Как производится булатная сталь

Обновлено: 01.12.2022

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.

Булатная сталь

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.

Дамасская сталь

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.

Изготовление булатной стали

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.

Нож из булатной стали

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: особенности, история, область применения

Производство булатной стали

Существует огромное количество различных сталей, которые отличаются не только составом, но и внутренней структурой. Примером назовем сталь булат. При ее производстве применяется особая технология, за счет которой на поверхности материала образуется необычный оптический эффект, зависящий от структуры. На протяжении многих десятилетий она используется при изготовлении клинков и другого холодного оружия.

Как производится подобный материал

В качестве сырья при изготовлении булата может использоваться обычная сталь. Основное условие заключается в том, что состав не должен иметь большого количества легирующих элементов. Кроме этого, при производстве булата учитывается следующее:

  1. Высоколегированный металл не позволяет получить булатную сталь.
  2. Среднелегированная заготовка применяется для получения булата низкого качества.

Булатная сталь может изготавливаться при применении 4 основных технологий:

Как применить булатную сталь

  1. Прямое сплавление измельченного графита и железной руды. Эта технология наиболее проста в исполнении. Для получения качественной стали в этом случае следует использовать руду с процентным содержанием металла не менее 85%. Очень часто в природе встречается руда с большим количеством серы, которая считается вредной примесью.
  2. Расплавление железа при непосредственном доступе углей. Эта технология обеспечивает попадание в сплав не только чистого углерода, но и различных оксидов, которые и обеспечивают получение требуемой структуры. Подобная технология сегодня применяется крайне редко, так как вместе с оксидами в состав попадают вещества, существенно снижающие качество.
  3. Обжигание сырья на протяжении длительно периода без обеспечения доступа воздуха. Подобная технология характеризуется тем, что позволяет получить дешевый металл с довольно высокими эксплуатационными качествами. Сталь, полученная данным методом, называется литым булатом. Применение подобного метода возможно только при точном расчете времени выдержки при обжоге, так как в противном случае состав набирается большого количества углерода, а это определяет повышение хрупкости и снижение ковкости.
  4. Сплавление железа без примесей с графитом в вакууме. Применение этой технологии позволяет существенно повысить качество получаемого металла, но при этом стоимость устанавливаемого оборудования весьма велика. За счет вакуума исключается вероятность попадания в состав вредных примесей и оксидных присадок.

В бытовых условиях зачастую применяется метод обжига сырья на протяжении длительного периода без обеспечения поступления воздуха. Он позволяет получить булат довольно высокого качества. Сплавление чистого железа с графитом проводится в промышленных условиях, так как возникают сложности с установкой специализированного оборудования.

Область применения

Изделия из булатной стали

Когда на поле боя использовалось исключительно холодное оружие, булатная сталь высоко ценилась. Только зажиточные воины могли себе позволить клинок из подобного материала. Сегодня булат используется при производстве лезвий в основном коллекционного холодного оружия. Популярность булатной стали прежде всего связана с довольно необычным рисунком, который получается на поверхности металла.

В других областях промышленности булат не получил широкого применения. Это связано с тем, что он существенно уступает легированным составам практически по всем показателям. Кроме этого, сложность изготовления металла повышает его стоимость.

Немного истории

Изначально производством булата занимались мастера Индии и Ирана. Через некоторое время после появления этого сплава на территории Средней Азии ее стали привозить в Русь для производства холодного оружия. Для того чтобы классифицировать сырье по его качеству, стали применять различные термины: красный и синий булат, красное железо. Впервые производство этого металла наладил на территории России Златоустовский завод.

Как правильно использовать булатную сталь

Изучением процесса получения булата начали заниматься в 1828 году по поручению Горного ведомства. Путем проб и ошибок после некоторого времени экспериментов металлурги смогли получить сталь, выпуская ее в виде слитков. Однако уже тогда инженеры определили, что используемые технологии получения булата не технологичны, а сам материал не стоит вложенных средств. В 1839 было изготовлено первое холодное оружие из булата, которое демонстрировалось в музеях Санкт-Петербурга.

Сегодня определение булата применяется в качестве собирательного названия для вязких и твердых сплавов железа с углеродом. По некоторым эксплуатационным качествам металл схож с чугуном, но его принято называть сталью. С каждым годом встречается все меньше специалистов, которые знают, как работать с булатом. Некоторые исследовательские металлургические организации проводят его изучение для выявления наиболее выгодных технологий производства этого вида стали.

Технология производства булата

Булат

Прошло 60 лет с тех пор, как это было сказано, за эти годы появились ещё несколько видов чистой стали, превосходящие тигельную: электро-шлаковый переплав; индукционная и электронно-лучевая плавка в вакууме, но определение осталось верным: чистая сталь и спецобработка. Секрета нет, а булат - есть. В чем же заключается эта спецобработка?

Технология булата состоит из 4-х пунктов:

Рассмотрим подробно по пунктам.

