На зміну класичному ланцюжку металургійного процесу виробництва сталі і чавуну з застосуванням домен, мартен, вагранок розроблені і застосовуються нові процеси: сталь виплавляється в конвертерах і електродугових сталеплавильних та індикаційних печах, застосування непереривної розливки сталі виключає могутні прокатні стани — блюмінги і слябінги; пряме відновлення заліза із руди; обробка сталі за допомогою дугового розряду, плазми, лазера, не кажучи вже про виробництво композитів і порошкової металургії. В останній час з’явилося повідомлення про розробку процесу гранульної металургії, коли дрібні частинки металів і сплавів охолоджуються в десять тисяч і навіть в сто тисяч разів швидше, ніж злитки металів при звичайній швидкості охолодження — близько сто градусів за годину. Досліди засвідчують, що швидке охолодження сталі сприяє підвищенню зносостійкості сталі в два-три рази, запарювання пор, тріщин та інших внутрішніх дефектів лиття, що забезпечує більшу, можна сказати, ідеальну щільність металу.

Так, наприклад, французький вчений Анрі Муассан, у минулому віці, пробуючи отримати штучні алмази, вилив розплавлений чавун у холодну воду. Після обробки чавуну кислотою Муассан виявив в осадку дрібні, дуже тверді кристалики, які дряпали навіть корунд. Хоча послідовникам вченого отримати алмази цим методом не вдалося, але думка про отримання алмазу в такий спосіб не залишає вчених. Так, в 1991 році в журналі клинковиків-професіоналів «Бленд», була надрукована замітка, що найвидатніший американський спеціаліст у галузі візерунчатих сталей Деріл Мейер отримав «алмазний» дамаск. Використовуючи сучасні технології, які не розголошуються, він отримав сталь з кількістю вуглецю 0,8 відсотків. У тому вуглецю 15 відсотків об’єму заповняли найдрібніші кристалики алмазів. Вірогідно він застосував один з варіантів порошкової технології, а вірніше гранульної металургії.

Незвичайний спосіб підвищення твердості дамаської сталі з чавунними прошарками описав коваль-зброяр В.І. Басов. По його способу багатошаровий пакет з тонкими надвуглецевими прошарками нагрівають до температури 1170-1180 градусів Цельсія і, після невеликої витримки, різко охолоджують в крижаній воді до температури 800-850 градусів Цельсія. При нагріванні чавунні прошарки частково розплавляються, і метал насичується розчиненим вуглецем до високої концентрації. При різкому охолодженні метал дуже сильно стискується і частина вуглецю перетворюється в алмаз. Твердість алмазної сталі досягає 76 HRC, тоді як терпуг має твердість 62 HRC.

Але вищевикладеними процесами займались окремі науковці, організації і держави, і розроблені ними металургійні процеси впроваджені у виробництво, за винятком гранульної металургії, і ці відкриття стали надбанням всіх країн світу. Інша справа — розкриття таємниці булатної сталі, над якою працюють вчені, дослідники, організації впродовж двох останніх століть промислово і науково розвинутих країн світу, особливо цією проблемою в останні роки займаються університети США — Стенфордський і Айова, які добре фінансуються державою, а для вирішення проблеми задіяні кращі фахівці металургійного і металознавчого напрямків.

Вчені Стенфордського університету Олег Шербі і Джеффрі Уодсворт надрукували декілька праць, в яких розкривають технологію отримання булату (в США та інших західних країнах Європи булат називається «дамаська сталь»), наводять макро- і мікроструктуру зразків холодного озброєння, котре вони придбали в Сірії. Олег Шербі в статті Damasсus steels («Дамаська сталь») Madsworth Jeffrey Sci. Amer. №2, 1985 р. зазначає: «Дамаська сталь відноситься до розряду високовуглецевих сталей з кількістю 1,5-2,0 відсотків вуглецю. Послідовність операцій виготовлення дамаських клинків: виплавка губчатого заліза, насичення його вуглецем після здрібнювання в суміші з деревним вугіллям в закритій посудині при температурі 1200 градусів Цельсія і повільному (декілька діб) охолодженні. При цьому відбувається утворення сітки крупних виділень цементиту по границях зерен аустеніту. Кування клинків здійснюється при температурі 850-650 градусів Цельсія. При цьому цементитна сітка роздробляється і розкришується, що приводить до зростання пластичності і формування поверхневого візерунку».

