Перетворення шихти в булат.
Метал в тиглі проходить три етапи: плавлення, витримку в рідкому вигляді, охолодження.
П.П. Аносов справедливо вважав, що метал перетворюється в булат в процесі плавлення: чим довше вариться булат, тим він кращий. У всіх дослідників після нього настав запаморочення і триває воно до цього дня: пошуки секретів булату в кристалізації. Було випробувано і перепробувано все: зміна швидкості охолодження, витримка розплавленого металу в сильному магнітному полі, різна лигатура як зародків кристалів, різна форма тиглів і малюнки в них, які б впорядковували структуру злитка. Наприклад, американці робили форму з дном, на якому був об'ємний малюнок національного прапора. Заливали в форму метал і потім на будь-якому розпилі він мав малюнок зоряно-смугастого. Одного цього досвіду достатньо, щоб перекреслити сенс всієї цієї метушні з кристалами. Пояснюю: беремо три форми, у кожної на дні малюнок прапора: stars stripes, Jack Union і Андріївський з косим хрестом. З тигля заливаємо булат в три форми і отримуємо три злитки. Питання: виріб з якої форми буде володіти кращими властивостями? Вони будуть рівні, оскільки булат був узятий з одного тигля, і все властивості були вже в ньому. Вся різниця між природною кристалізацією і впорядкованої тільки в малюнку, але не у властивостях; така ж різниця, як між «диким» Дамаском і «штемпельно». І ось на цю нісенітницю витрачено майже 200 років. І сталь, і булат можуть бути зварені з однієї шихти, мати однаковий хім. склад і абсолютно однакові кристали і дендрити, якщо варити в однакових тиглях і однаково їх остудити. У чому ж тоді різниця? Сталь- моноліт, а булат - композит, в цьому і відмінність. Сталь довели до розплаву і остудили, а булат - варили. У процесі плавлення аустенит розклався і виділився цементит, з'явилася матриця низьковуглецевої сталі і частки карбідів різної форми і обсягу - це і є булат.
Процес досягнення композитний, булатізація, скажімо так, - це лінійна функція: «булат = t ° x t (temperature х time)», проста, як мукання. Збільшення композитних йде плавно, без особливих сходинок, тому існують десятки перехідних варіантів, але основні стадії можна виділити. Ось як це відбувається. Показую я цей процес зсередини, як його бачить плавильщик, тому що після кування і глибокої протруєння видно малюнок деформованих кристалів, а цей малюнок однаковий і для стали, і для булату, виплавлених в тиглі.
Якщо високовуглецеву шихту розплавити і тут же остудити, то виділення цементиту не відбувається - не вистачило часу (time = 0). Шліф гладкий, без блискіток цементиту. Малюнків на виробі може бути багато, але це малюнки кристалізації. Дана структура - залізні дендрити в сталевий матриці - є просто сталлю і вона була визнана імітацією булату ще на початку 20ст. Різниця з промислової сталлю тільки в ступені деформації, як я вже писав раніше.
Ось сталь, яка побувала в тиглі, але в булат не перетворилася.
Другий випадок отримання стали: шихта низьковуглецевий - до 0,45% С. Варити можна нескінченно довго, цементит не виділяється, просто нема чому; сталь залишається сталлю.
Ось ножі одного майстра - це сталь (40Х7) гартується і кришиться, малюнок кристалів приймається за булатний.
Лита сталь (40Х9). Відлита на комбінаті, розкута мною, малюнок кристалізації. Звідси ясно, що колінчастий малюнок - це візерунок стали а не булату.
Друга стадія: сірий булат
Сірий булат отримують в два етапи: плавлення і отжиг. В результаті плавлення отримуємо білий чавун з цементитом по межах зерен. Чавун цей без вільного вуглецю (включень графіту), цього домагаються низьким рівнем кремнію. Для прикладу взята шихта 3% С.
Витримка півтори години.
Сірий булат, 2,5% С, відпал 80 годин. Твердість 48 од. Сорбітная структура з виділеним цементитом. Сорбіт видно тільки в мікроскоп, а цементит було видно до кування на розпилі злитка.
