Загадки узоров.
ЗЫ -
Картинки лишь разбавляют текст и, если есть несоответствия, знатоки, сильно не напрягайтесь.
ЗЫ-
мнооога букав...
Во второй половине I тысячелетия до нашей эры железо знали уже многие страны и народы. Из него изготовляли плуг и топор, кинжал и меч. Оружейники старались сделать кинжалы, мечи прочными и упругими, твердыми и острыми. В древности это лучше всего удавалось мастерам Индии.
В конце IV века до нашей эры Александр Македонский во главе большого войска отправился завоевывать Индию. Через Месопотамию (Ирак) и территорию современного Афганистана он проник в северо-западную часть «Страны чудес». Там на реке Гидаспу, северном притоке Инда, его поджидал со своим войском индийский царь Пор. Разыгралась кровопролитная битва, в которой индийские войска были полностью разгромлены.
Царь Пор сражался как отважный воин, он был ранен в правое, не закрытое панцирем плечо и попал в плен. К изумлению македонцев, огромный панцирь, защищавший тело царя, совершенно не был поврежден стрелами и дротиками, на нем не было обнаружено ни царапин, ни вмятин. Он был сделан из необыкновенного по крепости и твердости железа. Из подобного железа были изготовлены и широкие индийские мечи, длиной «не меньше трех локтей», которые в битве воины поднимали для удара двумя руками. Эти мечи легко рассекали пополам македонское железо. По свидетельству историков, древнее европейское железное оружие было настолько мягкое, что после двух-трех ударов уже гнулось, и воины вынуждены были отходить, чтобы выпрямить клинок. Естественно, что индийские мечи для македонцев казались чудом…
Но еще больше досаждало им неведомое, страшное оружие, которое индийцы называли «чакра». Оно представляло собой тяжелое плоское стальное кольцо, похожее на бублик с плоской внешней кромкой. Кромка эта заточена до остроты лезвия бритвы. Индийский воин раскручивал чакру на двух пальцах и швырял во врага. Вращаясь со страшной скоростью в горизонтальной плоскости на уровне шеи, чакра срезала головы македонцев, как коса головки цветов. Так европейцы впервые встретились с необыкновенной индийской сталью, которая впоследствии стала широко известна в странах Ближнего Востока и Европы.
Задолго до описанного события с Гималайских гор в Пенджаб (древнейшее княжество в Индии) спустилась каста кузнецов, хорошо знающих железное дело и умеющих изготовлять железное оружие с необычайными для того времени свойствами. Из Пенджаба индийское железо и способы его обработки распространились в Сиам и Японию.
Аристотель упоминает индийскую сталь, называя ее «феррум-кандидум» («белое железо»). «Белое железо» очень высоко ценилось и продавалось в виде небольших круглых лепешек, разрезанных пополам. Такие половинки позже начали называть «вутцами». Вутцы хорошо ковались, обрабатывались, полировались. Из одного вутца получался один меч или кинжал.
Древние мастера тщательно скрывали секрет изготовления необыкновенного металла, передавая его своим сыновьям лишь на смертном одре. В древнеиндийских эпосах «Махабхарата» и «Рамаяна» упоминаются тяжелые железные мечи, но об их внешнем виде и свойствах ничего не сказано. Фирдоуси, Низами и Шота Руставели часто рассказывают об оружии своих героев, но ни словом не упоминают о том, где и как оно сделано.
В VII–XII веках ковались самые лучшие клинки. Но вместо способов их производства древние манускрипты оставили нам лишь рассказы об обрядах, которые обязательно предшествовали работе мастеров. Искусство оружейника, замечал известный специалист по истории оружия В. В. Арент, в древности считалось унаследованным от богов и героев. Без помощи богов мастер меча работать не мог. Он готовился к работе, как к подвигу. Только полная чистота души и тела могла обеспечить выделку идеального клинка. Молитва, абсолютное воздержание от горячительных напитков, мяса и рыбы, отдаление от жены, которой вообще было запрещено переступать порог кузницы, многократные омовения — вот не полный перечень правил, которым должен был следовать оружейник. Мастер работал в парадной одежде. Над наковальней были укреплены изображения божеств, благословляющих место высокого служения.
Кузнец начинает работу, и пять мистических элементов приходят в таинственное взаимодействие: пламя, металл, вода, дерево (уголь) и земля (глина). Месяцами, а иногда и годами длилась работа над одним клинком. Малейшее отступление от предписаний — и клинок погиб, весь этот адский труд шел прахом.
Многие народы в древности обожествляли свое оружие. В IV веке до нашей эры скифы, например, поклонялись мечу, приносили ему жертвы. У германцев было в обычае давать имя прославленному клинку. Мусульмане входили в кузницу, как в мечеть — обязательно с левой ноги.
В пантеоне абхазских языческих богов вслед за высшим богом Анувалу почитался покровитель кузнечного ремесла Шашвы. Даже после того как абхазцы стали православными христианами или мусульманами, культ Шашвы оставался в силе. Кузница считалась святилищем, а наковальня — алтарем. Если на народной сходке кого-либо подозревали в нечестном поступке, то его приводили в кузницу, где он при всех давал клятву чести. Подозреваемый брал молот, бил им по наковальне и говорил: «Клянусь этой святыней, если я виновен и, несмотря на это, произнес ложную клятву, пусть Шашвы разобьет молотом мою голову на десять частей». Кузнец у абхазцев становился жрецом Шашвы.
У других народов таинственная власть кузнеца над металлом считалась колдовством. В некоторых языках работа кузнеца называется тем же словом, что и чары. А кто-то был уверен, что здесь не обходится без нечистой силы: «Умудряет бог слепца, а черт — кузнеца».
Меч — основное оружие ближнего боя, которое употреблялось в древности и в средние века. Он состоял из клинка, имеющего одно или два лезвия, и рукоять. Рукоять почти всегда отделялась от клинка перекрестьем и оканчивалась навершием. Обычная длина меча 80–100 см, ширина клинка у перекрестья 5–6 см, а толщина около 4 мм. Весил меч 1,2–1,8 кг. Более древние мечи имели ровный широкий клинок, закругленный к концу, и являлись только рубящим оружием. Мечи Х—XII веков с заостренными концами и слегка сужающимися книзу клинками имели значение не только рубящего, но и колющего оружия, поэтому вдоль полотна на обеих поверхностях клинка делались долы (желобки). Они уменьшали вес меча и придавали сечению клинка форму, способствующую проникновению лезвия в тело. Дол занимал от одной третьей до одной второй ширины клинка.
Упоминание о мече как о колющем и рубящем оружии часто встречается в древней литературе. Так, Фирдоуси в «Шах-Наме», рассказывая о пятом подвиге Исфандиара, пишет:
И грудь Симурга те мечи пронзили,
И крови бурные ключи забили.
В более позднее время в связи с ростом конного войска меч вытесняется палашом и саблей. Палаш — тип холодного оружия, наиболее близкий к мечу. Клинки палашей сначала делались также широкими, обоюдоострыми, а позднее — однолезвийными, с обухом. Хорошо сохранился палаш князя Михаила Васильевича Скопина-Шуйского (конец XVI — начало XVII века), который относят к самым ранним. Клинок палаша прямой, обоюдоострый, гладкий. Рукоять наклонная, крестовина с опущенными к лезвиям концами имеет еще перекрестье.
Сабля являлась самым распространенным видом рубящего и колющего холодного оружия. На Руси сабля стала известна гораздо раньше, чем ее узнала Западная Европа, где до XV века включительно главным холодным оружием оставался меч. Сабля имела преимущество перед мечом в том, что ее клинок изогнутой формы обеспечивал большую площадь поражения.
Клинки мечей и сабель делались из железа или стали. Перекрестье, навершия и рукояти украшались бронзой, серебром, золотом и драгоценными камнями. Но не в украшениях была главная ценность оружия, а в качестве железа, из которого оно было сделано. Как следует из одного документа VI века, король остготов Теодорих Великий, благодаря вождя гварнеров Тразамунда за присланные мечи, утверждал, что «мечи эти разрубают даже доспехи и более дороги качеством железа, чем ценностью золота». Недаром древняя русская поговорка гласит: «При рати железо дороже золота».
В начале второго тысячелетия в Индии побывал выдающийся ученый Хорезма Аль-Бируни (973–1048). Производством лучших сортов вутца славился в то время город Герат, расположенный на северо-западе нынешнего Афганистана. Аль-Бируни был удивлен чрезвычайно высокой стоимостью мечей из индийской стали. Если на таком мече были изображены животные или деревья, то стоимость меча была равна стоимости хорошего слона; если же на нем был изображен человек, то стоимость меча была еще выше. За такой меч давали табуны лошадей, горсть золота и даже «полцарства», и древние считали, что меч этого стоит.
В более поздние времена оружие из индийской стали тоже стоило очень дорого. Известно, например, что эмир Синдского княжества в Индии владел индийской саблей, которую он отказался продать за 900 фунтов стерлингов, что соответствует примерно 9000 рублей золотом.
«Никогда не будет народа, который лучше разбирался бы в отдельных видах мечей и в их названиях, чем жители Индии!» — писал Аль-Бируни. Он также поведал, что клинки в Индии делались разных цветов. Мечи, например, изготовлялись зелеными, синими, могли они и иметь узор, напоминающий рисунок на ткани. Индийская сталь отличалась узорами, которые хорошо были видны на клинке.