Вчений з університету штата Айова — Джон Верхоевен — у 1983 році отримав патент США № 5185044 з назвою: «Спосіб виготовлення «дамаських клинків», в якому зазначає, що для виготовлення стального виробу з поверхневим візерунком та з внутрішньою мікроструктурою «дамаської сталі» використовують розплав, який має 1,0-2,0 відсотків вуглецю, 0,02-0,3 відсотків кремнію, 0,02-0,4 відсотків марганцю, 0,01-0,04 відсотків сірки і 0,03-0,15 відсотків фосфору. Злиток нагрівають при температурі 1100-1200 градусів Цельсія впродовж 5-12 годин в окисній атмосфері для утворення кувального зневуглецьованого шару на поверхні злитку. Після деформування злитку поверхневий шар видаляють.

Американські вчені відмічають пластичність дамаської сталі при деформуванні і в готових виробах внаслідок роздрібнення сітки і направленості її в напрямку деформування — метал став більш в’язким і менш крихким.

Крім того, є ще патент США № 3951697 (1976 р.), О. Шербі та інші із назвою: «Надпластична високовуглецева сталь», в якому зазначається, що сталь має вуглецю більше 1,0 відсотка, цементит однорідно розподілений в зернах залізної матриці. Зерна мають стабілізовану, переважно рівноосну форму. Середній розмір зерна не перевищує 10 мкм. В інтервалі температур 723-900 градусів Цельсія цементит має переважно сферичну форму.

Патент Великобританії з назвою: «Дрібнозерниста сталь з високою кількістю вуглецю» (1978 р.) сповіщає, що вуглецева сталь з кількістю вуглецю 1,0-2,3 відсотка має матрицю з рівноосних зерен фериту розмірами менше 10 мкм, яка стабілізірована однорідною дисперсією переважно з кулястого цементиту (більше 70 відсотків). Така структура може бути отримана належною комбінацією механічної і термічної обробки або методом порошкової металургії з суміші залізних часток розмірами менше 10 мкм зі сплавом на основі карбіду залізу, який має кульковий цементит. Така сталь може проявляти надпластичність при температурі 600-900 градусів Цельсія.

Патент ФРГ з назвою: «Спосіб отримання вуглецевої сталі з великою кількістю вуглецю» (1977 р.) засвідчує, що сталь обробляється при температурі 723-900 градусів Цельсія і має зерно зі середнім розміром менше 10 мкм. Іншої інформації про сталь не наводиться.

Патент Франції 1970 р. з назвою «Спосіб виробництва високовуглецевої сталі з невисокою кількістю фосфору продувкою киснем» сповіщає, що спосіб надає можливість отримати сталь з кількістю вуглецю від 0,3 до 1,0 відсотка в залежності від кількості вдутого кисню. Для отримання концентрації фосФоруменше 0,015 відсотків, під час першої половини продувки киснем уводять близько 1/6-1/2 частки (попередньо — 1/3 частки) необхідній кількості вапни, як суміш з 10-55 відсотків (оптимально — 30-45 відсотків) окису заліза.

