Углеродные нанотрубки в булате

Интересная информация о исследованиях опубликована  Немец Кузя на forum.ostmeta
УНТ - углеродные нанотрубки

"Вот получил снимки электронным микроскопом своего первого "недобулата".
Хорошо видны многослойные УНТ и цементит внутри.
Первые три снимка мои. 
Следующие три проф. Пауфлера с исторического булата в бернском музее."

 "полированный и протравленный срез на снимке, это с него фотографии под электронным микроскопом. Сделаны в университете Кайзерслаутерна.
Рез еще не проверял поскольку все не соберусь рукоять сделать, хотя не жду от него ничего сверхъестественного. Это же недобулат. То есть булатизация (образование и рост УНТ) началась, но не дошла до конца если учесть, что углерода в образце 0,8%, то понятно почему УНТ так редко разбросаны по полю. Модуль Юнга в УНТ в пять раз выше чем у стали, но в этом образце их слишком мало на мой взгляд. Словом я его позиционирую как 
недобулат."

"УНТ многостенные бывают до 50 микрон, замеры показали что в моем случае они что то около 1-6 микрон.
У Пауфлера и микроскоп другой и булат другой. Снимки мной опубликованные это сильно уменьшеные вырезки с оригиналов, разумеется четкость пострадала, но оригиналы здесь на форуме не открыть, слишком тяжелые. На некоторых снимках эти трубки видны боком и я попросил сделать увеличение и с них тоже. Ждемс...
РС. На снимках поверхности расстояние между УНТ 2,8 микрон это довольно много, и значит УНТ слишком редко встречаются, чтобы оказывать какое либо серьезное влияние на свойства, хотя разница есть конечно. По поводу пор с графитом. Такую возможность я тоже рассматривал, но это слишком маловероятно по многим причинам. Первая слишком низкое содержание углерода в стали, отсутствие элементов провоцирующих графитизацию и т. д., в том числе и на снимках видны маленькие трубки которые на срезе показывают почти идеальную окружность и они полностью заполнены..."


Вот ссылка на информацию в wikipedia

Против употребления термина  "булатизация" - Булат был и может быть, разного качества и иметь разные механические свойства, но либо это булат, со своим составом и структурой, либо это "недобулат", где еще не получены нужные результаты - не произошли необходимые процессы, что и привело к получению откровенного брака.
Пока информации о УНТ в булате достаточно мало,  на моем металле такие исследования не проводили.

Направление - булат

                                                          Направление - булат

Рассказывать о том, как это делаю я, нет смысла - у каждого своя печь, а значит и температура нагрева, охлаждения, материалы для изготовления печи и тигля, используются различные  компоненты, да и понятие процесса, и виденье - что такое сам булат, разное!  Для начала знакомимся с имеющимися в распоряжении исследованиями ученых о составе и структуре - информацию надо искать и анализировать.
Кремний и сера располагается отдельными включениями, и являются крайне нежелательными (потеря прочности и ковкости) - в исторических образцах мы видим низкое содержание этих элементов. Проведя достаточное количество экспериментов, можно рассмотреть примерно 6-7 фаз плавки, отличающихся друг от друга. В процессе работы, ориентируясь по результатам плавки, надо определять в какой фазе закончили плавку, так можно  точно понять достаточной ли была выбрана длительность и температура процесса. В результате плавки должен получиться по возможности более чистый (= качественный) металл.  Исторически в тигель не могли попадать чистые элементы, обычно в природе они встречаются в виде достаточно сложных соединений – оксидов и гидроксидов. В результате плавки происходит восстановление, очистка железа и насыщение его углеродом.  Разные элементы, присутствуя в шихте, по-разному влияют на протекание плавки - раскисляют металл,  участвуют в процессе дегазации, взаимодействуют с вредными примесями, способствуя их удалению, взаимодействуют со стенками тигля.  Видимо,  достаточно - всего несколько,  природных компонентов для изготовления металла близкого к булату по составу и структуре, древний металлургический процесс, не мог быть  сложным . Не нашел ни одного лишнего элемента (группы элементов) в используемых компонентах - каждый выполняет свою функцию, но пока рано делать окончательные выводы. Работа продолжается. Варить булат можно и из любого железа, не имеющего вредных примесей (включая и легирующие элементы), но, внося дополнительные, которые позволят правильно протекать необходимым процессам. Путь восстановления, повторения древней технологии получения булата вполне может оказаться самым коротким.  Все что мы вносим в шихту - с чем контактирует металл, температура и время, вибрации, а так же и технология обработки - практически все влияет на результат.  Как провести дегазацию, как удалить вредные примеси, как получить необходимые структуры, решалось на уровне имеющихся тогда технологий и материалов, и решалось удачно - на уровне результатов современной металлургии.  Булат не супер металл, но это совсем другая металлургия  и результат - дендритная, структурированная, слоистая сталь - булат.
Сейчас делают дамаск из пакетов современного металла, и получают слоистый композит. Конечно, по составу и свойствам он отличается от исторического, но технология кузнечной сварки и структура имеет аналогию с историческими изделиями. В булате такая возможность подмены состава практически исключается, так как и от состава зависит результат - получаемая структура. Гораздо легче и проще изготовить подделку, чем получить  булат.

