Отчет по дендритному металлу Иван Кирпичев

Если разложить моменты технологии по приоритетам, то 

• На первом месте это газовая среда печи. От этого уже идет все направление течения химических реакций. 
• Втрое материал тигля, от этого зависит какие флюсы будут использоваться и каким будет процесс кислым или основным, а значит и каким будет общий химсостав клинка.

Например, основная имеет большую твердость и износоустойчивость, но хрупка, поэтому ее стараются не применять в ответственных деталях, кислая же сталь имеет большую упругость и вязкозть, хотя химсостав может быть одинаковый. Тоже самое относится и к конвекторным сталям. Большая разница чем продували расплав, воздухом или кислородом. Отличия в свойствах ощутимые, а химсостав может быть и одинаковым.

Меня всегда удивляло непомерно завышенное внимание к химсоставу узорчатых сталей. Как только становится видна невооруженным глазом структура, она из разрядо микро, а значит гомогенного однородного материала, переходит в разряд макро, а значит неоднородного. Предмет же из неоднородного материала, работающий в  режимах различных нагрузок можно считать механической конструкцией. А если это конструкция, то вступают в силу аналогии, конструирование и моделирование. 

Самый простой пример работы структуры металла с карбидными включениями. Возьмем две деревянные линейки, вырежем такой же по ширине кусок стекла и вклеим его между линейками. Попробуем заточить. Он будет резать и до некоторой степени держать заточку. Но попробуем его согнуть. Трещина пойдет по наиболее хрупокому материалу, по стеклу. То есть карбиды треснули и будут выкрашиваться. Недаром Аносов подвергал свои клинки многократноиму изгибу. Но если полоску стекла разрезать на фрагменты, то мы уже сможем согнуть линейку до некоторого предела, когда растягивающие и сжимающие напряжения в неком радиусе не превысят допустимые. Если стекло порезать еще мельче, то, вполне возможно, что мы согнем линейку до предела упругости  самого дерева, то есть матрицы. Но что будет, если мы попообуем ударить своим «клинком» по чему нибудь твердому? Дерево сомнется, стекло выкрошится. Значит такая структура не подходит для удара. Придется дерево заменить на более твердый материал, но тогда мы потеряем в упругости. 

Вот дендритный металл с такой структурой и позволяет применив разное ТО получить клинки с разными свойствами и разным предназначением.

Теперь о химсоставе, заменим деревянные линейки на пластиковые, а оконнное стекло на бутылочное с хромом, что изменится в свойствах? Да, в принципе, ничего. Не меняя химсостав, но изменяя ТО мы можем сделать «дерево»  «пластиком»  и наоборот. Поэтому интересуясь свойствами, лучше спросить про структуру, чем она образована , как расположена, как закалена матрица (карбиды не закаливаются!). 

Если это облачная структура, то клинок может иметь повышенную гибкость, и хороший рез, но сминаться от удара. 
Если это чешуйчатая структура, то ударная прочность выше, рез хороший но на изгиб менее прочен.
Если нечто волокнистое, то повышенная прочность со средними резом и гибкостью. 

Остается сделать вывод, что клинкам произведенным из металла  «сваренного» в электропечах или в закрытых домницах далеко до идеала.   Вернее, до «легендарных» свойств. Все дело в том, что при таком «закрытом» методе плавки  образуется именно такая структура (см Фурсу), и никакая более. Уточню, что принципиально получить другую структуру «не нельзя». Можно. Но не таким способом плавки. 

Разберусь, расскажу.

Отличительное свойство  узорчатых сталей такой выделки, повышенная способность к резу. Упругость, прочность и тд, это все от  видов структур и мастера с его ТМО. Я бы отнес эти стали, если их можно отнести, к низшему сорту булатов по совокупности свойств. Добавлю, что карбидные включения в ЧИСТОМ виде всегда нарушают целостность клинка. И его прочность будет ниже по сравнению с клинком из стали такого же химсостава и такой же ТО, но гомогенной. Но рез лучше.

О способах образования структур, о методах плавки не пишу, это интересно не всем. Со временем я планирую, попробовать перейти к другим видам  литых узорчатых сталей, но лишенных перечисленных недостатков. Как от них избавиться вполне понятно, и ничего сложного я в этом не вижу.

С уважением Иван.

Первое письмо

Если задать простой вопрос, чем образован узор на булате, то скорее всего большинство ответит, что это выделившееся карбидные включения. А как же ведет себя металл с такими включениями, как они влияют на РК клинков?