В статті Д.Т. Петерсона та інших з назвою «Дамаська сталь: дослідження клинка з дамаської сталі» (1990 р.) зазначається хімічний склад і структура дамаського клинка, придбаного в місті Дамаську (Сірія). Хімічний склад клинка суттєво відрізняється від відомих — з кількістю вуглецю 1,6 відсотків (мінімальна кількість 1,34 відсотка). Даний Клинок має вуглецю 1,06 відсотків, решта елементів — в кількості 0,05-1,0 відсотка. Дамаський Клинок відрізняється чистотою по неметалевим включенням, максимальній розмір яких складає 0,5-1,0 мкм. Характер структури типовий — правильні ряди цементитних кулькових виділень в феритній матриці уздовж клинка з періодичним чергуванням по товщині січення клинка. Вважають, що оскільки Асм такого дамаського клинка може бути 830 градусів Цельсія, його кували при достатньо низькій температурі — 700-800 градусів Цельсія. Цементитні частинки виділялись не в процесі кристалізації, а з твердого розчину при охолодженні (можливо по границях зерен). Розмір частинок 2-8 мкм, середній — 3,4 мкм. Поверхневі частинки цементиту крупні — 4,4 мкм і мають сліди локальної деформації. Цементитні виділення мають паралельне розташування на достатньо великій довжині. Хвилястість цементитних включень засвідчує про кування клинка з застосуванням чеканки. Механічні властивості клинка на розтягування типові для сталі з такою же кількістю вуглецю з перлітною структурою.

В журналі «Метал» (США, 1985 р., № 6) О.Д. Шербі та інші надрукували статтю «Надвисоковуглецева сталь», в якій описаний короткий огляд технології виробництва сталі з надвисокою кількістю вуглецю — 1,2-2,1 відсотка (15-32 відсотка від загальної кількості цементиту). Ці сталі стають надпластичними при підвищених температурах і мають високу міцність і твердість (HRC 65-68). Для отримання надм’якого зерна в цих сталях розроблені процеси термомеханічної обробки, що забезпечують їх масове виготовлення. Вважають, що необхідно практично застосовувати ці сталі та оцінювати їх у реальних виробах.

Дуже важливі дослідження натурних зразків холодного озброєння провели вчені металургійного інституту міста Тбілісі Грузинської республіки. На підставі цих досліджень (макро і мікроструктури, механічних властивостей), грузинські вчені розробили технологію виготовлення булатної сталі в лабораторних умовах. Вони отримали булатну сталь, яка не відрізнялась по властивостях від булатної сталі давніх майстрів.

Керівником цієї наукової роботи був академік АН Грузії Ф.Н. Тавадзе. Кандидатську дисертацію під його керівництвом захистив аспірант Б.Г. Амаглобелі. Нижче наведені основні етапи технології виробництва булатної сталі.

Плавки під булат проводили у високочастотній електропечі типу МГД-52 з магнезитовою футеровкою і в лабораторному горні в корундових тиглях. Початковими шихтовими матеріалами були:

1) технічне «Армко»-залізо і синтетичний чавун з кількістю вуглецю 3,2-3,4 відсотка по масі;

2) цементоване «Армко»-залізо і цементоване археологічне залізо прямого відновлення.

Цементація матеріалу проводилася в силітових печах типу КО-11 при температурі 1150 градусів Цельсія, за допомогою деревного вугілля з додатком карбюризатора (30-25-відсотковий BaCO3). Сталь розливалась в попередньо нагріті тиглі, які розміщалися в печі, нагрітої до температури 900-1400 градусів Цельсія. Злитки охолоджувалися з різною швидкістю. Частина сталі розливалася в чавунні виливниці, охолодження яких проводилося на повітрі.

Плавки в горнах проводили в тиглях при однаковій швидкості охолодження. Гаряча деформація злитків відбувалася в інтервалі температур 800-1000 градусів Цельсія (через кожні 50 градусів). Ступінь деформування після кожного нагрівання складала 5-20 відсотків, а загальна деформація — 80-90 відсотків. Для визначення мікро- і макроструктури застосовувалися спеціальні розчинники, а для визначення механічних властивостей виготовлялись стандартні зразки. У зв’язку з тим, що зміна форм історичних експонатів виключалася, мікроскопічні дослідження проводилися безпосередньо на виробах.