А свойствами клинки обладали действительно удивительными. Будучи твердыми и прочными, они одновременно обладали большой упругостью и вязкостью. Клинки перерубали железные гвозди и в то же время свободно сгибались в дугу. Нет ничего удивительного в том, что индийские мечи крошили европейские, которые в древности часто делались из недостаточно упругих и мягких низкоуглеродистых сортов стали.
Лезвие индийского клинка после заточки приобретало необыкновенно высокие режущие способности. Хороший клинок легко перерезал в воздухе газовый платок, в то время как даже современные клинки из самой лучшей стали могут перерезать только плотные виды шелковых тканей. Правда, и обычный стальной клинок можно закалить до твердости вутца, но он будет хрупким, как стекло, и разлетится на куски при первом же ударе. Поэтому позднее, когда европейские сабли начали изготовлять из прочных и твердых сортов углеродистых сталей, они ломались при ударе индийского оружия.
Длительное время не было холодного оружия, которое могло бы конкурировать с индийским вутцом. Недаром долго бытовала поговорка: «В Индию с железом», подобно тому, как позднее говорили: «В Тулу со своим самоваром».
После похода Александра Македонского индийские способы производства вутца — а в древности «Индией» в Европе называли все азиатские страны за Гималаями — распространяются в Сирию, Аравию и другие области Средней Азии. Крупнейшим центром производства индийской стали и оружия из нее становится город Дамаск (Сирия), куда македонцы вывозили всех мастеров, которых только могли найти в странах Востока. Из Дамаска через Персию (Иран) вутцы доставлялись в Европу.
В Иране железо знали давно и называли его «пулад». В Индии железный век начался только на рубеже VIII и VII веков до нашей эры; между тем на Переднем Востоке и в Закавказье переход к массовому железному производству произошел на 400–500 лет раньше. Одни из железоделательных центров здесь охватывал части современных Турции, Армении, Грузии и Ирана. В XII–XI веках до нашей эры в этом районе находилась древняя страна Пулуади. По мнению академика АН Грузинской ССР Г. А. Меликишвили, с нею связаны названия стали в ряде восточных языков. Отсюда и второе название индийского вутца — «пулад». От этого слова исходит русское слово «булат», которое и закрепилось за индийской сталью. Мечи, кинжалы, сабли и ножи из нее часто называли «булатами».
Булат различали с давних пор по ряду внешних признаков. При оценке качества булатного оружия большую роль играл рисунок на клинке. В узоре имели значение форма, величина и цвет основного металла (фона).
По форме узор подразделяли на полосатый, струйчатый, волнистый, сетчатый и коленчатый. Полосатый узор состоял из прямых линий, почти параллельных между собой. Булат с таким узором ценился менее всего. Когда между прямыми линиями попадались изогнутые, узор называли струйчатым — это был признак более высокого качества булата. Изогнутые линии составляли основу узора волнистого булата. А если прямые линии были очень короткими, а изогнутые сплетались в пряди, которые располагались между прямыми, булат называли сетчатым. Волнистые и сетчатые узоры гарантировали булату высокое качество. Но еще выше ценился коленчатый булат. Узор на таком клинке располагался во всю его ширину также прядями, но в виде поперечных поясков, непрерывно повторяющихся по всей длине клинка.
По величине узор делили на три вида: крупный, средний и мелкий. Крупный узор достигал 10–12 мм, величину его сравнивали с нотными знаками. Он был признаком булата высшего качества. Средним называли узор, соответствующий буквам в рукописи того времени (4–6 мм). Если узор был совсем мелким (1–2 мм), но все же заметен невооруженным глазом, то это указывало на то, что сталь булатная, но качество ее невысокое.
Узор всегда был светлее фона, или грунта, как тогда его называли. По грунту различали три рода булатов: серые, бурые и черные. Сам узор мог быть белым или светло-серым, блестящим или матовым. Чем темнее грунт и чем выпуклее и белее на нем узор, тем больше ценился булат. Знатоки еще отличали булаты по отливу грунта при отражении клинком падающих на него лучей света. Одни булаты совсем не имели отлива, другие отливали красноватым или золотистым цветом.
В древности каждый мастер, умеющий делать булат, приготовлял его по способу, только одному ему известному. Поэтому булаты, изготовленные в разных странах, имели и различные свойства. Поскольку булаты обычно получали название по местности, где они были изготовлены, мы сегодня можем определить, где именно умели делать узорчатую сталь. Например, сирийские булаты нейрис и шам (Шам — турецкое название Сирии) имели мелкий полосатый более или менее прямолинейный узор, серый или бурый грунт. Они считались булатами низкого качества. К этой категории булатов относят также баяз (египетский) и белый (турецкий), хотя узор у некоторых из них мог быть струйчатым.
Булаты со средним и крупным волнистым узором, в котором преобладали кривые линии с бурым и черным грунтом, относят к булатам среднего качества. К этой категории булатов принадлежат, например, индийские булаты гынды и кум-гынды (буквально — волнистый и волнистый — индийский).
Высшие сорта персидского и индийского булата характеризовались крупным сложным рисунком, состоящим из повторяющихся групп гроздевидных фигур, принимающих разнообразные формы: клубков, мотков и прядей, формирующих сетчатые и коленчатые узоры, четко выступающие на темном грунте с золотистым отливом. К ним относились табан (буквально — блестящий), кара-табан (черный блестящий), хоросан и кара-хоросан (Хоросан — провинция в Персии). Самый лучший булат кара-табан был известен также под названием «Кирк нардубан» — «Сорок ступеней». Вдоль его клинка длиной около метра с темно-бурым или черным грунтом с золотистым отливом размещался белый коленчатый узор, состоящий примерно из 40 фрагментов — колец с поперечными прядями.
Отличали булаты и по звону. Хороший булатный клинок от легкого удара должен был издавать чистый и долгий звук. Чем выше и чище звон, тем булат лучше. В древние времена по звону покупатели могли отличить настоящий булат от подделок, которые часто неплохо имитировали внешние признаки (узор) клинка.
Испытывали булатный клинок и на упругость: его клали на голову, после чего оба конца притягивали к ушам и отпускали. Если остаточной деформации не обнаруживалось, качество клинка считалось хорошим.
Таким образом, оценка качества булатных клинков представляла собой некий ритуал: сначала подолгу изучали узор, затем, щелкнув по клинку, слушали звук, после этого проверяли его упругость и лишь в последнюю очередь, если клинок заточен, пробовали, как он рассекает тончайшую ткань. Последнее испытание состояло в том, что клинок ставили под углом и накидывали на него кусок тонкой ткани. Ткань, соскальзывая по лезвию клинка, должна была разрезаться пополам.
Считалось, что лучший булатный клинок должен обладать следующими качествами: узор его должен быть крупный сетчатый или коленчатый, белый, отчетливо выделяющийся на черном (темном) фоне, с золотистым отливом; клинок должен был издавать чистый и долгий звук; гнуться в дугу и распрямляться после этого в струнку; рубить гвозди и перерезать тонкие сорта ткани.
Основное назначение булата — изготовление клинков. Главное достоинство клинка — острота его лезвия. Лезвие булатного клинка можно было заточить до почти неправдоподобной остроты и сохранить эту остроту надолго. У клинков из обычной углеродистой стали заостренное лезвие выкрашивается уже при заточке — как бритву, его заточить нельзя. «Бритва остра, да мечу не сестра», — гласит русская поговорка. А вот булатному клинку бритва как раз была «сестра»: его затачивали до острия бритвы, и он сохранял свои режущие свойства после того, как побывал в деле. Такое возможно лишь тогда, когда сталь обладает одновременно высокой твердостью, вязкостью и упругостью — в этом случае лезвие клинка способно самозатачиваться. В средние века всякий клинок, обладающий более или менее высокими режущими свойствами, называли булатом.
В XII веке изготовление оружия в техническом и орнаментальном отношении достигло высшей степени совершенства. Индийское оружие — мечи и кинжалы представляли собой узорчатые клинки, очень тонко полированные и украшенные орнаментами из драгоценных камней. Широко известны в это время арабские мастера, которые кочевали со своими племенами и занимались изготовлением мечей и кольчатых панцирей, отличающихся прекрасными филигранными украшениями. Персидское, йеменское и грузинское оружие отличалось особыми рисунками, насечкой, эмалированием и резьбой.
Сохранились рассказы о том, что в конце XVI века падишахом Индии из династии Великих Моголов Акбаром был устроен арсенал, достаточный для вооружения целой армии. И в этом арсенале наряду с индийскими и дамасскими булатами очень дорого ценился японский булат, изготовленный не ранее чем в XI веке. Японский булат обладал каким-то необыкновенным качеством железа, которое после целого ряда проковок приобретало высокую твердость, прочность и вязкость. Мечи и сабли, приготовленные из этого железа, отличались также необыкновенной остротой.
В литературе часто не делают различия между индийским булатом (вутцом), дамасской сталью и японским булатом. Между тем каждый из трех методов изготовления придавал металлу особые свойства. Чтобы правильно оценить качество булата, необходимо разобраться в его разновидностях с точки зрения современной науки.
Дамасская сталь и грузинский булат
Дамаск — древнейший город на Ближнем Востоке. По преданию, его именовали «четвертым раем». На рынках города продавалось лучшее оружие, чеканка, самые дорогие ткани, редкостные пряности. В 284–305 годах римский император Диоклетиан повелел построить в Дамаске оружейные заводы. Это были уже не первые кузницы, где выковывалась узорчатая сталь.
