Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка

  1. Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка Поставивши перед собою завдання виготовити справжній...
  2. Від заліза до стали
  3. отримання укладу
  4. М'якість і твердість
  5. пружинки
  6. Заготівля для клинка
  7. Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
  8. Від руди до криці
  9. Від заліза до стали
  10. отримання укладу
  11. М'якість і твердість
  12. пружинки
  13. Заготівля для клинка
  14. Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
  15. Від руди до криці
  16. Від заліза до стали
  17. отримання укладу
  18. М'якість і твердість
  19. пружинки
  20. Заготівля для клинка
  21. Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
  22. Від руди до криці
  23. Від заліза до стали
  24. отримання укладу
  25. М'якість і твердість
  26. пружинки
  27. Заготівля для клинка
  28. Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
  29. Від руди до криці
  30. Від заліза до стали
  31. отримання укладу
  32. М'якість і твердість
  33. пружинки
  34. Заготівля для клинка

Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка

Поставивши перед собою завдання виготовити справжній меч XIII століття по автентичної технології, ми змушені були повторити весь шлях стародавніх металургів - починаючи від побудови сиродутний печі, відновлення заліза із залізної руди і переплавки отриманого металу в сталь, придатну для виготовлення меча.

Меч XIII століття - не перший експеримент «ПМ» в області історичної реконструкції холодної зброї. Під час виготовлення шашки Федорова за технологією початку XX століття (див. «ПМ» № 1'2007) був накопичений значний досвід, але виявилося, що до поточної задачі його застосувати практично нереально. У випадку з шашкою в якості вихідних матеріалів ми використовували сучасні аналоги існували на початку 1900-х років видів сталі (рейкова, пружинна, підшипникова). Але ось тільки зробити те ж саме з мечем XIII століття неможливо: в той час ніяких стандартів на сталь не існувало і в помині. Тому основна проблема, з якою ми зіткнулися, - це необхідність повторити давній металургійний процес відновлення заліза з руди. Що ми і зробили під керівництвом відомого коваля-зброяра Василя Іванова, керівника майстерні історичного японського зброї Ishimatsu.

Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu. Але до прохання редакції «Популярною механіки» виготовити по історично автентичної технології меч XIII століття він поставився з великим ентузіазмом. Завдання побудови домниці і отримання сиродутного заліза його абсолютно не збентежила.

Від руди до криці

До XIV століття основним процесом отримання заліза було відновлення його з руди в сиродутний печі (домниці). Така піч мала форму, близьку до усеченному конусу висотою приблизно 1,2 м і діаметром 60-80 см в підставі і 30 см у верхній (колошникового) частини, складалася з каменю або вогнетривкої цегли і обмазувалась глиною. У печі була передбачена фурма - труба для подачі повітря від хутра діаметром в декілька сантиметрів, отвір для зливу шлаку в нижній частині, а також іноді розбірна частина для вилучення злитка заліза після закінчення процесу. Після висихання піч протоплювали за допомогою дров, щоб обпалити глину, а також для утворення золи, яка в подальшому слугувала підстильним «антипригарним» покриттям і виконувала роль однієї зі складових частин флюсу (зола містить соду і поташ). Ця частина технології не викликала у нас ніяких особливих труднощів, і після спорудження домниці і після декількох днів, які потрібні були на висихання глини і випал, ми приступили до першої частини процесу - відновлення заліза.

Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом. Піддув повітря дозволяє досягти високої температури, залізо відновлюється з руди і утворює в нижній частині печі злиток - крицю. Отвір в нижній частині служить для зливу шлаку.

В якості вихідного матеріалу ми взяли багату (і до того ж збагачену) руду - магнетит (FeOFe2O3) з району Курської магнітної аномалії. Технологія досить проста: в піч до половини завантажують деревне вугілля, розпалюють, після чого зверху засипають суміш руди з флюсом (в якості якого ми використовували цілком історично автентичну суміш доломітового борошна, піску і соди). Поверх насипають ще шар вугілля, і потім у міру його прогорання додають шари руди з флюсом і вугілля. Такий цикл повторюють кілька (до п'яти) раз. При цьому протягом декількох годин потрібен постійний піддув повітря за допомогою міхів, щоб температура в печі досягла 1400-1500 С (тут ми були змушені трохи відступити від технології, оскільки використовували електричний піддув через брак працівників).

У сиродутний печі відбувається кілька процесів. По-перше, порода при високій температурі відділяється від руди і стікає вниз у вигляді шлаку. По-друге, оксиди заліза чадним газом і вуглецем відновлюються до заліза, зерна якого сплавляються між собою, утворюючи злиток - крицю. Коли вугілля майже повністю прогорає, шлак через отвір в печі зливають, а потім, після охолодження, розбирають частину стінки і витягають крицю - пористий залізний злиток.

Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації. Після відновлення в печі виходить криця - пористий злиток сиродутного заліза, неоднорідне насичений вуглецем.