Кількість вуглецю визначалася стереометрично-лінійним способом Розіваля. За допомогою окуляра-мікроскопа підраховували число ділень лінійки, що приходить на кожну з фаз структури, а кількість вуглецю визначали по формулі:

%С = Пп Сп + Пц Сц , де

Пп — кількість ділень лінійки, які приходяться на перліт;

Пц — кількість ділень лінійки, які приходяться на цементит;

Сп — кількість вуглецю в перліті;

Сц — кількість вуглецю в цементиті.

Таким шляхом грузинські вчені визначили мікроструктуру і хімічний склад (кількість вуглецю) у виробах історичного холодного озброєння — шаблях, мечах, кортиках, ножах, кинджалах, де кількість вуглецю дорівнювала 1,05-1,75 відсотків. Також була визначена необхідна величина аустенітного зерна, котра сприяє утворюванню візерунків, які спостерігаються неозброєним оком. Величина зерна повинна бути не менше 500 мкм, а відстань між окремими смугами в сталі повинна бути не менше 200 мкм. Лише при такій відстані між смугами ми можемо бачити візерунок булатної сталі на поверхні виробу (шаблі, кинджала, меча). Грузинські вчені визначили ступінь кривизни на старовинних шаблях (десять штук з довжиною клинка 82-90 см), яка склала 110-150 мм в залежності від довжини клинка і кількістю вуглецю в шаблі (1,17-1,50 відсотків), а також вивчили і обґрунтували конструкції з’єднання рукоятки з клинком в залежності від конструкції шаблі. Визначили залежність механічних властивостей від швидкості охолодження злитка та провели багато інших досліджень. Але вони не довели справу до логічного завершення. Дуже прикро казати про це, але саме грузинські вчені переконували, що булатна сталь втратила своє попереднє значення. Але теоретичний і історико-технічний інтерес до неї зберігся.

Відомо, що П.П. Аносов першим серед європейських фахівців отримав булатну сталь, що визнають навіть американські вчені. Він провів за дев’ять років досліджень 185 плавок, вводячи до складу шихти різні вуглецеві додатки (листя, деревину, слонову кістку, графіт, та інші) й досліджуючи вплив легуючих елементів на макроструктуру та якість булату. П.П. Аносовим було встановлено, що булатна сталь не містить легуючих елементів, а являє собою сплав заліза з вуглецем. П.П. Аносов довів, що властивості сталі залежать не від вуглеродних речовин, а від кількості вуглецю, який впливає на твердість матеріалу.

П.П. Аносов розробив і удосконалив тигельний процес плавки, визначив можливість насичення метала вуглецем безпосередньо в тиглі за рахунок атмосфери печі; був розроблений безфлюсний спосіб виплавки сталі, а також метод виплавки сталі безпосередньо з руди шляхом її сплавлення з вугіллям і графітом. Розроблений П.П. Аносовим тигельний спосіб отримання сталі був найбільш сучасним на початку XIX століття. При цьому треба пам’ятати, що із 185 плавок, проведених П.П. Аносовим, ми маємо зазначити наступні наслідки: 14 плавок були невдалими — шихта не розплавилась, але по п’яти з них метал піддавався куванню; 9 плавок не піддавалися деформуванню. За таких умов цими фактами не треба перейматися, бо це лише 14 плавок із 185, що складає 7,56 відсотків, але деякі дослідники, посилаючись на досліди П.П. Аносова, приймають його невдалий експеримент за основу й базують свої винаходи (досліди) на невдачах П.П. Аносова.

