Для составления пакета подходят сотни современных сталей, назову лишь небольшое количество. По химическому составу подходят шх15, шх4, шх20сг, шх15сг, 65г, 50хфа, 60с2хфа, 70г, 70с2ха, 5хнм, 5хгм, 5х2мнф, 6хвг, 5хнв, 9хс, хвг, у8, у10, у12, у13а и т.д. По температуре ковки и закалки идеально подходят друг другу шх15, у8 и 65г. Температура для их сваривания примерно 1100 градусов, температура ковки 900-1000 градусов, температура закалки 850 градусов. Все эти стали соответствуют «трем правилам», и их легко найти в быту.
Используя в равных пропорциях, из этих сталей получается дамасская сталь с содержанием углерода 0,8%. Для изготовления пакета раскуем эти стали в одинаковые по габаритам пластины примерно 15*5*1 см. Сложим из них 6-ти слойный пакет: у8 - шх15 - 65г - у8 - шх15 - 65г. Чтобы пакет не развалился по углам прихватим его электро-сваркой и с торца приварим ручку из куска арматуры длиной 50-60 см. Пакет для сваривания готов. Теперь поместим его в разогретый горн и доведем до температуры 850-900 градусов, это красно-оранжевый цвет. Вытащим за ручку пакет из горна и поставим его на ребро так, чтобы все слои сталей стояли вертикально. Нанесем сверху на пакет горсть буры. Бура должна растаять и протечь насквозь через пакет. Если бура не протекла, надо добавить ее еще. Если бура не вся растаяла нужно пакет с бурой подержать в горне над углем пока бура не растает. Затем нужно повернуть пакет на 90 градусов, чтобы все слои металла были горизонтальны относительно земли. В таком состоянии бура должна покипеть между слоями сталей несколько минут. Это нужно для того, чтобы бура растворила все шлаки и окалину на металле, образующуюся при нагревании металла в горне. Затем вынимаем пакет разогретый до оранжевого цвета, это примерно 900-950 градусов по Цельсию. Пакет ставим под молот и несильными ударами проковываем от одного края до другого. Этим действием мы выдавливаем жидкую буру со всеми шлаками. Проковывать по всей поверхности пакета не желательно, внутри пакета может остаться бура, что в дальнейшем приведет к "непровару». После того, как вся бура выдавлена из пакета, пакет еще не сварен. Мы просто сблизили между собой очищенные от шлаков слои металла и теперь к свариваемому металлу нет доступа воздуха. Весь этот процесс нужно проводить очень аккуратно и желательно в защитных очках. Раскаленная бура брызгается из пакета на несколько метров в разные стороны и это очень травмо-опасно. Снова помещаем пакет в горн и разогреваем до сварочной температуры примерно 1100 градусов, белого цвета каления. Цвет пакета должен напоминать цвет раскаленного солнца. Пока пакет греется до сварочной температуры за ним необходимо постоянно следить и постоянно поворачивать в горне, чтобы не получить пережог. Как только металл засветился как бенгальский огонь это и есть пережог. Готовность пакета к сварки видна когда пакет равномерно прогрет до белого цвета каления, на нем нет темных пятен и от него только начинают отскакивать искорки. Готовый к сварке пакет вынимается из горна и проковывается на молоте по всей длине. В дальнейшем нужно вытянуть пакет в полосу путем ковки. Вытяжку в полосу нужно вести при температуре нагрева меньшей, чем температура сварки примерно 950-1000 градусов - желтый цвет каления. Проводя ковку пакета «на ребро» при температуре 950-1000 градусов вы сразу увидите есть ли непровар, на месте «непровара» слои разойдутся. Непровар не так страшен, в место где разошлись слои снова подсыпается бура и процесс сварки повторяется. Страшен пережог. В месте пережога сталь уже не лечится. После того, как пакет вытянут в полосу его можно разрубить на горячую или просто разрезать болгаркой допустим на три равных части. Эти части опять складываются в пакет и процесс сварки повторяется. Так из 6 слоев получится пакет из 18 слоев, затем из 54 и т.д. Узор получаемый от такого процесса ковки называется «диким дамасским узором». Для получения четкого контрастного дикого узора нужно набрать в пакете примерно 300-500 слоев. В процессе ковки из нашего пакета весом 3,5 кг останется всего около 2 кг готового изделия, остальной металл выгорел в процессе ковки. Для улучшения качества дамасской стали последнюю вытяжку пакета в полосу нужно проводить при температуре 850-900 градусов красно-оранжевый цвет каления. Это позволяет добиться мелко-зернистой структуры стали. Закаливать дамасскую сталь лучше всего в отработанном машинном масле. После закалки рисунок на стали проявляется еще сильнее. Закаливать дамасскую сталь в воде нельзя, ее там может просто разорвать. Японские кузнецы закаливают свои мечи в воде, но они перед закалкой обмазывают их огнеупорной глиной. После закалки в масле дамаск будет иметь твердость примерно 60-64 единицы по Роквеллу. Для снятия внутренних напряжений в дамасской стали ее нужно отпустить. Это делается двух-кратном нагреванием стали до температуры 180-200 градусов по 1 часу. Этот процесс можно провести даже в домашних условиях на кухне в духовке. Рисунок на стали выявляется путем травления ее в 5-ти % растворе азотной кислоты или в хлорном железе. Концентрацию хлорного железа каждый мастер подбирает себе сам. Начинать обучение по изготовлению дамасской стали нужно именно с «дикого дамаска», и от него уже переходить к изготовлению более сложных узоров. Еще один совет тем кто разогрев пакета проводит в угольном горне. В качестве топлива желательно использовать кокс, он меньше зашлаковывает колосники и дает больший жар. А сам пакет желательно прогревать в верхних слоях угля или даже сверху на угле. В этих слоях воздух, проходя с низу в верх, практически остается без кислорода. Весь кислород выгорает проходя через уголь, и в верхних слоях угля он сильно обогащен углекислым газом. В результате в верхних слоях угля металл почти не окисляется и частично науглероживается и восстанавливается.