1. Выплавление

Варку булата я подробно рассмотрел в предыдущих статьях, поэтому сейчас лишь несколько попутных замечаний: исторического и психологического характера.
Самые древние печи для выплавки тигельной стали - на острове Шри-Ланка (Цейлон). Самые современные, приближенные к нам по времени - в Афганистане и Туркменистане. Любой процесс, однажды родившись, развивается, растет и умирает. В разных районах Востока плавили тигельную сталь. В каждой деревне лапти плетут по своему, есть рядовые мастеровые, а есть гениальные мастера- генераторы идей и двигатели прогресса. Поэтому мой призыв к спорщикам: уточняйте, о чем вы говорите, время и место, поскольку сейчас все разговоры о булате в точности соответствуют юмореске Кристофера Бакли:"Летел из Бостона в Чикаго. И всю дорогу пассажиры за моей спиной спорили: - кто такие 'русские'?!
Один доказывал, что это скифы степей, а второй - что это северные варяги. Ни один из них не знал, где находится Россия, и кто такие 'русские'. Они просто пересказывали друг другу содержание книг двух разных авторов"
Глупо заниматься пересказом прочитанного и спорить, какой метод варки лучше, опираясь на книжные знания. Кто сейчас лучше всех сварит - тот и прав. Я пишу только о своём опыте и варю самый прочный и режущий булат: вызываю на соревнование любого - переспорьте!
История: при попытке выплавить железо из руды, всегда с лёгкостью получается чугун, а железо - с трудом. Этот чугун скапливался сотни лет не находя применения. Но был расцвет "бронзового века", и с бронзой уже умели делать все мыслимое. Эти знания применили на чугуне и получили тигельную сталь. На протяжении пары тысяч лет булат получали только из чугуна, простым его обезуглероживанием. Доказательство просто и убедительно - найденные тысячи тиглей легкоплавки: температура их плавления 1400 град. Не может быть и речи о плавлении в них железа с любыми компонентами. Был простой "передел чугуна"- его плавили без флюса и крышки, непрерывно повышая температуру. С какого-то момента начинали бросать в тигель листья софоры и, по вспышке сгорания их, определять температуру точно. Поскольку при 1392 градуса дутье надо было выключать, иначе тигель расплавится. Листья были не мистической добавкой, а простым индикатором температуры. 90% булата - это просто обезуглероженный чугун без малейшего налета мистики.
Передел чугуна - получение стали.
В Европе его осуществили в 1855 г.
Бессемеровский метод для кремнистых чугунов, и Томасовский - для фосфористых. Варили в конвертере 10. 15 тонн за 10. 20 мин. Но разница с индийским способом - не в масштабах, а в конечном продукте. В Европе получали низкоуглеродистую сталь:0,1%. 0,25%С и делали с ней что хотели, а индусы получали сталь с 1,85. 1,87%С и она была не ковкой. Вот в этой точке и появилась вилка- расхождение технологий. Сталь из тигля переливалась в форму, получалась лепешка толщиной 1/2 дюйма и она шла в дальнейшую обработку- отжиг.
В самой Индии хорошо отлаженный процесс уже не менялся: лепешки не отличаются качеством хоть 300 лет им хоть 600. В Персии, Афганистане и Туркменистане было развитие. Появились легирующие добавки, высоко температурные тигли, флюсы, крышки, газовые среды. Мне лично персидские слитки больше нравятся по чистоте и плотности металла, нежели индийские вуцы.
Весь этот процесс передела чугуна закончился после оккупации Индии англичанами. Они привезли с собой свою знаменитую шеффилдовскую сталь, которая превосходила булат качеством, количеством и ценой.
Булат сразу умер. Он отличался от стали одним: узором. И эта разница так и сохраняется до сих пор. Булат хуже стали по всем параметрам, но красивее. Хочу уточнить: хотя булат не строгает дерево, не режет овощи и многое еще не делает, он лучше стали режет мясо и шкуру зверя. Это не мало. Охотник предпочтет булатный нож из-за легкости реза. Примем на веру легенду, рассказанную Вальтером Скоттом (сказочник тот еще был!), как мечом разрубили 6 щитов одним ударом, а булатной сабелькой распороли подушку. В этом вся разница: в бою лучше меч, а при резе подушек- булат.

Резюме по варке булата в тигле.
В тигле получают узорчатую сталь весьма среднего по нынешним меркам качества. Но узорчатую. Поэтому эстеты, считающие узор отличием и достоинством могут не расстраиваться - настоящий узор может быть получен только в тигле. Для меня узор- признак неравномерности стали, той самой неравномерности, из-за которой происходят 85% поломок инструмента.
Переходим ко второму пункту- отжигу.