П.П. Аносов у своїх 185 плавках виявив наступні візерунки: «шам» — 1, «кум-гинди» — 1, «хорасан» — 14, «кара-хорасан» — 7, «табан» — 8, «кара-табан» — 6, з золотавим відливом — 4. Таким чином, із 185 плавок лише по 41 плавці П.П. Аносов отримав візерунки, решта плавок не дали бажаного результату. Треба відмітити наступне, що з 14 плавок, шихта в яких не розплавилась, в п’ятьох плавках метал піддавався деформації, тобто були отримані злитки, що можна пояснити тим, що нерозплавлені шматки заліза занурювались в рідкий метал, який мав підвищену кількість вуглецю, насищалися вуглецем і, після чотирьох-п’яти годинної витримки металу в тиглі, всі частки залізу (розплавленого і нерозплавленого) утворювали один злиток.

Першим, хто зробив некоректний висновок, був професор А.П. Виноградов, надрукувавши в журналі «Техніко-економічний вісник» у 1924 році статтю «Походження булатного візерунку». В той час А.П. Виноградов працював у Дніпропетровському горному інституті і стверджував, що для утворення максимальної неоднорідності в рідкій фазі необхідна присутність недорозплавлених часток заліза, при цьому швидкість охолодження злитка має другорядне значення, і навпаки, швидке охолодження злитка більш чітко буде фіксувати неоднорідність рідини. Проводячи досліди з доевтектоідної сталі, отримуючи смугасту структуру, А.П. Виноградов прийшов до висновку, що в основі візерунку закладене чергування чистого фериту і перліту. Виходячи з даного розуміння, А.П. Виноградов приходить до висновку, що сутність структури литого і зварного булату (дамаської сталі) однакова.

До аналогічного висновку прийшов і М.І. Голіков. Відкидаючи дендритну теорію булатної сталі, М.І. Голіков вважає, що для утворення булатного візерунку необхідно зафіксувати фізичну неоднорідність. В 1955 році М.І. Голіков, Ю.Г. Гуревич та інші співавтори отримали авторське свідоцтво, в якому зазначалось, що для отримання булатного злитка необхідно в розплавлений чавун додати стальну стружку в кількості 60-70 відсотків від маси металу. Якщо А.П. Виноградов стверджував, що ми маємо отримати фізичну неоднорідність шляхом недорозплавлення заліза, то Голіков М.І. пішов ще далі: запропонував вводити стальну стружку. В авторському свідоцтві не повідомляється ані кількість вуглецю в кінцевому металу, ані якої саме сталі вводиться стружка (ст. 3, ст. 5, У7-У13), ані хімічний склад чавуну.

Ю.Г. Гуревич отримав два патенти Російської Федерації.

Перший за номером 2051977 — «Спосіб отримання балатної сталі». Цей спосіб включає виготовлення заготовок та їх кування, и відрізняється тим, що на поверхню заготовок з низьковуглецевої сталі наносять шар білого чавуну, після чого проводять пакетування, нагрівання для кування до температури вище 730 градусів Цельсія з витримкою 5-10 секунд, після чого проводять прискорене охолодження до температури нижче 730 градусів Цельсія, при якій проводять кування.

Другий патент Ю.Г. Гуревича за № 2051184 також має назву «Спосіб отримання булатної сталі». Цей спосіб включає шихтовку, виплавку, охолодження та кування, і відрізняється тим, що шихту складають шляхом завантаження шарами стальної і чавунної стружки з поперечним січенням не більше 150 мм і товщиною стінки не більше 2 мм. Виплавку проводять методом нагрівання шихти до температури розплавлення чавуну з витримкою при цій же температурі не менше 15 хвилин. При цьому кількість шихти в контейнері повинна бути така, щоб після розплавлення чавуну і насичування ним стальної стружки, висота ванни не перевищувала 20 мм. Охолодження після закінчення плавки проводять гартуванням у воді, а кування злитку проводять разом з контейнером при температурі не вище 780 градусів Цельсія.

Як бачимо, Ю.Г. Гуревич «удосконалив» спосіб отримання булату, який викладений в авторському свідоцтві М.І. Голікова, Ю.Г. Гуревича та інших, тим, що стальна стружка не уводиться в розплавлений чавун, а завантажується разом з чавунною стружкою.