Поскольку в древности оружие из индийского и сиамского железа делалось и продавалось чаше всего на базаре в Дамаске, очень трудно выяснить, какой булат делали в Дамаске, а какой в Индии. П. П. Аносов и другие историки металлургии различают старую настоящую индийскую сталь, которую называют еще «Дамаск» или «чистый Дамаск», и новую — «наварной дамаск» или «дамасскую сталь». «Чистый дамаск», так же как индийский «вутц» и древнеперсидский «пулад», являйся литой сталью. Клинок изготовляли из цельного куска такой стали, полученного плавкой. Он имел естественные узоры. Сегодня булатом называют литую сталь, имеющую естественный узор. Только оружие, полученное путем ковки литой булатной стали (лепешки, или «вутца») и имеющее естественные узоры, обладало очень высокими механическими свойствами. Именно о нем складывались легенды.
В древности, конечно, не могли знать о химическом составе булата и не умели связывать строение стали с ее свойствами. Следовательно, объяснить, почему тем или иным свойствам соответствует определенная форма булатного узора, никто не мог. Этим пользовались древние мастера. Чтобы дороже продать клинок, они стремились искусственно воспроизвести на нем узоры, свойственные хорошему булату.
Искусственные способы воспроизведения узора появились, очевидно, вначале в Дамаске. В этом городе производились знаменитые узорчатые ткани, которые еще и сейчас известны под названием «Дамаск» (во Франции — дамасье, в Голландии — дамаст). Советский исследователь А. К. Антейн не исключает возможности, что искусственную узорчатую сталь называли «дамасской» из-за сходства рисунка поверхности клинков с узорами дамасских тканей. Это подтверждается тем, что на западе до сих пор слово «дамаск» трактуют как «цветастая», или «сталь с цветным узором». Термин «дамасская сталь» получил настолько широкое распространение, что им еще и в наше время иногда неправильно называют настоящие индийские булаты. Между тем искусственный узор дамасской стали отличить от естественного булатного сравнительно нетрудно. Рисунок на дамасской стали повторяется в соседних фрагментах, как на обоях, а линии узора короче и постоянны по толщине. Встречаются простые и сложные узоры. Последние представляют собой глазки или агатовидные фигуры, состоящие из ряда замкнутых концентрических линий, напоминающих лучшие сорта литого булата (фото 1).
Существовало много способов изготовления узорчатых клинков. Например, скручивали в виде каната полосы или куски проволоки, имеющие различное содержание углерода и потому разную твердость. Такая «плетенка» проковывалась, а точнее, сваривалась под молотом после нагревания. Поскольку куски были разного состава, на клинке при травлении проявлялся узор. Варьируя способы сплетения проволоки или полос, можно было получить различные узоры на поверхности клинка.
Оружие, приготовленное этим и подобными способами, и получило название «дамасская сталь», или «наварной дамаск». Последнее время «наварной дамаск» чаще всего называют сварочным булатом. Настоящий сварочный булат отличался особенно красивым, строго повторяющимся по длине клинка, цветным извилистым узором.
Есть предположение, что способ изготовления сварочного булата мог возникнуть случайно: из-за отсутствия нового материала мастера часто сваривали старые куски железа. Это со временем и могло привести к способу получения сварных клинков.
Изобретатели холодного оружия из сварочного булата быстро обнаружили, что, хотя его качество и уступает оружию из настоящего булата, но является несравненно более высоким, чем качество клинков из обычной стали. Поэтому ножи, кинжалы и сабли из сварочного булата также ценились очень высоко. Есть сведения, что в XVIII–XIX веках сабельный клинок из сварочной дамасской стали в Хоросане стоил огромных денег — 7000–8500 имперских талеров.
Некоторые способы изготовления клинков из сварочного булата появились еще в глубокой древности. Во всяком случае они восходят к эпохе поздней Римской империи. В 1859–1863 годах около селения Нидам (Дания) вблизи побережья Альзензунда в торфяниках были обнаружены три римских корабля с грузом. Корабли, очевидно, потерпели крушение во время бури. Два из них затонули, а третий сел на песчаную отмель. Среди корабельного груза оказалось свыше ста мечей, утварь и монеты. На мечах были обнаружены римские пометки, монеты оказались динарами, выпущенными в III веке.
Исследование металла клинков мечей показало, что они имеют структуру сварочного булата, изготовленного старинными способами «наварного Дамаска». Известны три разновидности этого способа, которые отличают по узорам на клинке: полосатый дамаск, наварной дамаск и цветочный дамаск. Цветочный называют также «розовым Дамаском».
Полосатый дамаск изготовляли простой сваркой разных по твердости стальных полос, наложенных друг на друга, причем полосы с большим содержанием углерода чередовались с полосами, содержащими очень мало углерода. Угловой дамаск делали следующим образом. Брали полосу полосатого Дамаска, нагревали и скручивали под молотом, после чего сплющивали и вновь вытягивали в полосу. К полученной полосе приваривали такую же полосу, но скрученную в противоположную сторону. В результате получали рисунок, напоминающий угольник или римскую букву V, посередине которой хорошо была видна осевая линия. Сваркой двух V-образных полос получали рисунок, напоминающий букву W. К методам получения розового Дамаска мы еще вернемся.
На проржавевших обломках найденных мечей обнаружили рисунки всех перечисленных видов сварочного Дамаска. Интересно, что после того, как сняли ржавчину и просмотрели структуру поперечного сечения мечей, обнаружили, что рисунок («дамасское переплетение») не проходит через всю массу металла. При исследовании прежде всего бросалась в глаза разница структуры дамаска на одной стороне клинка и на другой. После шлифовки, полировки и протравки кислотой поперечного сечения клинков на них появились темные прослойки — это были твердые куски стали с высоким содержанием углерода. Они были умышленно вварены в мягкую основу. Из этого следует, что при выработке мечей сначала ковался остов, а затем на него с двух сторон насаживались прокованные дамасские полосы.
Лезвия у мечей были гладкие, без рисунка, следовательно, они приваривались отдельно. На отдельных мечах лезвие представляло собой сваренные полоски углеродистой стали и Дамаска. Таким образом, все найденные мечи отличались по качеству и структуре (рисунку) железа, использованного для лезвия и тела меча.
Химическим анализом металла римских мечей обнаружено следующее содержание элементов в стали (в процентах): углерод — 0,6; кремний — 0,15; марганец — 0,363; фосфор — 0,054 и сера — 0,073. Содержание углерода от оси меча к лезвию увеличивалось.
Известны и другие способы приготовления сварочного булата. Один из них заключался в том, что полосу сваривали из 20 слоев более твердой и более мягкой стали, расположенных различным образом в зависимости от цели употребления изделия, после чего полосу перегибали и сваривали вторично 40 слоев, еще перегибали и сваривали 80 слоев, еще раз перегибали и сваривали 160 слоев, и еще раз перегибали и сваривали 320 слоев! После вытяжки из нее делали заготовки для клинка. Если такой клинок нагреть и быстро охладить, то более твердые стальные слои становятся отчетливо видны на поверхности мягкого железа, образуя характерный древовидный рисунок, Специальной ковкой, последующей шлифовкой и травкой добивались «коленчатого» узора.
В более поздние времена из сварочных булатов на Востоке особенно ценился амузгинский, представлявший собой крупнорисунчатую дамасскую сталь. Клинок изготовляли следующим образом. Брали три пластины: одну из среднеуглеродистой «крепкой» стали, так называемой «антушки», вторую — из низкоуглеродистой и «мягкой» стали («дугалалы») и третью — из высокоуглеродистой «очень крепкой» стали («альхана»). Из каждой пластины вначале выковывались тонкие полосы, после чего они сваривались. Обычно из сварочных полос выковывали четырехгранный стальной стержень, который затем вытягивался и уплощался. Из такой заготовки выходило два клинка.
Анализом способов изготовления клинков мечей из дамасской стали и узоров сварочного булата занимались многие известные металлурги у нас в стране и за рубежом. А. К. Антейн и А. Льестол (на которого Антейн ссылался в своей работе) провели широкое исследование узоров мечей из дамасской стали путем моделирования способа их приготовления на пластилине и пластинах из мягкой и твердой сталей.
Методика моделирования состоит в следующем: сначала берут три (или больше) стальные пластинки (черный пластилин), между ними прокладывают две железные пластинки (белый пластилин) такой же толщины. После этого с внешних сторон помещают две железные пластины потолще. Срезая лишний пластилин, блоку придают цилиндрическую форму и скручивают его несколько раз вокруг продольной оси. Разрезы на разных расстояниях от центра дают узоры различных видов.
Если такой крученый брусок разрезать по осевой линии, получается крестовидный узор; если разрезать ближе к краю — узор из косых линий. Из таких линий легко сделать V и W — образные узоры. Разрезы между указанными выше плоскостями дают промежуточные узоры. Один из промежуточных разрезов позволяет получить узор в виде розы: для этого сваривают два крученых прутика с полукруглыми узорами так, чтобы из двух полукругов разных прутиков получился один круг. Подобные узоры получены также на железе и стали методом ковки и скручивания (рис. 1).
Холодное оружие из дамасской стали, дошедшее до наших дней, свидетельствует о том, что в древности существовали два способа использования сварочного булата при изготовлении клинков. Первый состоял в том, что вся средняя часть клинка изготовлялась из сварочного булата, а к ней приваривалось лезвие из углеродистой стали (0,6–0,8 % углерода). При втором способе слой сварочного булата наваривался на основной металл клинка поверх дола. Клинки, сделанные по первому способу, старше. Они, как правило, относятся к IX–XI векам.