В булате много интересного, если рассматривать различия в кристаллизации, строение сплавка - возможно сложнее, чем кажется, создание и строение структур поковки, но до этого сначала, надо увидеть различия между - современными методами производства стали и тигельной технологией.  Почему П.П.Аносов решил, что не надо добавлять легирующие элементы - были причины или ошибся? Почему кажется, что от метода получения стали, так мало зависит - если даже плавка от плавки сейчас имеют различия, а исходные материалы заменить, изменить время и температуру... не разливать... и наконец ковать - аналогия ну никакая - металл некоторое время находился в жидкой фазе, медленная кристаллизация.... Как и что представляют из себя структуры образованные легированным цементитом в отличии от карбидов железа в железе - они имеют другую геометрию и свойства и сильно влияют на свойства полученного метала, повторяя и фиксируя структуру созданную при дендритной кристаллизации, при горячем деформировании(при повышенных температурах) растягиваясь(образуя) в волокна. Что дают такие структуры и дают они прирост или снижение определенных свойств? Почему есть уверенность, что структура(явно) отличная от булатной по составу, геометрии и свойствам - должна добавить механическим и каким именно свойствам, а не отнять? Кто испытал к чему приводят такие изменения - П.П. Аносов свое мнение высказал,по поводу легирования или здесь тоже ошибка?. Я рассмотрел, как происходит разрушение при превышении критической нагрузки(в структурированном металле с незначительным количеством хрома(и не только) - содержание углерода и твердость испытывались в разных вариантах и получил результаты которые меня не обрадовали. Сначала структура накапливает напряжения, а потом все разносит в "вдребезги и пополам" или приходится изготавливать клинок с низким содержанием углерода с низкой твердостью... Говорить о булате можно - только тогда, когда речь не идет о принципиально другом металле - современной структурированной стали. Большое дело сделать хорошую сталь - но это не просто(мягко сказано). Почему все думают, что переварив сталь - получат сразу выше свойства? И сразу булат? Как раз испортить - всегда проще. Если не испортил - уже хорошо, а улучшить - так это проверить надо - на копре. Смысл переварить сталь и получить ниже свойства, чем исходник? Может нарисовать рисунок поверх - окажется лучше в таком случае. Все надо проверять, сравнивать доказывать.

По составу у булата нет значительного количества примесей и нет шлаков. Если же мы видим следы дендритов, цементитной сетки(дендритная структура) - стоит предположить, присутствие химической неоднородности по примесям, это не локальные незначительные включения, это структура состоящая из чужеродных для железа веществ (содержит шлак, так же и избыточный углерод - графит, цементит, вредные примеси - включая легирующие - весе инородное - весь мусор)значительно уступая по прочности чистым, дендритным образованиям (матрица).
 Значит - такая структура достаточно сильно повлияют, в результате, на прочность всей стали - сильно понизив сопротивление нагрузкам. К таким структурированным металлам - сталям и относятся, практически все современные попытки получить булат - то, что за него выдают сейчас. Соответственно, это не может быть качественным металлом.
  В булате нет видимой(ярко выраженной) неоднородности по примесям, а есть неоднородность по углероду - та самая слоистая структура, которая и есть отличающей особенностью этой стали и именно благодаря которой теоретически и можно получить прирост свойств( в первую очередь прочность) - ну и в результате чего, в конце концов, мы и наблюдаем особый узор на поверхности стали.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

Тестирование слоистого металла или булата у Виктора Реминного

Виктор проделал большую работу по сравнительному тестированию ножей на канате с замером усилия реза.  Более двадцати ножей из разных сталей от 5-6 мастеров.  Есть добро только на публикацию результатов изделий из моего металла. Несмотря на это думаю, можно   сказать, что результаты показанные булатом вполне отвечают результатам ножей из современных сталей участвующих в этом тестировании. В связи с условиями проведения сравнительных тестов результаты сложно сопоставлять с результатами иных подобных тестов, но положительный момент, что тест проводился одним человеком и это должно было привести к меньшим погрешностям - одинаковый подход ко всем тестируемым ножам.