2. Отжиг

Цель отжига - сделать слиток ковким. Надо сетку вторичного цементита по границам зерен и глобулярный цементит внутри - убрать, растворить и разложить- все превратить в перлит. Все "теоретики" пишут, что это "дробится молотом". Если дробится- то крошится и рассыпается. На самом деле идет полное растворение цементита в аустените, а потом - его разложение. Самый простой, хотя и долгий способ применяли индусы. Строго по учебнику: аустенит разлагается на перлит за 150 час при температуре 650 град. При повышении температуры мы делим процесс на две части: короткая - аустенизация, и длинная - разложение аустенита на перлит. Общее время сокращается в 6 раз, но возникают проблемы с обезуглероживанием. П. П. Аносов отжигал в ящиках с двойной крышкой, Дж. Верховен предлагал одевать никелевую рубашку на каждый кусок стали, а в промышленности отжигают в газовой среде. Если вы отжигаете слиток стали из тигля, то ничего этого не надо. Говорю на основе своего опыта. На слитке всегда слой корковых кристаллов, смешанных с флюсом и тиглем- это надежное покрытие, не надо его трогать до отжига. Итак, режимы:
Слиток простой, черной, нелегированной стали греют до 1100. 1150 град и выдерживают от 2-х до 1,5 час( выше температура - меньше время). Охладить за 24 часа. Именно во время охлаждения разлагается аустенит , поэтому важно строго соблюсти режим.
Слиток легированной стали греют так же, но охладить надо за 40 час, если охлаждение будет быстрее, сталь будет не ковкой из - за наличия мартенсита и карбидов.

3. Ковка

В технологии булата "ковка"- кульминация ТО. Именно ковка булата резко отличается от ковки стали. После отжига на перлит, слиток куётся в широком диапазоне температур, но этого делать нельзя, если хотите получить 'булат ', а не 'сталь '.
Ковка идёт возле точки Ас1. Один ковочный цикл (укова) состоит в том, что металл нагревается выше Ас1 на 20. 30 град и куётся лёгким молотом с небольшой деформацией до 150 град ниже точки Ас1. Перегревая металл - получаем небольшое количество аустенита, медленно охлаждая - превращаем его в глобули цементита. И так раз за разом, укова за уковой, идёт перекачка перлита в зёрна цементита. Количество циклов напрямую зависит от уровня углерода в металле - чем его больше, тем дольше ковка, есть рекорды в 300. 800 уков. Есть объективный показатель: в какой то момент заготовка начинает светиться по-другому. До этого было тусклое свечение чугуна, а стало ярко - алое свечение доэвтектоидной стали. Если к этому моменту форма выведена, то ковку можно заканчивать.
Итак, для нелигированного слитка, или стали диапазон ковки 790. 590 град.
Для легированного:840. 680 град.

4. Закалка

Закалка булата тоже привязана к точке Ас1. Все показатели и свойства сильно зависят от химсостава.
Для нелигированного булата диапазон температур:680. 740 град.
Закалочная среда- вода с температурой 24. 36 град.
Для легированного:750. 840 град.
Масло при температуре 30. 90 град.
При испытании булата после закалки приоритет в испытаниях отдается рубке железяк с разной твердостью. Можно порубить гвоздь(23 ед); хвостовик напильника(45 ед); обойму подшипника(62. 64 ед) - не надо сразу пытаться замерить твердость самого булата и основываться только на этой цифире. Матрица может быть небольшой твердости, скажем 35. 52 ед, но если уровень углерода высок, количество уков - сотни, плотность цементитных зерен- велика, то бывают случаи, что булат с матрицей в 45 ед рубит обойму подшипника в 64 ед. Иглы карбидов- не тонут при ударе, а их твердость - 70. 90 ед.
Вот и вся тайна булата, которой так страдало всё человечество, а особенно домохозяйки и юные следопыты последние 350 лет.

Авторский комментарий.

В технологии булата -4 пункта, но именно ковка превращает сталь - в булат. Это можно рассмотреть на конкретном примере. Поскольку "исторический булат"- всего лишь обезуглероженный чугун, грязный и пористый - результат будет размытым. Поэтому для опыта возьмем современную сталь, произведенную в вакууме, чистую, плотную и равномерную. Пусть, для удобства подсчета в ней будет 2,4%С. Нам подойдет СРМ 10В, К390.
Обработка по datasheet состоит из двух этапов.
Первый: аустенизация и охлаждение.
В результате структура стали:0,8%- мартенсит;0,8%- Аост;0,8%- карбиды.
Второй этап: 3 закалки на вторичную твердость и 2 крио закалки переводят Аост- в мартенсит.
Конечный результат: 1,6%С- в мартенсите; 0,8%С- в карбидах, при полном отсутствии Аост.
Что может эта сталь в этом виде?
-Да, всё. -Строгать железо и дерево, резать мясо и шкуру, не справится только с овощами- слишком много карбидов.