При підвищенні температури плавки сірий булат починає перетворюватися в чорний булат. Шлях довгий, нелегкий і можна розбити хоч на десять етапів, але різко виділяються два - ось їх і опишу.
Перша перехідна стадія - сітчастий булат.
У рідкому металі рівно і стійко йдуть конвекційні потоки, вони розрізають масу аустеніту і цементит. Якщо витримати потрібний час, булат матиме такий вигляд.
Вища дісперстность цементиту в сітчастому булаті (американці назвали цей булат "кристалічний")
Час варіння - 2 години після розплавлення шихти. Булат ковкий, тріщин не дає. Матриця 23ед. HRC. Вуглецю 2%.
Великі сірі ромби - це чавун. Булат розковується відразу без відпалу, ромби ковзають щодо один одного. При загартуванню цей булат дає більшу твердість, ніж сірий. Але оскільки сірого булату тут 90%, то обробка та ж сама - отжиг обов'язковий, інакше ріже погано. Цей булат менш чутливий до хім. складом.
Наступна перехідна стадія - зернистий булат.
Якщо ще підняти температуру, то конвекційні потоки йдуть енергійніше, завихрюватися, йде розпад аустеніту, ромби чавуну перетворюються в шестигранники. На шлифе злитка малюнок нагадує прозорий мармур.
Гнучкість цього булату ще вище. Тріщин не дає, навіть якщо є раковини. Відпал потрібен менше. Твердість при загартуванню - вище.
Заключна стадія - чорний булат.
Коли неразложившихся аустеніту залишилося менше 30%, то можна сказати, що чорний булат відбувся. Потрібно зробити застереження. Оскільки досягнення хімії високі неймовірно, то вона подарувала нам не тільки блондинок, а й «чорний булат». Я хочу сказати, що зустрічав пересічні залізяки, протруєне до кольору крила ворона. Справжній чорний булат стає таким, чим би до нього ні доторкнулися: лимоном, купоросом або хлорним залізом.
Фото №67 Сірий і чорний булати, для наочності зварені разом, травлення 10 сек. в хлорному залозі.
При короткому травленні поверхня просто чорна з рідкісними точками цементиту. Якщо труїти довго, то виявляється структура злитка.
Тільки чорний булат з хорошим хім. складом є тим казковим булатом, про який всі легенди складені. Його гнучкість не залежить від кількості домішок, тобто він може бути як завгодно брудним, від цього погіршуються тільки ріжучі властивості, але не гнучкість. Тому є можливість зібрати під одним дахом всі елементи, що відповідають за рез, і в потрібній кількості. Тільки у чорного булату є хоч якісь шанси в змаганні з електросталлю, тому не раджу витрачати час на сірий булат і перехідні стадії. Два роки тому я був просто збентежений низьким рівнем ріжучих властивостей у сірого булату при 3,6% С. розковують - то він розковують, але різав погано. Структура чорного булату така ж, як у стали CPM. Тобто мікро-краплі цементиту, оточені лигатурой, а між ними, як сполучна - низьковуглецевий сталь.
Зразок знятий на Фото №67 переламаний. Праворуч - великі зерна сірого булату, зліва дрібні зерна з краплями цементіта- це чорний булат. Так що в Булат не порушується закон металознавства: "Чим дрібніше зерно, тим вище якість".
У природі все збалансовано. Сірий булат легко отримати, але довго обробляти, та й результат низький для сьогоднішнього дня. Чорний булат обіцяє перспективи, але важко його зварити. Чим вище t °, тим краще дисперсність цементиту і тим менше вуглецю в булаті, звідси йде підвищення ковкості. Весь шлях від сірого булату до чорного - це процес дроблення цементиту. Логічно міркуючи, булат існує всього лише один - чорний, інші - це лише сходинки до нього. Завжди треба пам'ятати, що будь-який з булатів всього лише назва форми глечика, а що туди налито з'ясовується тільки в готовому виробі, тому будь-який булат може бути краще будь-якого - все залежить від майстра.