У металла - который изготовил есть свои существенные отличия - в большинстве случаев, более быстрая потеря первичной остроты, но качественная сталь имеющая слоистую структуру может при дальнейшем использовании достаточно продолжительно  резать. Эти результаты еще можно существенно улучшить(есть резерв). Пока металл не имеет полной идентичности с древним булатом - мое мнение. Два лучших результата - это интересно, принадлежат совершенно разным образцам:  первый - мартенсит, бейнит и феррит
                                                      второй - перлит и феррит с высоким содержанием карбидов.
Как и предполагалось - можно резать, как  твердым мартенситом, так и слоями с высоким содержанием карбидов и получать сравнимые результаты.

Вот и сравнение  с другими образцами.

Добавили  У10 

Кричное железо

Нравится такая форма топора - очень правильная. Топор из кричного железа с приваренным лезвием.










Крица из раскопок древней кузни 2.5 кг












Посмотрел на готовую поверхность булата сваренного из кричного железа - эта фотография отображает, где то треть действительности.  Травление в лаборатории азотной кислотой дало сине-голубой рисунок.
Сейчас на поверхности рисунок полученный без травления, но визуально - я бы сказал, что травление есть и достаточно сильное.
Присутствует три рисунка одновременно.
Все описывать больше - не буду, надо просто видеть. Этот образец меня удивил.

Булат - однозначно!

       
            Исследование полученного булата из кричного железа (ориентировочно 15 век)

 Вид "с обуха"

х100 слоистое расположение феррита и перлита

 х400 слои

 х1000 феррит упрочнен карбидами железа (цементитом)

Вид "с плоскости клинка"

  х 100

 светлые участки феррит с карбидами, тёмные участки - перлит с карбидами, в феррите присутствуют вытянутые в процессе деформации сульфиды

 х1000 размер карбидов в феррите колеблется от 0,5 до 3 мкм, что неплохо для получения высокой остроты

 х1000 размер карбидов в перлите колеблется от 0,7 до 1,2 мкм, в данном случае перлит не чистый, ибо в его состав входит некоторое количество феррита

Булат из руды

Мы - я и Виктор накопали руды. Прямо на садовом участке!



Фото замученного рудокопа.







В результате четырех плавок получено 150 грамм железной губки - Ура!!! Из 15-20 кг руды - кошмар!
Руда очень бедная потрачено время, уголь, но приобретен некоторый опыт.




   С чего началось - оказался под рукой металл с раскопок - серп, гвозди ножи и всякая плохо сохранившаяся ерунда с поселения периода 10-12 века.
  Удалось восстановить 300 грамм из 600 загруженных в тигель. Посмотрел, а полученный металл сильно отличается от плавок сделанных из современного. Позже - сделаю фотографию и добавлю сюда.
   Сейчас экспериментирую по восстановлению железа из руды. Выясняю какая руда более подходит.
 Пока точно не ясно получение булата из руды, это двух или трех этапный процесс, но предполагаю,  что не менее - чем двух этапный.

 10-12  век  По сколам(интересно) и искре это чугун. Это в первый раз вижу, что получен чугун.

Первые пробы получения крицы - с результатами этой плавки пока разбираюсь.
Температура в печи была  приблизительно
 - 1500 градусов. Не так, это и просто.
Если есть опыт, знание процесса прошу - поделиться наработками, советом.





Полученная железная губка 150 грамм.













Видимо - магнитный железняк. Есть кусок порядка 3 кг. Магнит притягивается. Надо сделать пробную плавку.
Вот приходится учится.

С Праздником !!!

Воскресе́ние Христо́во (греч. Ἡ Ανάστασις τοῦ Ἰησοῦ Χριστοῦ)

           Христос воскресе!