Теперь возьмёмся за СРМ 10В как за булат. Сталь уже прошла два пункта обработки: плавку и отжиг. По структуре- перлит, твердость 18. 23 ед. НРС, замерял неоднократно. Нам осталось отковать и закалить. Куём в диапазоне 840. 680 град; 50. 300 циклов и закаливаем от 840 в масло. Твердость-58 ед., не хрупкая, легко точится. Металл и дерево- не строгает, а вот шкуру и мясо режет вдвое дольше, чем предыдущий вариант. Структура:0,8%- мартенсит, 1,6%С- карбиды; Аост - отсутствует. Получен легированный булат.
Вот вся разница между 'сталью' и 'булатом' на примере одного куска металла, который можно сделать хоть одним, хоть другим, применив другую ТО.
Может ли "исторический булат" бороться на равных с современной сталью?- Надо уточнить, о чём идет речь: о подлинном, старом булате, или его реконструкции. Старый булат по всем параметрам уступает изделию из напильника. Через мои руки прошло сотни образцов старого булата, и его единственная ценность- узор, а так- это грязный металл, с раковинами и не режущий. Его сотни лет сравнивали с кричным железом, отсюда были все восторги.

технология булата


Современный булат может за себя постоять, есть примеры равенства со сталью СРМ С30В при таком же приблизительно составе. Значит и СРМ 10В можно побить - это же техника- механика, а её законы просты: удвоение мощности даёт 10% прибавку качества. Значит надо сварить сталь не грязнее, чем 10В, но догнать уровень до 3,6%С, а ванадия- до 15%. Дальше по технологии: отжиг, ковка и закалка.
Другого пути к победе нет, мантры - не помогут.

булат без отжига

Я обозначил магистраль получения булата. Никаких отклонений, надо пройти 4 этапа, чтобы получить булат. И надо знать конкретно что и как происходит на каждом этапе.
Пример: слиток не ковкий, если варился при низкой температуре и медленно охлаждался. Вторичный цементит по границам зерен образовал решетку и эта конструкция без отжига разваливается, а не куётся. Здесь всё ясно и понятно- надо отжигать.
Но если булат варился при высокой температуре и ровной конвекции, охлаждение- быстрое и с высокой температуры, то карбиды- глобулярные и слиток легко расковывается без всякого отжига, чего делать нельзя категорически- булат получен не будет. Вот фото булата,3%С.
Фото1. Микроструктура булата без отжига.

Не отожжённый слиток. Глобулярные карбиды, диаметром от 100 микрон и более. Если расковать без отжига, то получим абсолютно не режущий клинок, но хорошо царапающий стекло. Почему? - Слишком крупные карбиды и редкие. Т е булат - это матрица с карбидами размером не более 15 микрон. Отклонения от стандарта - это всё равно, что вы взяли ножовку по дереву, но с зубьями разной величины - она пилить не будет. Значит, если даже слиток можно расковать, в нём нет тюремной решетки вторичного цементита- всё равно требуется отжиг. Все карбиды надо растворить в аустените и разложить его в перлит. Потом получить зубья одного размера и формы ковкой. В этом случае режущие качества булата будут максимальными.

Представим, что человечество погибло в результате излучения, а материальная культура- осталась.
Прилетают ребята с Тау Кита и начинают изучать. При чтении нашей космической 'фэнтези' у них начинается дрожь в членах и суставах( от страха): оказывается люди могли всё, что только возможно представить, не буду даже перечислять. Любопытных отсылаю к саге Гарри Гаррисона "Билл- завоеватель Галактики" и т п. Тем же самым путём шло мифотворчество в старые времена. Когда заходила речь о холодном оружии, то каждый сказитель добавлял яркую черту: меч рубил камень и сталь, после этого резал газовый платок и т п. Отнеситесь к этому снисходительно- это мечта!
При встрече войск Александра Великого (Македонского) с войсками индийского царя Пора, грекам очень не понравилась лёгкость, с которой индийские палаши разрубали бронзовый панцирь вместе с греком, который в нём находился. А на самом деле столкнулись бронзовый век - с железным. Поскольку я держал эти палаши в руках- описываю: вес 2 кг, обух-10 мм; толщина РК-4. 6 мм, угол заточки-60. 90 град, длина- до 1,2 м.
Вопрос: если этот колун сделать из рессоры, сможет ли он разрубить латунную жесть? - Ответ: несомненно!
Прошла ровно одна тысяча лет. В 7- ом веке появилась кривая сабля, которая резала, а не рубила. Высшее достижение- рез шёлка в воздухе. Это же может сделать хорошая инструментальная сталь сегодня. Но народное мифотворчество соединило два действия, разнесённые на 1.000 лет- в одно!
Булат может рубить сталь и резать шёлк! Увы, не может. Разные усилия, разные скорости, разная заточка.
Булат - это сталь, прошедшая спец ТО, и в результате более подходящая для реза зверя, нежели простая мартенситная сталь, но не более того. Железо- не режет, дерево- не строгает. Лучшее испытание для булата- рез шкуры кабана, войлочной кошмы, или каната. Во всём остальном булат уступит стали- не его профиль.
Пока ещё есть охота и охотники - булат востребован.