Рис. 1. Схема получения узоров сварочного булата на модели блока из трех пластин.
Вплоть до конца XIV века в Дамаске изготовляли лучшее оружие в мире. В 1370 году в Самарканде к власти пришел великий эмир Тимур. Для того чтобы упрочить свою власть и удержать феодалов и кочевую знать от внутренних мятежей и междоусобиц, он начал большие завоевательные войны. В начале XV века (1401 год) Тимур покорил Сирию и взял Дамаск. Город был сожжен, а мастера, владеющие искусством изготовления оружия, были увезены в Самарканд. В этот и другие города Средней Азии переселялись десятки тысяч ремесленников из завоеванных стран.
Чтобы подорвать военную мощь Золотой Орды, Тимур старался ликвидировать ее транзитную торговлю. Он разрушил такие большие города, как Сарай-Берке, Астрахань, Азов, а также Ургенч. В результате вся средиземноморско-азиатская торговля направлялась только по караванным путям, проходившим через Иран, Турцию, Армению, Грузию, Бухару, Самарканд. С этого времени начинается широкое распространение разнообразных способов изготовления сварочного булата в Средней Азии, на Кавказе и особенно в Турции.
Поскольку донские казаки постоянно участвовали в русско-турецких войнах, их оружие претерпевало «естественный» отбор: в их вооружении оказывались наиболее стойкие сабли и шашки. В джигитовках и состязаниях выявлялись не только боевые качества всадников, но и крепость булата. Советские металлурги О. Жолондковский и И. Ильчук пишут, что на Кубани и Тереке арсенал казаков представлял такую оригинальную мозаику, такую смесь оружия всех времен и стилей, что специалисты могли только диву даваться. Часть этого оружия из литого турецкого шама, дамасского сварочного булата и лучших сортов дамаскированной стали и ныне можно увидеть в Новочеркасском музее истории донского казачества и других музеях страны.
Основное количество сабель было отбито казаками у горцев. Это оружие изготовлено прославленными мастерами Кавказа — из местечка Кубачи, знаменитыми братьями-оружейниками Исди-Кардаш, кинжальных дел мастером Магометом Муртазалиевым.
Очень ценились уникальные шашки терс-маймуны и калдыны, называемые иногда волчками. Калдын — широкий почти прямой клинок с изображением волка на одной его стороне и круга с крестом — на другой. Терс-маймун очень похож на калдын, но бегущий зверь изображен схематично, а кресты на клинке дополняются лагинскими буквами NМ, обозначающими, по-видимому, либо название местности, либо имя изготовителя. Точных сведений о происхождении этих клинков до сих пор нет.
Лучшей на Кавказе считалась шашка гурда. С ней можно было вступать в бой с противником, закованным в латы. О сказочных качествах гурды красноречиво рассказывает старинная легенда: «Один горец научился ковать чудо-шашку. Но вот прослышал он, что живет на свете другой такой же мастер. Захотелось ему испытать, чей клинок крепче. Встретились кузнецы, выхватил шашки. «Смотри, «гурда», — крикнул первый, — и ударил по шашке соперника. Перерубил булат, а вместе с ним и мастера». Гурда до нас дошла лишь в отдельных экземплярах и сегодня является музейной редкостью.
Не меньшей славой пользовалось оружие старого Калмыцкого мастера Басалая и его многочисленных потомков в Дагестане. Изготовленные ими кинжалы так и назывались «басалаи». Утверждали, что их лезвием можно было высечь из камня искру, а потом побриться.
Необычный сварочный булат найден в прибалтийском бассейне. На лезвие средневековых мечей выводили не твердую стальную, а мягкую полоску железа и только после нее делали твердое острие. Долго металлурги не могли понять, зачем это делалось… Объяснение такой конструкции средневековых мечей дал профессор из Владимирского политехнического института Г. П. Иванов.
Однажды адмирал С. О. Макаров присутствовал на полигоне при испытании броневых плит, цементованых и закаленных по методу Гарвея. Плиты эти на поверхности имели большое содержание углерода, и после закалки поверхность плиты приобретала высокую твердость. Однако по мере углубления содержание углерода уменьшалось, и материал становился мягче и мягче.
При испытаниях по недосмотру одну из броневых плит установили к орудию обратной, мягкой стороной. Началась стрельба, и снаряды без труда пробивали плиту, считавшуюся неуязвимой. Случай этот произошел на глазах у многих специалистов, но правильный вывод сделал только адмирал Макаров.
«Если закаленную поверхность плиты легко пробить обратной стороны, — подумал адмирал, — то нельзя ли эту самую «изнанку» насадить на головную часть снаряда?» «Макаровские» мягкие колпачки на броневых снарядах насквозь прошивали гарвеевскую броню… Так для того ли, чтобы пробивать стальные латы противника древние кузнецы нашивали мягкую полоску стали на закаленное очень твердое лезвие средневекового меча?
Широко известен грузинский сварочный булат. По мнению П. П. Аносова, он близок к индийскому и дамасскому. Павел Петрович считал, что лучшие сварочные булаты делали в Индии, Турции, Сирии и Персии (Иране). Их, возможно, начинали готовить мастера, знакомые с выделкой настоящего литого булата. Традиции приготовления булата в Грузии были непосредственно связаны с производством оружия в Индии и странах Ближнего Востока.
Как уже было отмечено, холодное оружие делали главным образом в горной части Грузии, но сварочный булат умели делать лишь в нескольких городах. Оружие тифлисского производства славилось далеко за пределами Кавказа. Есть сведения, что в XVIII веке горским народам Кавказа и Ирана сабли и кинжалы поставлялись из Тифлиса. В XIX веке Тифлис продолжает оставаться центром изготовления оружия из сварочного булата. Это хорошо известно А. С. Пушкину, который писал, что тифлисское оружие дорого ценится на всем Востоке.
Десятилетия славилась своим булатом семья Элиазарошвили. Исследователь истории производства стали в Грузии К. К. Чолокашвили установил, «что эта семья секрет изготовления булата унаследовала от предков». Но собенно популярным был мастер булатного оружия Георгий Элиазарошвили, которого упоминает даже М. Ю. Лермонтов в одном из вариантов стихотворения «Поэт»:
В серебряных ножнах блистает мой кинжал,
Геурга старого изделье.
Булат его хранит таинственный закал,
Для нас давно утраченное зелье.
Сын Георгия — Карамон Элиазарошвили продолжил дело отца. Он знал, что в былые времена грузинские мастера изготовляли булатные клинки из индийского железа — вутца. Карамон объясняет: «Вутц — слиток стали в виде толстой лепешки. Одни полагали, что это смесь стали и железа, другие — железа и чистого графита, а третьи — что это «особая сталь».
Но вутца давным-давно нет, и Карамон Элиазарошвили делает булатное оружие из грузинских подков, опилок из турецкой стали, чугуна и полос сварочного железа. «Се же оружие из грузинского булата обладало столь высоким качеством, что при испытании клинков ими отсекали одним ударом голову быка или коровы.» Правда, как правильно заметил П. П. Аносов, для такой работы, кроме качества клинка, еще требовалась сила его обладателя…
Известный историк кавказских походов русский генерал В. Патто писал в XIX столетии: «Безусловно, русские кавалеристы за счет своей отваги и богатырской силы успешно противостоят восточным конникам, но крепость и острота ятаганов и шашек, сделанных из дамасской стали, значительно превосходят крепость сабель наших солдат. Для того чтобы успешно владеть настоящим булатным клинком, не нужна особая физическая сила он страшен даже в руках ребенка».
Итак, к началу XIX века русская армия, считавшая одной из сильнейших в мире, не имела на вооружении хороших клинков. Необходимо было обратить серьезное внимание на производство холодного оружия в России. Начальник оружейных заводов и министр финансов Е. Ф. Канкрин поручил организовать изготовление булатных клинков. Обратились к Элиазарошвили, искусство которого было широко известно. Сохранились сведения, что Карамон Элиазарошвили в 1828 году раскрыл рецепт изготовления грузинской сабельной стали. К. К. Чолокашвили нашел этот рецепт в старых «Актах Кавказской архивной компании». Позволю себе привести его целиком — из этого описания даже неспециалисту ясно, как непрост был метод.
«Для одной сабли или шашки взять 5 фунтов полосового железа, положить в кузнечный горн, в котором довести его до такой степени (т. е. раскалить), чтобы можно было разрубить на три части по длине полосы, после чего перерубить каждую часть на два куска, из чего образуется 6 равных частей, длиною каждая в четверть аршина. Потом взять два фунта стали, вываренной и, сырцовой, положить также в ковш, раскалив ее так, что бы можно было разрубить оную на три части по длине полосы, равные по величине железным частям.
Затем, взяв два куска означенного выше железа, вложив в них один кусок прописанной стали, сварить песком и обыкновенным порядком тоже с прочими железными частями и сталью. Когда таким образом железо со сталью сварено, должно выковать сваренный кусок длиною вдвое, т. е. в пол-аршина, шириною в три четверти вершка и толщиною в одну восьмую вершка. Потом каждый сей кусок, раскалив в горне, обсыпать сверху и снизу посредством железной лопатки, толченым чугуном (который должен быть приготовлен наперед подобно песку). Всего же потребно чугуна из 6 кусков, означеного выше железа один фунт. После сего выковать вновь каждый кусок вдвое, т. е. в один аршин длиною, шириною в полвершка. Окончив, согнуть каждый кусок 5 раз взяв оные в клещи, сварить вместе в горне с песком; потом, вытянув посредством кожи из сего материала прут длиною в пол-аршина, перерубить на две части, сварить оный с песком и, вытянув из него вновь пол-аршина, перерубить пополам. После сего вложить в середину оных полуфунтовую полосу стали, длиною и шириною подобно сим кускам перерубленного железа, сварить с песком вместе, выковать полосу, подобную сабле, но, однако, короче двумя вершками. Сию полосу должно насечь зубилом с обеих сторон, подобно крупному напильнику, потом насечку сию сточить или спилить и тогда вытянуть о произволу саблю или шашку, после чего положить в клинок, а через четверть часа, вынув и вычистив в одном каком-нибудь месте пыль, смотреть, если струя на нем кажется хороша или по желанию, тогда вычистить тем же самым из пыли порошком и употреблять».