Давайте рассмотрим самый простой пример. Чугун. По структуре чугуны отличаются от такого булата только тем, что в их составе вместо карбидов присутствует графит. Различают перлитный чугун, ферритно перлитный и ферритный.То есть металлическая основа и вкрапления графита. Такая же структура возникает и при плавке многих сортов булата, с той лишь разницей, что вместо графита выделились карбиды. Общего здесь много. Структуры 
схожи. Графит как и карбиды очень хрупок из-за него и вся хрупкость чугуна, тоже самое и в карбидизированных сталях, только карбиды много прочнее, но они тоже имеют нулевую пластичность и хрупки. Бывает высокопрочный чугун, где графит расположен в виде округлых образований, глобулей, а  не чешуек как в обычных чугуназх. Бывает ковкий чугун, где графит выделился в виде хлопьев. Он более пластичен. Но все они менее прочны чем стали.Тоже самое и в сталях любое содержание карбидов в любой форме охрупчивает металл, делает его менее прочным, особенно при растяжении... Понятно, что стуктурированная карбидами сталь намного прочнее чугуна, но тем не менее по прочности уступает гомогенным сталям того же состава. 

В принципе можно рассмотреть марки чугуна, сравнить их по прочности пластичности сравнить со схожими булатными структурами и сдлелать о них вывод. Например ковкий пластичный чугун с хлопьевидной структурой почти тоже самое, что <облачные> структуры и тд. Как не расположи карбиды, мы можем только увеличить прочность и приблизится к прочности гомогенки, но все равно она останется ниже. Это хорошо заметно в тонких слоях материала. На очень тонкой РК структуры перестают работать, так как не хватает материала для взаимосвязи. И карбидные включения при боковой нагрузке будут выламываться выкрашиваться, создавая пилку большего или меньшего размера. 

Поэтому, для всех карбидных металлов можно ввести понятие как критическая толщина, при которой перестают взаимосвязно работать материалы слоев-волокон-вкраплений. Ну вот наглядный пример, железную сетку из проволоки толщиной 6мм заливаем таким же слоем бетона. Получим ли в этом случае прочный материал? Нет. Нужно чтобы слой бетона был хотя бы в два раза толще самой сетки. Чем толще карбидные включения тем больше критическая толщина, тем больше должен быть угол заточки. Только при соблюдении этих соотношения толщина - величина структур - критическая толщина мы в булатах такой структуры можем говорить о их некотором преимуществе в
свойствах приблизительно схожих по сторою ножей. 

Это характерно и для двуфазных и для трехфазных булатов. В трехфазных помимо основной матрицы присутствуют и науглероженные стальные оси, или лишний феррит выделившийся из углеродистой матрицы. Замечу, что феррит может присутсвовать в таких структурах только при смешанной кристаллизации, а не при чистодендритном образовании структур. 

Из всего этого получается,  что теоритический булат мы не сможем заточить острее, на меньший угол, чем теоритическую гомогенную сталь. А если и сможем, то при резе твердых материалов, на булате образуется микропила, что теоритически уменьшит его остроту. Для того, что бы удержать карбиды в матрице, матрица булата должна закаливаться на меньшую твердость чем гомогенная сталь обычного клинка, поэтому при выкрошившихся карбидах сама матрица резать будет хуже чем та же гомогенка. Но способность к прождолжительному резу относительно острым клинком, у булата может быть больше. Разные сорта, с разными структурами имеют разную критическую толщину, чем мельче включения карбидов, тем на меньший угол мы можем заточить РК. В булатах где карбиды перемешаны вместе с ферритом, вместо сколов будет наблюдаться замины в  месте выхода этих структур на РК. 

Что это значит практически, а то что теоритическая структурированная сталь с образованием карбидных включений имеет более агрессивный рез и может сохранять долше способность к резу чем гомогенная сталь, но долго держать заточку бритвееной остроты она будет хуже чем теоритеическая гомогенная сталь. Прочность теоритического булата с карбидными включениями меньше прочности теоритической углеродки. Но на практике все много сложнее, булатный клинок может и гнуться и резать стекло некоторое время, причем за счет вязкости матрицы он будет очень прочен, но если брать способность держать бритвенную остроту, то по этому параметру он уступит гомогенной стали особенно на малых углах заточки. От булатов с карбидными структурами не стоит ожидать того, что разрубив разревав сухое твердое полено или гвоздь, вы потом сможете рассечь платок на лету, но во многих случаях при монотонной грубой работе, подтачивать клинок вы будете значительно реже чем гомогенную сталь. 

Все это вообщем, как говорил выше, на практике много сложнее. Очень много других факторов могут повлиять как на свойства булата, так и на свойства гомогенной стали. Замечу, что это все давно известно, я только постарался рассказать более кратко и более доходчиво. Как вышло, судите сами. 

О других структурах булатов и о их теоритических свойствах, надеюсь рассказать чуть позже.

Второе письмо

Здравствуйте Василий, на первое письмо не получил никаких рецензий. Пишу продолжение.

В последние годы сложилось стойкое убеждение, что в основе получения правильных булатов лежит всем известная дендритная ликвация. Несмотря на все протесты металлургов считающих ее вредым явлением  булатных дел мастера упорно настаивают на своем. Попробуем разобраться. 