Слоистость.

В январе 11- го года прошла "Булатная конференция". Я представил доклад, в котором говорится об отжиге и слоистости в булате. Повторяю основное.
При варке булата важно достичь режима кипения "красным ключом"- ровной, спокойной конвекции без пузырей. Для получения качественного металла требуется 1,5 часа такого кипения на каждый кг. В результате получаем слиток пронизанный нитями карбидов с плотностью 50/см. При отжиге карбиды растворяются и разлагаются, но разница в уровне углерода- сохраняется. После осаживания слитка и восстановления карбидов расстояние между этими слоями равно 50. 70 микрон. Что даёт эта слоистость?- Узор, ничего более. Так же, как и в дамаске, здесь слои дают возможность формировать узор на поверхности клинка. Слои карбидов не увеличивают прочность, или режущие свойства. Они лишь дают возможность управлять узором.
Та же ситуация в дамаске: слои формируют узор, но не режущие, или прочностные характеристики. Обратный эффект в порошковых сталях - в них достигнута максимальная равномерность структуры - никаких слоёв, отсюда и максимальные режущие свойства, но без узора. Ещё раз: слои в булате и дамаске дают декоративность, узор. Но не оказывают влияния на рабочие свойства. Если и влияют- то в худшую сторону.
Слоистость в слитке начинается так (фото)

слиток булата

булат

Конечный результат – узор. Получен из этого слитка.

Ереси и мифотворчество.

Как и во всякой религии, в поклонении булату, есть прямая и ясная догма - генеральная линия партии, и есть еретики, бредущие по краям, правые уклонисты, левые сепаратисты и колеблющиеся. Поскольку я иду по магистрали, то надо смотреть, чтоб не было особого разброда, была дискуссия в пути, но все шли в одну сторону к сияющей вершине. Лет 10 назад я посрубал головы двум ересям: " дендритной" (С. Лунёв) и "недорасплав железа в чугуне" (Гуревич, Архангельский, Таганов). Головы были отрублены напрочь, ни один из этих ересиархов не сказал ни слова за 10 лет в защиту своих бредовых идей, да и сейчас не скажет. Хотя понимаю, что читать меня и ссылаться- неприлично, поэтому никто не читал(ну разве что ночью под подушкой с фонариком, чтоб не засекли). Рождаются новые ереси, причём из того же источника. Причину я описал подробно: дивиденды получают на "тайне булата"- открытие этой тайны- нож в горло, нечем будет спекулировать.
Свеженькая ересь звучит так:
"В булате, сваренном в тигле, есть 'нанотрубки', (одна из разновидностей фуллеренов, в форме гантели). В стали -нанотрубок нет. Твердость фуллеренов 120 ед. НРС;1,2 Мооса (у алмаза-1,0 ед).
Вот эти трубки обеспечивают преимущества булата над сталью"
Буду краток.
У фуллеренов твердость конструкции. После механического разрушения- это графит. Сферы не обладают режущими свойствами. Лучшее применение, которое нашли фуллеренам- присадка к смазкам. Т е они обладают не режущими свойствами, а противоположными- антифрикционными. Зная это я поставил простой опыт- проверка режущих свойств нанотрубок. Взял 10 ампул с трубками(они боятся влаги, но не боятся температуры),
смешал с порошком чугуна и сварил дамаск. В одном лезвии у меня было столько фуллеренов, сколько находится в 10.000 кг слитков булата. Результат: ни малейшей прибавки режущих свойств!
Любой и каждый может этот опыт повторить. Наличие фуллеренов в слитке показывает любой спектрограф, после этой проверки можно рассуждать отчего режет нож, сделанный из этого слитка.

Фото 2. Остатки 25 карат фулереннов. Было сварено 4 дамаска без малейшей прибавки в резе

25 карат фулереннов

Всё. Пусть ваш ересиарх докажет, что фуллерены - режут! На самом деле важнее
форма. Если я возьму пруток СРМ 10В, без расковки и выводки сделаю ТО и закалку, то резать этот пруток будет так же, как и фуллерены. У цементита твёрдость 70 ед. и агрессивная остроугольная форма- режет он лучше, нежели скруглённый карбид хрома при твёрдости 80 ед. известная разница между нерж. сталью и чёрной.
Всё на эту тему. Поражает стадность мышления, действительно никто не догадывается, что любое утверждение можно проверить экспериментом и опровергнуть болтовню, вместо того, чтобы пережёвывать её годами?!

Булат — сталь для клинка долговечного ножа

Булатная сталь (вуц, табан, хорасан, фаранд) была известна уже несколько тысяч лет назад. Этот материал отличается сложным технологическим процессом производства, при котором необходимо в точности соблюдать химический состав сплава и обеспечить уникальную технологию обработки. Всё это позволяет получить материал с отличными эксплуатационными характеристиками, которые не потеряли своей актуальности и сегодня, несмотря на обилие разнообразных сплавов и использование широкого спектра легирующих элементов.