Від заліза до стали

Ефективність сиродутного процесу невелика: значна частина заліза йде в шлак, і з 120 кг руди ми отримали всього близько 25 кг криці. Причому це поки що тільки сирої вихідний матеріал, дуже неоднорідний за своєю якістю. Під час свого перебування в печі криця насичується вуглецем вельми нерівномірно і в результаті містить фрагменти м'якого заліза майже без вуглецю (0-0,3%), вуглецевої сталі (0,3-1,6% вуглецю) і чавуну (з вмістом вуглецю вище 1,6%). Це абсолютно різні матеріали, з різними властивостями, тому в першу чергу потрібно провести первинну сортування. «Криця розбивають на невеликі шматки, які за механічними властивостями - крихкість і пластичність - сортують на три купки з різним вмістом вуглецю, - пояснює Василь Іванов. - Якщо шматок м'який і ковкий, то вміст вуглецю низька, якщо твердий - висока, якщо шматки тендітні і легко розколюються, оголюючи характерний злам, - це чавун ».

Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю.

Наше завдання - отримати в кінцевому підсумку три види стали з більш-менш нормованим вмістом вуглецю. Перший вид - низьковуглецевий (до 0,3%) сталь (так зване ділове залізо - з нього виготовляли різні побутові вироби типу цвяхів, обручів і т. П.), Другий - із середнім (0,3-0,6%) вмістом вуглецю, третій - високовуглецева (0,6-1,6%) сталь. Відсортовані шматки складаємо в керамічні тиглі, пересипавши тим же флюсом, який ми використовували раніше, ставимо в горн, наповнений деревним вугіллям, і включаємо піддув. Залежно від розташування тигля в горні і інтенсивності поддува повітря можна або насичувати вуглецем сталь (в відновлювальної зоні - верхній частині горна над палаючим вугіллям), або випалювати його надлишок (в окислювальному зоні - нижньої частини горна, де подається повітря) і таким чином отримувати потрібні нам матеріали. Варто також відзначити, що ми спочатку використовували щодо «чисту» руду, наша сталь не містить значної кількості шкідливих домішок - в основному сірки і фосфору. Зрозуміло, ніяких легуючих добавок типу хрому, молібдену, марганцю або ванадію ми не використовували (крім тих невеликих кількостей, що спочатку були присутні в руді), так що історична автентичність дотримана.

Після плавки Василь витягує з тиглів злитки стали і оцінює отриманий результат, проковивая їх в смуги. «При необхідності в ході подальшого процесу можна випалити надлишок вуглецю з смуги прямо в горні, - пояснює він. - Або науглеродіть, оскільки при куванні частина вуглецю - до 0,3% - неминуче вигорає ».

отримання укладу

Переплавлення криці в тиглях - не єдиний спосіб отримання сталі з кричного заліза. Ще один спосіб - це отримання так званої сирцевої сталі, або укладу. Метод полягав у наступному: крічное м'яке залізо розігрівали в горні, в палаючому вугіллі, насичуючи поверхню злитка вуглецем. Потім злиток різко охолоджували водою або снігом, в результаті поверхневий шар гартувався і ставав тендітним. При ударах ця «шкаралупа» вуглецевої сталі відокремлювалася від злитка у вигляді пластинок. Потім крицю знову розігрівали і повторювали вищеописану операцію, поки весь злиток не перетворювався на такі платівки. Потім пластинки розігрівали в горні і зварювали між собою, отримуючи сталеву заготовку, придатну для виготовлення різних виробів. Уклад цілком підходив для виготовлення холодної зброї. Для поліпшення якостей таку зброю часто виготовлялося по пакетної схемою - як у нашому випадку. Найчастіше кількість пакетів скорочувалася до двох: в тіло клинка з м'якою або сирцевої сталі вваривать (або наварюють) леза з високовуглецевої сталі, отримані за допомогою цементації заліза або сирцевої сталі.

М'якість і твердість

В результаті перерахованих вище операцій ми отримали три приблизно трикілограмова заготовки з різних видів стали в формі смуг. Однак від цих смуг до меча ще досить далеко. За словами Василя, «це поки що не деталі клинка, а лише матеріал, з якого вони будуть зроблені».

Одним із способів створити тверду ріжучу кромку зброї в XIII столітті була цементація - поверхневе зміцнення, тобто коксування поверхні виробів, виготовлених з відносно м'якою стали. Виріб поміщали в закриту посудину, заповнений органічною речовиною - карбюризатором, в ролі якого найчастіше виступав вугілля, товчені роги або їх суміш. Потім посудину поміщали в піч, де при температурі понад 900 ° С без доступу повітря карбюризатор обвуглюватися і поверхню виробу поступово насищалося вуглецем. Цей спосіб досить широко застосовувався для науглероживания сокир і мечів (більш-менш масових виробів). Але цементація - це зміцнення поверхневого шару певної глибини; коли цей шар сточуємо, ріжучакромка переставала тримати заточку, і зброю доводилося піддавати новою процедурою цементації. А при збільшенні глибини цементації зростав ризик зробити поверхню занадто крихкою. Так що цей спосіб ми відкинули, оскільки він все-таки не дозволяє досягти потрібних нам якостей. Адже «досконалий клинок» XIII століття (так само як і будь-якого іншого часу) повинен бути пружним, гасити коливання при ударах, в'язким, а не крихким, але в той же час ріжучакромка леза повинна бути твердою і добре тримати заточку. Створити такий меч з гомогенного матеріалу практично неможливо, тому ми вирішили вдатися до композитної технології того часу, використовуючи пакетну схему і «візерункову зварювання» (pattern welding). Наш меч буде «побудований» з семи пакетів трьох видів, кожен з яких виконує своє завдання.

Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі. Реальний злиток, знайдений під час археологічних розкопок городища біля Новгорода.

Перший пакет виготовляється з м'якого низьковуглецевого (до 0,3% вуглецю) заліза. З витягнутих смуг цього м'якого заліза складаємо шестишарові «сендвіч», проковувати його (при цьому шари зварюються в єдиний пакет), розрубуємо і складаємо навпіл, знову проковувати, повторюючи цей процес вісім разів і отримуючи в результаті пакет з відносно м'якою дамаської сталі, що нараховує приблизно 1500 шарів. Цей пакет буде «становим хребтом» нашого меча - його серцевиною. Така в'язка серцевина працює на стиск, сприймає ударні навантаження і гасить коливання, не даючи мечу зламатися при сильних ударах. Вона також пов'язує всі навколишні пакети, виконують інші завдання, в єдине ціле.

Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка. Праворуч - прокувати заготовка леза з високовуглецевої сталі, загартована і потім зламана для оцінки твердості, крихкості і красноломкості.

Другий пакет - це майбутнє лезо. Для його виготовлення ми використовували два отриманих нами раніше виду стали - среднеуглеродистой і високовуглецевого. Чергуючи смуги цих двох видів так, щоб середньовуглецеву матеріал виявився «зовні», складаємо сендвіч з семи шарів і, пересипавши флюсом, зварює їх в єдиний пакет. Потім розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще 14 раз. Легко підрахувати, що в підсумку при такому складанні ми отримаємо ... більше 200 000 шарів! З огляду на, що фінальна товщина пакета становить 6 мм, можна обчислити товщину шару - близько 30 нм. «Фактично середньовічні нанотехнології! - сміється Василь. - Насправді, звичайно, це дуже умовні 'шари' - при такому перемішуванні структура стали виходить близькою до гомогенної ». Лезо в підсумку повинно бути твердим і добре тримати заточку.

Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання.

пружинки

Третій пакет - це майбутні обкладання, їх чотири. Вони виготовляються з м'якого низьковуглецевого і среднеуглеродистой стали. Починається цей пакет з семишарового сендвіча (низьковуглецевої сталлю назовні), який за допомогою горна і молота зварює в єдиний пакет. Як і два інших пакета, розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще дев'ять разів, отримуючи в результаті смугу з дамаської сталі, що складається з 7000 шарів.

Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів.

Але це ще не все! Для того щоб клинок меча в результаті краще протистояв поперечним згинаючих навантажень, а також подовжньому скручування, обкладки торсіруют, тобто кожну скручують на 20 оборотів, отримуючи сталевий кручений «канат». Такі обкладання після гарту стануть більш пружними і будуть додатково гасити коливання, не дозволяючи ударам «віддаватися в руку». Оскільки обкладок чотири, напрямки закручування їх повинні «компенсуватися» попарно - інакше при найменшій помилці під час загартування меч «піде гвинтом». Пружні обкладання-торсіони працюють в клинку меча на розтягнення і фактично виконують ту ж роль, що і арматура в залізобетоні, тобто упрочняют тіло клинка.

Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле. Потім цей процес повторюють кілька разів, збільшуючи кількість переплітаються шарів. Це як раз і є техніка «візерункової зварювання». Залежно від кількості шарів і видів стали на готовому виробі може проявитися візерунок. Таку сталь називають візерунчастої (дамаської). Для того щоб утворюються на поверхні оксиди не заважали зварюванні, розігріті в горні смуги посипають флюсом. Зараз в якості останнього використовується тетраборат натрію (бура), а раніше - суміш доломітового борошна, піску і соди.

Заготівля для клинка

Але ось нарешті все сім пакетів готові і починається фінальна підготовча стадія - виготовлення заготовки клинка. Всі пакети скріплюються дротом, Василь розігріває їх в горні, розсипає флюсом і починає процес ковальського зварювання. Як і при підготовці самих пакетів, він використовує пневматичний молот, і це ще одне невелике відхилення від середньовічної технології: «Звичайно, можна було б не відступати від оригінальної технології, але для цього мені б знадобилася пара молотобійців ... - І єхидно пропонує: - Хочете спробувати? »Фотограф робить вигляд, що дуже зайнятий процесом зйомки, а я починаю розпитувати Василя про якісь найдрібніших деталях, що відбуваються.

