МАГІЯ КЛИНКА АБО ТАЄМНИЦЯ БУЛАТА - Мої статті - Каталог статей - Музей булатної зброї
Легенди про булатні мечі, секрети технології їх отримання та дивовижні властивості мають багатовікову історію. Загальноприйнятою вважається думка, що секрет технології виготовлення булатних клинків було втрачено. Перелік вчених, у т.ч. найвідоміших металургів (від П.П.Аносова до Н.Ф.Тавадзе та Ю.Г.Гуревича), які займалися відновленням технології булату, настільки великий, що немає необхідності його перераховувати.
Однак таємниця булату, безумовно, існує. Існує просто тому, що перекази про легендарні ріжучі та бойові властивості булатних клинків написані, образно кажучи, кров'ю тисяч воїнів, які загинули в ті далекі часи. Це заперечити не можна. Отже висновок один: сучасне матеріалознавство шукало і продовжує шукати розгадку булатної сталі там, де її немає, тобто. у традиційних уявленнях про структуру та властивості сталей. У цій ситуації питання отримання булатної сталі стає справою випадку та не відтворюється у подальших експериментах. Така доля, як можна вважати, була уготована і роботам П.П.Аносова. Адже це були вже не середні віки і результати його досліджень збереглися не тільки у вигляді зразків булату, а й у докладному описі технологічних прийомів, що застосовувалися, виплавки, кування, термообробки. Завершуючи короткий огляд стану проблеми на сьогоднішній день, доречно процитувати академіка Л.Ф.Верещагіна: «Те, що випадково знайдено шляхом експерименту та ще не осмислене, не зрозуміле людьми, належить їм лише наполовину. Приблизно те саме сталося і з дамаською сталлю. Випадок дав її в руки людині, випадок і забрав». Додамо – випадок продовжує її (булатну сталь) давати, а потім знову забирає.
Принципові відмінності булату з інших сталей.
Сутність вимог до сучаснихметалургійним технологіям отримання сталі (без урахування економічної складової) загалом можна сформулювати наступним чином: максимально можлива однорідність та рівномірність структури, подрібнення зерна та карбідів сфероїдизованої форми, відсутність макро- та мікродефектів. Величезний експериментальний матеріал і теоретичні уявлення матеріалознавства переконливо показують, що це головний і єдиний шлях підвищення конструктивної міцності, зниження питомого споживання сталей і, зрештою, економічної ефективності. Булатна сталь вже на макрорівні (візерунок) зовсім не відповідає цим вимогам, проте, як ми вважаємо, ніякої суперечності тут немає. Вся справа у принципово відмінних умовах експлуатації. Переважна частина виробленої у світі сталі йде на несучі конструкції у будівництві, корпуси та вузли деталей машин та механізмів тощо. Вимоги до матеріалів, що працюють у подібних умовах (назвемо їх статичними), добре вивчені, методики інженерних розрахунків необхідних механічних властивостей розроблені, відповідні оцінки у балах мікро- та макроструктури закладені у стандарти та технічні умови.
Існує, однак, клас матеріалів (серед них інструментальні сталі), умови експлуатації яких різко відрізняються від вище розглянутих. Назвемо такі умови динамічними. Хоча чітко окресленого кордону між статичними та динамічними умовами немає, відмінності досить очевидні. В останньому випадку – це екстремальні короткочасні силові (іноді й теплові) навантаження, одночасний комбінований вплив абсолютно різних фізичних процесів (наприклад, для різання – адгезія, втома, абразивне зношування, корозія тощо). Щодо інструментальних сталей та процесів різання (асаме це питання нас цікавить) стійкість чи довговічність фактично стає не властивістю інструментального матеріалу, а характеристикою складної нелінійної динамічної системи «Верстат-пристрій-інструмент-деталь». Незважаючи на кардинальні відмінності умов експлуатації, до останнього часу для прогнозування працездатності матеріалу в динамічних умовах використовуються самі критерії, які проявили себе чудово в статиці. Автори на своєму особистому науковому та практичному досвіді роботи з інструментальними сталями переконалися у безперспективності цього підходу. Проте до останніх десятиліть ХХ століття нічого іншого у матеріалознавстві просто не існувало.
Ситуація докорінно почала змінюватися з появою двох абсолютно нових, взаємопов'язаних між собою наукових напрямів: а) синергетики як теорії систем, що самоорганізуються (І.Пригожин); б) уявлень про фрактали, як про самоподібні структури, що описують всі реальні природні об'єкти (Б. Мандельброт). Спрощено можна говорити, що синергетика описує поведінку динамічних систем, що знаходяться під зовнішнім впливом, а фрактал – це якийсь геометричний чи графічний образ такої системи. Для нас важливим є те, що в умовах динамічних зовнішніх впливів така система має властивість пристосовуватися до нових умов, і за рахунок цього її стійкість значно перевищує таку у статичних, статистично однорідних систем.