О свойствах легендарных оружейных сталей - дамаска, булата и вутца - хотя бы понаслышке знает любой цивилизованный человек. Они являются свидетельством уникальных возможностей мастеров металлургической профессии.
В чем секрет этих удивительных сплавов, кто и когда их производил и каким образом обрабатывал? Похоже, что современная наука нашла ответы на эти вопросы.
Продолжение цикла публикаций из энциклопедии "Металлургия и время".
Предыдущие статьи цикла:
,
)
«Чугунение» и «насталивание»
Структуру металла с высокоуглеродистыми прослойками можно получить, применяя при кузнечной сварке в качестве флюса дробленый чугун.
При температуре сварки углерод чугуна мгновенно соединяется с окалиной, отнимая у нее кислород. В итоге вместо окалины образуются диоксид углерода и восстановленное железо, которое тут же науглероживается от контакта с углеродом жидкого чугуна. Чугун в данном случае служит более эффективным источником углерода, чем древесный уголь, поскольку при температуре сварки он плавится и углерод находится в нем в растворенном, более химически активном виде. Растекаясь по поверхности заготовки, жидкий чугун очищает ее от окалины, попутно теряя свой углерод и вследствие этого затвердевая. При последующей проковке часть жидкого чугуна выжимается, но остаются тонкие прослойки достаточно вязкого, обедненного углеродом чугуна и высокоуглеродистой стали.
Дальнейшую расковку пакета проводят при несколько пониженных температурах, чтобы высокоуглеродистые прослойки не расплавлялись, поэтому некоторые оружейники говорят, что они не сваривают пакет, а «паяют» его чугуном. Науглероживание поверхности металла расплавленным чугуном называют «чугунением» или «насталиванием». В итоге получается чередование слоев вязкого железа, стали и крайне твердого белого чугуна, т.е. «предельный» вариант дамасской стали. Классический японский способ изготовления клинков как раз и заключался в использовании молибденсодержащего железа, стали (по некоторым данным, импортируемой из Китая) и дробленого чугуна.
Ковка литой стали
Историческому сосуществованию двух типов оружейной стали - литой и сварочной - соответствовали две технологии ковки. Известно, что заготовка вутца перед ковкой имела небольшую массу (не более 1 кг).
Легковесность исходной заготовки позволяла мастерам осуществлять ускоренный подогрев изделия и широко использовать локальный нагрев его частей для последующей ковки.
Если внимательно присмотреться к состоянию микроволокон, выходящих на поверхность вутца, то можно видеть не только их «завихренность» в результате применения сложных приемов ковки, но и их раздробленность. Данное обстоятельство указывает на осуществление на определенном этапе ковки мощного «единоразового» воздействия на волокна, предварительно приведенные в благоприятные для дробления условия. По-видимому, именно эта операция ковки определяющим образом влияла на конечное качество булатной стали и совокупность ее феноменальных свойств.
Вместе с тем многими специалистами отмечается, что условием правильной ковки булата является ее «постепенность». Качество булатного клинка тем выше, чем медленнее ведется ковка. Аккуратная ковка при невысоких температурах, требующая многочисленных подогревов, приводит к повышению контрастности узоров. При нагреве мелкие карбиды и острые грани крупных карбидов растворяются, а при последующем остывании углерод вновь выделяется на поверхности крупных частиц в высокоуглеродистом прочном волокне. Поэтому первоначально размытый узор приобретает резкость и контрастность.
Ковка дамаска
В неоднородном дамаске вид макроструктуры очень сильно влияет на свойства клинка. В разных странах были разработаны десятки, а возможно, и сотни сортов сварочной стали. Несмотря на такое обилие, все эти сорта можно упорядочить, разделив по принципу образования на несколько групп: «дикий», «штемпельный» и «крученый (турецкий)».
«Дикий» узор дамаска образуется при беспорядочном перемешивании металла в результате простой ручной ковки. Лучшие мастера предпочитали ковать клинки из «штемпельного» дамаска с регулярным узором. «Штемпельным» узор назвали в Германии по способу его образования с помощью нанесения специальным штампом - штемпелем строго упорядоченного рельефа на заготовку клинка, в результате чего при ковке слои искажались в заданном порядке. Видов формируемых при этом узоров немного: ступенчатый, волнистый, ромбический (сетчатый) и кольчатый. Ступенчатый узор характеризуется относительно узкими прядями линий, расположенными поперек клинка.
Схема проявления узора (а) и основные виды набоек для изготовления штемпельного дамаска (б)
Распространенным видом «штемпельного» узора является ромбический, имеющий две разновидности. Одну из них получают, насекая поверхность заготовки зубилом крест-накрест, отчего узор имеет вид сплетенной из нитей сетки, наброшенной на клинок из «дикого» дамаска. Соответственно, и узор называется «сетчатым». Второй разновидностью является узор, который в Германии называют «мелкие розы». Он имеет вид четких концентрических ромбов и набивается имеющим пирамидальные выступы штампом. Кольчатый вид «штемпельного» узора в США называют «павлиний глаз», хотя он больше похож на «павлиний хвост», поскольку на клинке в четком порядке расположены многочисленные концентрические окружности.
«Турецкий» или «розовый» дамаск
Особенно красивым считается узор «турецкого» дамаска. Так в XVII-XVIII вв. его назвали в Европе, когда увидели привезенные с Востока сабли из местных разновидностей сварочного металла. Другое его название - «розовый» дамаск, обусловленное схожестью вида узора с цветками розы.