Тим часом заготівля набуває вигляду бруска розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг. Якщо згадати, що для її виготовлення нам знадобилося переробити 120 кг руди і приблизно два тижні часу, процес виглядає не дуже ефективним (втім, з цієї кількості руди ми отримали не одну, а дві заготовки). Однак така реальність - саме так і відбувався процес виготовлення заготовок для високоякісного холодної зброї в середні віки. Тепер залишається найголовніше - викувати з цієї заготовки, що зовні нагадує злегка іржаву монтировку, наш «ідеальний меч». Але про це - в наступному номері «ПМ».

Стаття «Залізний вік» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2009 ).

Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка

Поставивши перед собою завдання виготовити справжній меч XIII століття по автентичної технології, ми змушені були повторити весь шлях стародавніх металургів - починаючи від побудови сиродутний печі, відновлення заліза із залізної руди і переплавки отриманого металу в сталь, придатну для виготовлення меча.

Меч XIII століття - не перший експеримент «ПМ» в області історичної реконструкції холодної зброї. Під час виготовлення шашки Федорова за технологією початку XX століття (див. «ПМ» № 1'2007) був накопичений значний досвід, але виявилося, що до поточної задачі його застосувати практично нереально. У випадку з шашкою в якості вихідних матеріалів ми використовували сучасні аналоги існували на початку 1900-х років видів сталі (рейкова, пружинна, підшипникова). Але ось тільки зробити те ж саме з мечем XIII століття неможливо: в той час ніяких стандартів на сталь не існувало і в помині. Тому основна проблема, з якою ми зіткнулися, - це необхідність повторити давній металургійний процес відновлення заліза з руди. Що ми і зробили під керівництвом відомого коваля-зброяра Василя Іванова, керівника майстерні історичного японського зброї Ishimatsu.

Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu. Але до прохання редакції «Популярною механіки» виготовити по історично автентичної технології меч XIII століття він поставився з великим ентузіазмом. Завдання побудови домниці і отримання сиродутного заліза його абсолютно не збентежила.

Від руди до криці

До XIV століття основним процесом отримання заліза було відновлення його з руди в сиродутний печі (домниці). Така піч мала форму, близьку до усеченному конусу висотою приблизно 1,2 м і діаметром 60-80 см в підставі і 30 см у верхній (колошникового) частини, складалася з каменю або вогнетривкої цегли і обмазувалась глиною. У печі була передбачена фурма - труба для подачі повітря від хутра діаметром в декілька сантиметрів, отвір для зливу шлаку в нижній частині, а також іноді розбірна частина для вилучення злитка заліза після закінчення процесу. Після висихання піч протоплювали за допомогою дров, щоб обпалити глину, а також для утворення золи, яка в подальшому слугувала підстильним «антипригарним» покриттям і виконувала роль однієї зі складових частин флюсу (зола містить соду і поташ). Ця частина технології не викликала у нас ніяких особливих труднощів, і після спорудження домниці і після декількох днів, які потрібні були на висихання глини і випал, ми приступили до першої частини процесу - відновлення заліза.

Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом. Піддув повітря дозволяє досягти високої температури, залізо відновлюється з руди і утворює в нижній частині печі злиток - крицю. Отвір в нижній частині служить для зливу шлаку.

В якості вихідного матеріалу ми взяли багату (і до того ж збагачену) руду - магнетит (FeOFe2O3) з району Курської магнітної аномалії. Технологія досить проста: в піч до половини завантажують деревне вугілля, розпалюють, після чого зверху засипають суміш руди з флюсом (в якості якого ми використовували цілком історично автентичну суміш доломітового борошна, піску і соди). Поверх насипають ще шар вугілля, і потім у міру його прогорання додають шари руди з флюсом і вугілля. Такий цикл повторюють кілька (до п'яти) раз. При цьому протягом декількох годин потрібен постійний піддув повітря за допомогою міхів, щоб температура в печі досягла 1400-1500 С (тут ми були змушені трохи відступити від технології, оскільки використовували електричний піддув через брак працівників).

У сиродутний печі відбувається кілька процесів. По-перше, порода при високій температурі відділяється від руди і стікає вниз у вигляді шлаку. По-друге, оксиди заліза чадним газом і вуглецем відновлюються до заліза, зерна якого сплавляються між собою, утворюючи злиток - крицю. Коли вугілля майже повністю прогорає, шлак через отвір в печі зливають, а потім, після охолодження, розбирають частину стінки і витягають крицю - пористий залізний злиток.

Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації. Після відновлення в печі виходить криця - пористий злиток сиродутного заліза, неоднорідне насичений вуглецем.