Тепер я зроблю декілька зауважень по патентах Ю.Г. Гуревича.

Патент № 2051977. Не відомо, яким чином наносити шар білого чавуну на заготовку з низьковуглецевої сталі. Що означає витримка заготовки після нагрівання для кування 5-10 сек., коли лише переміщення заготовки з нагрівальної печі під молот обчислюється секундами. І яким чином Ю.Г. Гуревичу вдалося прокувати заготовку зі шаром білого чавуну, бо, наприклад, я ще не знайомий з прийомами кування-деформації білого чавуну.

Патент № 2051184. Ю.Г. Гуревич мав на конкретних прикладах роз’яснити, яким чином йому вдалося розплавити чавунну стружку, витримати розплавлений чавун впродовж 15 хвилин для «насичування» стальної стружки, якої товщини мають бути стінки контейнера, щоб вони не розплавилися, насичавшись вуглецем і яким чином вкладається стружка: після розплавлення чавунної стружки рідкий чавун опуститься на дно контейнера, а стальна стружка залишиться «оголена» і ніякого «насичування» стальної стружки не буде. Чи ущільнюється (утрамбовується) стружка, котра закладена в контейнер (вільно закладена стружка не приведе до задуманих наслідків).

Складається враження, що ні по одному патенту Ю.Г. Гурерич не провів дослідної плавки, а написав патенти з умогляду, не усвідомлюючи процеси плавки і кування металу, не враховуючи розчинність вуглецю при високих температурах.

Наведені в таблиці 1 дані стосуються насищення рідкого металу вуглецем заліза. Але ми знаємо, що при цементації сталі при температурі 900-930°С, кількість вуглецю в поверхневому шару сталі досягає до 2,0 відсотків. Зі збільшенням температури цементації до 980°С величина цементованого шару збільшується і кількість вуглецю збільшуєтеся до 3,8 відсотків. Тепер уявіть собі, якими будуть товщина цементованого шару і кількість вуглецю, якщо підняти температуру до 1300-1350°С. А якщо врахувати, що здійснюється контакт поверхні сталі не з газом як це відбувається при цементації, а з рідким чавуном з температурою 1300-1350°С, то звичайно буде мати місце не лише насичення поверхні вуглецем, а й розплавлення металу.

Ю.Г. Гуревич надрукував статтю в журналі «Металознавство і термічна обробка металів» («Мітом»), №2 2007 р. під назвою «Класифікація булату по макро- і мікроструктурі», в якій зазначає, що до першої групи таємниць булату відноситься особливість технології виготовлення булатної сталі у зв’язку з її нерівновісною структурою, фізичною і хімічною неоднорідністю. Далі Ю.Г. Гуревич пише: «один з найбільш оптимальних способів виробництва булату, винайдений П.П. Аносовим, представляє собою «сплавление железа непосредственно с графитом» в тиглі під основним шлаком, при цьому метал повністю не розплавляється». Ю.Г. Гуревич, на мою думку, не читав працю П.П. Аносова «О булатах», бо якби він уважно ознайомився з дослідами П.П. Аносова, які викладені на останніх сторінках праці, він не закладав би у свої патенти і статті невдачі П.П. Аносова, вважаючи їх основним варіантом отримання булатної сталі П.П. Аносовим. В статті Ю.Г. Гуревича є ще недоречності, але я їх розглядати не буду, бо моя мета — довести читачам методи і способи отримання булатної сталі, які відомі до сьогоднішнього дня, а не рецензувати статті. До речі, я читав дві популярні книги Гуревича з великим задоволенням, бо в них викладені історичні факти, пов’язані з булатом, але відповіді, по якій технології можна отримати булат, а також про його властивості, в тих книгах немає. В своїй статті Ю.Г. Гуревич пише про те, що «можна отримати булат з різними структурними складовими: ферито-перлітними або перліто-карбідними».

Розглянемо ферито-перлітну структуру.