Отличительной особенностью «турецкого» дамаска являлось то, что клинки отковывались из предварительно туго закрученных прутков неоднородного металла. Узоры при этом получались крайне разнообразными и причудливыми. Беруальдо Бьянчини, автор вышедшей в 1829 г. книги «О дамасских клинках турецкого типа», писал: «...масса, употребляемая сегодня для создания дамасских клинков, в точности та же самая, какая идет на изготовление клинков совершенно ординарных, т.е. равномерная смесь стали и железа в соотношении два к одному.
Стадии проявления узора в крученом турецком дамаске
Вытягивание дважды рафинированных болванок в полосу и последующее выковывание клинка между двух штампов происходят так же, как и при изготовлении обычного клинка. Единственное различие состоит в том, что штамп для дамаска должен быть снабжен различными рельефами, которые желательно перенести на клинок. При ковке молотом сменяющие друг друга листы стали и железа клинка вдавливаются в углубления штампа, в результате чего возникают углубления или рельеф, которые, будучи затем спилены, дают желаемый узор».
Закалка оружейной стали
Режимы термической обработки изделий из булатной стали всегда привлекали пристальное внимание исследователей. Именно этот этап технологии ее производства окружен наибольшим числом легенд и таинств, дошедших из глубины веков.
И в сравнительно недавние времена, например в XIX в., многие металлурги придавали большое значение способам закалки булата и даже относили их к основным секретам изготовления булатного оружия.
Объяснить, почему металл становится прочнее и тверже, тогда никто не мог, зато рецептов закалки было великое множество: практически каждый мастер имел свой секрет.
Известно, что в качестве закалочной среды широко использовалась и родниковая вода, и вода минеральных источников. Температура воды и растворенные в ней соли оказывали большое влияние на скорость охлаждения изделий, поэтому место отбора воды и ее температуру при закалке держали в строгом секрете. Ввиду того, что клинки из стали с высоким содержанием углерода после закалки в холодной воде легко ломались от удара, в Персии холодное оружие начали закаливать в мокром холсте. Известен метод закалки, при котором перед термической обработкой клинок для тепловой изоляции обмазывался толстым слоем особой глины с разными примесями. Состав удалялся только с лезвия, подлежащего закалке в воде. Образовавшейся при этом «демаркационной» линии в каждой мастерской придавали своеобразный оригинальный рисунок, по которому можно было отличить мастера, изготовившего холодное оружие.
Моча рыжего мальчика и ягодицы молодого раба
Металлурги искали и умели находить среды, в которых сталь охлаждается быстрее, чем в воде. Так, моча и другие растворы солей забирают тепло у раскаленного металла быстрее, чем самая холодная вода.
Заметив эту особенность, средневековые металлурги разрабатывали различные варианты закалки и достигали порой немалых успехов. Вот как Теофил описывает закалку стали, которая режет «стекло и мягкие камни»: «Берут трехлетнего барана, привязывают его и в течение трех дней ничем не кормят. На четвертый день его кормят только папоротником. Спустя два дня такой кормежки, на следующую ночь барана ставят в бочонок с пробитыми внизу дырами. Под эти дыры ставят сосуд, в который собирается моча барана. Собранная таким образом за две-три ночи в достаточном количестве моча изымалась, и в указанной моче барана закаливали инструмент». Существуют легенды, согласно которым булатные клинки закаливали в молоке матери, кормящей сына, в моче рыжего мальчика, трехлетней черной козы и т.д.
Как повествует легенда, в Древней Сирии клинок нагревали до цвета зари и 6 раз вонзали в ягодицы молодого раба. Известны приемы подобной закалки стали охлаждением в теле свиньи, барана или теленка. В Дамаске сабельные клинки нагревали до цвета восходящего солнца и закаливали в крови убиваемого нубийского раба. А вот рецепт закалки кинжала, обнаруженный в одном из храмов на территории Малой Азии и относящийся к IX в.: «Нагреть (клинок) до тех пор, пока он не засветится, как восходящее в пустыне солнце, затем охладить его до цвета царского пурпура, погружая в тело мускулистого раба. Сила раба, переходя в кинжал, и придает металлу твердость».
Древние кузнецы знали и способы предохранения металла от окисления в период нагрева под закалку. Кузнец брал бычьи рога, сжигал их на огне, в полученный пепел примешивал соли и посыпал этой смесью изделия, которые затем нагревали и закаливали в воде или сале.
Тайна литой стали
Как ни парадоксально, человек пока так и не смог до конца понять сущность булатной стали, природу уникальных свойств и особенности технологии ее получения. И это несмотря на то, что долгое время использовал изделия из булата, совершенствовал его, терял секреты изготовления и вновь приоткрывал тайны булата, подобно тому, как это сделал в середине XIX в. русский металлург П.П. Аносов.
Необходимо отметить, что П.П. Аносов, неоднократно отмечая в своих работах высокие качества полученного им булата, не уступающего лучшим азиатским булатам, никогда не говорил о том, что раскрыл тайну индийского вутца; более того, он отказался от устоявшегося в то время понятия «дамасская сталь» и выдвинул новое - «русский булат».
Разгадать секрет литой оружейной стали стремились многие видные европейские ученые, в том числе Майкл Фарадей, сын кузнеца. В 1819 г. он исследовал образцы литой стали и пришел к выводу, что ее исключительные свойства объясняются присутствием небольших количеств кремния и алюминия. Хотя этот вывод оказался ошибочным, статья Фарадея вдохновила Жана Робера Бреана, пробирного инспектора Парижского монетного двора, провести серию экспериментов, в которых он вводил в сталь различные элементы. Именно Бреан впервые в 1821 г. высказал догадку о том, что необычные прочность, вязкость и внешний вид литой оружейной стали должны быть обусловлены высоким содержанием углерода. Он установил, что ее структура имеет светлые участки науглероженной стали на темном фоне, который он называл просто сталью.