Булат

Историческая справка

Мечи и ножи из булата фигурируют в сказках и реальных исторических справках многих стран.

Немного о древнем булате

Булатная сталь — отличный выбор для ножей. Она представляет собой сплав железа и углерода без дополнительных легирующих добавок. Но высокое содержание углерода (почти как у чугуна) даёт возможность после термообработки получить твёрдость вплоть до 64 HRC.

Ещё один нюанс — булатный клинок после травления отличается характерным красивым рисунком. Именно поэтому древний булат в Индии, которая является родиной этого сплава, называли индийской узорчатой сталью — в древние времена она стоила целое состояние.

Мастера хранили секрет булата внутри касты, но после пришествия в Сирию Тимура захваченные мастера со своим секретами переехали в Самарканд.

Булатная сталь П.П. Аносова

Восстановить техпроцесс производства стали с аналогичными характеристиками старались многие специалисты. Это наконец удалось Павлу Петровичу Аносову.

Горный начальник Златоустовских заводов активно интересовался, что такое булат и как его можно производить своими силами. Целенаправленное исследование этого вопроса дало результат в 1837 году.

Булатная сталь

Аносов разработал несколько технологий, в том числе и плавку обсечков в горшочках из глины в высокотемпературных печах.

Возвращение легенды

Открытый секрет производства булатной стали в начале 20 века опять был утрачен. Очередной виток интереса к технологии начался уже в советский период.

Повторить подвиг Аносова смог Златоустовский металлург Сергей Баранов. Серия пробных плавок позволила добиться желаемого результата, что подтвердило соответствующее заключение РАН.

Современный булат

Сейчас существует множество сталей, свойства которых превосходят булат. Но этот материал до сих пор используется и является примером приготовления высококачественной стали без применения современных измерительных приборов.

Сейчас производство булата ведётся по чётким технологическим процессам, что позволяет гарантированно получить твёрдый, вязкий, ковкий сплав с уникальным рисунком на каждом изделии.

Отличие тигельного булата от литого

Сейчас булат изготавливают по нескольким технологиям — материалы в целом идентичны, но имеют и ряд отличий:

  1. При производстве тигельного сплава железную руду, древесный уголь и специальный флюс нагревают в спецтиглях — плавку выполняют в древесных печах (по сравнению с газовыми или электрическим они обеспечивают не такую высокую температуру). Технология требует затрат, но так делают клинки для коллекционеров.
  2. Товары из литого булата проще, их можно встретить на распродажах в Москве. Сырьём для стали является не железная руда, а специальные марки низкоуглеродистых сталей. Отличить такой булат просто — рисунок на стали не такой выраженный, но по свойствам ножи практически не отличаются.

Клинок из булата

Что представляет собой булат и его характеристики

Свойства булата определяются содержанием углерода в сплаве — его примерно 2% , так что сталь сохраняет упругость и твёрдость. Но свои особенные свойства материал получает именно из-за температуры плавки — если сырьё перегреть, то такая сталь не получится.

Техпроцесс производства сварного булата, то есть дамаска, сложнее, но дешевле по себестоимости. При производстве ножа необходимо соединить пакеты металла (желательно с разным содержанием углерода) между собой кузнечной сваркой, что позволяет получить не монолитную, а многослойную структуру.

Булатная сталь: история появления, ножи из булата, методика изготовления, преимущества и недостатки

Развитие технологий не всегда сопровождается прогрессом. Нередко уникальные знания оказываются утраченными и ученые пытаются с нуля воссоздать их. Свидетельства об утраченных технологиях находят в мифах, легендах, сказках и даже исторических хрониках.

Булатная сталь — одна из технологий, не дошедших до наших дней. Потерянный секрет на протяжении нескольких веков пытаются восстановить различные мастера. В настоящее время имеются успешные попытки производства булата.

Интерес к булатной стали заключается в ее уникальных свойствах. Материал отличается повышенной прочностью, легкостью и гибкостью. Саблю из булата можно было согнуть до 90 градусов, не ломая ее. В мифах есть свидетельства и о ношении оружия в качестве ремней.

История создания булатной стали

Булатная сабля

Сегодня сабли из булата делают в качестве коллекционного оружия

Достоверных сведений об истории создания булата, как и о технологии его изготовления, не имеется. Первые упоминания относятся к походу Александра Македонского в Индию . Именно тогда появились свидетельства о прочных мечах индийской знати, без особого труда разрубающих македонское оружие и доспехи.

Исследования в этом направлении позволяют сделать вывод, что технология изготовления булата была освоена в Индии за несколько веков до нашей эры. Существует легенда о целой касте кузнецов булата, спустившейся в Пенджаб с Гималайских гор. Позже они разошлись по всей Индии , археологи нашли несколько центров изготовления булата.