Мастера варят маленькие слитки, в которых растут дендриты небольшого размера А если взять многотонный слиток? Можно вырастить дендриты огромного размера. Например кристалл Чернова. Если расковать такой слиток в огроменную пластину, то некий великан может усмотреть на ней узор булата. Выходит, что любой слиток, котрый после расковки сохранил дендритный узор, является булатным. Но мне кажется, что имей дела мастера не с маленькими тигелечками на 1-3 кг а много больше, то и они нашли бы в дендритах вредные начала. Это с одной стороны. А с другой, при образовании дендритов, все примеси включая и механические, вытесняются в междендритное пространство. Скапливаясь там, они ухудшают проковываемость слитка, да еще на поверхности дендритных осей  выделяются карбиды, что добавляет дубовости получаемому металлу. Карбиды вообще не способствуют прочности стали, стойкости РК , особенно при тонкой кромке и ударных нагрузках. Гибкость металла при развитой дендритной сетки тоже снижается по сравнению с гомогенной сталью. Так можем ли мы назвать этот металл лучше всякого металла из которого он приготоволен (Аносов)...

Я здесь пока не буду приводить все высказывания металлурга исследователя на счет правильности булата, а продолжу дальше. Фаранд или недорасплав железных частиц. Здесь очень сложно получить равномерный естественный рисунок, придать металлу свойства одинаковые по всему расплавляемому обьему. Если
жидкости достаточно много, то частицы будут стремиться собраться в кучу. Сплавиться в каком то месте, а не плавать равномерно по всей жидкости. К тому же надо выдержать металл в жидком состоянии для выхода газов . Короче очень сложно и непредсказуемо. Узор будет крупный неравномерный, свойства
тоже. Примеси хоть и вытесняются, но мало.

Диффузионная плавка, тут тоже дело в неравномерности, снизу и сверху тигля процессы из-за разности температур идут по разному, и хотя структуры такого металла могут быть подходящими для клинковой стали, но примеси, вводимые с чугуном и попадаемые вместе с газами и шихтой трудновыводимы. Примеси более равномерно распределены по обьему, металл обладает лучшмими свойствами по сравнению с чистодендритным. Узоры здесь уже более запутаны, но все равно при крисстализации большое количество карбидов выделится в межкристалитное пространстово. Они будут связаны лишним ферритом, и поэтому свойства улучшаться, хотя и эта структура довольно груба, а плавка требует точности соблюдения температур и времени.

Еще один способ плавки , это когда образуется двуфазная система без образования дендритных осей. В этом случае все примеси вытесняются из металла...

Третье письмо

Все вероятно замечали что в «булатной» проблеме слишком много противопречий. Никто вроде бы не отрицает тот факт, что булаты были, и были сорта, которые ценились на вес золота. Но за много много лет никто их получение так и не обьяснил. Ну вот Аносов. Тут еще больше загадок чем «раскрытия секрета». Были сделаны клинки с узорами подобными старинным и свойствами превосходящими свойства тогдашней лучшей стали. Английской например. Остались записи и описания технологий. Но через малый срок после отъезда Аносова с завода производство прекратилось и до сих пор, даже получение тех клинков остается загадкой. Тут много версий, и не о них разговор. 

Что мы, если кратко, знаем? Знаем, что булат производили, продавали широко, в слитках и полосах, металл ценился, обладал свойствами. Что из этого мы можем полезного вычислить? Только то, что металл покупали в слитках. А это значит, что с расковкой и и качеством слитков проблем не было. Вроде ничего такого, кроме того, что дендритный металл куется ужасно плохо. Расковать слиток с явновыраженной дендритной сеткой большая проблема. Тут и хитрый отжиг и не менее хитрая  расковка. Аносов свой слиток расковывал с трех, девяти нагревов в зависимости от величины. Это раз, а два это то,что даже промышленный слиток это очень «грязный» металл. Цытата из статьи Басова. «Зашли в цех, а там чуть ли не до потолка лежат слитки по две тонны СТ.5ХММ. и других марок стали по пятьсот и более тонн. Рыхлые, дырявые, никуда не годные. Их невозможно ковать, они рассыпаются.» Это на современном заводе, что же тогда было у древних. А у древних слитки иногда достигали 10 кг веса. Как ковать такой дендритный металл?  А обычные усадочные раковины? Чтобы продать слиток, надо отрезать верхнюю часть, чтобы убрать раковину, если она осталась внутри. А обычные пузырьки? Их полно в пром слитках. А как вытоковать клинок из слитка в килограмм два, если нет никакой  уверенности, что в самый неподходящий момент вылезет флокен или пузырь. Стачивать верхний слой слитка на предмет проверкт качества? Какая такая массовость тогда могла быть? Ну допустим некие мастера мучались и точили, то сколько народа 
чтобы организовать поставки из региона в регион, должны были заниматься металлургией? Тысячи. Как тогда потерялась технология? 

Еще цитата из Аносова

"…сталь при медленном охлаждении не получает узоров настоящего азиатского булата"

"Хотя сталь, медленно охлажденная в тигле, и имеет наклонность к кристаллованию и образованию узоров, но узоры ее столь мелки, что без помощи микроскопа с трудом распознаваемы быть могут, и то не всегда."

"Эти сведения показывают, что способы получения булатов не одинаковы в самой Азии"

Четвертое письмо

Как то у меня возник спор с Фурсой, как очищали металл древние 
металлурги. Потому как одна из важнейших составляющих плавки по методу Ахима, Фурсы и многих других придерживающихся этой технологии, это исходное, очень чистое сырье. Фурса резонно заметил, что могли существовать различные виды природых флюсов, например ракушечник, который способствовал удалению вредных примесей. Да, пришлось согласиться, могли cуществовать и существовали, но применив ракушечник привезенный с Азова и попробовав местный, никаких улучшений в проковке я не увидел, если не наоборот. Да и тут пртиворечие. Получается, что мастера ЗАКЛАДЫВАЮТ в тигель очищенный металл. Аносов тоже ЗАКЛАДЫВАЛ чистейшее железо и графит, а древним предлагается ОЧИЩАТЬ металл в ТИГЛЕ, в процессе плавки. Ну очень уж это большая разница. Все равно что смешать в тарелке первое ,второе тертье, плюс чай с компотом, в расчете на то, что в желудке все равно перемешается. 

Вся булатная проблема и состоит вот из таких допусков. Все время приходится слышать от археологов и металлургов "допустим что существовало, допустим, что было, допустим что имели и могли". ДОКАЗАТЬ  на примере и опыте, а потом уже строить предположения на счет того, что такая техна или такой метод могли существовать и раньше, вот правильный с моей точки зрения подход. Ну вот проверили в Донецком институте фаранд. Начали еще в 1965 году. Сыпали в расплавленное железо чугун. В обсечках, опилках, гранулах. Сыпали наоборот, в чугун стальные опилки дробь и прочее. Ничего. В смысле свойств, да и с узорами не особо получилось. 

Гуревич как не пытался, так и не смог получить на дендритном металле схожие узоры, так что тогда говорить о свойствах булатов современной выделки, если самое главное, СТРУКТУРЫ не то что не получили, не нашли и не обьяснили процесс их получения. Вот когда будут схожие узоры, а значит структуры, уместно будет поговорить о свойствах как древних так и новых полученных материалов. Огульно отрицать свойства в булатах, когда  мы не получили образцов подобно древним, нельзя.

Еще одна несостыковка это узоры и зависимость свойств от них. Мне ответят, что схожие узоры есть. По виду схожие, но всегда видны мелочи, которые и отличают образцы древнего металла от современного дендритного. В скобках замечу, что никто не создал каталога древних узоров, и складывается такое впечатление, что не особо то и стараются их показывать, уж слишком велика разница и отличие. Непонятно, как и почему зависят свойства металла от величины узора и его контрастности. Ведь чем больше карбидов и контрастнее узор тем хрупче металл. А у древних все было наоборот. Крупный узор на темном фоне говорил о подходящих для клинка свойствах. 

Если рассматривать расположение карбидов в стали, то для большей прочности и стабильности реза, карбиды необходимо разместить равномерно, а не группами. Потом сама замена карбидного узора один на другой не дает ощутимой разницы. Важно не расположение узоров, а величина карбидов и вязкость матрицы. На карбидных булатах узор образуют или плотные скопления и ли облачные структуры. Скопления карбидов это обычно вытянутые строчки. Строчки ковкой, вместе с несущей матрицей можно вытянуть в любом направлении создав видимость завитков и колечек. Но само по себе это НИКАК не влияет на свойства. Короткие линии это разбитые дендриты, или вытянутые облака карбидов. Как угодно. Иногда строчка бывает закручена так или сяк, и из мелких мелких фрагментов создается узор. 

То есть узор образован не целыми линиями, а тонкими короткими  их фрагментами. ШТРИХАМИ, Как не крути такую структуру, состоящую из коротких фрагментов, улучшения свойств не будет. Как говорить о свойствах древних металлов, если сейчас полная путаница с сортами. Все сорта подробно описаны, но большинство современых, не подходит ни под одно описание. Мне показывают клинок с мелкой строчкой по всей плоскости и говорят, что это шам. Но он не подходит под шам. Шам это полосатый рисунок, который образуют длинные линии. Длинные а не короткие. Из Аносова: (выделено мной)

1. Если узор состоит преимущественно из прямых, почти параллельных линий, то это есть худший булат.

2. Если прямые линии становятся короче и места их начинают занимать кривые, то и металл возвышается в достоинстве.

3. Когда проявляются ломаные линии и точки и когда кривые линии умножаются, в таком случае булат становится еще лучше.

4. Когда ломаные линии становятся короче или переходят в точки и появляются во множестве, так что образуют на булате местами поперечные, подобные сети узоры, разделенные прядями, извивающимися по различным направлениям, которые служат как бы связью одной сети с другой, то в таком случае булат еще более приближается к совершенству.

5. Наконец, когда состоящие из точек поперечные сети столько увеличиваются, что составляют грозди, подобные виноградным, или простираются почти во всю ширину полосы или вещи, разделяя ее на колены, почти равные между собой и сходные в узорах, в таком случае булат должен быть назван совершенным по узору.

Пятое письмо

Вот еще цитата из Аносова.

"Продолжая плавку 4 часа… металл получает узоры струистые. После 4 1/2 часов …, узоры в металле волнистые, средней величины. …то плавка продолжается еще 1/2 часа. … и в металле появляются узоры сетчатого булата средней величины… Когда замечено будет, что тигель хорошо простоял 5 часов, …, то продолжают плавку еще 1/2 часа…. Металл имеет более или менее крупные узоры, сетчатые, а иногда и с коленами."

Некая структура состоит из тонких линий расположенных параллельно. Если в этот момент остановить плавку и расковать слиток, то на плоскости пластины она и будет в виде прямых тонких полос. Сорт типа шам. Под каким то воздействием линии структуры в тигле начинают извиваться. Снчала слегка, потом более сильно. В этот момент на пластине будут выходить верхушки волн изгибающихся волокон. Линии видимого нам узора становятся короче. Плавка продолжается. Так как линии не могут изгибаться только в одном направлении, то естествено верхушки волн будут пересекаться, и на плоскости мы получим ломаные линии или скобки. При продолжительной плавке линейная структура похоже рвется и перемешивается, образуются точки и прочие заковыки. 

Я не заглядывал в тигель к Аносову, зато я не раз заглядывал в собственные тигли. А происходят там совсем другие вещи. Когда расплавленный металл в тигле не покрыт слоем шлака, то может показаться что тигель пустой. В зеркальной поверхности расплава отражаются нагретые стенки печи, и кажется что ты заглядываешь в глубокую пустоту. Но вдруг всплывший пузырек газа, говрит о том что тигель полон. Выключив в этот момент печь, мы можем наблюдать такую картину. Зеркало расплавленного металла спокойно и неподвижно. Кажется он уже застыл, но это не так. В какой то незаметный миг, в долю секунды, на поверхности расплава появляется крупная сетка. Существует она одно мгновение, потому что тепло нижних слоев ее моментально расплавляет. Металл опять стоит спокойно, и неожиданно опять появляется и расплавляется сетка. Потом поверхность зеркала начинает как бы мерцать. По ней пробегает мелкая рябь и в какойто неуловимый момент вместо зеркала уже твердая поверхность. Крисстализация произошла в долю секунды, почти неуловимая взглядом. 

Металл с пару минут стоит спокойно, а потом в остывающую печь попадает воздух, и не покрытая шлаком поверхность начинет гореть. Фейерверк. Сноп искр в метр высотой. Через пару минут все успокаивается и металл остывает. Следов дендритной ликвации сверху ,на поверхности нет. Они сгорели. Но внутри, явно выраженный дендритный узор. Крисстализация сплава по этой схеме происходит очень быстро, скачками. Но при желании, можно заставить металл крисстализоваться медленнее, тогда не возникнет условий для развития дендритных структур. Ну  и такое замечание, Аносов также  относит к настоящим булатам, булаты сделанные посредством продолжительного отжигания без доступа воздуха. О каких дендритах в этом случае может идти речь? Я никогда не поверю, что получив такой красивый металл, он не внес бы его в каталог, описав при этом его вид. Ну например так! 

"Когда узор на клинке похож на листья папоротника в самом соку, то металл достигает такого то и такого совершенства."

Шестое письмо от Ивана о булатах.

Если не надоел, то еще чуть-чуть.

Приветствую Дмитрий.

Понятно, что угол и геометрия клинка для реза материала, это первостепенный вещи. На кромке гомогенной стали, на микроуровне уже присутствует микропила. Увеличивать ее размер не надо. Но если вследствии вытянутости структуры сталь имеет  анизотропные свойства, то прочность в одном направлении может быть больше прочности в другом. Это как в балке или консоли, работает только при нагрузке в одном напрвлении. Тоесть балка работает не так как консоль, а все из за структуры. Так что про топор вполне возможно. А вот бритва из булата, это конечно нонсенс. Но из какого? Аносов писал что тот или иной металл отлично подходит для тонких инструментов. Так что буду выкладывать продолжение.

Ваше мнение на счет реза гомогенной стали совершенно, с моей точки зрения правильное. И я его поддерживаю. Но вопрос упирается не только в рез, а в совокупность свойств. Главная задача мастера при варке булата, не потерять в резе, и увеличить стойкость РК и всего клинка в целом. А это достижимо вполне, как мне кажется. И с моей точки зрения, возможно использовать лучшие клинковые стали в получении булатов, но все это надо делать очень осторожно. А про легатуру, с Архангельским давно спорил, что ее увеличение в структурированной стали вообще ничего не дает. Работает структура, фазы, фейзоны и тд. Ну значит почитаете продолжение и еще раз высскажете свое мнение.

А что это я? Вот вам и продолжение, которое отсылаю Василию. Ну а за пожелание успехов это большущее спасибо. А что там дальше, время покажет.

Спасибо.

С уважением Иван.

"Но если продолжать вытравку долее надлежащего, то грунт начинает терять блеск, а узоры цвет; весь металл потемнеет и, наконец, не видно будет самих узоров. Чистка золой, хотя откроет снова узоры, но грунт будет сильно протравлен и получит матовую поверхность."