Производство древнего оружия из булатной стали, окруженной легендарным ореолом сверхдостоинств и священных тайн, как уже хорошо известно, осуществлялось из индийского вутца. Он поставлялся на рынки Персии и Сирии в виде разрубленной пополам «лепешки» литой стали. Содержание углерода в вутце было очень высоким. Так, химический анализ вутца, проведенный по распоряжению П.П. Аносова, показал содержание углерода, равное 1,7-2,0 % масс. и более.
Заготовка индийского вутца имела диаметр примерно 12,5 см, толщину около 1 см и массу примерно 1 кг. Кроме того, слитки вутца имели своеобразные узоры, отличные от рисунка на готовых клинках. По мнению большинства специалистов, лучшие клинки ковали в VII-XII вв. Лезвие индийского клинка после заточки приобретало невероятно высокую режущую способность. 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.
К сожалению, в Древней Индии так тщательно скрывали секрет выплавки и технологию изготовления клинков, что, в конце концов, потеряли их совсем. Уже в XII в. табан, например, не могли делать ни в Индии, ни в Сирии, ни в Персии. В настоящее время ни один мастер, ни одна фирма в мире не могут воспроизвести лучшие сорта индийской стали, образцы которой сохранились еще в некоторых музеях Европы. Потеря секретов производства индийского вутца при наличии широкого рынка сбыта его заготовок указывает на ограниченное число мастеров, владевших технологией производства вутца, а также на достаточно высокие для своего времени показатели производительности, выход годного и воспроизводимость технологии получения вутца. С учетом этого можно предположить следующее: технология производства слитка индийского вутца была достаточно проста (как, наверное, и должно было быть, иначе стоило ли ее так тщательно скрывать), а форма в виде лепешки была в те далекие времена единственно правильной для представления готового полупродукта.
В средние века при определении преимуществ того или иного клинка настоящие мастера оценивали крупность узора (ширину волокон) булатной стали, характер рельефа, переплетения и число волокон, цвет травленого фона клинка и его отливы, высоту и длительность звучания клинка при ударе по нему, упругость и т.д. Представляется во многом понятным, что эти критерии контроля качества имели глубокий смысл, дающий информацию, в частности, о режущих свойствах клинка. Ширина высокоуглеродистых волокон характеризовала не только примененный способ получения булатной стали, но и режущие свойства клинка, его упругость и способность к самозатачиванию.
Очевидно, что после заточки и полирования лезвия из булатной стали его режущая кромка уже имела зубчатый рельеф, обусловленный изменяющимися по длине кромки твердостью и износостойкостью ее составляющих. Если учесть, что каждое высокоуглеродистое волокно булатной стали при выходе на режущую кромку имеет профиль определенной кривизны - фактор, существенно повышающий режущую способность клинка, то древние мастера были просто обязаны оценивать ориентировку волокон относительно режущей кромки клинка и его рукоятки.
Первым строго научно объяснил природу булата и связал ее со свойствами этой удивительной стали выдающийся русский металлург Дмитрий Константинович Чернов. Он считал, что при затвердевании сталь распадается на два различных соединения железа с углеродом, которые «играют очень важную роль при назначении такой стали на клинки: при закалке более твердое вещество сильно закаливается, а другое вещество остается слабо закаленным, но так как оба вещества в тонких слоях и фибрах тесно перевиты одно с другим, то получается материал, обладающий одновременно и большой твердостью, и большой вязкостью. Таким образом, оказывается, что булат несравнимо выше лучших сортов стали, приготовленных иными способами».
Легендарный композит
Итак, булат представляет собой композиционный материал. Отметим, что идея создания подобных материалов заимствована человеком у природы.
Множество природных конструкций (стволы деревьев, кости и зубы людей и животных) имеют характерную волокнистую структуру. Она состоит из сравнительно пластичного матричного вещества и более твердого и прочного вещества в виде волокон. Например, древесина - это композиция, состоящая из пучков высокопрочных целлюлозных волокон трубчатого строения, связанных матрицей из органического вещества (лигнина), придающего древесине поперечную жесткость. Зубы людей и животных состоят из твердого и вязкого поверхностного слоя (эмали) и более мягкой сердцевины (дентина). И эмаль, и дентин содержат неорганические микрокристаллы гидроксилапатита игольчатой формы, расположенные в мягкой органической матрице.
Сейчас можно с уверенностью сказать, что булатная сталь была открыта неслучайно и гораздо раньше, чем принято думать. Металлурги бронзового века не могли не обратить внимания на елочное строение бронзовых слитков. Получив первый слиток из железа с тем же елочным строением, древние мастера, вероятно, начали его ковать как бронзу. Конечно, он рассыпался. Однако это не остановило древних металлургов и спустя какое-то время, накопив опыт, они сумели найти решение.
Уникальность булатной стали заключается в том, что она представляет собой принципиально новый класс композиционных материалов. Она не может быть отнесена ни к одному из известных и научно определенных видов естественных и искусственных композитов, в числе которых в настоящее время принято определять волокнистые, слоистые и дисперсно-упрочненные. Особые свойства булата достигаются в результате совместной термомеханической обработки волокон и матрицы и последующего термического упрочнения композита посредством взаимного воздействия его отдельных составляющих и процессов, протекающих в них.