Всем - мира и благополучия!             Здоровья! Улыбок!
Праздничного настроения!   
                                                                                                                         
                                                                                                                                        Станислав                                                                                                                                                                                                                              

Булат SUB

   Еще один шаг к булату.
Относительно внесения углерода  SU+ на 1% чем просто в SU, а в SUB на 1.5%. Я знал, что смогу добавить углерода до 2% и без особых проблем. Единственно, что при этом - получалась структура менее ярко выражена, но теперь больше опыта и узор, как и обычно  рельефный, слоистая структура. Хоть травиться и не так контрастно. Должен был добавлять углерод после исследования - так как его уровень оказался ниже, чем предполагалось. Постарался получить троститную матрицу с большим количеством карбидов железа, прочность металла замечательная - при следующем исследовании посмотрим результаты металлографии. Вот самое интересное и главное, это способ очистки плавкой и кристаллизацией - здесь результат не полный, у древних булат был чище по примесям, а значит его можно получать более качественным. Надо над этим работать - основное понятно, это должно быть настолько же просто, как и сам булат.
  Качественный металл куется лучше и в результате получаем выше свойства. Форма вутца подсказала состав шихты, а  сегодня получил интересный сплавок на котором искра в  выхлопе печи, говорящая о происходящих процессах  и вид застывшей поверхности говорит о соответствии друг другу и в то же время имеет характерные отличия от современных сплавков, связано это и с очисткой - все  четко  взаимосвязано. Вот это для меня классная подсказка. Наверно двигаюсь правильно. Так и должно быть, состав - процесс плавки, кристаллизации   -  обработка, тогда и получим булат, но только в случае когда все будет четко соответствовать.

Рисунок на высоко углеродистом металле.
Это и не сталь, и не чугун - булат
наверно.

Если посмотреть "в живую" то впечатление будет еще лучше. Это удалось подобрать режимы закалки и получить высоко углеродистый металл уже с заметной пластической деформацией.









Отработанные тигли и детали печи - отходы производства остаются в приличном количестве - раньше улицы мостили в поселках где варили булат.

Результаты металлографии

После долгого затишья решил оживить блог, и написать.
Недавно приятель по моей просьбе выполнил металлографический анализ металла от Станислава. Результат очень интересен. Итак, металл слоистый. На фото с желтым оттенком картинка с обуха. Увеличение х 400. Тёмная матричная фаза - квазиэвтектоид с содержанием углерода около 0,9%, светлая фаза - феррит (содержание углерода меньше 0,05%). Соотношение феррита и квазиэвтектоида примерно 50:50, значит среднее содержание углерода около 0,45-0,5%.

Причем определялась и микротвердость - светлая составляющая (феррит) с твёрдостью около 25 НRC (221-239HV - твердость по Виккерсу), матрица имеет твёрдость около 52 HRC (579 HV). Самое интересное в том, что теоретически феррит должен иметь твердость порядка 16  НRC. Налицо уплотнение в следствие ковки. Это именно тот случай когда ковка улучшает свойства металла.

На следующей фото (вид с обуха х 1000) видно соединения серы, и расположены они в феррите, что характерно для нелегированных сталей. Мелкие сферические образования в темной фазе - карбиды железа, размером около 1 микрона!

И собственно то, чем клинок режет - фото с плоскости примыкающей к режущей кромке -  бейнито-мартенсит, х 1000. Это структуры, которые являются наилучшими, если не сказать идеальными для реза и одновременно прочности.
Несомненно, этот металл булат, но называть его историческим еще нельзя. По своим потенциальным свойствам он был бы оптимален на длинномере - сломать его без специальных приспособлений практически нереально. А самое странное и, казалось бы, нелогичное, в том, что клинок при твердости 52  НRC царапает стекло (с твердостью не менее 60 НRC)!
Признаюсь, сам я не имею специального образования, потому с интересом ознакомлюсь с мнением знающих читателей:-)

Претензия по качеству заготовки

 Изготовление заготовки полностью ручная работа и конечно возможны разные нюансы.
Заготовка откованная по контуру с минимальными припусками может, что не все дефекты ковочной фактуры  и мелкие дефекты поверхности убраны абразивной обработкой, но это лишь заготовка и будет подвергаться дальнейшей обработке - поэтому видя, что оставшиеся погрешности будут выведены в процессе изготовления и не будут влиять на качество готового изделия - могу пропустить, оставить. Да и работаю я уже в очках - зрение начинает садится, но вдвойне
неприятно, когда выставляется претензия - при том, что я гарантировал, что здесь нет трещины, а потом после сделки, на следующий день заявляется, что спорить с заказчиком не будем и заготовку меняют на другую, даже не проверив - просто утверждая, что здесь трещина на половину заготовки. Короче остается осадок от  таких моментов. На фотографии плоскость - вид после неудачного травления(заготовки слиплись и отпечатался след на плоскостях), которое я делал лишь для увеличения контрастности рисунка металла - для себя, только - что бы рассмотреть структуру заготовки. Фото после повторной обработки поверхности -  не вижу я здесь трещин, да и сложно сделать трещину на булате. Заготовка мне нравится, сделана направленная структура металла, для образования заданной микро пилы выходящей на Р.К.. Может захотелось -  взять другую заготовку по форме? Тогда можно просто сказать об этом и без проблем поменяю или изготовлю такую, как хочется!

