Настоящая сталь. Булат

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что, как следует из описаний Аль-Бируни, неоднородность высоко ценимого "фаранда" вполне устраивала восточных оружейников древности. Несмотря на то, что им была известна полностью расплавленная сталь "1 сорта", мечи они предпочитали ковать все же из узорчатого металла, а однородную сталь пускали на напильники. Это объясняется тем, что клинки из узорчатого металла, полученного литьем или кузнечной сваркой, как правило превосходили по своим боевым свойствам клинки, откованные из такой же по химическому составу, но без узорчатой стали. Причина этого превосходства заключается главным образом в процессах, происходящих при ковке металла с резко неоднородной композитной структурой.

Многообразие сортов исторических булатов определялось главным образом двумя основными факторами:

а) исходной структурой булатного слитка

б) приемами ковки клинка

В наиболее общем виде прочностные характеристики узорчатого металла определяются по среднему содержанию углерода. Так же, как и в обычных сталях, прочность и твердость булата возрастает с повышением содержания углерода и других легирующих элементов. В старину качество металла определяли по внешнему виду узора на его отполированной и протравленной поверхности. В узоре, помимо цвета и формы, обращали внимание и на величину его фрагментов — на толщину и длину линий и завитков, интервал между этими линиями и т.д. По этим признакам можно довольно точно определить как химический состав композита, так и соотношение композитов в общем объеме металла. Ясно, что чем больший объем занимают прочные, высокоуглеродистые волокна или слои, тем прочнее и тверже весь композит. И наоборот, чем больше железа в составе композита, тем мягче и эластичнее он будет.

Определение химического состава по узору — это самый простой, понятный даже не знатоку металлообработки и, скажем так, обычный способ определения качества металла клинков. Обычный потому, что не учитывает особого влияния вида и степени неодно-родности, т.е. узора, на характер упрочнения булата, свойства которого далеко не полностью определяются его хим. составом. Если современной суперстали придать узорчатость и грамотно обработать, то она превзойдет по прочности...саму себя.

При исследовании узорчатых металлов оказалось, что прочность нескольких соединенных диффузионной сваркой пластин больше, чем простая сумма значений прочности каждой из них. Это объясняется тем, что на стыке слоев стали и железа образуется насыщенная дислокациями пограничная упрочненная зона с сильно искаженной кристаллической решеткой металла. Возникает и развивается это дополнительное упрочнение металла в процессе ковки композита, в результате которой происходит интенсивная пластическая деформация прочных слоев-волокон и мягких, менее углеродистых, прослоек. 

Пластическая деформация происходит в результате перемещения дислокации, которые можно представить как микроскопические трещины.

В мягком железе такие псевдотрещины перемещаются довольно легко, не встречая препятствий. Но дойдя до границы "сталь-железо", дислокация сталкивается с прочным слоем, встречая препятствие в виде атомов легирующих элементов, нерастворенных карбидов, а также множества ранее застрявших у это-го барьера дислокации. Происходит торможение и, что особенно ценно, накопление дислокации в пограничном слое, который служит своеобразным аккумулятором искажений. Рентгеноструктурные исследования показали, что в "изуродованной" кристаллической решетке металла узорчатых клинков отсутствуют целые группы атомов, а дислокации сворачиваются в плотные клубки.

В древности даже самые знаменитые мастера не имели точных сведений об атомном строении металла, но опытным путем они безошибочно определяли тесную связь узоров и прочности. По мнению старых мастеров, обязательным признаком высших сортов узорчатых сталей являлся сложный, спутанный узор. Действительно, в низкосортных булатах и дамасках с полосатым узором дислокации движутся вдоль слоев или волокон, не пересекая их границ и, следовательно, не накапливаясь в пограничном слое, не давая упрочнения.

В булатах высших сортов значительная часть прочных волокон располагалась под углом к оси заготовки клинка. Последующей ковкой при невысоких температурах большие объемы металла растягивались поперек границ волокно-матрица, что приводило к быстрому формированию развитого пограничного слоя и эффективному накоплению дислокации. Таким образом, в зонах металла со сложным узором образовывались своеобразные "карманы", ловушки искажений - участки с практически полностью разрушенной клубками дислокации кристаллической структурой. Видимо, не зря коленчатый тип узора булата носит в науке название лабиринтной структуры.