Известно, что в 30-е годы XIX века в Тифлис были направлены русские ученики. В 1832 году Элиазарошвили ссылает с ними императору Николаю I сабли своего изготовления. Это оружие сейчас хранится в Эрмитаже в Ленинграде и в Историческом музее в Москве. К. К. Чолокашвили приводит также архивные документы 1888 года, в которых указывается, что «лучшими клинками в кавалерии считались те, которые были изготовлены учениками Элиазарошвили».
Рецепт Элиазарошвили весьма похож на сохранившиеся описания производства мечей в Северной Индии с искусственно науглероженной поверхностью. Полосу обычного кричного железа многократно обсыпали чугунными опилками, а затем последующей многократной проковкой при «сварочном жаре» создавали на ней нацементованную поверхность. Такие клинки обладали острым лезвием, имели некоторую продольную упругость и вязкость. Они уступали по качеству только булату…
Приведенные сведения о сварочном булате — наиболее поздние. К концу XIX века в мире уже почти не делали холодное оружие из сварочного булата. Секрет его производства был вскоре окончательно утерян. Интересно, что в эти времена и в Индии, и в Дамаске изготовляли холодное оружие из обычных сортов английской или шведской стали.
Производство сварочного булата было самостоятельным промыслом со своими секретами и традициями. Очень трудно сварить полосы или проволоки разнородной стали в один цельный кусок, получить определенный узор, да еще обеспечить твердость, гибкость и остроту выкованному клинку. Дело в том, что после нагрева в горне полосы стали или проволоки поверхность металла окисляется, и пленка окислов препятствует его сварке. Чтобы сварка происходила, надо очень точно выдерживать температуру и удалять окислы с поверхности стали. Способы удаления окислов, температура сварки, скорость ковки, порядок соединения полос с различным содержанием углерода и составляли, очевидно, главные секреты мастеров, делавших оружие из сварочного булата.
Недаром в имеющихся описаниях изготовления амизгинского сварочного Дамаска обычно говорится, что, когда наступала пора сваривать пластины, мастер выгонял всех из кузницы, тщательно оберегая тайну порядка соединения пластин и способа их сварки. Если же мастер допускал посторонних, то применял такие приемы, которые отвлекали любопытных: совершал над полосой самые необыкновенные ритуалы, например, посыпал полосу пеплом заживо сожженного животного или другими неведомыми опилками и порошками. Между тем главный предмет тайны составляли, по всей вероятности, порошки, которые применялись для сварки в качестве флюсов.
Теперь совершенно понятно, что это были флюсы, которые, с одной стороны, имели достаточно низкую температуру плавления, были жидкотекучи и легко выдавливались под молотом, а с другой — быстро растворяли окислы железа, обнажая чистую поверхность металла, необходимую для сварки. Мастера использовали разные флюсующие порошки, но каждый свято хранил в секрете состав «камней», им применяемый. Поэтому, возможно, и в рецепте Элиазарошвили нет самого главного — состава флюса для сварки полос. Мастер подробнейшим образом рассказывает о порядке сварки полос, а флюс упоминает между прочим, называет его песком, не открывая секрета его состава и способа приготовления.
В Западной Европе до XV–XVI веков не знали о существовании литого булата. Поэтому возникающие здесь центры по изготовлению холодного оружия старались использовать секреты сварочного булата. Так, пример, испанские оружейники заимствовали приемы производства дамасской стали у арабов, живших на Пиренейском полуострове. В Толедо, который стал одним центров производства холодного оружия, впоследствии делали высококачественные клинки из обычной стали. Чтобы рекламировать их высокое качество, на поверхности клинка литографическим способом наносили дамасский узор. Такие клинки специалисты называют «ложными булатами».
Особенно широко развернулось производство подделок под булат в XVIII–XIX веках. В это время в Европе научились производить высокоуглеродистую литую сталь, и западноевропейские мастера, оставив попытки раскрыть секреты производства сварочного булата, начали изготовлять из нее довольно хорошее холодное оружие. В Италии (Милан), в Испании (Толедо), в Германии (Золинген), во Франции и Бельгии (Льеж), даже в Англии стали широко производить «ложный булат».
«Ложные булаты», особенно золингеновские и толедские, приобрели известность благодаря высокой степени полировки и красивым узорам, которые наносились на клинки различными методами. Ремесленники, рисующие декоративные узоры на металле, назывались «дамаскировщиками», а клинки «ложного булата» — «дамаскированными». Многие «дамаскированные» клинки были не очень высокого качества, поскольку они изготовлялись из обычной шведской или английской углеродистой стали. Поверхность металла полировали, тщательно очищали от грязи и покрывали раствором специального состава в терпентиновом масле. Узоры булата выводили кистью или резцом, а потом протравливали рисунок соляной кислотой. Особенно преуспевали мастеровые из немецкого городка Клименталя: они получали узоры на клинках не только описанным способом, но часто его просто гравировали.
Сходство рисунков на литом булате, сварочном булате и «дамаскированной» стали нередко приводило ко всяким недоразумениям. В частности, описание личного оружия Вильгельма I, Бисмарка и Наполеона сделано таким образом, что совершенно непонятно — то ли оно изготовлено из сварочного булата, то ли из «дамаскированной» стали.
В Новочеркасске в музее истории донского казачества экспонируется сабля атамана М. И. Платова. Сабля сделана в 1814 году из лучшей английской стали в честь победы союзников в войне с Наполеоном Бонапартом. Сабля еще до Октябрьской революции была передана в музей родственниками Платова; но во время гражданской войны была украдена белогвардейцами и вывезена в Чехословакию, откуда в 1946 году со многими экспонатами старинного оружия возвращена на родину.
На клинке сабли надпись, свидетельствующая о том, что Лондонский городской совет, заседавший 8 июня 1814 г., единогласно решает: «Сабля стоимостью 200 гиней преподносится атаману графу Платову в знак высокого уважения, которое совет питает к непревзойденному мастерству, блестящим талантам и неустрашимому мужеству, проявленному им во время длительных конфликтов, в которых он принимал участие для обеспечения свободы, мира и счастья Европы».
Есть сведения, что аналогичные сабли были преподнесены русскому полководцу М. Б. Барклаю-де-Толли и командующим союзными войсками Артуру Уэлсли Веллингтону и Герберту Лебрехту Блюхеру. Несмотря на высокую стоимость, сабля представляет собой всего лишь неплохой образец «дамаскированной» стали. На ее поверхности выгравирован рисунок, похожий на булатный узор. Подобных образцов в музеях можно найти немало, гораздо больше, чем настоящих сварочных булатов.
В нашей стране многие секреты сварочного булата стали известны благодаря работам грузинского ученого-этнографа К. К. Чолокашвили, который расшифровал ряд способов его производства. Найденный рецепт изготовления грузинского булата был им передан в Институт металлургии Академии наук Грузинской ССР, где был тщательно изучен. В результате в одном из цехов Руставского металлургического завода под руководством академика АН Грузинской ССР Ф. Тавадзе в современных условиях были получены опытные образцы сварочного булата, достаточно хорошо повторяющие узоры и свойства музейных экспонатов.
Как мы уже неоднократно замечали, в сварочном булате чередуются участки пластичного мягкого (низкоуглеродистого) железа и сравнительно твердой (углеродистой) стали — такие клинки обладали гораздо более высокой упругостью и вязкостью по сравнению с клинками из обычной углеродистой стали. А вот почему именно сварочный булат отличался высокой прочностью и дамасские сабли были значительно тверже и крепче других стальных сабель, долгое время оставалось загадкой. Лишь современная наука о металлах смогла это объяснить. Но прежде чем привести это объяснение, сделаем небольшую экскурсию в физику металлов.
В 1784 году монах Р. Гаюи выдвинул гипотезу, что кристаллы состоят из совершенно одинаковых «кирпичиков» постоянной формы.
Через 130 лет с помощью рентгеноструктурного анализа было выяснено, что металлы имеют такое же кристаллическое строение, как и минералы. Атомы металлов располагаются в пространстве определенным образом, образуя кристаллическую решетку. Кристаллическая решетка складывается из элементарных кристаллических ячеек. Кристаллической ячейкой удобно изображать расположение атомов в кристалле. Например, в кубической объемно-центрированной решетке 8 атомов расположены в каждой из вершин куба и один — на пересечении его пространственных диагоналей. В идеальной кристаллической решетке все узлы заполнены атомами, вернее, ионами, а в междоузлиях расположен только электронный газ.
Прочность металлов определяется их атомно-кристаллической структурой. В 1926 году выдающийся советский физик Я. И. Френкель подсчитал, что прочность реальных металлов во много раз меньше теоретической. В чем же дело? Физики немало лет ломали голову над этим вопросом. Оказалось, что реальные металлические изделия состоят из большого числа кристаллов, которые имеют разную ориентацию кристаллической решетки, В таком поликристаллическом агрегате кристаллы принимают неправильную форму — их называют зернами или кристаллитами. Кусок металла, представляющий собой один кристалл, называют монокристаллом.