В заключение отметим, что при определенных условиях узорчатый слиток можно получить из однородного расплава. Это достигается путем замедленной кристаллизации высокоуглеродистого сплава, при которой вырастают крупные зерна-кристаллы, размер которых может достигать нескольких миллиметров. По границам этих кристаллов-дендритов выделяются карбиды, образующие цементитную сетку. Ковка такого крупнозернистого металла при невысоких температурах позволяет раздробить сплошную цементитную сетку на мелкие частицы и сформировать видимый глазом узор. Полученный таким образом узорчатый металл исследователи в настоящее время называют «дендритной» сталью - по дендритному характеру кристаллизации слитка, или «ликвационным» булатом - по механизму образования узора вследствие ликвации углерода. Клинки из «ликвационного» булата современные кузнецы расковывают при нагреве до температур, не превышающих 850 °С. Это обязательное условие; иначе, при более сильном разогреве, карбидные частицы полностью растворяются и магические узоры исчезают.
Дамасская сталь (дамаск) — это сталь, полученная методом кузнечной ковки из пакета, состоящего из металла разного сорта. Благодаря наличию этих слоев, нож из дамасской стали имеет на поверхности характерный рисунок. Главное достоинство дамаска — сочетание твердости и гибкости, которая получается как раз из-за «смешивания» разносортного металла, но все-таки дамаск по своим характеристикам существенно уступает булату. С некоторой натяжкой можно сказать, что дамасская сталь это искусственный булат. Но вот сварочный дамаск и литой булат — это абсолютно разные стали. Принципиальная разница булата и дамаска в том, что булат это однородная высокоуглеродистая сталь, а дамаск представляет собой композицию из слоев разносортного металла.
Есть версия, что сварочный дамаск появился в Персии как искусственное подражание настоящему булату как более дешевый материал для изготовления оружия. С Юго-Востока данная технология пришла в Европу, где превратилась в настоящую индустрию. Расцвет школы сварного дамаска приходится на начало 18 века, в Европе это Золинген, в России — Златоуст. Великолепный дамаск также в те времена ковали и на Кавказе.
Сейчас, среди ножеманов, дамасский клинок благодаря своим качествам и эстетике набирает силу и признание. После некоторого забвения, кузнецы вновь открыли секреты его изготовления. Можно предположить, что в ближайшее время, после того как обрел высокую популярность, появятся и ружья со стволами из дамасской стали.
Дамаск — это высокоуглеродистая сталь, с содержанием углерода до 1,3%, обладающая превосходными характеристиками, нередко приближающимися к свойствам настоящего булата. Процесс изготовления дамасской стали известен и достаточно прост в разговорах и на бумаге, но кузнецов, кто изготавливает дамаск с феноменальными свойствами очень мало. И весь секрет дамаска — именно в кузнице, и не каждый «нож из дамаска» обладает теми качествами, которые присущи этому металлу.
Суть получения сварочного дамаска такова:
- собирается пакет из разносортного металла с различным содержанием углерода,
- посыпается флюсом, нагревается в горне и куется,
- по мере вытяжки брусок разрезается поперек, опять складывается в пакет и операция повторяется,
- и так несколько раз. Число слоев может доходить в итоге до десятков тысяч, но оптимальным, на наш взгляд является число примерно в триста слоев.
Если разогрев металла происходит в газовом горне — то настоящая дамасская сталь не получится, поскольку будет происходить выгорание углерода, а вот в угольных горнах — как раз и рождается первосортный дамаск — клинок, находясь в горящем угле хорошо науглероживается.
Именно благодаря чередованию слоев с высоким и низким содержанием углерода — одних твердых, а других вязких, как раз и достигаются те свойства, которыми знаменит нож из дамасской стали.
В зависимости от того, как кузнец скомпоновал и сварил различные сорта стали — формируется и вырисовывается знаменитый «рисунок дамаска». Эти узоры бывают разных видов, но наиболее часто встречающиеся — волны, полосы, сетка и букет.
Если Вы решили купить нож из дамаска
, то с точки зрения прочностных и эксплуатационных характеристик - чем рисунок проще (границы слоев представляют равные по толщине и без особых зигзагов струи), тем лучше. Рекомендуем выбирать именно такие ножи. Также стоит отдать предпочтение более мелкому рисунку, чем крупному, поскольку это говорит о большем количестве слоев.
Проявление узора и подчеркивание эстетики ножа из дамасской стали достигается травлением.
Один из самых популярных пакетов для ножей из дамасской стали это ХВГ+У8+ШХ15
Одно из самых главных правил при обращении с клинком из дамаска — дамасские ножи нельзя шлифовать и обрабатывать абразивом. Эти действия «загонят» рисунок внутрь и клинок придется опять травить.
В сегодняшней статье мы рассмотрим технологию изготовления хорошего крепкого ножа из дамасской стали. Нож создается в традиционном стиле, то есть путем ковки. Тут вам будет нужен горн, наковальня, молот и очень много терпения.
Особенностью дамасской стали заключается в том, что при ее изготовлении смешиваются путем ковки различные типы металла. Сперва подготавливают пластины, затем сваривают, прогревают, а после этого закручивают заготовку, чтобы перемешать все виды металла.
В связи с тем, что нож может представлять угрозу для здоровья, его не следует давать в руки людям с нестабильной психикой.
Материалы и инструменты для изготовления ножа:
Из материалов:
- стальные пластинки как минимум двух марок (желательно использовать сталь с высоким содержанием углерода, тогда ее можно будет хорошо закалить. Автор использовал два типа стали, это 1095 и 15n20);
- флюс (будет нужна бура, ее можно купить в хозяйственном магазине);
- длинный прут (нужен, чтобы можно было приварить заготовку для нагрева в печи);
- любая древесина на выбор;
- эпоксидный клей (желательно, который сохнет быстро);
- клепки из латуни;
- льняное масло или другая пропитка для древесины;
- растительное масло для закалки стали;
- хлорное железо.
Из инструментов:
- наковальня (желательно настоящая большая наковальня. В крайнем случае, кусок рельса, кувалда и прочее, что есть);
- молот (автор использовал с поперечным бойком весом 1.3 кг);
- сварка (ей удобно сваривать пластины друг с другом и крепить арматуру, но если нет, можно воспользоваться проволокой);
- горн для кузнечных работ (в нем должна быть довольно высокая температура, чтобы листы сплавились друг с другом);
- ленточный шлифовальный станок (можно пользоваться и напильником, но понадобится много сил и терпения);
- духовка (или другое приспособление для нагрева металла с целью отпуска);
- сверлильный станок или дрель;
- тиски (очень помогают в процессе.
Процесс изготовления ножа:
Шаг первый. Собираем заготовки
На этом этапе автор подготавливает заготовки. Нужно нарезать пластины до нужной длины, у автора это 7.6х1.2 см. Тут важно учитывать, что чем больше будет заготовка, тем сложнее из нее будет выковать нож. Предварительно сварочные места нужно тщательно зачистить от ржавчины и окалины. Пластины укладываются с чередованием металлов.
В заключении к заготовке нужно приварить кусок арматуры, чтобы можно было ее поместить в печь. Конечно, вместо того чтобы приварить арматуру, заготовку можно вытащить с помощью клещей с длинными ручками.
Шаг второй. Отправляем заготовку в печь
Теперь заготовка подвергается первому нагреву и первой ковке. Горн автор сделал самодельный из газового баллона. Внутри он отделан огнеупорным цементом и коалиновой ватой. Поскольку горн имеет небольшие размеры, он без труда разогревается до нужных температур.
Металл нужно раскалить до вишнево-красного цвета, после извлечения его нужно сразу же посыпать бурой, чтобы убрать окалину и предотвратить взаимодействие с кислородом. Особенно нужно постараться засыпать буру между щелями пластин, так металл смешается хорошо и будет максимально однородным. Такую процедуру нужно проводить несколько раз, при необходимости снимая окалину.
Далее, заготовка прогревается до температуры ковки, по мнению автора это в районе 1260-1315 о С. Металл должен стать ярко-желтого или оранжевого цвета. Перед извлечением заготовки нужно убедиться в том, что под рукой уже имеется наковальня и молоток, так как металл остывает и время терять нельзя.
В итоге путем ковки заготовка вытягивается так, что ее можно загнуть.
Шаг третий. Перемешивание стали
На этом шаге заготовка много раз нагревается и поддается ковке, чем больше раз это будет сделано, тем лучше перемешается металл. Сперва заготовку нужно выковать таким образом, чтобы по длине она стала в два раза длиннее, чем была. Растягивать металл нужно как можно равномернее. Далее посередине с помощью зубила делается насечка, и заготовка складывается пополам. После этого ее снова нагревают и куют, пока две пластины не станут однородными. Всего автор сложил металл в 4 раза, в итоге получив 112 слоев.
При сковывании нескольких слоев важно всегда пользоваться бурой и счищать окалину.
Формула для расчета слоев такова: начальное количество * 2 в степени количества загибаний, то есть 7*2^4=112).
В завершении заготовка снова прогревается до температуры ковки, вставляется краем в паз наковальни и закручивается в виде спирали. Потом эту спираль нужно опять перековать в прямоугольную форму. В заключении можно убедиться, что слои однородны, зачистив один или несколько краев заготовки.
Шаг четвертый. Ковка основного профиля
На этом этапе автор формирует путем ковки основной профиль ножа. На этом этапе можно задать также скосы ножа, чтобы потом меньше пришлось работать на шлифмашине или напильником, что в последнем случае очень печально.
Шаг пятый. Шлифуем профиль
Если у вас нет шлифовального станка, то вам понадобится много времени и сил для выполнения этого шага. Тут будет нужен напильник и болгарка.
К концу шлифования в заготовке нужно просверлить отверстия для крепления ручки. Еще тут нужно будет доработать некоторые детали напильником зернистостью 400. Также нужно произвести первичную заточку ножа, но не нужно делать его острым, так как при закалке он может перекоситься.
Шаг шестой. Закалка металла
Закалка является очень ответственным моментом в изготовлении ножа. От нее зависит прочность будущего клинка, а при нарушении технологии заготовку и вовсе можно легко испортить. Первым делом сталь нужно максимально сильно отпустить. Это делается для того, чтобы металл при закалке не повело и клинок не перекосило. Отпускается металл путем нескольких нагреваний до температуры, при которой сталь уже не будет притягиваться магнитом. Всего таких нагреваний должно быть от трех до пяти. Остывать сталь должна постепенно на открытом воздухе.
После этого сталь можно будет закалять. Она нагревается в очередной раз до критической температуры и затем опускается в теплое масло. Высокоуглеродистую сталь не нужно закалять в воде, так как она слишком быстро охлаждает металл и тот разрушается.
После закалки сталь обязательно нужно отпустить, чтобы она не была хрупкой. Для этого заготовку помещают в духовку с температурой 205 градусов и греют в течение часа. Потом ей нужно дать постепенно остыть.
Шаг седьмой. Травление клинка
При травлении клинок получает характерный узор. Происходит все это дело химическим путем без использования электричества. Хлорное железо нужно приготовить по инструкции, у автора это три части воды и одна часть хлорного железа. Выдерживание длиться всего 3-5 минут.
Желание сделать дамасскую сталь своими руками должно иметь под собой определенную целесообразность. Появление подобного материала объясняется довольно просто. В течение нескольких тысячелетий прогресс зависел от уровня развития оружейных технологий. Чтобы иметь легкое и прочное оружие изыскивались подходящие материалы. Можно махать тяжелым мечом, устрашая противника. Имея удобный меч небольшого веса, проще поразить противника, закованного в латы.
Даже рыцари крупных размеров (богатыри), одетые в доспехи, часто ничего не могли противопоставить юрким противникам, вооруженным легкими мечами, шпагами и палашами. Прочная и острая сталь находила изъяны в защите, проникала в стыки лат, нанося смертельные раны. Особая прочность позволяла изготавливать удобное оружие с небольшой массой.
Булат и Дамаск
Рисунок дамасской стали на спиле металла:
Термин дамасская сталь появился сравнительно недавно. В разных источниках стало появляться подобное наименование кованого изделия в середине XIX века. До этого чаще использовалось наименование «Гурда», так называли творения кузнецов с Кавказа и Междуречья. Там стали ковать изделия из смеси сплавов, добиваясь необычного рисунка на поверхности клинков.
Булат, как свидетельствуют исторические исследования, пришел из Индии. В музеях истории сохранились образцы оружия, где применялись литейные заготовки из легированной стали. Чаще всего в них присутствует хром, концентрация которого может достигать до 14 %.
Однако булатное производство рассчитано только на индивидуальный выпуск продукции. Поэтому технология довольно затратная. Мастер тратит много времени для изготовления определенного образца. Если заходит разговор о массовом производстве, то не рассчитывают на сложную технологию.
Только Златоустовский оружейный завод (единственное крупное предприятие) производит булатные клинки. По специальному заказу выпускают изделия дамасской стали. Цены на товар высокие, но имеется стабильный спрос на продукцию не только внутри России, но и за рубежом.
Изучением технологии производства и созданием промышленных технологий занимался металлург Павел Петрович Аносов. Результаты его работы присутствуют во всех учебниках по металловедению и кузнечному делу.
Современный булат в изделиях – реплика ножа НР-40 в современном исполнении, изготавливается на заказ:
Во время Великой Отечественной войны завод выпускал армейские ножи и шашки для кавалерии. Достаточно много экземпляров оружия с той поры реализуется в настоящее время на различных интернет ресурсах. Современные кузнецы производят новодел (так называют изделия, которые выполняются по образу и подобию старинных образцов). Несколько сотен мастерских предлагают копии, которые трудно отличить от оригинала.
Нож разведчика НР-40, изготовленный в 1942 г. – их выпустили более 7 млн. экземпляров:
Судя по количеству предложений и ценам, можно сделать вывод, что индивидуальный товар пользуется стабильным спросом. Производство изделий из булата и дамасской стали может быть довольно интересным и прибыльным бизнесом.
Современный нож НР-40, изготовленный по образцам периода Великой Отечественной войны:
Отличие булата от дамасской стали специалисты видят в исходном сырье:
- Булат – это сплав, в котором присутствует значительное количество легирующих элементов, при последующей кузнечной обработке методом кузнечной сварки соединяют платины, которые придают изделию комплекс новых свойств.
- Дамаск – это механическое соединение металлических заготовок, разнящихся по своим свойствам. Выполняется проковка до нескольких десятков слоев.
Использование качественной стали в изделиях
Не только оружие нуждается в прочных материалах. Конструкционные материалы с особыми свойствами используются в самых разных отраслях промышленности.
Кованые изделия работают в автомобилях, на железнодорожном транспорте, в сельскохозяйственных машинах, на космических кораблях. Используется только весьма упрощенная технология. Ковкой добиваются получения мелкого зерна в строении металла. Устраняются возможные раковины, которые присутствуют в отливках.
Образец современного клинка с выраженным рисунком:
Для дамасской стали отмечают плюсы и минусы.
Положительные характеристики
- Высокая прочность изделия, выдерживает нагрузку, приложенную в разных направлениях (сжимающую, растягивающую, изгибающую и другие виды нагружений).
- Износостойкость режущей кромки, долго держит остроту.
- Имеет необычный внешний вид, невозможно повторить рисунок на аналогичном предмете, делает его узнаваемым.
- Высокая стоимость при реализации.
Специальный вид дамасской стали, изготовленной из троса:
Перечисленные плюсы часто привлекают мастеров заниматься производством по технологии многократной проковки заготовок. Для каждой новой партии товара могут использоваться свои способы и последовательность ковки.
Недостатки
Главный недостаток – это высокие затраты труда на производство изделия. Приходится прибегать к многократному нагреванию заготовки.
Высокоуглеродистая сталь подвержена коррозии. На вопрос: «Ржавеет ли?» Можно ответить однозначно, что без надлежащего ухода ржавчина быстро уничтожает изделие.
Даже в домашних условиях желательно регулярно ухаживать за предметами из дамасской стали. Их протирают растительными или минеральными маслами, а потом сухой ветошью снимают излишки. Оригинальное оружие обрабатывают не реже одного раза в год. Тогда оно сохраняется надолго.
Финка из дамасской стали, современное изделие:
Оснащение мастерской для производства изделий
В мастерской домашнего мастера, желающего заняться изготовлением изделий из дамасской стали, нужно иметь:
- Сварочный аппарат – с его помощью пластины из материалов различной прочности свариваются в единый блок, которые можно обрабатывать совместно.
- Горн – в нем выполняется нагрев заготовок из готовых предметов до высоких значений температуры (более 800 ⁰С).
- Наковальня нужна для ковки. Методом деформации производится кузнечная сварка, меняется форма детали на разных стадиях обработки.
- Набор молотков и молотов помогает наносить удары с разной силой. Когда работают вдвоем, то ведущий кузнец ударами легкого молотка показывает подручному места для нанесения ударов тяжелым молотом.
- Тиски используют для фиксации заготовок на разных этапах работы.
- Сверлильный станок необходим для сверления отверстий.
- Заточной станок используется чаще остальных, на нем изделиям придают форму и остроту.
- Гриндер – это вариант заточного станка, отличительная особенность заключается в использовании ленты с абразивным покрытием, склеенной в кольцо. С помощью гриндера формируют ровные спуски под заданным углом.