Ю.Г. Гуревичу має бути відомо, що всі сільськогосподарські знаряддя: пилки, сапки, ножі, коси та інші, виготовляють із сталі, яка має вуглець до 0,8 відсотків, тобто, сталь має феритно-перлітну чи перліто-феритну структуру. Хімічний склад сталі російського та австрійського виробництва для виготовлення кіс (у вагових відсотках): С — 042-0,77, Mn — 0,32-0,45, Si — 0,10-0,25, S-сліди — 0,050, Р — 0,016-0,052, решта — залізо.

В таблиці 2 наведено хімічний склад сталей Росії, Швеції, Німеччини, з яких виготовляють різні вироби, що піддаються значному вигину.

В яких галузях промисловості застосовуються наведені у таблиці 2 марки сталей? Я маю інформацію лише по двох марках сталі: російської і шведської.

Російська марка сталі застосовується для різання гуми. Стрічка крутиться як приводний пас (ремінь) і ріже підставлену гуму. Твердість стрічки має бути в межах 40-48 HRC, вигин — 0,46. Як саме використовується стрічка, я бачив на заводі «Вулкан» у місті Києві.

Шведська сталь застосовується для виготовлення вирубних фігурних штампів-різаків, які виштамповують заготовки з шкіри для взуття. Не дивлячись на те, що твердість сталі знаходиться в межах 42-45 HRC, вона добре вигинається, не залишаючи тріщин в містах вигину. На мал. 1а-б представлені штампи-різаки із шведської сталі. Такими різаками забезпечуються всі взуттєві фабрики. Для переконливості про надійний вигин шведської сталі ми вигинали зразки навіть під кутом 180 градусів і ніяких тріщин в містах вигину не виявили (мал. 2а-б). Крім шведської сталі, взуттєві фабрики застосовують ще й австрійську сталь, яка нічим не відрізняється від шведської. Були спроби виготовити штампи-різаки з булатної сталі (автором статті розроблена технологія і склад булатної сталі з кількістю вуглецю 0,4-6,67 відсотків). Але коли ми виготовляли стрічку, з якої треба було виготовити штампи, ми не мали відомостей про хімічний склад шведської сталі. Тому ми взяли булатну сталь з кількістю вуглецю 1,05 відсотків. Хоча вона мала таку ж твердість, як шведська, але при вигину ми помітили тріщини — структура мартенситу дуже крихка (мал. 2б ліворуч). Потім ми виготовили стрічку з 0,52 відсотків вуглецю й передали її в Інститут проблем матеріалознавства, але провести термічну обробку (гартування в маслі через воду) нам не вдалося, бо співпрацівник, який мав виконати цю роботу, не зміг здійснити термічну обробку. Але про цю проблему ми пам’ятаємо і при необхідності можемо виготовити необхідну стрічку, й штампи-різаки, які будуть мати ще кращі показники, ніж штампи із шведської та австрійської сталей.

В таблиці 3 наведено зношування булату після кування без проведення термічної обробки в залежності від кількості вуглецю і твердості. З таблиці видно, що зносостійкість булатної сталі не залежить від твердості, а головним чином визначається структурою металу. Так, наприклад, найкраща зносостійкість у булатної сталі, яка має найменшу твердість — 321 HV і 105 HV (з перлітною і перліто-цементито ледебуритною структурою відповідно).

Відомо, що високі фізико-механічні властивості металу обумовлені структурно-чутливими властивостями рідкого розплаву (густиною, поверхневим натягом, кінематичною в’язкістю). При більш високих показниках структурно-чутливих властивостей розплаву підвищуються показники фізико-механічних властивостей твердого металу.