Торговля распространила булат в Сирию и Персию. Там же появились мастера, готовившие из индийского вутца («лепешки» булатной стали, поставляемой на экспорт) первоклассные клинки. В Ср. Азии булат называли табан, хорасан, фаранд. Завоевания Тимура и вывоз мастеров в Самарканд постепенно привели в упадок данную технологию.

В итоге тщательно оберегаемые способы изготовления булатной стали к XII-XIV веку оказались утерянными. Имеются свидетельства об оружии и доспехах XVI-XVIII веков, однако данные образцы относят к простейшим булатам, технология изготовления которых не отличается сложностью. Качество таких сплавов на порядок ниже более древних образцов.

В 40-х гг XIX в. начальник златоустовских заводов П. П. Аносов смог получить литой булат, не уступавший по характеристикам индийскому вутцу. Однако после его смерти воспроизвести процесс не удалось, хотя им были оставлены подробные записи и рецепты.

Среди современных мастеров продолжается активный поиск и обмен опытом по созданию той самой булатной стали. Существует ряд кузнецов, чьи сплавы приближены к свойствам булата. Однако окончательно данная технология никем пока не освоена.

Технология изготовления из булата

Схема изготовления булата

Упрощенная схема изготовления булатной стали и клинка

Булат — общее наименование для твердых и вязких сплавов железа и углерода. По сути он представляет собой углеродистую сталь, получаемую из двух компонентов — железа и древесного угля или графита. Подчеркивается, что при разных физических свойствах компонентов химический состав заготовки будет одинаков.

О способе изготовления булата имеется немало записей, однако достоверных сведений не имеется. Многие считают данный процесс несколькими технологиями, каждая из которых требует определенных нюансов, навыков и даже интуиции от кузнеца.

Упрощенно схема изготовления имеет следующий порядок действий:

  • губчатое железо куется молотом;
  • материал смешивается с древесным углем (графитом), помещается в тигель;
  • тигель нагревается до 1200 градусов, после чего медленно охлаждается.

В результате кузнец получается небольшой слиток — вутц. Из него куется оружие или броня, однако и этот процесс имеет свои тонкости и нюансы. К примеру, повышение температуры ковки или закалки сверх 850 градусов крошит материал.

В процессе охлаждения заготовки образуется цементит, придающий металлу гибкость. Дальнейшая ковка производится легким молотом, чтобы не нарушать структуру цементита. Процесс чередуется многократным накаливанием до определенной температуры.

Характеристики булатной стали

Узор булата

Хаотичный узор клинка — характерная особенность булатной стали

По своей структуре и характеристикам сталь булат — это композит, представляющий собой химически, физически и структурно неоднородную сталь. Одна из теорий подразумевает, что роль матрицы в нем выполняет мягкая пластичная основа феррита (чистого железа с содержанием углерода при 20 градусах до 0,006%).

Упрочение обеспечивается карбидом железа, что дает высокую вязкость сплава. Износостойкость лезвия обусловлена его самозаточкой — стачивание мягких волокон на режущей кромке приводит к выходу на волокна с цементитом, что формирует принцип микропилы. Он же обеспечивает вспарывающий принцип прорезания.

Содержание углерода в булатной стали составляет около 2%. Твердость сплава составляет около 70 HRC, однако это не мешает ему сгибаться. Согнуть клинок из булата не просто, если удается это сделать, он может создать угол до 120 градусов, после чего выпрямиться и сохранить свои свойства.

Длительная и качественная заточка булатного клинка придавала ему значительную остроту. Мифические тесты по разрезанию таким оружием конского волоса или газового платка в воздухе имеют подтверждения. При этом острота клинка сохранялась длительное время, даже после того, как им приходилось рубиться в сражении.

Отличительная особенность булата — структурный узор стали. Он может быть полосатым, волнистым или сетчатым. Чем он сложнее — тем выше ценится клинок. Формируется он при охлаждении. Обращают внимание на искусственную роспись — она характерна для дамасских клинков, булат не создается с гравировками и рисунками.

Разновидности ножей из булатной стали

Узорчатый дамаск

Узорчатые клинки не всегда свидетельствуют о булатной стали, нередко за нее выдают обычный дамаск

Свойства булата нашли широкое применение в изготовлении клинков. В настоящее время секретами изготовления подобного сплава заинтересованы лишь любители. В промышленности материал считается неактуальным, из-за чего и не предпринимается научных попыток возрождения утраченной технологии.

Обусловлено это двумя факторами — сложность процесса и невостребованность клинкового оружия. Изготовление булата — тонкий процесс, сравнимый с искусством, который нельзя поставить на конвейер. При отсутствии устойчивой простой процедуры булат несмотря на свои исключительные свойства остается невостребованным.