- Станок для изготовления спусков. Качественная заточка до бритвенной остроты возможна только на специальном приспособлении, которое позволяет двигаться по строго определенной траектории.
- Болгарка набором отрезных и зачистных дисков. Простой инструмент оказывает помощь при выполнении самых разных видов действий.
Заточка клинка на гриндере:
Кроме основного набора станков и приспособлений, многие мастера дополнительно используют деревообрабатывающее оборудование. Оно помогает изготавливать ручки из прочных пород древесины. Небольшие токарные станки помогают создавать сложную фурнитуру, которая украшает готовые предметы.
Самодельный миниатюрный гриндер, стачивание спусков:
В мастерских, производящих качественные ножи, имеются вальцы. На них разогретые заготовки прокатывают с целью получения пластины определённой толщины. Дамасская сталь своими руками получается после многократной ковки и проката через вальцы.
Наличие кривошипного молота помогает проковывать заготовку серией многочисленных ударов. Пневматический или гидравлический пресс используют для объемного обжатия металла. Одним движением придается нужная геометрия.
У некоторых мастеров имеются матрицы и пуансоны, которые позволяют методом пластической деформации придавать стандартную форму, например, продавливать дол на клинке (используют для придания жесткости с одновременным снижением массы).
Заготовки для производства булата
Сделать булатную сталь несложно, для его производства используют стали и сплавы с заранее заданными свойствами. Применяют готовые изделия и специальные слитки. Кузнечные мастерские пользуются металлическим ломом или деталями, приобретаемыми в торговой сети. В таблице приведены материалы, которые чаще всего применяют для изготовления кованых предметов.
Пошаговая технология изготовления булата из подшипника
Изделия из готовых слитков или заготовок производятся в следующей последовательности.
Внутреннее кольцо подшипника изготовлено из сплава ШХ-15. Его распиливают отрезным диском болгарки, направляют на прогрев в горн. Желательная температура прогрева 900…950 ⁰С.
На наковальне удерживают заготовку кузнечными щипцами. Отбивая молотком выпуклости, из кольца формируют полосу.
Убирают впадины с полосы.
На гриндере придают нужную форму.
С помощью специальной оправки удерживают заготовку. Постоянный угол позволяет с обеих сторон создать одинаковые спуски.
Окончательная форма изделия получается путем обтачивания.
Паста ГОИ и вспомогательный бархатный валик помогают отполировать поверхность.
После полировки получается готовый клинок. Остается изготовить ручку, больстер и ножны. Тогда изделие можно считать законченным.
Заготовки для производства Дамаска
Сделать дамасскую сталь в домашних условиях может любой мастер, для этого применяют наборы сплавов. В них присутствуют мягкие и твердые включения. Комбинируя их между собой, добиваются получения клинков с выраженными структурными узорами.
Используются следующие комбинации, показанные в таблице. Некоторые мастерские предлагают и свои варианты. Предлагаемые схемы дают наилучшие показатели.
Начиная производство в собственной мастерской, узнать, сколько стоит готовое изделие, несложно. На многих сайтах интернет-магазинов указаны цены. По мере приобретения опыта и повышения качества товара, можно повышать цену на свою продукцию.
Видео: как сделать дамасскую сталь?
Пошаговая инструкция изготовления ножа из троса и полосы от напильника
Дамасскую сталь и изделие из нее изготовить сложнее. Но готовый образец будет иметь более привлекательный вид. Ниже приведена последовательность изготовления клинка.
Из нескольких отрезков троса готовят заготовки. Их сваривают с помощью стержней из нержавеющей стали. Трос представляет собой жесткий металл, а нержавейка – это мягкий, пластичный материал.
Перед началом работ производится промывка. Используется в дизельном топливе. Желательно вымыть имеющиеся органические включения.
В муфельной печи производится первичный обжиг.
Бура помогает избавиться от окалины. При высокой температуре шлак не будет задерживаться внутри заготовки.
Первая очищающая ковка. Несильные удары. Нужно механическим путем вытряхнуть возможные шлаки, тогда не будут образовываться раковины.
Ковка с помощью легкого молотка позволяет придать прямоугольную форму. Сначала уплотняется поверхностный слой.
Ковка тяжелым молотом ведется для уплотнения всего внутреннего пространства. Задача этой операции – получить монолитное изделие.
На автомате создают полосу нужного размера. Теперь заготовка по своим параметрам превращается в пластину.
После проковки на автомате на заготовке проявляется желаемый рисунок.
Если не устраивает внешний вид, то можно перековать. Умелые мастера часто перековывают пластину несколько раз, а потом выполняют перекручивание заготовки. Тогда образуются оригинальные звезды.
Приваривается будущая режущая кромка. Для нее используется полоса от напильника, в которой использована сталь У10. На кромке твердость составить HRC 60…63. Остальная часть лезвия останется пластичной.
На тяжелом прессе 120 т производится ковка рукоятки.
Клинок приобретает нужную форму. Нагрев более 900 ⁰С делает металл весьма пластичным.
Отковывается рукоять.
Готовая поковка уже имеет довольно привлекательный вид. Нужно стачивать спуски, чтобы были образованы режущие кромки.
Спуски сточены. Клинок готов для дальнейшей работы. Самая трудоемкая часть работы выполнена.
Рисунок на лезвии показывает, что изделие изготовлено из дамасской стали.
Варианты клинка. Ни один из них никогда не повторится. Каждый будет иметь только ему присущую структуру. С помощью кислоты добиваются проявления более глубокого рисунка.
Еще возможный вариант. Если на стадии сварки будущих элементов изменять толщину троса и нержавейки, то можно получать каждый раз новые виды дамаска.
Используя иные материалы, можно создавать и другие виды клинков.