В отличие от строения монокристалла строение кристаллитов несовершенно, в частности из-за наличия незанятых мест в узлах кристаллической решетки — атомных «дырок», называемых вакансиями. Недостатком кристаллитов являются и дислокации. Дислокацией, буквально — смещением, в геологии называют нарушение первоначального залегания пластов земной коры, в результате которых образуется складка или сдвиг. В кристаллической решетке дислокация — это также смещение или сдвиг, приводящий к образованию лишнего ряда атомов. Дислокация образует в кристаллической решетке «лишнюю» неполную плоскость или полуплоскость, которая получила название экстраплоскости.
Многочисленные экстраплоскости не проходят через все сечение кристалла, они обрываются внутри него. Экстраплоскость образует линейный дефект решетки — краевую дислокацию. Краевая дислокация может простираться в длину на многие тысячи ячеек решетки, может быть прямой, а может, как нитка, выгибаться в ту или другую сторону. В пределе она может закрутиться в спираль, образуя винтовую дислокацию. Вокруг дислокации возникает зона упругого искажения решетки, вызванная отталкиванием дислоцированных (внедренных в междоузлия) атомов экстраплоскости.
Помните, дислокация — это «складка»? Теперь представьте себе, что нужно передвинуть по полу ковер. Тащить его за край довольно тяжело. Сделайте на ковре складку, и вы значительно облегчите его передвижение. Если ковер передвигать по полу постепенно, по мере волнообразного передвижения складки, то для его движения потребуется совсем немного усилий. В металле дислокации играют роль примерно таких же «складок». Вследствие искажения решетки в районе дислокации последняя под действием небольших напряжений легко смещается, и дислоцированные атомы занимают положенное им место в узлах кристаллической решетки. Но вслед за ними смещается соседняя плоскость атомов, занимая место дислоцированных, то есть превращаясь в экстраплоскость и вновь образуя краевую дислокацию.
Что же заставляет дислокацию перемещаться? Оказывается, ее «толкают» атомы, расположенные непосредственно за ней. У них в результате искажения решетки появляется избыточная энергия, и чтобы избавиться от нее и занять новое стабильное положение, они сталкивают дислокацию на новое место. Поскольку дислокация испытывает давление с обеих сторон, суммарное воздействие на нее равно нулю. Поэтому «толкачи» начинают работать лишь тогда, когда они сами испытывают давление от внешних сил.
Таким образом, дислокации могут сравнительно легко перемещаться под действием небольших напряжений. Это значит, что реальные металлы и сплавы деформируются постепенно за счет небольших смещений атомных слоев в области дислокации. Говорят, что движение дислокации напоминает движение гусеницы. При движении лишь у ограниченного количества атомов нарушаются связи.
Механизм деформации идеального кристалла состоит в сдвиге одних атомных плоскостей относительно других. Для такого сдвига требуются значительные усилия — этим и объясняется высокая теоретическая прочность монокристаллов по сравнению с поликристаллами реальных металлов и сплавов.
Пока под влиянием приложенной к металлу силы движутся дислокации, сопротивление металла деформации невелико. Раз так, то и прочность металла небольшая. А если движение дислокации затруднено, если поставленный им заслон вообще мешает им перемещаться? Скажется ли это на прочности металла? Да, конечно, металл в этом случае будет тяжелее поддаваться деформации, и прочность его возрастет. Следовательно, для повышении прочности металла необходимо либо устранить дислокации вообще, либо повысить сопротивление их перемещению.
При деформации дислокации движутся подобно нитке — они способны изгибаться, цепляться за препятствия, образовывать клубки и даже уничтожать друг друга. В клубках плотность дислокации достигает значительной величины, им становится очень трудно перемещаться. Значит, образование клубков дислокации приводит к упрочнению металла или сплава.
Но где взять ту преграду, которая остановит движение дислокации? Оказывается, такое препятствие можно найти, и даже не одно. Существует несколько способов торможения дислокации. Один из них — уменьшение размеров зерен. Границы зерна являются препятствиями для перемещения дислокации. Добавление в кристаллическую решетку атомов других элементов также приводит к торможению дислокации. Чужеродные атомы окружают дефекты, блокируют их, не дают возможности дислокациям перемещаться. Теперь хорошо известно, что легированне стали хромом, вольфрамом, марганцем, ванадием и другими легирующими элементами значительно повышает ее прочность. Прочность легированной стали намного выше прочности булата.
Препятствием для перемещения дислокации являются также любые искажения кристаллической решетки и «инородные» включения, соизмеримые с кристаллическими ячейками. В качестве таких упрочнителем применяют высокодисперсные карбиды, нитриды, окислы, интерметаллиды. Стали и сплавы, изготовленные таким образом, обладают чрезвычайно высокой прочностью. Самый простой способ упрочнения металла — это пластическая деформация. С увеличением степени деформации растет количество дислокации и уменьшается их подвижность. Это приводит к увеличению плотности дислокации.
Итак, прочность металла повышается в двух случаях: когда в кристаллической решетке совершенно нет дефектов или когда плотность дислокации достаточно большая. Конечно, увеличение плотности дислокации ведет к упрочнению металла до определенного предела. При слишком большой плотности дислокации образуются микроскопические трещины и металл разрушается.
Так вот, сварочный булат отличался высокой прочностью, значительно превышающей прочность стали такого же состава, потому что степень деформации при сварке стальных полос или проволоки с различным содержанием углерода была колоссальной. Не так давно металловеды сделали рентген
Японский булат и колонна в Дели
Японский булат обладал каким-то необыкновенным качеством железа, которое после целого ряда проковок приобретало даже более высокую твердость и прочность, чем дамасская сталь. Мечи и сабли, приготовленные из этого железа, отличались удивительной вязкостью и необыкновенной остротой.
Уже в наше время был сделан химический анализ стали, из которой изготовлено японское оружие XI–XIII веков. И древнее оружие раскрыло свою тайну: в стали был найден молибден. Сегодня хорошо известно, что сталь, легированная молибденом, обладает высокой твердостью, прочностью и вязкостью. Молибден — один из немногих легирующих элементов, добавка которого в сталь вызывает повышение ее вязкости и твердости одновременно. Все другие элементы, увеличивающие твердость и прочность стали, способствуют повышению ее хрупкости.
Естественно, что в сравнении с дамасскими клинками, сделанными из железа и стали, содержащей 0,6–0,8 % углерода, японские мечи и сабли казались чудом. Но значит ли это, что японцы умели в то далекое время делать легированную сталь? Конечно, нет. Что такое легированная сталь, они даже не знали, так же как и не знали, что такое молибден. Металл молибден был открыт значительно позднее, в самом конце XVIII века шведским химиком К. В. Шееле.
По-видимому, дело обстояло так. Японские мастера получали кричное (восстановленное) железо из железистых песков рассыпных месторождений. Эти руды были бедны железом, и содержание вредных примесей в получаемой из них стали было довольно высокое. Но пески, кроме окислов железа, содержали легирующие элементы. Они-то и обеспечивали металлу высокий уровень свойств.
Очевидно, японские мастера случайно заметили: если брать руду в каком-то определенном месте, то сталь, сделанная из нее, обладает особым качеством, а клинки из такой стали получаются крепкими и острыми. Они и не подозревали, что это явление наблюдалось потому, что в железных рудах, которые они использовали, содержалась окись молибдена — молибденит — и примеси редкоземельных металлов.
Современной наукой установлено, что получить молибден восстановлением его окислов углеродом при температуре 1200 °C, как это делалось в древности, практически невозможно. В то же время совместное восстановление окислов железа и молибдена углеродом идет достаточно легко. Этим и объясняется удивительный факт получения в древности молибденовой стали.
Выплавленное из «песков» кричное железо проковывалось в прутья и закапывалось в болотистую землю. Время от времени прутья вынимали и снова зарывали, и так на протяжении 8–10 лет. Насыщенная солями и кислотами болотная вода разъедала пруток и делала его похожим на кусок сыра. Мастера именно к этому и стремились. Но зачем это им было надо?
Дело в том, что в процессе коррозии пористого железного прутка прежде всего разъедались и выпадали в виде ржавчины частички металла, содержащие вредные примеси. Железо с растворенными в нем легирующими добавками дольше противостояло коррозии и поэтому сохранялось. Кроме того, полученный ноздреватый пруток обладал развитой поверхностью и при последующем науглероживании обеспечивал еще до ковки сложное переплетение углеродистой стали и мягкого железа. Это переплетение еще больше усложнялось в процессе последующей многократной деформации в горячем состоянии.
Раскованный в полосу сплав мастер сгибал, складывал вдвое, расковывал в горячем состоянии и снова складывал, как слоеное тесто. В конечном счете число тончайших слоев в «слоеном пироге» достигало порой нескольких десятков тысяч. Мы уже знаем, насколько такая операция упрочняет металл за счет образования колоссального количества клубков дислокации и громадного увеличения их плотности. Последующая закалка клинков закрепляла высокие свойства, присущие молибденовой стали. Так на заре металлургии в Японии получали природно-легированную сталь, упрочненную пластической деформацией и термомеханической обработкой.