Обращают внимание и на отсутствие применения булата в настоящее время. Холодное оружие стало частью истории, коллекционные образцы воспроизводят преимущественно любители. Отчасти булат применяется при изготовлении ножей, однако их практическое применение остается под вопросом.

Заточки

Заточки из булата не изготавливаются. Учитывая сложность производства материала, его направляют на более востребованные и практичные изделия — ножи, кинжалы, клинки.

Складные ножи

Складной булатный нож

Складной булатный нож

Складные ножи из булата также встречаются нечасто. Обычно под их видом продают изделия из дамасской стали или обычных сплавов с травлением под дамаск. Настоящие булатные складные ножи изготавливаются преимущественно на заказ и стоят недешево.

Такие изделия обладают всеми достоинствами булатной стали, однако имеют и ряд недостатков. Заточить нож из булата крайне сложно, особенно если делать это обычной заточкой или точильным камнем. Процесс может занять часы, хотя и затупление материала происходит в разы медленнее.

Практическое применение складного ножа из булата также сопряжено с определенными недостатками. Малейшая влажность — и клинок начнет покрываться ржавчиной. Травление лимонным соком поможет, но нарушит рисунок стали. А заказ ножа из нержавеющего булата обойдется раза в два дороже.

Кухонные

Кухонные ножи из булата не имеют широкого распространения по тем же причинам, что и складные. При выборе такого клинка учитывают следующие нюансы:

  • серийных булатных ножей, тем более кухонных, не бывает, каждое изделие делается индивидуально;
  • обычный булат подвержен коррозии, что требует тщательного и каждодневного ухода за ножом, который используется на кухне;
  • кухонный нож из булата ввиду сложности изготовления будет стоить столько же, сколько и охотничий;
  • на заточку такого изделия уйдет не менее двух часов, простая точилка для этого не подойдет.

При выборе кухонного булатного ножа рекомендуется заказывать изделие из нержавеющего булата. Процесс его изготовления еще сложнее, найти мастера по нему не просто, да и стоимость будет значительно выше.

Боевые

Боевой булатный нож

Нож с коротким лезвием

Боевые ножи из булата делаются преимущественно для коллекций. Такие клинки не подразумевают практичного применения и нередко делаются с декоративными вставками и рукоятями. Они также подвержены коррозии и долго затачиваются, однако в качестве экспоната могут лежать длительное время.

Боевые ножи изготавливаются на заказ или приобретаются у мастеров уже в готовом виде. Изделия могут копировать различные образцы ушедших эпох или иметь собственный оригинальный дизайн.

Применение такого оружия в бою остается под вопросом. Для армейских или десантных задач свойства булата не востребованы. В данном вопросе более практичным считаются обычные клинки из высококачественной стали.

Охотничий

Охотничьи булатные ножи также покупаются преимущественно для коллекций, а не для практического применения. Это обусловлено все теми же недостатками материала — уязвимость к коррозии и длительный процесс заточки.

Следует учитывать и нюансы, по которым затачивают нож. Процесс должен быть медленным, многие сравнивают его с медитацией. Не допускаются действия, способные поцарапать клинок. При заточке не используют алмазные абразивные бруски, способные повредить структуру металла.

Как работает нож из литого булата против легированных сталей

Заточка булата

Заточка качественного булатного ножа на порядок превосходит легированную сталь, однако получить такое изделие непросто

Многие любители ножей спорят о преимуществах булата по сравнению с легированной сталью. Для демонстрации достоинств проводятся различные тесты, одним из которых выделяют нарезку каната. Все тестируемые ножи заточили на одном станке под углом 20 градусов. Канат для удобства обернули малярным скотчем.

Тест показал сразу несколько результатов. Один из булатных ножей превзошел легированные в три раза по количеству нарезов. Два булата от других мастеров уступили первенство даже обычной углеродистой стали.

В данном контексте определенно сказать, насколько хорош булат против легированных сталей сложно. Ключевой момент — искусство мастера. Изделия могут даже у одного кузнеца отличаться по качеству. Для получения качественного клинка потребуется найти хорошего мастера.

Плюсы и минусы

Среди преимуществ булатной стали и изделий из нее выделяют:

  • твердость клинка в сочетании с его исключительной гибкостью и упругостью;
  • длительный период стачивания, относительная самозаточка;
  • острота лезвия обеспечивает отличное применение в разделке и нарезании.

Среди недостатков булата отмечают:

  • склонность к коррозии, что требует тщательного ухода при практическом применении клинка;
  • высокая стоимость, которая в зависимости от требований может повышаться;
  • качество булата отличается не только от кузнеца, но и от изготовления, у одного мастера могут быть как посредственные клинки, так и отличные;
  • длительная заточка снижает преимущества долгого стачивания.

К минусам относят и сложность изготовления булата в сочетании с неизвестностью технологии. Определенные успехи в его получении имеются, однако добиться качества древних мастеров пока не удается.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Читайте также: