Булат Damascene: Заметки Статьи

Булат — сталь со слоистой структурой

Научные исследования однозначно говорят о слоистости структуры булата. На фотографиях торцевого среза хорошо видно расположение слоев в изделии из булата и это одна из особенностей булата отличающая его от изделий из другой стали. Так же определено, что углерод присутствует в виде глобулярного цементита. Исследования состава - показывают на железо углеродистый сплав с высоким содержанием углерода с разным содержанием примесей( и это понятно, так как образцы разного периода из разных стран - разные рудные месторождения, разные производители и изготовлены по кустарной технологии), но без легирующих элементов, которые практически были недоступны и не известны в то время. Все это дает возможность говорить о особой технологии выплавки и обработки несмотря на отличия в различных образцах. Значит и относится к булату надо, как особому виду стали, а не пытаться сравнивать с изделиями современной металлургии, которая булат не может получить(да этого и не требуется) так же и с безрезультатными попытками современных мастеров получить булат переделом различных сортов современной стали, отличия получаемого металла и булата просто очевидны - другой состав, другие структуры, абсолютно другой металл, другие свойства. Нет заключений и доказательств того, что булат был кем то повторен, нет его в течении нескольких столетий и чтобы назвать булатом полученный металл - нужны хоть какие то основания, какое то соответствие. Булат это довольно конкретный исторический металл - есть образцы они исследованы и описаны , состав, структуры, микроструктуры. Есть фотографии узоров на поверхности булата которые и является результатом всей технологической цепочки - состава, плавки, обработки. Булат не надо придумывать, его уже делали до нас.

Стараясь понять и получить металл близкий к булату - прочитана практически вся доступная информация, провел около 400 плавок, это уже достаточно много и есть свои находки.

Структура булата включает в себя - волокна сплавка и поковки, дендритные образования и слоистость, измененную цементитную сетку, что и находит отображение в узоре на поверхности металла, судя по всему рисунки исторического булата более зависят от количества углерода связанного в глобулярном цементите(Fe3C) и с тем - насколько сильно выражена слоистость. Различных структур в булате может присутствовать одновременно несколько — на примере своей булатной стали SU видно: феррит, бейнит, мартенсит, глобулярный цементит, локализации примесей в одной заготовке и их может быть и больше. Факторов влияющих насколько ярко выражена слоистость, частота расположения и обьем структуры составляющей сам слой, и из чего состоит - влияет не менее двадцати или более факторов. Достаточно много уже определено, но далеко не все. Буду потихоньку разбираться — есть над чем поработать. Интересно вообще, о чем пишут статьи - люди которые ничего подобного булату и не получали, а комментируют булатных «авторитетов», выдвигают гипотезы и ищут им подтверждения, описывают процессы и дают рекомендации.

Высказывают ко мне претензии, что я отстраняю конкурентов отстаивая обязательное соответствие булата историческим образцам - извините, но о чем речь, чтобы металл назвать булатом — его и надо делать, а людей которые действительно занимаются поиском и исследованиями булата совсем немного. Совершенно ничего не имею против изготовления стали в мастерских и на металлургических комбинатах - вот только почему увидев рисунок ее надо обязательно называть булатом не понятно, так как структурировать и получить на поверхности какой то узор можно практически на любой стали, разного состава, любого метода выплавки, но совершенно понятно, что от этого она не приобретает состав и структуру булата, если изучить микроструктуру полученного, то увидим явные отличия от исторического металла.

Для того, чтобы получить представление, что же такое булат - на самом деле необходимо ознакомиться с исследованиями учёных. Д.Верховен исследование исторических образцов -

The Key Role of Impurities in Ancient Damascus Steel Blades J.D. Verhoeven, A.H. Pendray, and W.E. Dauksch

В связи с тем, что учёные делают свои собственные выводы, в зависимости от личной точки зрения, профессионализма, знаний современной и древней металлургии, своих экспериментов... то важны только результаты самих исследований, а не мнение о них. Часто встречаются противоречащие друг другу мнения, выводы. Мастера - берут за основу и ошибочные выводы учёных, изготавливают изделия в результате получают совершенно не относящиеся к булату изделия. Каждый публикует(рекламирует) своё виденье, понимание в популярных статьях и в результате искажается общественное мнение.

Владимир Югов постарался в книге описать свой взгляд на искажение, трактование разных теорий. Во многом согласен - ошибочных выводов полно.
https://drive.google.com/file/d/0BzlohpI_bW9ET2RZZ01FQlJwN1U/view?usp=sharing

Сравнение клинка П.П.Аносова

Замечательная работа - Амаглобели, Бадр Геронтьевич

https://drive.google.com/file/d/0BzlohpI_bW9ETHZWOFdsemc2LVE/view?usp=sharing

С.-Петербургский Государственный Политехнический университет
Лаборатория: Исследование и моделирование структуры
Факультет Технологий и Исследования Материалов
Кафедра: Пластическая обработка металлов
Кафедра: Пластическая обработка металлов и свойств металлических материалов
https://drive.google.com/file/d/1ncLzJA3r2mnk0nu_5zZAfjCChtQx1to3I9jwo64liQQQCu8oc_v9lYvTHnHd/view?usp=sharing

Чётко показана структура исследованных образцов.

Рентгенофлуоресцентный анализ при экспертизе и атрибуции булатного оружия

There are no translations available.

Сведения об истории, происхождении и технологии булата до сих пор предстают как фантастическая смесь древних легенд, таинственных слухов, немногочисленных научных исследований и преднамеренной дезинформации. Это, впрочем, не должно вызывать удивления, поскольку на протяжении многих столетий булатные клинки и доспехи играли роль «сверх-оружия», секреты которого тщательно охранялись.

Слово «булат» (от персидского «пулад» и арабского «аль-фулад» - оружейная сталь) вошло в русский язык в середине XV в. после возвращения из Индии русского путешественника Афанасия Никитина. До этого булат на Руси называли «красным укладом». В Европе и США булат принято называть «вутц-сталью» (Wootz Steel) или «настоящей дамасской сталью» (Genuine Damascus Steel). Последнее название возникло потому, что среди европейских оружейников долго бытовало убеждение, что дамасская сталь это всего лишь имитация, подражание «настоящему» булату.

Издавна самой главной, определяющей характеристикой булата считался его особый узор. Например, известный русский металлург П.П.Аносов так определял булат [1]: «Булатом называется сталь, имеющая узорчатую поверхность; на некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, на других – не прежде, как поверхность его подвергнется действию какой-либо слабой кислоты (вытравке)…азиатцы полагают: чем крупнее, явственнее узор, тем выше достоинство металла». На Востоке также именно по узору, в первую очередь, и судили о качестве булата, определяя цену клинка. Одной из загадок булата является чрезвычайное разнообразие узоров на булатных клинках. Однако, несмотря на это разнообразие, все типы узора булата можно разделить всего на шесть групп [2].

Самым распространенным узором булатного оружия в музейных собраниях является «сетчатый», или, как его часто называют, «персидский» узор, который украшает более 80% булатных клинков и доспехов. Этот узор образован сложным переплетением групп светлых линий, перемежающихся со структурами типа ониксов, напоминая бурный поток, стремящийся по клинку. Узор обычно светлый на сером или темно-сером фоне.

Подавляющее большинство булатного оружия с персидским узором в музейных собраниях относится к эпохе персидской династии Сефевидов (1502-1722), причем расцвет искусства булата в Индии и Персии, вероятно, пришелся на годы правления шаха Аббаса I (1587-1629) и шаха Сафи (1629-1642). К этому короткому периоду относится более 50% музейных булатных клинков. В это время столицей Персии был Исфахан, и поэтому почти 70% подписанных персидских булатных клинков носят имена мастеров Исфахана. Еще одним значительным центром производства дорогого булатного оружия был город Шираз, мастера которого оставили свои имена почти на 20% подписанных булатных клинков, хранящихся в музейных собраниях Ирана. Большинство булатных клинков из северо-западной Индии, которая вXVI-XVII вв. была вассалом Персидской империи, также украшает персидский сетчатый узор.

Интересные результаты принесли в конце ХХ в. металлографические исследования булатных клинков [3]. Оказалось, что если протравить поперечный или продольный срез булатного клинка, то вне зависимости от того каким узором он украшен, обнаружится одна и та же характерная слоистая структура. Макроструктура булатного клинка сложена регулярно чередующимися слоями достаточно однородного металла матрицы толщиной 40-120 мкм и слоями металла, обогащенного эллиптическими или почти сферическими конгломератами частиц цементита, толщиной обычно 25-60 мкм. Конгломераты цементита встречаются разной формы – от округлых диаметром 5-25 мкм до продолговатых с отношением осей 2-5. Количество цепочек конгломератов цементита, формирующих ширину высокоуглеродистого слоя в булате обычно 4-6, но может достигать 10. Микроструктура матрицы клинка чаще всего перлит, бейнит или закалочный мартенсит, в зависимости от характера заключительной термической обработки клинка. Достаточно часто встречаются и мягкие матрицы со значительным содержанием феррита. Таким образом, булат оказался двухкомпонентным железо-углеродным композитом с регулярной слоистой структурой, с плотностью обогащенных цементитом слоев 15-25 слоев на мм. Разница в содержании углерода в слоях структуры булата обычно 2-3,5% (здесь и в дальнейшем все проценты массовые), намного превышая этот показатель для типичных дамасских сталей: 0,7-1%. Соотношение объемов (или весовых частей) среднеуглеродистой (0,6-0,8% С) матрицы и металла с высоким (3-4% и более) содержанием углерода в булатах обычно 1(2):1.

Возможно, что одним из факторов, сдерживающих прогресс в исследовании булата, является давно укоренившееся, но ошибочное мнение о том, что узор на булатном клинке отражает и физико-механические характеристики, и внутреннюю макроструктуру булата. В действительности узор булатного клинка это только элегантное украшение и не слишком прочная декорация на поверхности, толщиной всего в несколько десятых долей миллиметра. Давно известно загадочное свойство булата – булатные клинки не переносят повторной ковки. Чаще всего нагретый в кузнечном горне клинок рассыпается на куски после первых же ударов молота. Если все-таки удается перековать клинок, то, увы, его красивый узор исчезает навсегда. И это не удивительно – поверхностный слой металла с узором толщиной в несколько десятых долей миллиметра за время кузнечной обработки неизбежно превращается в невзрачную окалину. При исследовании булатного оружия важно понимать, что один и тот же булатный клинок со слоистой макроструктурой описанного типа, может быть украшен совершенно разными узорами.

Таким образом, при экспертизе и атрибуции булатного оружия его узор хотя и должен приниматься во внимание, но не может служить единственным и определяющим признаком атрибуции. Изучение макроструктуры булата, к сожалению, может применяться ограниченно, так как предполагает анализ поперечного среза металла, то есть относится к «разрушающим» методам исследования. В связи с этим с начала ХХ в. особое внимание стало уделяться исследованию неразрушающими методами особенностей химического состава булата.

В 1990-е годы американские металлурги Дж.Верховен и Д.Петерсон, используя лазерную спектроскопию, провели исследование нескольких клинков из коллекции американского собирателя Лео Фигеля и опубликовали сводку всех проведенных к тому времени исследований состава булата [4]. Современные знания о химическом составе булата и его макро- и микроструктуре основаны на исследованиях всего неполного десятка клинков XVII в. Химический состав булатов оказался очень разнообразным (в %): С (1,0-1,8); S(0,001-0,015); Р (0,03-0,14); Mn (0,01-0,05); Si (0,02-0,1), остальное железо. В образцах булата нашли также небольшие количества легирующих элементов: Cu (0,03-0,18); Ni (0,01-0,09); Cr, Mo, V до 0,01.

Для разработки надежных физико-химических критериев для экспертизы и атрибуции булатного оружия необходимо значительное увеличение количества исследований химического состава булата. В нашем исследовании мы использовали три образца булатных клинков из собрания Русского географического общества: «тальвар» - вид самого распространенного в Индии в XVI-XIX вв. слегка изогнутого меча с относительно широким клинком. Шамшир столь же популярный в Индии и Персии тип боевого меча, отличающийся от тальвара большей изогнутостью и меньшей шириной клинка.

В нашей работе для исследования химического состава булатов применялся неразрушающий метод анализа, использующий сканирующий кристалл-дифракционный вакуумный рентгеновский спектрометр «СПЕКТРО-СКАН МАКС-GV», производства НПО «Спектрон» (г. Санкт-Петербург). Спектрометр позволяет определять содержания элементов от натрия до урана. Использовалась рентгеновская трубка БХВ-17 (Pd) с толщиной бериллиевого окна 0,145 мм при напряжении на аноде 40 кВ, анодный ток рентгеновской трубки 4мА. Пределы обнаружения элементов в сталях на этом спектрометре составляют: для кремния 50 ppmw, для остальных элементов 1-10 ppmw.

Для градуировки спектрометра использовались комплекты Государственных стандартных образцов (ГСО, разработка «Института стандартных образцов»

г. Екатеринбург) углеродистых и легированных сталей РГ24а-РГ31а и легированных чугунов ЧГ12а-ЧГ17а. Содержания химических элементов в этих ГСО перекрывают возможные пределы содержания элементов в булатах.

Анализ проводился с участка поверхности образца диаметром 10 мм. Исследовались как внешние поверхности клинка с узором, так и поверхности у края лезвия, где узор отсутствовал (массив булата).

Для определения углерода и серы использовался анализатор углерода и серы CS-230 фирмы «LEСO» (USA), в котором применяется сжигание металлических опилок или стружки образца в потоке кислорода в индукционной печи с последующим определением концентрации образовавшихся газов (CO2 и SO2) путем измерения поглощенной ими инфракрасной радиации.

Химический состав трех булатных клинков с персидским сетчатым узором из собрания Русского географического общества исследованных нами представлен в таблице 1.

В таблице содержание углерода в %. Содержание всех остальных элементов в «массовых частях на миллион» (ppmw), при этом 100ppmw = 0,01%. В скобках указана величина стандартного отклонения по всем исследованным клинкам (в последних цифрах среднего значения), например, обозначение для углерода 1,51 (25) означает %.

Анализ химического состава наших образцов, как и всех исследованных к настоящему времени булатов, приводит к уже отмечавшемуся в литературе заключению, что булаты содержат значительно больше углерода (1,0-1,8%), по сравнению с другими, синхронными по эпохе, оружейными сталями (0,6-1,0%). Новым результатом наших анализов химического состава булатов мы считаем открытие значимой корреляции между содержанием углерода и фосфора в булатах.

Содержание фосфора является одной из важнейших характеристик сталей. Фосфор в сталях образует стеадит – хрупкую трехкомпонентную эвтектику с низкой температурой плавления (около 970 градусов Цельсия). Концентрация фосфора свыше 0,07% значительно ухудшает физико-механические свойства сталей, повышая их хрупкость и снижая динамическую вязкость. При содержании фосфора свыше 0,15% большинство сталей становятся «красноломкими», рассыпаясь при попытке их ковать. Об этом хорошо знали опытные кузнецы, никогда не соглашавшиеся перековывать старые булатные клинки.

Таким образом, можно рекомендовать при экспертизе и атрибуции индийского и персидского булатного оружия XVII в., принимать во внимание:

Все исследованные образцы булатных клинков этой эпохи обнаруживают содержание углерода, превышающее 1%.

Содержание фосфора в булате растет с увеличением в нем концентрации углерода, возрастая на 0,02-0,03%, при увеличении содержания углерода на каждые 0,1%.

Примечания:

1. Аносов П.П. О булатах. Собрание сочинений. М., 1954. С.272.

2. Таганов И.Н., Иванов В.А., Забелин Д.П. Загадка узоров булата // Мирметалла. № 6 (33), 2006. С.64.

3. Verhoeven J.D., Peterson D.T. What Is a Damascus Stee l// Materials Characterization. № 29, 1992. Р.335.

4. Verhoeven J.D., Pendray A.H., Dauksch W.E. The Key Role of Impurities in Ancient Damascus Steel Blades //Journal of Metallurgy. № 50 (9). 1998.Р.58.

Таблица 1

Химический состав трех булатных клинков

Образец	C	P	S	Mn	Si	Cu	Ni	Cr	Mo	V	Co	Ti
Тальвар (Индия,XVII в.)	1,55 (1)	1550 (20)	60-250	170 (10)	3400 (40)	2800 (90)	1060 (20)	160 (5)	50 (20)	15 (5)	1820 (70)	40 (10)
Шамшир (Персия,XVII в.)	1,70 (1)	3130 (25)	100-900	70 (10)	8310 (70)	770 (70)	480 (20)	265 (10)	40 (20)	105 (5)	990 (60)	70 (10)
Заготовка булатного клинка тальвара (Индия,XVII в.)	1,25 (1)	1400 (20)	50-230	40 (10)	1060 (20)	780 (75)	380 (10)	150 (5)	45 (20)	80 (5)	670 (60)	30 (10)
Среднее содержание элемента	1,50 (1)	2030 (20)	265	95 (10)	4260 (50)	1450 (80)	640 (20)	190 (10)	45 (20)	70 (5)	1160 (70)	50 (10)

Б.Д.Калинин
НПО «Спектрон», Санкт-ПетербургИ.Н.ТагановРусское географическое общество, Санкт-Петербург

Сводная таблица состава булата - "ОТЧЕ НАШ" для булатоваров.

Фотография получена - http://i2.guns.ru/forums/icons/forum_pictures/004253/4253064.jpg

Для сравнения состав У8

C Si Mn Ni S P Cr Cu

0.75 - 0.84 0.17 - 0.33 0.17 - 0.33 до 0.25 до 0.028 до 0.03 до 0.2 до 0.25

Для тех кто ознакомился с данными материалами

Выводы и разного рода отступления и в таких публикациях читать вредно. Наука не все знает про булат, иначе почему он не повторенным остается и по сей день. Даже булат, как у П.П.Аносова никто не делает. Не все академики ковать умеют, честь и хвала исключениям.
В смысле - теоретические выкладки, гипотезы, ссылки на разные источники, патенты, заключения - это хорошо, но убедительным будет только практическое подтверждение - получение аналога с соответствующей макро и микро структурой.
По составу в таблице разнобой - понятно, по вредным примесям:
по сере S булат чище, по фосфору - если брать минимальное значение, то раз оно есть в таблице, его можно было добиться по древней технологии?!! P - 0.035 и это при углероде C - 1.42

Думайте - делайте.

В Индийских рудах нет вообще примесей хрома и вольфрама и судя по данным в Персидский булат, тоже не попадали легирующие элементы в значительном количестве. Только отдельные уникальные образцы, которые составляют отдельную группу и можно рассматривать, как легированную сталь - найдены в Монголии.
Получение ярко выраженной слоистой структуры - одного из основных признаков булата представляет собой, одну из основных сложностей.

А.М.Паршин, А.Н.Тихонов, Г.Г.Бондаренко, Н.Б.Кириллов

О роли равномерности распределения карбидов Fe3C в булатной стали.
Статья из кники "Радиационная повреждаемость и свойства сплавов"
-СПб.:Политехника, 1995

Кафедрой металловедения СПб ГТУ (ЛПИ) совместно с Государственным Эрмитажем проведены исследования колюще-рубящего оружия из различных кладов. В настоящей работе приводятся данные, касающиеся обоюдоострого меча из погребения в Ясинове Херсонской губернии, датируемого VII в. н. э.

Эти сведения о булатной стали полезны потому, что они дополнительно свидетельствуют о важности равномерности распада и роли распределения более прочной (карбидной) фазы в "мягкой" преимущественно ферритной матрице. Следует отметить, что вопросы железных изделий и природы булата получили достаточное освещение в отечественной и зарубежной литературе [21-31, 35-36].

Материал исследования и схема вырезки образцов. Для исследования была представлена часть клинка обоюдоострого меча, примыкавшего к рукояти. Общий вид фрагмента меча, включая место крепления рукояти, представлен на рис. 1.14. На границе "б" и "в" меч был полностью разрушен, но плотно соединяется по месту коррозионно-механического излома.

Рис.1.14

Образцы для разнообразных исследований (макро- и микроструктура, макро- и микротвердость, химический анализ, рентгеноструктурный и микрорентгеноспектральный анализы, термическая обработка и т. д.) брали из участка "г" меча (см. рис. 1.14). Для предотвращения нагрева образцы разрезали электроэрозионным методом в ванне с керосином или маслом.

Макроисследования. Представленные фрагменты меча были поражены коррозией. Кроме общей коррозии были язвы различной протяженности и глубины. Однако сквозного разъедания металла меча не было выявлено. Меч был изготовлен из металла одной плавки, т. е. был монолитным, а не сваривался кузнечной сваркой из отдельных полос металла. Монолитность меча была доказана и специальным поперечным резом. При оценке поверхности невооруженным глазом, а также при макроисследовании с помощью небольшого увеличения был обнаружен продольный узор (рис. 1.15).Этот узор похож на узоры, описанные в работах [21, 23], булатных мечей различного изготовления (рис. 1.16) [21].

Рис.1.15 Макроструктура меча (микрошлиф сделан с поверхности): направленный вдоль меча узор

Рис.1.16

Как видно из рис. 1.15 и других макроисследований, этот узор волнообразен и направлен вдоль меча, что определяется принятой операцией ковки. Исследуемое колюще-режущее оружие является обоюдоострым мечом, по-видимому, утоняющимся в конце его.

Химический анализ. Определение углерода производили на анализаторе СS-244 фирмы ЛЕКО. Из взятой стружки выполнено пять параллельных определений (при калибровке прибора по фирменному стандартному образцу стали) и четыре параллельных определения (при калибровке прибора по стандартному образцу из чугуна Ч-1А). Были получены следующие результаты: I вариант - 1.89%; II вариант - 1,91 %. Таким образом, среднее массовое содержание углерода в исследуемом мече равнялось 1,90 %, т. е. по современной классификации это заэвтектоидная сталь с весьма высоким содержанием углерода, близкая по химическому составу к обычным чугунам.

Определение легирующих элементов производили микрорентгеноспектральным анализом на установке Camebax с полированной поверхности шлифа по одиннадцати точкам, причем на каждой сканированием растром с площади 100Х100 мкм. Чувствительность прибора (масс, доли, %): молибден-0,090; титан-0,060; алюминий-0,010; кремний - 0,010; вольфрам - 0,1; железо -0,040; хром - 0,06; никель - 0,030; медь - 0,040; марганец - 0,060.

В стали почти нет легирующих элементов. Не обнаружено содержания молибдена, вольфрама, ванадия и алюминия. Максимальное содержание титана (масс, доли, %) - 0,017; кремния - 0,051; хрома -0,028; никеля-0,036; меди-0,026; марганца - 0,060. Следовательно, исследуемый меч был изготовлен из нелегированного материала. Расплавленный металл также почти не имел раскислителей: кремния, марганца и алюминия. Определение содержания серы производили по той же методике, что и углерода. Среднее содержание ее было на уровне 0,012%. Как следует из описания, исследуемый булат является высокоуглеродистой нелегированной сталью. Учитывая большой его уков (о нем свидетельствует структурная направленность в сердцевине и особенно снаружи), он довольно гомогенизирован, т. е. нет оснований полагать, что изучаемый материал относится к чугунам. Известны булат и среднеуглеродистый, и даже малоуглеродистые [21-23]. Есть булаты и легированные, но это уже специальные - конструкционные материалы.

Рентгеноструктурный анализ. Рентгеноструктурный анализ выполняли на установке ДРОН-3 с монолитного материала. Была снята рентгенограмма в диапазоне углов 23-125° непосредственно с плоскости поперечного шлифа. Этот способ не совсем точен, но и не требовалось высокочувствительного .анализа. При рентгеноструктурном анализе обнаружены только феррит, аустенит (при явном преобладании альфа железа) и карбид железа (цементит) и следы а-Fe2Оз, Количественный рентгенофазовый анализ связан с большими трудностями, вызванными наложением всех дифракционных линий феррита на дифракционные линии цементита.

При массовом содержании углерода 1,9 % с учетом того, что углерод полностью выведен из твердых растворов в виде вторичного, эвтектоидного и третичного цементита, количество цементита должно быть в пределах 28,5%. Остальная (матрица) часть исходного металла представляет собой феррит и аустенит. Рассмотрим эти составляющие более подробно. Количество аустенита в металле исследуемого меча находится на уровне 10 -15%, причем на острой части меча его меньше. Следовательно [32 ], количество остаточного аустенита есть функция содержания углерода и его должно быть больше в исследуемом материале. Известно увеличение мартенсита в аустенитной стали типа 18-8 при холодном ее деформировании или при охлаждении в азоте. В аустенитной же стали с 12 %-ным содержанием никеля (при значительном содержании углерода) мартенсит не образуется как при холодной деформации, так и при охлаждении в область низких температур. Известна и обработка холодом, при которой часть остаточного аустенита переходит в мартенсит.

Следовательно, количество остаточного аустенита - это функция не только содержания углерода, но и легирующих элементов. От соотношения элементов-ферритизаторов и элементов-аустенизаторов зависит устойчивость аустенита, а следовательно, количество остаточного аустенита. Степень же стабильности последнего определяется и режимом термической обработки.

Таким образом, булат мог быть и чисто ферритным, ферритно-мартенситным и ферритно-аустенитным с различным содержанием аустенита. В рассматриваемом материале специалист булатного производства приемами ковки и температурой ее конца, а также скоростью охлаждения после окончания ковки мог регулировать не только его фазовый состав, но и количество остаточного аустенита. Следует полагать, что вторая основная фаза анализируемого булата - феррит содержит очень мало углерода. Последними нашими работами было показано, что кроме отпуска мартенсита (постепенное снижение твердости с ростом температуры и выдержки при ней) имеется и твердение мартенсита, т. е. на стадии предвыделения цементита FeзС происходит твердение последнего [8, 15]. Общая (макро-) твердость при этом может достигать HRCэ 69,5, т. е. соизмерима с твердостью цементита HRCЭ 70 -72 [10, 33]. Показано также [8, 15], что после твердения может начаться и разупрочнение металла. Для этого требуется при низких температурах весьма большое время. Описанное выше относится к твердению мартенсита закаленной высокоуглеродистой инструментальной стали.

Следует полагать, что в изучаемом булате матрица выделит избыточный третичный цементит, ибо для этого хватает времени (10 -21x10 в шестой степени ч). Таким образом, феррит в изучаемом мече содержит очень мало углерода, по сути дела является железом. Следовательно, изучаемый материал состоит из ферритной основы (при небольшом содержании аустенита) и карбидов FeзС. Микроисследование. Предполагалось, что узор меча зависит от формы расположения цементита. Другими словами направленность цементитных частиц, определяемая умением мастера, обусловливает их расположение и форму выделений. Анализ предшествующего материала подвел к такой гипотезе, и последующие микроисследования как бы контролируются этой идеей. Но к этой идее мы подходим подробно исследуя материал в различных сечениях и направлениях.

В центре меча видна определенная направленность темных и светлых выделений в ферритно-аустенитной матрице. Если рассматривать и острую часть меча (рис. 1.17), то при увеличении 100 наблюдается больший уков, т. е. при этом уже видно, что направленность это есть расположение карбидов FeзС. На периферии более крупные карбиды, чем в центре. При большем увеличении (рис. 1.18) хорошо видны карбидные строки и между ними находятся более темные участки -вкрапления более мелких карбидов FeзС. Вид крупных карбидов FeзС, их строчечность представлены и на рис. 1.19.

Хорошо видно, что темные выделения - это более мелкие карбиды FeзС в матрице. Следовательно, по нашему мнению, узор булата формируется формой и расположением карбидов в ферритной (ферритно-аустенитной) матрице, что подтверждается вышеупомянутыми микроснимками.

На рис. 1.20 и 1.21

представлен карбидный узор в продольном направлении (вдоль меча). В зависимости от принятого увеличения наблюдаются светлые и темные выделения цементита. В центре меча уков меньше, и поэтому карбиды FeзС имеют менее выраженную направленность. Но несмотря на величину укова, нигде не было обнаружено сетки вторичных карбидов. Уместно отметить, что нигде явно не обнаруживалось и наличие не полностью рекристаллизованных зерен.

Проведенное исследование микроструктуры с учетом ранее перечисленных данных показывает, что узор булата определяется формой и расположением карбидных выделений . При просмотре нетравленого шлифа в отраженном свете (светлое поле) наблюдали мелкие включения оксидов и редкие сульфиды, беспорядочно распределенные по всей площади шлифа.

Макро- и микротвердость. Прежде чем оценить твердость исследованного булата и его структурных составляющих, рассмотрим некоторые известные данные. Из рис. 1.22

следует, что твердость низкоуглеродистого феррита соответствует НВ 80 -100 кг/мм . Твердость аустенита при комнатной температуре (аустенитные стали типа 18-8) находится на уровне 150-180 кг/мм , твердость цементита, как уже отмечалось, равна НКСЭ 70-72 (НВ 900-950). Это указывает на резкую дифференциацию структурных составляющих.

Перлит (механическая смесь феррита и цементита) имеет твердость НВ 160-300 кг/см . Для примера взят перлит эвтектоидной стали марки У8. Исходная булатная сталь имеет твердость НВ 80 -100 кг/см (рис. 1.22). Если рассматривать макротвердость, то твердости цементита (НО8000 Н/мм , крупные включения) соответствует различная микротвердость на более мелких участках (рис. 1.23).

Это указывает, что более мелкие выделения цементита при замере микротвердости продавливаются и фиксируемая твердость при это находится на уровне 2000-6000 Н/мм2 (см, рис. 1.19). В межкарбидных пространствах микротвердость определяется захватыванием карбидов. И она находится на уровне менее 2000 Н/мм2.

Таким образом, исследуемый металл весьма анизотропен как по сечению, так и в направлении ковки. При этом анизотропность свойств сильно выражена и определяется величиной деформации. Отсутствие данных по кратковременным прочностным (Сигма в; Сигма о,2) и пластическим (б, Пси) свойствам определяется техническими причинами (ограничением заказчиком количества исследуемого материала) и не дает возможности оценить вклад в их величину рассмотренных выше факторов.

Таким образом, установлено, что узор булата определяется формой и расположением цементита, т. е. уковом и способами ковки и термической обработки, определяемыми изготовителем. Механические свойства (рубящие и колющие, упругие, пластические и т. д.) определяются как степенью расположения карбидов, их формой и ориентацией, так и состоянием матрицы (ферритная, ферритно-аустенитная и т. д.). Необходимо дальнейшее исследование по структурно-физическим аспектам булатных изделий.

Но при этом уже можно отметить следующие положения. Обнаруженная "анизотропия" в некоторой мере, является ложной, ибо все карбиды, независимо от их природы, формы и размеров (округлые, пластинчатые, крупные, мелкие, вытянутые и т. д.) находятся в "мягкой" матрице. Как ранее уже было доказано, феррит булата, независимо от содержания в нем углерода, является относительно мягкой фазой по сравнению с твердой (режущей) - цементитом.

Изготовители булатного клинка это, по-видимому, хорошо знали и всегда стремились к тому, чтобы однородно распределенные твердые частицы находились в мягкой матрице. Чередование слоев с большим и меньшим содержанием высокопрочных цементитных частиц достигалось не только кузнечной сваркой пластин различного химического состава, но и применением монолитного металла, В этом случае приемами деформации обеспечивалось требуемое в контактирующих слоях (большое и малое) содержание цементита. Это, в свою очередь, обеспечивало и булатный узор.