Кстати, подобных случаев в истории металлургии и техники встречается немало. Вот один из них, с которым столкнулся автор этой книги. В 1930 году в США появилась атмосферостойкая низкоуглеродистая строительная сталь. Она получила название «кор-тен». Незащищенная поверхность этой стали в первый период воздействия окружающей среды окислялась. Однако образующиеся при этом продукты коррозии обладали высокой плотностью и очень крепко сцеплялись с основным металлом. Поэтому дальнейшая коррозия резко замедлялась. Такие свойства стали «кор-тен» обеспечивали находящиеся в ее составе медь, хром, никель и особенно фосфор, содержание которого достигало 0,15 %.
При совместном взаимодействии меди и фосфора, а также хрома с кислородом, углекислым газом и парами воды образуются труднорастворимые соединения, которые входят в состав окисной пленки, обволакивающей сталь. В результате периодического увлажнения и высыхания защитные слои на ее поверхности полностью формируются в течение 1,5–3 лет, и после этого разрушение металла от коррозии практически прекращается.
Сталь «кор-тен» обладала еще двумя интересными особенностями. Если защитный слой повреждался, то с течением времени эти зоны «самозалечивались», вновь защищая поверхность металла от коррозии. Другая особенность атмосферостойкой стали состояла в специфичной «естественной» окраске защитного слоя, сообщающей металлу хорошие декоративные свойства. Защитный коррозийный слой, который иногда называют благородной ржавчиной, с течением времени менял свою окраску от светло-коричневого, коричневого, коричнево-фиолетового до черного и по характеру расцветки напоминал бронзу или медь.
Продолжительность службы строительных конструкций из высокофосфористой атмосферостойкой стали увеличивалась в несколько раз; кроме того, они не нуждались в покраске. Несмотря на значительные преимущества, сталь «кор-тен» получила небольшое распространение в нашей стране. Дело в том, что эта сталь обладает низкой ударной вязкостью. Ударная вязкость характеризует хрупкое разрушение металла. С понижением температуры она, как правило, падает и вероятность хрупкого разрушения возрастает.
Сталь «кор-тен» обладала удовлетворительной ударной вязкостью при температуре -20 °C и не обеспечивала необходимых свойств при температуре -40 °C. Соединенные Штаты Америки и Западную Европу такие свойства устраивали. В условиях русской зимы сталь с такими свойствами применять нельзя. На морозе она может растрескаться, а конструкции из нее — разрушиться. История уральских предприятий знает такие случаи, когда стальные балки, привезенные из Западной Европы и установленные летом, зимой трескались, лопались и падали.
Поэтому перед нашими металлургами была поставлена задача создать такую атмосферостойкую сталь, которую можно было бы без риска применять в условиях Сибири и Урала. Эту задачу можно было бы решить достаточно просто путем увеличения в стали «кор-тен» содержания легирующих, например хрома. Можно было бы также повысить ударную вязкость при низких температурах, подвергая сталь специальной термической обработке. Но такие методы значительно увеличивают стоимость стали, ведут к высокому расходу дефицитных легирующих и поэтому мало приемлемы. Самый эффективный путь — создание такой технологии производства, которая обеспечивала бы необходимые свойства стали при прежнем химическом составе. Возможно ли это? Да, возможно, история металлургии такие случаи знает.
Железо и сталь издавна применяются в качестве, строительного материала. Фермы мостов и опоры электропередач, железнодорожные вагоны и горное оборудование, конструкции цехов и трубы тепловых электростанций, как и многие другие конструкции, выполняются из строительных марок сталей. После того как в 1778 году был сооружен первый крупный железный мост, стало ясно, что коррозия — самый опасный враг стальных конструкций. По данным ряда ученых, к сегодняшнему дню человек выплавил не менее 20 миллиардов тонн железа и стали, 14 миллиардов тонн этого металла «съедено» ржавчиной и рассеяно в биосфере…
В 1889 году французский инженер А. Эйфель создал проект своей знаменитой башни в Париже, которую должны были соорудить из стальных ферм. Решение о ее строительстве долго не принималось, поскольку многие металлурги предсказывали, что она простоит всего 25 лет, а потом рухнет из-за коррозии стали. Эйфель же гарантировал прочность сооружения только на 40 лет. Как известно, Эйфелева башня в Париже стоит уже около 100 лет, но это только потому, что фермы ее постоянно покрыты толстым слоем краски. На покраску башни, которая производится раз в несколько лет, уходит 52 тонны краски. Стоимость ее давно превысила стоимость самого сооружения!
Покраска строительных конструкций, работающих в атмосферных условиях, — дорогое удовольствие и отвлекает много малопроизводительного рабочего времени. В то же время известны случаи, когда железные изделия очень долго служили без покраски и не подвергались никакой коррозии. О стальных балках церкви в уральском городе Катав-Ивановске мы уже рассказывали. Широко известны также перила лестниц на набережной реки Фонтанки в Ленинграде. Сделанные в 1776 году из русского сварочного железа, они простояли неокрашенными под открытым небом в условиях влажного климата более 160 лет. Академик А. А. Байков, который исследовал железные детали этих перил, пришел к выводу, что вероятной причиной высокой коррозионной стойкости металла является тонкий поверхностный слой окислов.
Аналогичное сварочное железо найдено в Свердловске. Крыша одного из зданий этого города, выложенная кровельным железом еще во времена Демидова, ни разу не обновлялась, а само железо длительное время почти не подвергалось коррозии. Химическим анализом было установлено, что ленинградские перила содержат повышенное содержание фосфора, а свердловская кровля — фосфора и меди!
Подобное железо находили и в Западной Европе. Так, в стокгольмском соборе Сторкиркан, построенном во второй половине XV века, бронзовое «семисвечье» поддерживает железный стержень. Длина его 3,5 м, поперечное сечение у основания 50Х50 мм. Стержень изготовлен из отдельных кусков кричного железа, сваренных горячей ковкой под силикатным шлаком. Исследованные образцы железа от этого стержня характеризовались высокой концентрацией фосфора (до 0,074 %). В областях с повышенной концентрацией фосфора обнаружена высокая твердость металла.
В этой связи уместно напомнить о знаменитой железной колонне в Дели. Как известно, она создана индийскими металлургами в 415 году нашей эры в честь победы одного из императоров династии Гупта. Ее высота — 7,2 м, диаметр у основания — 420 мм и у вершины — 320 мм. Колонна стоит уже более 1500 лет, и следов коррозии (окисления) на ней не видно. Аналогичная колонна еще больших размеров, построенная в III веке, возвышается в индийском городе Дхар.
Каких только догадок ни делали металлурги, чтобы объяснить необыкновенную атмосферостойкость железа, из которого сделаны индийские колонны! Высказывалось предположение, что колонны изготовлены из цельных кусков метеоритного железа. Известно, что оно хорошо сопротивляется коррозии. Но в метеоритном железе всегда находили никель, а в железе индийских колонн никеля не обнаружили. Тогда предположили, что колонна сделана из чистейшего железа, полученного на особом топливе. Действительно, содержание железа в делийской колонне — 99,72 %, дхарской — гораздо меньше, но и она сотни лет не подвергается коррозии.
Высказывалось мнение, что стойкость индийских железных колонн объясняется сухим и чистым воздухом местности, где они установлены. Другие исследователи утверждали, что в атмосфере когда-то было повышенное содержание аммиака, которое в субтропическом климате Индии позволило получить на поверхности колонны защитный слой нитридов железа. Другими словами, колонны якобы азотированы самой природой.
Известны и более оригинальные точки зрения: поскольку колонны считались священными, их обливали благовонными маслами, и поэтому они не ржавели. Есть даже предположение, что на колонны испокон веков залезали голые индийские ребятишки, а позднее о них «терлись» туристы. Поэтому колонны постоянно смазывались кожным жиром!
По-видимому, все гораздо проще. В индийских колоннах найдено немного меди и повышенное содержание фосфора. В железе делийской колонны его 0,114–0,180 % а в дхарской еще больше — 0,280 %. В обычном сварочном железе фосфора бывает не более 0,05 %, в то время как атмосферостойкая фосфористая сталь (читатель уже знает) содержит до 0,15 % фосфора. Уж очень близко содержание фосфора в индийских колоннах к содержанию его в современной атмосферостойкой стали. Не этим ли объясняется тот факт, что на поверхности колонн образовались устойчивые окисные пленки, предохраняющие железо от дальнейшей коррозии?
Есть данные, что верхняя, не доступная человеку часть колонны имела бронзовый оттенок, благодаря чему некоторые наблюдатели принимали даже материал колонны за медный сплав. Другие говорят о синевато-коричневой или синевато-черной пленке окислов, покрывающих верх колонны. Таким образом, и окисные пленки по своему внешнему виду очень напоминают защитную оболочку атмосферостойкой стали "кор-тен".
Из приведенных фактов следует: японский булат — не единственная природно-легированная сталь, изготовлявшаяся в прошлом. Индийские и русские металлурги тоже находили железные руды, из которых получали природно-легированные чугуны и стали. Но отличаются ли механические свойства природно-легированной стали от современных сталей, легирующие элементы которых вносятся во время плавки путем добавки в жидкий металл необходимого количества твердых ферросплавов? Оказывается, отличаются. Свойства природно-легированных сталей гораздо выше.
6 конце XIX столетия в России усиленными темпами начали строить железные дороги. Понадобились рельсы. Рельсы делались из бессемеровской стали, производство которой к этому времени возникло на юге страны и на Урале. Самые крупные конвертеры были установлены на Катав-Ивановском железоделательном заводе, где было организовано мощное рельсопрокатное производство.
