Развитие человеческой цивилизации

      Однако  ни овеянные легендами булатные клинки, ни самурайские мечи не сыграли сколько-нибудь заметной роли в позднем средневековье, а тем более в дальнейшие эпохи. Потому что исход отдельных сражений и целых военных кампаний решало в ту пору уже не холодное оружие, а "бог войны" — артиллерия и, позднее, ручное огнестрельное оружие. Первые пушки были применены в битве при Лигнице (Австрия) в 1241 году. С тех пор и по наше время ведется нескончаемая война между броней и снарядом. Война, которая окончится только с полным исчезновением борющихся "сторон".

      Как же из сварочного железа в прошлом  получали углеродистую сталь? Археологические находки говорят о том, что уже в глубокой древности был известен способ цементации (науглероживания) железа. Для получения высокой твердости и прочности углеродистую сталь необходимо закалить. Древние знали и это.

      В средние века секреты многих способов цементации железа были утеряны, но в XVII веке они вновь начинают широко применяться. Один из первых патентов в мире был выдан английским королем Яковом в 1617году лондонским ремесленникам Вильяму Эллиоту и Матису Мейсею — на изобретенный ими способ переработки железа при помощи цементации.

      В древней Руси наряду с железом  часто применяли углеродистую сталь. Наибольшее распространение получили способы изготовления ее в кузнечном  горне, обычный кузнечный горн клали  железную крицу, засыпали ее древесным углем и нагревали. Начиная с температур 700—900°С, углерод диффундировал (проникал) в железо. Кузнец вынимал крицу и быстро охлаждал ее в воде или снеге. Сталистая поверхность крицы охрупчивалась и при ударах молота отделялась. Подобную операцию проделывали до тех пор, пока вся крица не превращалась в стальные пластины. Полученные пластины отжигали и сваривали между собой.

      На  Руси было также хорошо известно науглероживание (цементация) всей массы железного изделия. Для этого изделие вместе с карбюризатором (древесным углем) закладывали в огнеупорный сосуд, сделанный из глины или кирпичных плиток, нагревали в горне до высокой температуры и выдерживали длительное время. Таким образом получали углеродистые стали, содержащие не более чем 0,4—08% углерода.

      С увеличением содержания углерода в  стали повышается ее твердость, износоустойчивость и  прочность. Лучшие клинки из сварочного булата изготовлялись из стальных полос, содержащих 0,6—0,8%  углерода, в то время как индийский вутц или литой булат содержал от 1,6 до 2,0%, углерода. Нет сомнений, что по сравнению с сыродутым железом и среднеуглеродистой сталью булат имел фантастическую по тем временам прочность и износоустойчивость.

      Со  временем сыродутный процесс получения  железа совершенствовался. Горн представлял собой уже каменную камеру квадратного сечения со стороной примерно 1,2–2,0м и высотой 1м. Камеру заполняли глиной и формировали рабочее пространство грушевидной формы с отверстием в верхней, более узкой части. Железо и древесный уголь в такой горн загружались слоями. В передней стенке горна делалось отверстие для его разогрева дровами, выпуска шлака и выгрузки готовой крицы. Воздух нагнетали через огнеупорную трубку (сопло) мощными  мехами.   В  таком  горне  температура процесса была поднята до 1000 — 1100°С, и это позволяло получать крицы массой 20—25кг.

      Существенными недостатками сыродутного процесса была низкая производительность и небольшая  степень извлечения железа из руды — всего  50%. Поэтому в дальнейшем стремились повысить производительность посредством увеличения площади поперечного сечения горна и особенно его высоты. Это стало возможным после изобретения гидравлического колеса, которое увеличило мощность мехов, позволило вдувать в горн большее количество воздуха под более высоким давлением.

        Теперь температура процесса  повысилась до 1250 — 1350°С, и воздух стал проникать через более высокий столб шихты. Но главное, значительно изменились температурные условия по высоте горна: в верхнюю часть горна попадало меньше воздуха, и его температура понизилась, а в нижней его части температура была значительно выше. Поэтому в нижней части горна руда восстанавливалась быстрее. Шлака здесь еще было мало, и восстановленное железо поглощало углерод. Последнее привело к тому, что в сыродутных печах вместе с тестообразной крицей и жидким шлаком начали получать еще очень жидкий металл со странными свойствами: он был хрупкий и не поддавался ковке. Сегодня все знают, что это мог только чугун — сплав железа с 3 - 4% углерода. Его температура плавления примерно 1200°С.