Таким чином, таємниця булату, на нашу думку, полягає в тому, що в давнину емпірично і неусвідомлено або внаслідок знань, даних вищими силами, людина створила перший рукотворний фрактальний об'єкт – булатну сталь. Адже неодмінний супутник булатного клинка – візерунок – це і є фрактал. Більше того, краса таскладність візерунка (у термінах сучасної математики – розмірність фракталу) слугували критерієм оцінки якості клинка. Від цього залежало життя воїна і, мабуть, стародавні інтуїтивно знали, як вибрати найкращу зброю.
У межах запропонованої концепції стає очевидним, що спроби відновити (чи розгадати) древню технологію отримання булату як набір чи послідовність металургійних операцій безперспективні. Стійкість та пристосованість нелінійних динамічних систем має своїм продовженням високу чутливість до зовнішніх впливів, при цьому по досягненню певних умов система у т.зв. точці біфуркації руйнується і перетворюється на стан статистичного хаосу. Іншими словами, навіть вдало скориставшись давніми технологіями, але не розуміючи суті, булатну сталь в черговий раз випадково буде отримано і вкотре секрет буде втрачено.
Деякі загальні вимоги до технологій отримання булатної сталі
Синергетика, як теорія систем, що самоорганізуються, наука молода. Її результати багато в чому виглядають як математичні моделі і мають загальний характер. Фрактали, як елемент структури, ще тільки входять до сучасного матеріалознавства. Тому очікувати на розробку якихось конкретних і однозначних технологій отримання булату на основі нової концепції зарано. Незважаючи на це, спробуємо виробити деякі загальні положення:
1. Найбільш очевидним фрактальним об'єктом, що спостерігається в сталях на макрорівні, є дендритна структура зливка після затвердіння. Добре розвинені дендрити мають ступінь розгалуження до осей четвертого порядку. Вважаємо, що саме отримання таких структур у процесі виплавки та кристалізації сталі є необхідною умовою будь-яких булатних технологій.
2. На етапі гарячоїпластичної деформації розвинені дендрити мають бути збережені як цілісні структурні елементи при, природно, значній зміні свого зовнішнього вигляду. Власне, характер візерунка залежатиме від напряму та ступеня деформації зливка. Головною, однак, є така обставина. У процесі гарячої обробки злиток з його дендритною структурою розсіює енергію, що прикладається, за рахунок пластичної деформації, тобто є дисипативною системою. Збільшення температурно-силового впливу вище певної межі призведе до руйнування фрактальної структури та переходу до статистично однорідного стану. Тому вибір температурного режиму кування, ступеня деформації за прохід, кількість виносів має вирішуватися експериментально для кожного конкретного складу сталі.
3. Зміст домішок та легуючих елементів у булатній сталі має бути обмеженим. Будь-які неметалеві включення (сульфіди, оксиди тощо) нерозчинні при нагріванні під кування знижують пластичність металу, вимагають збільшення силових навантажень і, як наслідок, наближають систему до стану переходу статистичний хаос. З таких міркувань має бути обмежене введення карбідоутворюючих елементів (вольфрам, молібден, ванадій, хром). Їх сумарна концентрація не може бути більшою за порогову, при якій утворюються спеціальні карбіди, нерозчинні в інтервалі температур гарячої деформації.
Розглянуті положення являють собою лише загальний перелік технологічних і технічних обмежень, облік яких необхідний виготовлення булатної стали. Варіанти конкретних рішень можуть бути зовсім різними, як, власне, і візерунки на булатних мечах, що дійшли до наших днів. Кожен дослідник може шукати свій шлях, усвідомлюючи, що розгадкабулата лежить на рівні нового наукового світогляду, а не в копіюванні та відновленні стародавніх технологій чи технології П.П.Аносова. Саме у цьому напрямі успішно веде роботи Науково-технічний центр «Булат НВР», зразки виробів якого можна побачити на ілюстраціях.
На закінчення, вважаємо за необхідне відзначити, що сучасні металургійні технології, мета яких – підвищення продуктивності та здешевлення сталі, не можуть розглядатися як спосіб промислового виробництва булату. А значить виготовлення клинків або іншої продукції з булатної сталі поки залишається долею ентузіастів та захоплених людей.
Остапович Володимир Володимирович, ген. директор НТЦ «Булат НВР», директор Музею булатної зброї
Сокольчук Костянтин Юрійович, заст. ген. директора НТЦ "Булат НВР", к.т.н.