На мал. 3 представлена залежність об’ємної густини розплаву FeC від кількості вуглецю при температурі 1600°С. На мал. 4 представленні вплив вуглецю на поверхневий натяг рідкого заліза при температурі 1500°С. Як бачимо, при кількості вуглецю 0,8 і 4,0 відсотка, густина і поверхневий натяг мають найкращі показники, що відбилося на зносостійкості булатної сталі, зношування якої дорівнює 15 і 14 мкм/годину (булат з іншою кількістю вуглецю мав зношування від 17,3 до 39,7 мкм/годину).

Не можу не зупинитися на пружності сталі, про яку згадував в своїй статті Ю.Г. Гуревич. Всім нам відомо, хто хоча один раз працював з одноручною пилкою, як полотно вигинається, коли неправильно користуєшся пилкою. Дворучну ж пилку можна зігнути в дугу. З булатної сталі можна виготовляти інструмент, оснастку, деталі машин і різний сільськогосподарський реманент.

О.П. Гуляєв в книзі «Металознавство» пише, що прикладання до металу зусилля викликає деформацію — зміну форми, вірніше, зміну відстані між точками тіла. Деформація може бути пружистою, яка зникає після зняття навантаження, і пластичною, яка залишається після зняття навантаження. Яке б не було мале навантаження, що прикладається, воно викликає деформацію, при цьому початкова деформація завжди буде пружистою і величина її знаходиться в прямій залежності від напруження. На кривій, наведеній на мал. 5, пружиста деформація характеризується лінією ОА і її продовженням (пунктир). Вище точки А порушується пропорціональність між напруженням і деформацією. Напруження викликає вже не пружисту, а залишкову пластичну деформацію. Пружиста і пластична деформації мають більш глибокі фізичні відмінності. При пружистій деформації під впливом зовнішньої сили міняється відстань між атомами в кристалічній решітці. Зняття навантаження усуває і причини, які викликають зміни міжатомної відстані і деформація зникає.

При пластичній деформації одна частка кристалу переміщується по відношенню до іншої. Якщо навантаження зняти, то частка кристалу, яка перемістилася, не повернеться на своє місце, деформація збережеться. Ці зрушення виявляються при мікроструктурному дослідженні.

Пружність доевтектоїдної сталі ми розглядали вище. Про пружність заевтектоїдної сталі я наводив приклади заміру вигину, коли обговорювали кривизну шабель, що досліджувалися вченими Грузії. Але найбільш цікавим є те, що вигин-ступінь кривизни шабель, виготовлених з булатної сталі з кількістю вуглецю більше 2,0 відсотків, дивує своєю величиною: полоса із сталі з кількістю вуглецю 2,27 відсотків при довжині всього 315 мм (шаблі довжиною 850-900 мм мали кривизну (вигин) 65 мм — див. журнал «Клинок» № 2, 2006 р., стор. 37 — Авт.). Тому можна зробити висновок, що козаки опоясували себе шаблями, виготовленими з булату з кількістю вуглецю до 0,8 відсотків, коли леза мали ферито-перлітну чи перліто-ферітну структури, або шаблями, зробленими з булату з кількістю вуглецю більше ніж 2,0 відсотка з перліто-цементіто-ледебуритною структурою. Шаблі, виготовлені з булату з кількістю вуглецю 0,8-2,0 відсотка, не могли опоясувати талію козака. До цього висновку я прийшов, працюючи постійно з булатною сталлю впродовж 37 років.

Не можна не згадати про патент В.І. Басова, який прославився як майстер-зброяр, що виготовляв зброю з дамаської сталі і булату. Його патент під № 5029239, 1994 р. назвався: «Спосіб отримання злитків булатної сталі». Цей спосіб передбачає перегрів розплаву на 200-640 градусів Цельсія вище температури ліквідусу, витримки від 4 до 6 годин і охолодження сплаву перед розливкою до 1560-1580 градусів Цельсія впродовж 1,5-2 годин. Розливку проводять в форми, нагріті до температури 1100-1500 градусів Цельсія (ливарні форми під шлаком, нагрітому до температури 1560-1600 градусів Цельсія без дотику струмені розплаву з повітрям). Пропоно