Юрий Гуревич - Загадка булатного узора

Юрий Григорьевич Гуревич

Загадка булатного узора

ПРЕДИСЛОВИЕ

Юрий Григорьевич Гуревич — организатор (1951 г.) и первый руководитель (1951–1970 гг.) Златоустовского филиала Челябинского политехнического института (ныне Южно-Уральского государственного университета). За раскрытие секретов булата награжден грамотой имени П. П. Аносова.

За свою книгу «Загадка булатного узора» стал лауреатом Всесоюзного конкурса на лучшее произведение научно-популярной литературы.

С детских лет мы слушали легенды о булатных мечах, которыми сказочные богатыри громили своих противников. Кто не помнит увлекательно описанное Вальтером Скоттом состязание в ловкости между королем Ричардом Львиное Сердце и султаном Саладином, обладавшим клинком из булатной стали?

Булат — одна из самых интересных и загадочных страниц в истории металлургии. Мы хорошо знаем, как в древние времена делали каменные топоры, бронзовую утварь, варили железо и плавили чугун, но до нашего времени оставались нераскрытыми многие секреты производства булатного оружия.

Глубоко прятали свои секреты древние мастера, пока они не были потеряны совсем. Не одно столетие металлурги всех стран и народов пытались выплавить булатную сталь, но злополучная тайна никому не давалась. И только горному инженеру, начальнику Златоустовских заводов П. П. Аносову в 40-х годах прошлого века удалось получить булат, не уступающий по свойствам индийскому вутцу. Лучшие сорта русского булата, как две капли воды похожие на знаменитые кара-табан и хоросан с сетчатыми узорами и золотисто-красноватыми отливами на темном фоне грунта, сегодня известны всему миру.

На основе исследований производства булата П. П. Аносов разрабатывает и закладывает основы русской металлургической науки. И все-таки в первой половине прошлого столетия металлургия была больше ремеслом, чем наукой. Научно объяснить технологические особенности способа производства булата в то время было просто невозможно. Вот почему и аносовский секрет производства булатной стали не сделался достоянием металлургов.

Через сто лет, уже в наше время, златоустовские металлурги вновь попытались воскресить технологию производства булата. Сложны и длительны были эти поиски, но узорчатая сталь вновь была получена, хотя полностью повторить аносовский булат не удалось. Легендарная упругость клинков достигнута не была, но режущие свойства лезвия оказались весьма высокими для рядовой углеродистой стали, которую представляет собой булат. Исследование макро- и микроструктуры булатной стали и методов ее получения с позиций современной науки приоткрыло завесу над вековой тайной булата и сделало возможным многократно повторять технологию его выплавки, если в этом есть необходимость.

Однако технология получения узорчатой стали не исчерпывает полностью секретов булата. Булат — высокоуглеродистая сталь, почти лишенная вредных примесей и неметаллических включений, оригинальными способами деформированная и термически обработанная. Булатное холодное оружие искусно отделывалось и тщательно полировалось. Многие «тайны» ковки, термообработки и отделки булата сегодня известны, другие ждут еще своей расшифровки.

Не проходит года, чтобы в периодической печати не появлялись новые сведения о булате. Написано о нем много, но систематизированного исследования структуры, свойств и основных особенностей производства булатной стали до сих пор не было. В предлагаемой книге впервые сделана попытка обобщить весь имеющийся в литературе материал о булатной стали.

Заслуга автора состоит еще и в том, что его книга, содержащая серьезную информацию научно-технического характера, доступна для широкого круга читателей. Она включает огромный фактический исторический материал, в ней приведено большое количество малоизвестных фактов. Это позволяет автору, сохраняя историческую последовательность изложения, вовлекать читателя в круг загадочных и романтических явлений, связанных с узорчатой сталью.

Книга не случайно включает описание современных методов получения изделий из порошковых и композиционных материалов. Еще в Х веке арабы применили типично порошковую технологию для получения знаменитых клинков из дамасской стали. Прокованные стальные крицы [1] превращались в опилки, которые ржавели при вылёживании. Взаимодействие железных опилок с кислородом атмосферы приводило также к окислению примесей железа. Полученный порошок снова подвергался горячей ковке, и такая обработка повторялась до тех пор, пока вредные примеси не оказывались хорошо измельченными и равномерно распределенными в объеме стали, а содержание углерода становилось достаточно низким.