Від заліза до стали

Ефективність сиродутного процесу невелика: значна частина заліза йде в шлак, і з 120 кг руди ми отримали всього близько 25 кг криці. Причому це поки що тільки сирої вихідний матеріал, дуже неоднорідний за своєю якістю. Під час свого перебування в печі криця насичується вуглецем вельми нерівномірно і в результаті містить фрагменти м'якого заліза майже без вуглецю (0-0,3%), вуглецевої сталі (0,3-1,6% вуглецю) і чавуну (з вмістом вуглецю вище 1,6%). Це абсолютно різні матеріали, з різними властивостями, тому в першу чергу потрібно провести первинну сортування. «Криця розбивають на невеликі шматки, які за механічними властивостями - крихкість і пластичність - сортують на три купки з різним вмістом вуглецю, - пояснює Василь Іванов. - Якщо шматок м'який і ковкий, то вміст вуглецю низька, якщо твердий - висока, якщо шматки тендітні і легко розколюються, оголюючи характерний злам, - це чавун ».

Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю.

Наше завдання - отримати в кінцевому підсумку три види стали з більш-менш нормованим вмістом вуглецю. Перший вид - низьковуглецевий (до 0,3%) сталь (так зване ділове залізо - з нього виготовляли різні побутові вироби типу цвяхів, обручів і т. П.), Другий - із середнім (0,3-0,6%) вмістом вуглецю, третій - високовуглецева (0,6-1,6%) сталь. Відсортовані шматки складаємо в керамічні тиглі, пересипавши тим же флюсом, який ми використовували раніше, ставимо в горн, наповнений деревним вугіллям, і включаємо піддув. Залежно від розташування тигля в горні і інтенсивності поддува повітря можна або насичувати вуглецем сталь (в відновлювальної зоні - верхній частині горна над палаючим вугіллям), або випалювати його надлишок (в окислювальному зоні - нижньої частини горна, де подається повітря) і таким чином отримувати потрібні нам матеріали. Варто також відзначити, що ми спочатку використовували щодо «чисту» руду, наша сталь не містить значної кількості шкідливих домішок - в основному сірки і фосфору. Зрозуміло, ніяких легуючих добавок типу хрому, молібдену, марганцю або ванадію ми не використовували (крім тих невеликих кількостей, що спочатку були присутні в руді), так що історична автентичність дотримана.

Після плавки Василь витягує з тиглів злитки стали і оцінює отриманий результат, проковивая їх в смуги. «При необхідності в ході подальшого процесу можна випалити надлишок вуглецю з смуги прямо в горні, - пояснює він. - Або науглеродіть, оскільки при куванні частина вуглецю - до 0,3% - неминуче вигорає ».

отримання укладу

Переплавлення криці в тиглях - не єдиний спосіб отримання сталі з кричного заліза. Ще один спосіб - це отримання так званої сирцевої сталі, або укладу. Метод полягав у наступному: крічное м'яке залізо розігрівали в горні, в палаючому вугіллі, насичуючи поверхню злитка вуглецем. Потім злиток різко охолоджували водою або снігом, в результаті поверхневий шар гартувався і ставав тендітним. При ударах ця «шкаралупа» вуглецевої сталі відокремлювалася від злитка у вигляді пластинок. Потім крицю знову розігрівали і повторювали вищеописану операцію, поки весь злиток не перетворювався на такі платівки. Потім пластинки розігрівали в горні і зварювали між собою, отримуючи сталеву заготовку, придатну для виготовлення різних виробів. Уклад цілком підходив для виготовлення холодної зброї. Для поліпшення якостей таку зброю часто виготовлялося по пакетної схемою - як у нашому випадку. Найчастіше кількість пакетів скорочувалася до двох: в тіло клинка з м'якою або сирцевої сталі вваривать (або наварюють) леза з високовуглецевої сталі, отримані за допомогою цементації заліза або сирцевої сталі.

М'якість і твердість

В результаті перерахованих вище операцій ми отримали три приблизно трикілограмова заготовки з різних видів стали в формі смуг. Однак від цих смуг до меча ще досить далеко. За словами Василя, «це поки що не деталі клинка, а лише матеріал, з якого вони будуть зроблені».

Одним із способів створити тверду ріжучу кромку зброї в XIII столітті була цементація - поверхневе зміцнення, тобто коксування поверхні виробів, виготовлених з відносно м'якою стали. Виріб поміщали в закриту посудину, заповнений органічною речовиною - карбюризатором, в ролі якого найчастіше виступав вугілля, товчені роги або їх суміш. Потім посудину поміщали в піч, де при температурі понад 900 ° С без доступу повітря карбюризатор обвуглюватися і поверхню виробу поступово насищалося вуглецем. Цей спосіб досить широко застосовувався для науглероживания сокир і мечів (більш-менш масових виробів). Але цементація - це зміцнення поверхневого шару певної глибини; коли цей шар сточуємо, ріжучакромка переставала тримати заточку, і зброю доводилося піддавати новою процедурою цементації. А при збільшенні глибини цементації зростав ризик зробити поверхню занадто крихкою. Так що цей спосіб ми відкинули, оскільки він все-таки не дозволяє досягти потрібних нам якостей. Адже «досконалий клинок» XIII століття (так само як і будь-якого іншого часу) повинен бути пружним, гасити коливання при ударах, в'язким, а не крихким, але в той же час ріжучакромка леза повинна бути твердою і добре тримати заточку. Створити такий меч з гомогенного матеріалу практично неможливо, тому ми вирішили вдатися до композитної технології того часу, використовуючи пакетну схему і «візерункову зварювання» (pattern welding). Наш меч буде «побудований» з семи пакетів трьох видів, кожен з яких виконує своє завдання.

Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі. Реальний злиток, знайдений під час археологічних розкопок городища біля Новгорода.

Перший пакет виготовляється з м'якого низьковуглецевого (до 0,3% вуглецю) заліза. З витягнутих смуг цього м'якого заліза складаємо шестишарові «сендвіч», проковувати його (при цьому шари зварюються в єдиний пакет), розрубуємо і складаємо навпіл, знову проковувати, повторюючи цей процес вісім разів і отримуючи в результаті пакет з відносно м'якою дамаської сталі, що нараховує приблизно 1500 шарів. Цей пакет буде «становим хребтом» нашого меча - його серцевиною. Така в'язка серцевина працює на стиск, сприймає ударні навантаження і гасить коливання, не даючи мечу зламатися при сильних ударах. Вона також пов'язує всі навколишні пакети, виконують інші завдання, в єдине ціле.

Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка. Праворуч - прокувати заготовка леза з високовуглецевої сталі, загартована і потім зламана для оцінки твердості, крихкості і красноломкості.

Другий пакет - це майбутнє лезо. Для його виготовлення ми використовували два отриманих нами раніше виду стали - среднеуглеродистой і високовуглецевого. Чергуючи смуги цих двох видів так, щоб середньовуглецеву матеріал виявився «зовні», складаємо сендвіч з семи шарів і, пересипавши флюсом, зварює їх в єдиний пакет. Потім розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще 14 раз. Легко підрахувати, що в підсумку при такому складанні ми отримаємо ... більше 200 000 шарів! З огляду на, що фінальна товщина пакета становить 6 мм, можна обчислити товщину шару - близько 30 нм. «Фактично середньовічні нанотехнології! - сміється Василь. - Насправді, звичайно, це дуже умовні 'шари' - при такому перемішуванні структура стали виходить близькою до гомогенної ». Лезо в підсумку повинно бути твердим і добре тримати заточку.

Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання.

пружинки

Третій пакет - це майбутні обкладання, їх чотири. Вони виготовляються з м'якого низьковуглецевого і среднеуглеродистой стали. Починається цей пакет з семишарового сендвіча (низьковуглецевої сталлю назовні), який за допомогою горна і молота зварює в єдиний пакет. Як і два інших пакета, розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще дев'ять разів, отримуючи в результаті смугу з дамаської сталі, що складається з 7000 шарів.

Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів.

Але це ще не все! Для того щоб клинок меча в результаті краще протистояв поперечним згинаючих навантажень, а також подовжньому скручування, обкладки торсіруют, тобто кожну скручують на 20 оборотів, отримуючи сталевий кручений «канат». Такі обкладання після гарту стануть більш пружними і будуть додатково гасити коливання, не дозволяючи ударам «віддаватися в руку». Оскільки обкладок чотири, напрямки закручування їх повинні «компенсуватися» попарно - інакше при найменшій помилці під час загартування меч «піде гвинтом». Пружні обкладання-торсіони працюють в клинку меча на розтягнення і фактично виконують ту ж роль, що і арматура в залізобетоні, тобто упрочняют тіло клинка.

Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле. Потім цей процес повторюють кілька разів, збільшуючи кількість переплітаються шарів. Це як раз і є техніка «візерункової зварювання». Залежно від кількості шарів і видів стали на готовому виробі може проявитися візерунок. Таку сталь називають візерунчастої (дамаської). Для того щоб утворюються на поверхні оксиди не заважали зварюванні, розігріті в горні смуги посипають флюсом. Зараз в якості останнього використовується тетраборат натрію (бура), а раніше - суміш доломітового борошна, піску і соди.

Заготівля для клинка

Але ось нарешті все сім пакетів готові і починається фінальна підготовча стадія - виготовлення заготовки клинка. Всі пакети скріплюються дротом, Василь розігріває їх в горні, розсипає флюсом і починає процес ковальського зварювання. Як і при підготовці самих пакетів, він використовує пневматичний молот, і це ще одне невелике відхилення від середньовічної технології: «Звичайно, можна було б не відступати від оригінальної технології, але для цього мені б знадобилася пара молотобійців ... - І єхидно пропонує: - Хочете спробувати? »Фотограф робить вигляд, що дуже зайнятий процесом зйомки, а я починаю розпитувати Василя про якісь найдрібніших деталях, що відбуваються.

Тим часом заготівля набуває вигляду бруска розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг. Якщо згадати, що для її виготовлення нам знадобилося переробити 120 кг руди і приблизно два тижні часу, процес виглядає не дуже ефективним (втім, з цієї кількості руди ми отримали не одну, а дві заготовки). Однак така реальність - саме так і відбувався процес виготовлення заготовок для високоякісного холодної зброї в середні віки. Тепер залишається найголовніше - викувати з цієї заготовки, що зовні нагадує злегка іржаву монтировку, наш «ідеальний меч». Але про це - в наступному номері «ПМ».