"Крупность и явственность, или возвышенность над грунтом, узоров определяет количество угля…"

"Все кислоты, обнаруживающие действие на железо, обнаруживают оное и на булат; но чтобы его вытравить или обнаружить узоры, необходимо избрать такую, которая бы скорее действовала на грунт, нежели на узор;… Но не все кислоты могут быть употреблены для вытравки с равным успехом: ибо действие их на булат не одинаково. Главное различие заключается в том, что одни из них более обнаруживают действие на железо, а другие и на железо и на углерод. Первые, растворяя железо, оставляют углерод в том состоянии, в каком он в металле заключается, а последние изменяют его. Таким образом, азотная кислота, растворяя железо, изменяет и углерод, лишая грунт блеска и отлива, свойственных булату"

На вид узоры из различных видов структур очень похожи. Различить их можно иногда по мелким деталям и более надежно по величине. Иногда мастера используя «дамассковые» приемы так запутывают структуры, что отличить одни от других  на первый взгляд почти невозможно. Что то я не заметил у Аносова, никаких намеков на некие особые приемы ковки, кроме одного.

"Приемы при ковке наблюдаются те же самые, какие и при всякой другой стали, только нагревать должно сколь возможно менее и не более мяснокрасного цвета; а окончательная ковка, или наклепка, не требует и этой степени жара, а довольно, если металл будет нагреваем до вишнево-красного цвета."

"Булат, прокованный в полосы, имеет небольшие неровности и поверхностные плены, происходящие от неровностей при застывании сплавка: Чтоб не подвергаться сомнению насчет чистоты откованных изделий, то лучше полосы предварительно обтачивать и оставлять на них знаки по которым бы можно было узнавать нижнюю и верхнюю кромку сплавка: ибо нижняя кромка всегда заключает более правильности в узорах, нежели верхняя; и потому должна поступать на лезвие изделия."

"…различие по ним степени достоинства металла требует не малой опытности. Средства к скорейшему ознакомлению с булатами заключаются, по моему мнению, 

• во-первых, в приобретении образцов или, по крайней мере, верных рисунков с узоров, бывающих на булатах; 
• во-вторых, в знании основных правил, извлеченных из опытности и из самых процессов приготовления булатов.»

"Итак, узоры в стали, медленно охлажденной, различны от узоров, происходящих от металлов, но сходны с узорами в булатах; одна только разность в величине их чрезвычайна."

"Не совсем, правда, ясно вот что. Цементит обладает высокой твёрдостью, но при комнатной температуре становится очень хрупким из-за сетчатой структуры - именно она открывает пути для распространения трещин. Тем не менее металл в булатном оружии совсем не хрупок, даже наоборот - очень вязок. Понятно, что таким он становится после ковки, когда разрушается цементитная сетка."

Тонкие волокна феррита в твердой матрице, связывают ее, придают ей прочность. Получаем железобетонный клинок, что невозможно добиться в результате выделения карбидных структур... Как не перемешивай щебень в бетоне прочностные свойства его могут улучшиться только от плотности и качества перемешки. Если щебень расположить группами это и будет брак. Тоже самое и в карбидных структурах. Улучшение может наступать только в случае изменения размера щебня или его укладки строго определенным образом, для придания неких свойств в узкой области эксплуатации. Рассмотрим аналогию. Кусочки очень твердого и хрупкого материала, склеим между собой прочным резиновым клеем. Получим гибкую и твердую полосу. Гибкость будет достигаться не за счет матрицы,а за счет прослоек. Пример из жизни , автомобильное стекло "триплекс", или если хотите пресловутый и заезженный более прочный железобетон, история создания которого, довольна интересна, хотя и в некоторой степени случайна

Если рассматривать высокоуглеродистые и железные структуры, то  сразу становится понятным деления булата по сортам в зависимости от яркости узора и фона матрицы...

... Волокно прямыми линиями выходит на плоскости  клинка, свойства такого металла различны в различных направлениях, и будут отличаться от свойств волнистого металла, который в свою очередь отколенчатого  и тд. Чем крупнее узор, тем большую площадь связывают ферритные включения. Тем прочнее металл. Чем запутаннее узор, тем меньше вероятность растрескивания. А как же рез? Если на поверхность РК выйдет тонкая ферритная полоска, то это увеличит способность к затачиванию за счет истирания более мягкой структуры, возможно увеличится прочность, а не приведет  к охрупчиванию как в карбидных булатах. Возможно что  увеличивается стойкость кромки на боковые нагрузки...

Заточить такой клинок до бритвенной остроты будет легче, и держать заточку он будет дольше за счет того же истирания мягких структур. Но важно, чтобы ферритные составляющие были чистыми и тонкими, и имели бы волокнистую структуру, или были пластинчатые. Хлопьевидные размазанные ферритные структуры не могут никак улучшить материал. 