Есть сведения, что рельсы Катав-Ивановского завода обладали необыкновенно высоким качеством. Они экспортировались даже за границу, в частности в Англию. Причем завод гарантировал безупречную работу своей продукции в течение нескольких лет. В случае выхода рельсов из строя он давал обязательство безвозмездно заменять их и оплачивать убытки. Неизвестно ни одного случая рекламаций на катав-ивановские изделия. Установлено, что высокие свойства рельсов объясняются тем, что они были сделаны из природно-легированной стали.
Катав-Ивановский чугун выплавлялся на чистых по сере и фосфору высокожелезистых бакальских рудах. К ним добавлялась бедная по железу местная руда, найденная в небольшом количестве недалеко от города. Местная руда, кроме железа, содержала хром и марганец. Поэтому в Катав-Ивановске производили природно-легированный чугун. Продувая этот чугун в конвертере, получали природно-легированную хромомарганцовистую рельсовую сталь. Этим и объясняется ее высокое качество по сравнению с обычными сталями, в тем числе и легированными.
Но почему природно-легированные стали обладают высокими свойствами? Металлы — кристаллические вещества, и свойства сплавов зависят от расположения атомов легирующих элементов в их кристаллической решетке. При плавлении металлов и небольших температурах перегрева жидкого сплава в нем сохраняется так называемый «ближний порядок». Это значит, что атомы в микрообъемах вещества расположены один относительно другого определенным образом.
Современное производство легированных сталей основано на расплавлении металла, удалении из него необходимого количества углерода, освобождении от лишнего кислорода, вредных примесей и легировании путем добавки ферросплавов в жидкую ванну. При выплавке стали «кор-тен», например, в жидкую ванну добавляют феррохром, никель, медь, феррофосфор и другие ферросплавы.
Однако в связи с тем, что в слабо перегретом жидкой сплаве сохраняются устойчивые связи между существующими атомами, атомы легирующих элементов не могут попасть на те места, которые им предназначены природой. Такая закономерность сохраняется и после кристаллизации стали. Поэтому в стали, выплавляемой по современной технологии, как правило, не реализуется полностью весь комплекс физико-механических свойств которые могли бы обеспечить вводимые в нее легирующие элементы.
Если бы можно было сделать атмосферостойкую сталь без добавок легирующих элементов в период плавки, как это делалось в прошлом, она обладала бы более высокими свойствами. Но как это сделать, где найти материалы для выплавки такой стали? Как тут не вспомнить старых русских металлургов, ведь они находили такие материалы! А в наше время?
Оказывается, и в наше время есть такие руды в Халиловском месторождении, около города Орска. Для работы на этих рудах в городе Новотроицке был построен Орско-Халиловский металлургический комбинат. И получают на комбинате природно-легированный чугун, который содержит никель, хром и фосфор.
Получать-то получают, а переделывать в обычную сталь затрудняются. Дело в том, что в обычных сталях фосфор — вредная примесь, он делает сталь хрупкой, и его надо удалять до сотых долей процента. Удаляют фосфор из расплава путем его окисления и перевода образующихся окислов в шлак. Однако вместе с фосфором окисляется хром, а окислы хрома, переходя в шлак, делают его вязким, неактивным. Это затрудняет плавку стали, удлиняет ее, повышает стоимость стали. А вот атмосферостойкая сталь имеет высокое содержание фосфора, и, следовательно, фосфор из чугуна удалять практически не надо. Значит, при переплаве пригодно-легированного чугуна сохранится и хром, значит, нет опасности получать вязкие хромистые шлаки. Вот и получается, что халиловский чугун самой природой создан для производства природно-легированной атмосферостойкой стали.
Эксперименты на Орско-Халиловском металлургическом комбинате привели к положительным результатам — изобретению новой природно-легированной атмосферостойкой стали. Новая никельхромомедистая высокофосфористая природно-легированная сталь с успехом выдержала все физические и механические испытания и обеспечила комплекс необходимых свойств при температуре — 40 °C.
Интересно, что повышенное содержание фосфора и меди встречается также во многих образцах древних булатов. В Тульском музее оружия хранится кинжал. Длина его клинка 15 см, а ручки с головой быка — всего 10. Найден он на Куликовом поле; считают, что оружие изготовлено около 1380 года. Небольшие размеры дают основание предполагать, что это женское оружие. Внутри ручки есть пружина, с помощью которой клинок смазывается ядом, вытекающим из специальной железной трубки. Железо трубки сильно корродировано, в то время как лезвие клинка совершенно чистое, без каких-либо следов ржавчины. По-видимому, наши предки, сами того не подозревая, получали природно-легированную фосфором и медью сталь, которая хорошо противостояла коррозии.
Что же такое булат?
Нам уже известно, что булат — это прежде всего литая углеродистая сталь, обладающая специфическими узорами.
Первым подробно описал литой индийский булат, или вутц, Павел Петрович Аносов. «Булатом называется, — писал П. П. Аносов, — сталь, имеющая узорчатую поверхность: на некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, на других же — не прежде, как поверхность подвергается действию какой-либо слабой кислоты». Легкость проявления рисунка при травлении являлась характерным признаком литого булата.
Кроме того, рисунок должен принадлежать всей массе булатного клинка и быть результатом естественной структуры металла, а не результатом сварки кусков металла различной твердости, как в дамасской стали. Расположение узоров на булатном клинке отличалось тем, что, повторяясь по форме, каждый из них имел неповторимые штрихи. Поэтому искусственно создать булатный узор практически невозможно. Кроме того, если узор стирался с поверхности изделия, то последующей шлифовкой, полировкой и травлением его можно было очень хорошо выявить вновь. Узор сохранялся даже при перековке сабли в кортик, нож или другое изделие.
В начале прошлого столетия было достоверно установлено, что булаты содержат удивительно много углерода — 1,2–1,7 %. В отдельных образцах булата найдено 2 % углерода и даже больше. Значит, булат не обычная углеродистая сталь, а «сверхуглеродистая» Хорошо известно, что с увеличением содержания угле рода в стали ее твердость, износостойкость и прочность после закалки возрастают. Этим и объясняется высокая прочность булатных клинков. Поражает, что наряду с прочностью булат обладает высокой пластичностью вязкостью и упругостью. Булатная сабля легко сгибалась на 90–120°, не ломаясь. Есть сведения, будто настоящий булатный клинок носили вместо пояса «обматывая» им талию.
Как мы уже говорили, индийский булат поставлялся на рынки Персии и Сирии в виде разрубленной пополам лепешки литой стали — вутца. Вутц имел диаметр примерно 12,5 см, толщину около 1 см и массу примерно 1 кг. Характерно, что вутц также имел естественный рисунок. Сохранились воспоминания путешественников по Индии, которые видели, как плавят булатную сталь. Они утверждают, что булатные слитки имели своеобразные узоры, не похожие на рисунок на готовых клинках. Очевидно, вутц рубили пополам для того, чтобы покупатель мог рассмотреть строение металла. Чтобы из вутца сделать клинок, необходимо было его правильно проковать, термически обработать и окончательно отделать. Таким образом, качество булатного клинка определялось не только материалом, но и способами его изготовления, термообработки и отделки.
Арабский ученый XII века Едриза сообщает, что в его время индийцы еще славились производством железа, индийской сталью и выковкой знаменитых мечей. В Дамаске из этой стали изготовляли клинки, славу о которых крестоносцы разнесли по всей Европе. К сожалению, в Древней Индии так тщательно прятали секреты выплавки вутца, что в конце концов потеряли их совсем. Уже в XII веке табан, например, не могли делать ни в Индии, ни в Сирии, ни в Персии.
После того как Тимур покорил Сирию и вывез оттуда всех мастеров, искусство изготовления оружия из литого булата переместилось в Самарканд; однако вскоре оно везде пришло в упадок. Потомки вывезенных мастеров, рассеявшись по всему Востоку, окончательно потеряли способы изготовления булатного оружия. В XVI–XVIII веках мало кто в мире знал секрет производства литого булата и изготовления из него холодного оружия. Возможно, что на родине булата в Индии редкие образцы булата делали вплоть до XVIII века. Его производство окончательно исчезло после нашествия европейцев, которые завезли в страну современные способы производства стали.
Ко времени, когда были установлены научные методы определения структуры, фазового состава и механических свойств металла, в распоряжении металлургов оказались лишь музейные экспонаты булатных изделий. Некоторые из них с годами потеряли свои свойства практически полностью. Другие сохранились относительно хорошо, но владельцы редко соглашаются жертвовать своими сокровищами. Все же некоторые металловедческие исследования булата проделаны были, и мы об этом еще расскажем.
Интересно, что время оказалось самым надежным индикатором для определения настоящей булатной стали. Известно — неоднородный металл больше подвержен коррозии, чем однородный. Полосы дамасской стали ржавели довольно быстро.
До наших дней не дошел ни один меч с полностью сохранившимся цветным узором и первоначальной полировкой. Лучший образец сварочного многослойного, булата — дротик из городского исторического музея в Дюссельдорфе — имеет первоначальную политуру, но цвет узора сохранил лишь частично. Литой булат па сравнению со сварочным гораздо более стоек против коррозии, поэтому его образцы и сохранились лучше.
Таким образом, на вопрос, что такое булат, можно ответить пока только так: это литая углеродистая сталь, обладающая естественным узором и необыкновенна высокими свойствами.
Ну и напоследок - видео, знаменитое видео Архангельского, ни в коем случае, не реклама, просто смотрим, там и вторая часть есть, кому надо, доберётся.