Таким образом, уже в давние времена производство высококачественной стали было тесно связано с методами порошковой металлургии. Полученная этим методом сталь обладала высокими свойствами, сравнимыми со свойствами булата, что объясняется тонким диспергированием и спеканием частиц стального порошка, имеющих разное содержание углерода.

С другой стороны, булат в современном понимании является первым композиционным материалом, сочетающим в себе пластичность железа и прочность углеродистой стали. Строение булата дает повод современной технологии производства композиционных материалов для многих заимствований. То, чего древние металлурги добились случайно, а П. П. Аносов достиг талантом и упорным трудом, сегодня используется для получения материалов с удивительными, подчас фантастическими свойствами. Вот почему основы порошковой металлургии, изложенные автором этой книги в доступной форме, не только расширяют кругозор читателей, но и, главное, отражают диалектику развития науки о металлах, вплоть до наших дней.

Можно надеяться, что предлагаемая повесть о булате, порошковой металлургии и современных композиционных материалах с интересом будет воспринята не только металлургами, но и людьми, далекими от этой профессии.

В. И. ТРЕФИЛОВ, вице-президент АН УССР, академик АН УССР

ПРОЛОГ

Грустно сознавать, что современная наука не вооружена еще настолько, чтобы ясно и определенно ответить на вопросы что такое булат с его непременным спутником — узором и чем, собственно, объясняются те высокие механические свойства, какими обладают изделия, изготовленные из булата.

ВОЛШЕБНЫЕ РЕЛЬСЫ

В тот год весна выдалась поздняя, но дружная. Снега быстро стаяли даже на вершинах могучего Зигальга, возвышающегося над поросшими соснами и елями Уральскими горами.

Особенно быстро снег стаял на южных склонах гор, откуда берет свое начало небольшая, но бурная по весне речушка, которую башкиры за это назвали Катав — Быстрая река. Ее разлива можно было ожидать со дня на день, и башкиры, зимовавшие здесь, оставили зимовье и ушли в степь. Не думали они, что привычную стоянку — небольшую впадину, окруженную тесно столпившимися горами, где и ветер зимой не так дует, и дрова под боком, и корма лошадям много, — покидают навсегда.

Как раз на этом месте вскоре началось строительство плотины. На берегах реки стали ставить бревенчатые четырехстенные дома. По всему было видно, что устраивались надолго. А называли себя эти люди Ивановскими. Так весной 1754 года на западнык склонах Южного Урала, в долине реки Катав было основано одно из первых горнозаводских поселений — Катав-Ивановский завод. Строили завод сибирский купец Иван Борисович Твердышев и зять его Иван Семенович Мясников.

В 1756 году было закончено в основном строительство огромной по тем временам плотины — длиной 300 и высотой 8 метров. Плотина имела три особых сооружения для пропуска воды. Перед ней сделали большую запруду, а за ней на берегу реки поставили две доменные печи и кричные горны. Воздушные машины (горновые меха) и кричные молоты приводились в действие водяными колесами. В начале 1757 года Катав-Ивановский «железовододействующий» завод производил уже чугун и кричное железо.

17 августа 1757 года Берг-коллегия слушала выписки по прошениям сибирского купца и медных заводов её держателя Ивана Твердышева и компанейщика его Ивана Мясникова о построении ими в Оренбургской губернии, внутри Башкирии — на речке Катав, железного завода и «того ради» приказала: «… как выше явствует что оным завододержателям Ивану Твердышеву и компанейщику его Ивану Мясникову на вышеописанном ими месте в Оренбургской губернии на реке Катав железовододействующий доменный и молотовый завод Берг-коллегией завести позволено…»

Хоть и назывался Катав-Ивановский завод «железовододействующим», но являлся он, по сути дела, заводом чугуноплавильным. Только одна пятая часть чугуна перерабатывалась на железо. Переработкой основного количества получаемого чугуна занялись вскоре построенные Юрюзанский и Минский, а затем и Усть-Катавские передельные заводы. В 60-е годы XVIII века в этом же районе строятся Симский и Белорецкий железоделательные заводы. Катав-Ивановск в короткий срок становится административным центром крупного по тем временам железоделательного округа. Две доменные печи, сооруженные при основании Катав-Ивановского завода, становятся одними из самых мощных на Урале и в России. Каждая из домен выплавляла свыше 100 тысяч пудов (1640 тонн) чугуна в год. Печи работали на богатых железом и очень чистых, содержащих мало вредных примесей, бакальских рудах и древесном угле. Катав-Ивановский чугун и получаемое из него сварочное железо стали вскоре широко известны.