Карбидные включения на РК не режут, а пилят материал. Процарапывают его. Никто не будет сомневаться, что рез чистоуглеродистой стали много лучше реза всяких других. Не надо его улучшать добавлением карбидов. Бритвы не делают из нержавейки и порошковых материалов. "Ферритный" булат режет не карбидами, а углеродистой матрицей. Если разобраться непредвзято, то мартенсит намного прочнее любого карбида, о нитритах и говорить не приходится, но по твердости он только чуть чуть уступает им. А влиляет ли разница в несколько едениц твердости на рез? Мы не режем закаленную сталь, материалы разрезаемые РК много меньше по твердости, этой РК. Так есть ли разница и заметна ли она будет при 64 допустим еденицах и при 70? На дереве, мясе, костях и гвоздях, этого не заметишь. Да и стойкость, прочность РК много важнее ее твердости в обычных условиях.

Наверное с теорией надо заканчивать. Можно долго рассуждать о методах плавки и форме существования феррита-цементита в матрице. Пора переходить к тестированию образцов различных структур. Пока, тот кто сумел все это дочесть до конца и не заснуть, переваривает прочитанное, я как только позволит время попробую изготовить несколько клинков разных видов булата и провести их сравнительное тестирование. Конечно это займет несколько больше времени чем написание "теории". Причем наверное надо подобрать такой "неубойный" и доступный вариант тестирования, чтобы желающие смогли его проверить на своих клинках, будь то углеродка или нержавейка.

Седьмое письмо от Ивана о булатах.

Вопрос

Попутно пришла в голову шальная мысль, когда прочитал про застывание расплава - что если попытаться как то воздействовать на это? Например магнитным полем или акустически. В состоянии неустойсевого равновесия это может как то влиять, возможно при такой моментальной кристаллизации там как в пузырьковой камере вскипание происходит по следам пролетающих элементарных частиц, так и тут кристаллизация.

Еще интересно, как вы свои булаты охаректиризуете.

Любое воздействие на застывающий расплав приведет к изменению естественного хода крисстализации. Даже вибрация тигля заставит структуры как-то измениться. Это изменение может быть большим, а может совсем незаметным. Магнитное поле? Не знаю, выше 768 по Цельсию железо становится немагнитным. Это огромное поле для исследования, так что соваться туда надо только имея необходимое оборудование и приборы. 

А мой булат, тот который был вначале и некоторые другие потом я называю диффузионным. В прослойках узора феррит вперемешку с цементитом. Вполне нормально. Очень много времени потратил на чистодендритный, трудный металл, как в ковке, так и свойства его очень капризны. То хорошо, то не очень. Эти карбидные структуры, действительно не очень подходящий материал. Если их не связать лишним ферритом, то хрупкость может увеличиться а прочность уменьшиться. Всеми способами стараюсь избежать теперь образования дендритных структур. Самый простой вариант, это тот путь, по которому шел с самого начала. но он сложнее чем варка простодендритного металла. Требуется некий опыт, чтобы получить ровную структуру по всему слитку. Да и узоры его бывают слишком грубы. Так что сейчас мучаю другие варианты. 

Еще про кристаллизацию. Посмотрите на снежинку. Всегда шесть лучей. А какие воздействия на нее оказываются? Ветер перепады температур и тд. Дело в том, что крисстал может расти толко так, как позволяет его атоммарная структура.Хотя модификаций углерода находят все больше и больше, да и иногда вместо снежинок сыплется крупа. Так что все это надо долго долго изучать.

Восьмое письмо от Ивана о булатах.

Василий, небольшое дополнение.

Как разобраться, какой узор определяет тот или иной сорт металла? Вот на фото два примера дающих наглядное представление о приемах и ковки и способе приближения узора к более высшим сортам. 

Стоит вспомнить статью Максимова о ревизии узорчатых клинков в русской кавалерии. Из 4000 тыс, 4 клинка обладали лучшими по сравнению с гомогенной сталью свойствами. Теперь же, любой клинок самого низшего сорта, но с каким нибудь узором является историческим и подлинным. Этих подлинных клинков было наклепано столько, что и позволило усомниться в достоинствах булатов дамасков как видов сталей. Говорю об этом спокойно, потому как дендритные узоры и на моих клинках не хуже тех подлинных дамасских. А у многих современных мастеров, намного получше будут. На анализы и в колеекции попадают совсем не самые ценные образцы, так что говорить булате или дамаске с дендритным узором  как о подлинном и настоящем, я бы лично поостерегся.
В дендритном слитке образуются оси первого, второго, третьего порядков. Они разные по толщине и длине. Поэтому узор на клинке будет образован этими разномастными осями. Линии составляющие узор будут разными по длине и по толщине. Узор «рябит». Второе, что расположение этих осей имеет некую характерность. Оси могут образовывать ветки, и сетки. Поэтому чтобы подогнать узор под более высший сорт, необходимо размазать, закрутить ветки так, чтобы они стали как бы хаотичные своем расположенни. Иногда удается, иногда нет. Существовали стандартные приемы ковки. Штемпельная ковка или нарезка. На фото натуральный прием нарезки и штемпельной ковки вместе взятые. Поперечные полосы нарезка, круглые –штемпель.

На высших сортах такие приемы просто не нужны. Там и так все закручено само собой. Стоит однако отделять специально сделанную нарезку, от технологической надрубки. Если сейчас такой метод расковки многими не применяется и забыт, то это только по причине тех оснащенности мастерских пневмо и мех - молотами.

Представим себе большой брусок стали и маленького кузнеца с молотком. Как вытянуть из него полосу не повредив естественного узора на стали? Если пользоваться раскатками, особыми молотками, то узор размажется, а если тянуть в полосу применяя прямую ковку, то вытянется. Для этого и существовала надрубка брусков.

Девятое письмо от Ивана о булатах.

Это новости даже для меня. Придется исправить некоторые ошибки. Только что получил результаты анализа некоторых первых образцов. Ответ Хоссома был однозначен. Это не вутц! Это материал с 1,5 % углерода и БОЛЬШИМ количеством АУСТЕНИТА который и дает картинку при полировке. Напомню. Аустенит это твердый раствор железа в углероде до 1,7%. ЗАПОМНИТЕ. В обычных сплавах устойчив только выше 723 по Цельсию. При добавке кучи легирующих( никеля, хрома,марганца и тд.) может сохраняться при комнатных температурах в смеси с мартенситом. Мелкодиспестная смесь. Можно добиться остаточного аустенита в углеродистой чистой стали энергичной закалкой. Опять в смеси. Тут же целые структуры, составляющие узор. 

Вот вам и диаграма. Аустенит не магнитен, Плотность его больше плотности любых других сотавляющих стали. Решетка куб с центрированными гранями. Свойства-умеренная твердость, пониженная упругость и значительная прочность и вязкость. Аустенитные стали используются для изготовления клапанов и прочих деталей гле нужна повышенная прочность. Аустенит в структурах, значительно лучше мягкого феррита. Все думал, как клинок с ферритными структурами будет держать удар, если при больших нагрузках, части матрицы которые он связывает будут скользить друг по другу?

По  вутцу. Аустенитные стали имеют склонность к старению. Аустенит распадается на составляющие. За 100 лет весь аустенит в клинках и слитках превратится в феррит и цементит, или перлит . Так что древних вутцев или клинокв с такой структурой быть НЕ МОЖЕТ! Теперь судите сами если допустим в начальном этапе в аустенитных структурах 1,7 углерода, а в матрице 1,6 например, то после распада получаем 1,7 + 1,6 = 3,3% углерода в слитке или клинке! Вот вам  и разгадка  ковкости высокоуглеродистых слитков. А все вутцы теперь на одно лицо?! 

Если продолжать о дендритах, то вот на фото слитки бездендритных структур. Никаких следов дендритов при полном расплаве. Полноту расплава контролировал в этих случаях специально. А на верхнем слитке, при повреждении тигля от высокой температуры, он начал оседать и плавиться, произошла утечка. Вытекший и застывший у колосников металл, хоть и имел вид «коржика» но струтуру сетки сохранил полностью. Я этот сплавок обязательно сфотографирую. То что это не дендритные оси, при равноосной структуре крисстализовавшейся в обьеме,говорит то,что сетка при переточке как слитка так и плосы остается сеткой.

Представьте себе моток проволоки запутанной в клубок, и отрежьте часть клубка. Там где проволока-дендрит расположен перепендикулярно плоскости среза будет видна точка. Где под углом к плоскости-короткая полоска. В этом случае всегда сетка. Это говорит о том, что криссталиты металла полностью покрыты (ферритом, аустенитом?). В этой структуре твердые зерна катаются как дробь в пластилине. Вот вам и ковка на холодную.Если бы я имел такую крупную карбидную сетку, то не разрушить ее ковкой и вообще отковать хоть что-то сохранив полностью, я бы не смог никогда. В другом крайнем варианте, зерна металла только чуть чуть связаны другой структурой, на полосе плоскости проявляются волнистые линии. В середине, когда криссталиты  будут покрыты на половину или чуть больше, получится лабиринтная структура из ломаных линий. Как только обточу в клинки и протестирую эти и другие виды структур, сфотографирую, как все это будет выглядеть на полированном клинке.

«Евгений КРЮЧНИКОВ, физик

Специалисты предполагают, что булат ковали в диапазоне температур от 650°С до 850°С. Тогда спрашивается: почему же европейские кузнецы не могли выковать булатные клинки из заготовок индийской стали (так называемого "вутца", или "вуца"), специально для такого оружия и сваренной? Может, потому, что они привыкли иметь дело с низкоуглеродистыми сталями, у которых высока температура плавления? Может, они пытались ковать вутц, когда металл уже был частично расплавлен? Тогда, естественно, сталь станет хрупкой. Но опять вопрос: неужели у уважающих себя мастеров кузнечного дела после первой же неудачи опустились руки? И неужели никто из них не сделал ни одной попытки проковать сталь не при белом калении, а, скажем, при нагреве заготовки до красного цвета (это примерно 850°С) или тёмно-вишнёво-красного (650°С)? Что-то не очень верится.»