Таким образом, исследуемую булатную сталь (как и булатный чугун) можно отнести к материалам с относительно равномерным однородным распределением в пределах слоя выделившихся частиц цементита в мягкой матрице. Но в пределах слоев будет и анизотропия, обусловленная как требованиями работоспособности, так и необходимостью получения нужного узора. Можно отметить, что в угоду получения требуемого узора карбиды перераспределялись и как бы "вытягивались" в направлении длины меча. Это нарушало однородность в распределении карбидов и, безусловно, изменяло изотропное состояние металла меча. Но требуемая величина общей пластичности такого конгломерата как необходимой и локальной пластичности сохранялась, что обеспечивало мягкую матрицу при твердых вкрапленных частицах карбидаFeзС [34]. Считаем при этом необходимым отметить, что предотвращение преждевременного хрупкого разрушения предусматривает сохранение в материале во времени необходимого запаса пластичности, позволяющего осуществить релаксацию полей напряжений от скоплений дислокаций и других несовершенств путем передачи деформации в соседний объем, а не путем образования зародыша хрупкой трещины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Паршин А. М. Структура, прочность и пластичность нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, применяемых в судостроении,- Л.: Судостроение, 1972,-288 с.
2. Станюкович А. В. Хрупкость и пластичность жаропрочных материалов.- М,: Металлургия, 1967-- 199с.
3. Масленков С. Б. Легирование и термическая обработка жаропрочных сплавов.-МиТОМ.-1977.-№ 10.-С. 15-19.
4. Лапин А. Н., Паршин А. М. Особенности структурных превращений в аустенитных хромоникелевых сплавах и влияние их на длительную пластичность//Вопр. судостроения. Сер.: Металловедение.-Л.: Судостроение.- 1978,-Вып. 27.-С. 3-13.
5. Физическое металловедение/Я. С. Уманский, Б. Н. Финкельштейн, М. Е. Блантер и др.- М.: Металлургиздат, 1977.-724 с.
6. Паршин А. М., Ушков С. С., Ярмоловнч И, И. Растрескивание титановых а + бета-сплавов при термической обработке // Технология легких сплавов. - М.: ВИЛС.-1974.-№ 1.-С. 53-59.
7. Охрупчивание к самопроизвольное растрескивание закаленного титанового а + бута-сплава при старении/И. В. Горынин, А. М. Паршин, С. С. Ушков, И. И. Ярмолович//Тр. III Междунар. конф. по титану. - М.: Мир. -1976.-С. 330-336. 40 '
8- Паршин А, М. Структура, прочность и радиационная повреждаемосгь коррозионно-стойких сталей и сплавов.- Челябинск: Металлургия, 1988.- 656 с.
9. Паршин А, М" Разуваева И. Н., Ушков С. С. Структура, прочность и пластичность дисперсионно-упрочняемого бета-сплава титана и рациональные области его использования.- Л.: ЛДНТП, 1973- 28 с.
10. Геллер ГО. А. Инструментальные стали. 5-е изд.- М,: Металлургия, 1983.-526 с. П. Гуляев А. П., Лебедева Е. А. Исследование стали марки XI2Ф. - М.: ЦБТИ, 1952.- 39 с.
12. Криштал М.А. Диффузия в металлах и сплавах//МиТОМ. - 1973.- № 3.-С. 71-78.
13. Лашко Н. Ф. Физико-химические методы фазового анализа сталей и сплавов.-М.: Металлургия, 1970.- 476 с.
14. Влияние равномерности распада твердого раствора в высокохромистой стали Х12Ф1 на комплекс свойств / Н. Б. Кириллов, Т. К. Маринец, В. В. Обу-ховский, И. А. Ординарцев // Пробл. материаловедения теплоэнергетического оборудования атомных электростанций.- Л.: ЛГТИ.- 1984.- С. 74-78.
15. Физнческие аспекты твердения мартенсита в инструментальных сталях / Ю.М, Иванов, М. А. Жукова, Е. В. Новиков, Е. 3. Степанов //Повышение качества, надежности и долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных, порошковых и инструментальных сталей и сплавов.-Л.; ЛДНТП.- 1986.- С. 41-44.
16. Медовар Б. И. Сварка жаропрочных аустенитных сталей и сплавов.-М.; Машиностроение, 1966.-429с.
17. Илиев К. Современные методы обработки высокопрочных материалов /-/ МиТОМ.-1983.-№ 10.-С. 54-58.
18. Инструментальные стали: Справ. /Л. А-Позняк, С. И. Тишаев, Ю. М. Крын-чен ко и др.-М.: Металлургия, 1977.- 168с.
19. Позняк Л. А., Скрынченко Ю. М., Тишаев С. И. Штамповые стали.- М.: Металлургия, 1980.-244 с.
20. Гуляев А. П., Малинина К. А., Саверина С. М. Инструментальные стали; Справ., 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1975,- 272 с.
21. Голиков И. Н. Дендритная ликвация в стали.- М.: Металлургиздат, 1958.- 206 с.
22. БогачевИ. Н. Секрет булата.-М.: Свердловск: Машгиз, 1957.-91 с.
23. Гуревич Ю. Г. Загадка булатного узора.- М.: Знание, 1985.- 191 с.
24. Великий русский металлург (к 100-летию со дня смерти П. П. Аносова) //Сталь.-1951.-№6.~С. 483-486.
25. Назаренко В. Р. Изучение структуры и свойств булатной стали // Литейное производство.- 1986.- № 7.- С. 4-5.
26. Перещепинский клад (к выставке Сокровища искусства Древнего Ирана, Кавказа, Средней Азии).- Л.: Государственный Эрмитаж, 1972,- 20 с.
27. Вознесенская Г. А. Техника обработки железа и стали //Т. Б. Б а р ц е в а, Г. А. Вознесенская, Е, Н. Черных// Металл Черняховской культуры.- М.: Наука, 1972-С. 8-49.
28. Колчин Б. А. Железообрабатывающее ремесло Новгорода Великого // Тр. новгородской археологической экспедиции. Под ред. А . В. А р ц и х о в с к о го, Б. А. Колчина. Т. 2.-М., Изд-во АН СССР.-1959.-С.7-120.
29. Кузнецов В. А. К вопросу о производстве стали в Алонии//Кавказ и Восточная Европа в древности.-М.: Наука, 1973.-С. 212-216,
30. Рындина Н. В. Металлография в археологии//Археология и естественные науки/Под ред. Б. А. Колчина.-М,: Наука, 1965.-С. 119-128.
31. Вознесенская Г. А. Металл троицкого городища//Археология и естественные науки/Под ред. Б. А. Ко л чина.- М.: Наука, 1965.-С. 129-138.
32. Гуляев А. П. Металловедение. Изд. 6-е. М.: Металлургия, 1986.-534 с.
33. Таран Ю. Н., Новик В. И. О микротвердости цементита//МиТОМ.- 1966.- N5 7.- С. 12-14.
34. Паршин А. М., Шевелысов В. В. Природа повышения вязколластических свойств титанового сплава ВТ22 при термоциклической обработке // Цветная металлургия.- 1989.-№3.-С. 104-109.
35. Гопак В. Д. Ковальська справа у ранних слов'ян в Середньому Поднiлров i //Археология.-София.-№ 17--1975.-С. 15-22.
36. Pieiener R. Zur Technik der Sabel aus den slawisch-awarischen Graberfeldern der Sudslowakei // Rapports du HI Congres Inlernalional d'Archeologie Slave. Bratislava 7-14-IX 1975. - T. 1.- Bratislava, 1979.- C. 625-627.

Взято у Ильи Куликова - http://www.bestbulat.ru/teh10.html

Появилась информация, что в Екатеринбурге проведены исследования металла со слоистой структурой на прочность в лаборатории испытания металлов. Результат официально не опубликован. Исследование показало, что прочность металла со слоистой структурой выше в два раза! Считаю доверять результатам можно - так как источник Буров Сергей Владимирович н.с. металловед, преподаватель Института Машиностроения и человек интересующийся темой булата, сам проводивший экспериментальные плавки.

burchitai
Moderator

"Несомненно теория и ее понимание важно!
Но для чего важно? - для правильного обоснования практики.
Следует искать разумный компромисс между теорией и практикой."
Пару фотографий своего металла -