      Когда было замечено, что чугун образуется там, где железо долго соприкасается  с углем, его начали считать негодным продуктом, получающимся из - за расстроенного хода плавки. Поэтому чугуну дали нелестные названия – «вода», «чугунная свинка», «чушка». В Англии чугун до сих пор называют «свинским железом» («pig iron»). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      8 «СЕКРЕТ, ОКРУЖЕННЫЙ НЕПРОНИЦАЕМЫМ ПОКРОВОМ ТАЙНЫ» 

      В начале XIX века проблема получения сталей с высокими механическими свойствами становится первостепенной. Пудлинговая сталь вследствие низкой  прочности не обеспечила надлежащей работы токарных, фрезерных и других станков, что сильно тормозило развитие металлообрабатывающей промышленности. В связи с этим интерес к булату, и многие ученые, и специалисты ищут способы его производства.

      В химико - металлургической литературе начинают появляться исследования, касающиеся вопросов изготовления и свойств стали, ее природы и составных частей. Во второй  половине XVIII века Г.О. Бергман открывает присутствие в стали углерода, а К.Б. Карстен (первая XIX века) устанавливает, что углерод может существовать в этих сплавах как в виде химического соединения - карбида железа, так и в свободном состоянии в виде графита. Теперь все знают, что железо, сталь и чугун различаются между собой содержанием углерода и формой его существования.

      Однако  сущности процесса перехода сплава  железо – углерод из одного состояния  в другое металлурги еще не понимают. Еще не раскрыта также роль окиси  углерода и углекислоты в процессе восстановления железной руды, хотя в 1802году А. Круйкштейн показывает, что известный ранее тяжелый горючий газ есть окись углерода. В 1806году Жозеф Луи Пруст открывает закон постоянства состава вещества и устанавливает, что существуют два различных окисла железа: с содержанием кислорода 27 и 48%.

      Между тем ученые и металлурги западной Европы пытаются разгадать тайну булатных узоров. Одним из первых по поручению лондонского королевского общества пытается решить эту задачу известный английский физик XIX века Майкл Фарадей. Будучи сыном кузнеца, фарадей с детства был знаком с изготовлением стальных и железных изделий, он также неплохо знает методы химического анализа металлов.  

      Из  Бомбея привозят индийскую сталь (вутц), и Фарадей находит в ней  алюминий. «Следовательно, - решает Фарадей, - узор булата является результатом примеси к сплаву алюминия!» для подтверждения этой мысли он приготовил несколько сплавов чугуна с алюминием. Чугун дробился, растирался в порошок, смешивался с чистым алюминием   и сплавлялся в закрытом   тигле.   Полученный сплав содержал 6,4% алюминия и внешним видом был похож на вутц.

      В дальнейшем Фарадей исследует сплавы стали с серебром, платиной и другими элементами и подтверждает способность таких сплавов давать   «струистую» структуру, якобы обеспечивающую высокие свойства.

      Изделия из фарадеевского «булата» не сохранились. Известно только, что из этой стали  была изготовлена партия бритв, которые  Фарадей любил раздавать друзьям. В то же время попытка одной из фирм использовать сплавы фарадея для промышленных целей не увенчалась успехом, поэтому его предположение о природе булатного узора нельзя считать подтвердившимся. Все же западная Европа, кроме всего, обязана ему и тем, что он в первой четверти XIX века пытался  установить разницу между естественным литым булатом и искусственным, сварочным (дамасской сталью).

      Теперь  хорошо известно, что алюминий встречается  в природе только в виде окислов  и солей, из который он очень трудно восстанавливается. Электролитический  способ получения алюминия был открыт Чарльсом холлом в 1886году. В 1825году, в то время, когда Фарадей делал свои эксперименты, алюминий стоил в 1500раз дороже железа и гораздо дороже платины. Повторить опыты Фарадея было не так - то просто, и поэтому они произвели большое впечатление на металлургов и химиков.

      Директор парижского монетного двора Г. Бреан поддерживает мнение Фарадея о том, что булат — сплав 
железа с какими - то металлическими примесями, подобно тому как бронза — сплав меди с оловом. Он изготовляет сплавы с различными  металлами.

Его клинок из сплава высокоуглеродистой стали и платины (0,5%) даже демонстрировался на парижской   промышленной выставке. Кроме узора, никаких других свойств булата Бреану подтвердить не удалось. А сравнивать было с чем. Наполеон во время египетского похода захватил в качестве трофея булатные клинки,    поражающие необыкновенной прочностью, упругостью и красотой узоров. 

      Позднее, после многочисленных опытов. Бреан  приходит к выводу, что булат –  литая углеродистая сталь, в которой  «при надлежащем ходе охлаждения происходит кристаллизация двух определенных соединений – углерода и железа», причем углерод находится в избытке.