Излом поковки

Этот кусочек из зоны приваренной ручки к полосе булатной стали, электросваркой.  На фотографии видно зону сварочного шва - выше верхней красной линии и хорошо заметна разница в структуре металла шва и булата. Приблизительно так же выглядит разница между структурой поковок из современного металла и булата. На изломе булатной части металла различимы признаки слоистости, заметна дендритность строения стали - ярко выражена неоднородность. Интересно - полоса звонкая, прочная, мягкая, напильник  берет слабо, нагрузка на изгиб показывает приличную зону упругой деформации. 

Булатная сталь SU для Томска - заготовки

 С удовольствием и желанием - выполняю заказ c Томского форума, там еще не покупали моих заготовок. Стараюсь восстановить здоровье, силы - свою рабочую форму и хожу в мастерскую, хоть дается работа не просто. Фото полосы после пяти дней ковки - 700грамм сплавка.  Вот еще  10-15 сантиметров в длину оттяну и начну формировать заготовки.

 Продолжаю - публикацию по заказу и специально - для Томского ножевого форума.

Начал формировать заготовки. Результатом доволен - довольно не просто правильно отмерять из полосы кусок металла необходимого для изготовления заготовки правильной по размеру. Имея 700 грамм металла хочу получить 5 заготовок !!! в размер 110мм - по длине. Получилось даже с запасом - в условиях жесткой экономии дорогого металла - на хвостовик использовано,  даже больше металла, чем необходимо, была возможность переместить его на само лезвие - увеличив его размер. Стараюсь изготовить заготовки - максимально близкие по форме,

размеру - потому  и оставил - более широкий хвостовик, что позволит лучше подогнать его для всадного монтажа, не изменяя размеров лезвия. Так как стараюсь не только экономить металл, но и использовать технологию - максимально приближенную к исторической, то полоса не разрезается, а рубится - на фото видно место рассечения полосы.
 Готов - прямо здесь в комментариях вести диалог или говорить по скайпу, что более удобно, чем стучать по клавишам - для желающих получить дополнительную информацию.

Планирую разместить здесь и фотографии - всех заготовок полученных из этой полосы.


 Пока публикую 3 заготовки,  вчера выбило из колеи - мою машину толкнули сзади в бампер, когда ехал на запланированную встречу, да и  вообще не очень хорошо было, после бессонной ночи.




 Вот уже все 5 шт. -  получились. Теперь предварительная обдирка плоскостей и закалка, потом травлю и смотрю, что вышло.

Сейчас болею

Обследовался и получил кучу назначений - немного надо подлечиться, у жены воспаление легких - в больнице. Разберусь немного с этим и начну работать. Для заказа заготовки - лучше написать на почту. Поговорить - по скайпу - всем отвечаю на звонки. 

Рисунок булата

Недавно закончил очередной клинок от Станислава, хочу поделиться впечатлениями. Металл твердый, напильнику не поддавался, слесарил на шлифмашине лентами от Р40 до Р240. Потом вручную до Р2500 с маслом (без масла наждачка забивается через несколько проходов). Рисунок просматривался постоянно. Наиболее чист и контрастен он после шлифовки и полировки поперек клинка. При машинной обработке лента дает чрезвычайно пушистую искру желтого цвета, что свидетельствует о высоком содержании углерода и отсутствии легирующих элементов. Забавно, но у меня загорелся и пришел в негодность мешок-пылесборник шлифмашины, пришлось от него отказаться и поставить коробку- пылеуловитель.

На фото металл до травления. Прошу прощения за не вполне удачные ракурсы, изначально фото планировались для демонстрации подгонки больстера (дамаск от Петра Федоряки). Фото сделаны при дневном освещении.

Небольшой отдых

Уезжаю в отпуск, меня не будет в Киеве до 8 августа. 

Булат - рубка трубочек

Булатный нож из 70В - неплохо справляется с рубкой бумаги при хорошей заточке. Ветер и трубочки упали - при съемке в домашних условиях остаются стоять.

Косой.

Снимок  при прямом солнечном свете -

Булат SU Елочка

Узор на заготовке. На солнышке - более живая фотография.

Куется булат не просто - пока из 700 грамм  получится отковать полосу, приходится поработать.

Без закалки - после наковальни, оставляет матовость на стекле.