (в производстве аммиака давление до 1000 ат) и при глубоком вакууме, когда давление близко к нулю (в электронных приборах давление до 0,000 001 мм рт. ст.). Хладостойкие стали должны сохранять прочность при температурах, близких к абсолютному нулю (-273° С). Для атомных реакторов требуется металл с наибольшей магнитопроводностью, для двигателей реактивных самолетов и ракет - сталь, способная сохранять прочность при очень высоких температурах и больших нагрузках. Теперь такие стали и сплавы есть!