Стаття «Залізний вік» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2009 ).

Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка

Поставивши перед собою завдання виготовити справжній меч XIII століття по автентичної технології, ми змушені були повторити весь шлях стародавніх металургів - починаючи від побудови сиродутний печі, відновлення заліза із залізної руди і переплавки отриманого металу в сталь, придатну для виготовлення меча.

Меч XIII століття - не перший експеримент «ПМ» в області історичної реконструкції холодної зброї. Під час виготовлення шашки Федорова за технологією початку XX століття (див. «ПМ» № 1'2007) був накопичений значний досвід, але виявилося, що до поточної задачі його застосувати практично нереально. У випадку з шашкою в якості вихідних матеріалів ми використовували сучасні аналоги існували на початку 1900-х років видів сталі (рейкова, пружинна, підшипникова). Але ось тільки зробити те ж саме з мечем XIII століття неможливо: в той час ніяких стандартів на сталь не існувало і в помині. Тому основна проблема, з якою ми зіткнулися, - це необхідність повторити давній металургійний процес відновлення заліза з руди. Що ми і зробили під керівництвом відомого коваля-зброяра Василя Іванова, керівника майстерні історичного японського зброї Ishimatsu.

Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu. Але до прохання редакції «Популярною механіки» виготовити по історично автентичної технології меч XIII століття він поставився з великим ентузіазмом. Завдання побудови домниці і отримання сиродутного заліза його абсолютно не збентежила.

Від руди до криці

До XIV століття основним процесом отримання заліза було відновлення його з руди в сиродутний печі (домниці). Така піч мала форму, близьку до усеченному конусу висотою приблизно 1,2 м і діаметром 60-80 см в підставі і 30 см у верхній (колошникового) частини, складалася з каменю або вогнетривкої цегли і обмазувалась глиною. У печі була передбачена фурма - труба для подачі повітря від хутра діаметром в декілька сантиметрів, отвір для зливу шлаку в нижній частині, а також іноді розбірна частина для вилучення злитка заліза після закінчення процесу. Після висихання піч протоплювали за допомогою дров, щоб обпалити глину, а також для утворення золи, яка в подальшому слугувала підстильним «антипригарним» покриттям і виконувала роль однієї зі складових частин флюсу (зола містить соду і поташ). Ця частина технології не викликала у нас ніяких особливих труднощів, і після спорудження домниці і після декількох днів, які потрібні були на висихання глини і випал, ми приступили до першої частини процесу - відновлення заліза.

Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом. Піддув повітря дозволяє досягти високої температури, залізо відновлюється з руди і утворює в нижній частині печі злиток - крицю. Отвір в нижній частині служить для зливу шлаку.

В якості вихідного матеріалу ми взяли багату (і до того ж збагачену) руду - магнетит (FeOFe2O3) з району Курської магнітної аномалії. Технологія досить проста: в піч до половини завантажують деревне вугілля, розпалюють, після чого зверху засипають суміш руди з флюсом (в якості якого ми використовували цілком історично автентичну суміш доломітового борошна, піску і соди). Поверх насипають ще шар вугілля, і потім у міру його прогорання додають шари руди з флюсом і вугілля. Такий цикл повторюють кілька (до п'яти) раз. При цьому протягом декількох годин потрібен постійний піддув повітря за допомогою міхів, щоб температура в печі досягла 1400-1500 С (тут ми були змушені трохи відступити від технології, оскільки використовували електричний піддув через брак працівників).

У сиродутний печі відбувається кілька процесів. По-перше, порода при високій температурі відділяється від руди і стікає вниз у вигляді шлаку. По-друге, оксиди заліза чадним газом і вуглецем відновлюються до заліза, зерна якого сплавляються між собою, утворюючи злиток - крицю. Коли вугілля майже повністю прогорає, шлак через отвір в печі зливають, а потім, після охолодження, розбирають частину стінки і витягають крицю - пористий залізний злиток.

Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації. Після відновлення в печі виходить криця - пористий злиток сиродутного заліза, неоднорідне насичений вуглецем.

Від заліза до стали

Ефективність сиродутного процесу невелика: значна частина заліза йде в шлак, і з 120 кг руди ми отримали всього близько 25 кг криці. Причому це поки що тільки сирої вихідний матеріал, дуже неоднорідний за своєю якістю. Під час свого перебування в печі криця насичується вуглецем вельми нерівномірно і в результаті містить фрагменти м'якого заліза майже без вуглецю (0-0,3%), вуглецевої сталі (0,3-1,6% вуглецю) і чавуну (з вмістом вуглецю вище 1,6%). Це абсолютно різні матеріали, з різними властивостями, тому в першу чергу потрібно провести первинну сортування. «Криця розбивають на невеликі шматки, які за механічними властивостями - крихкість і пластичність - сортують на три купки з різним вмістом вуглецю, - пояснює Василь Іванов. - Якщо шматок м'який і ковкий, то вміст вуглецю низька, якщо твердий - висока, якщо шматки тендітні і легко розколюються, оголюючи характерний злам, - це чавун ».

Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю.

Наше завдання - отримати в кінцевому підсумку три види стали з більш-менш нормованим вмістом вуглецю. Перший вид - низьковуглецевий (до 0,3%) сталь (так зване ділове залізо - з нього виготовляли різні побутові вироби типу цвяхів, обручів і т. П.), Другий - із середнім (0,3-0,6%) вмістом вуглецю, третій - високовуглецева (0,6-1,6%) сталь. Відсортовані шматки складаємо в керамічні тиглі, пересипавши тим же флюсом, який ми використовували раніше, ставимо в горн, наповнений деревним вугіллям, і включаємо піддув. Залежно від розташування тигля в горні і інтенсивності поддува повітря можна або насичувати вуглецем сталь (в відновлювальної зоні - верхній частині горна над палаючим вугіллям), або випалювати його надлишок (в окислювальному зоні - нижньої частини горна, де подається повітря) і таким чином отримувати потрібні нам матеріали. Варто також відзначити, що ми спочатку використовували щодо «чисту» руду, наша сталь не містить значної кількості шкідливих домішок - в основному сірки і фосфору. Зрозуміло, ніяких легуючих добавок типу хрому, молібдену, марганцю або ванадію ми не використовували (крім тих невеликих кількостей, що спочатку були присутні в руді), так що історична автентичність дотримана.

Після плавки Василь витягує з тиглів злитки стали і оцінює отриманий результат, проковивая їх в смуги. «При необхідності в ході подальшого процесу можна випалити надлишок вуглецю з смуги прямо в горні, - пояснює він. - Або науглеродіть, оскільки при куванні частина вуглецю - до 0,3% - неминуче вигорає ».

отримання укладу

Переплавлення криці в тиглях - не єдиний спосіб отримання сталі з кричного заліза. Ще один спосіб - це отримання так званої сирцевої сталі, або укладу. Метод полягав у наступному: крічное м'яке залізо розігрівали в горні, в палаючому вугіллі, насичуючи поверхню злитка вуглецем. Потім злиток різко охолоджували водою або снігом, в результаті поверхневий шар гартувався і ставав тендітним. При ударах ця «шкаралупа» вуглецевої сталі відокремлювалася від злитка у вигляді пластинок. Потім крицю знову розігрівали і повторювали вищеописану операцію, поки весь злиток не перетворювався на такі платівки. Потім пластинки розігрівали в горні і зварювали між собою, отримуючи сталеву заготовку, придатну для виготовлення різних виробів. Уклад цілком підходив для виготовлення холодної зброї. Для поліпшення якостей таку зброю часто виготовлялося по пакетної схемою - як у нашому випадку. Найчастіше кількість пакетів скорочувалася до двох: в тіло клинка з м'якою або сирцевої сталі вваривать (або наварюють) леза з високовуглецевої сталі, отримані за допомогою цементації заліза або сирцевої сталі.

М'якість і твердість

В результаті перерахованих вище операцій ми отримали три приблизно трикілограмова заготовки з різних видів стали в формі смуг. Однак від цих смуг до меча ще досить далеко. За словами Василя, «це поки що не деталі клинка, а лише матеріал, з якого вони будуть зроблені».

Одним із способів створити тверду ріжучу кромку зброї в XIII столітті була цементація - поверхневе зміцнення, тобто коксування поверхні виробів, виготовлених з відносно м'якою стали. Виріб поміщали в закриту посудину, заповнений органічною речовиною - карбюризатором, в ролі якого найчастіше виступав вугілля, товчені роги або їх суміш. Потім посудину поміщали в піч, де при температурі понад 900 ° С без доступу повітря карбюризатор обвуглюватися і поверхню виробу поступово насищалося вуглецем. Цей спосіб досить широко застосовувався для науглероживания сокир і мечів (більш-менш масових виробів). Але цементація - це зміцнення поверхневого шару певної глибини; коли цей шар сточуємо, ріжучакромка переставала тримати заточку, і зброю доводилося піддавати новою процедурою цементації. А при збільшенні глибини цементації зростав ризик зробити поверхню занадто крихкою. Так що цей спосіб ми відкинули, оскільки він все-таки не дозволяє досягти потрібних нам якостей. Адже «досконалий клинок» XIII століття (так само як і будь-якого іншого часу) повинен бути пружним, гасити коливання при ударах, в'язким, а не крихким, але в той же час ріжучакромка леза повинна бути твердою і добре тримати заточку. Створити такий меч з гомогенного матеріалу практично неможливо, тому ми вирішили вдатися до композитної технології того часу, використовуючи пакетну схему і «візерункову зварювання» (pattern welding). Наш меч буде «побудований» з семи пакетів трьох видів, кожен з яких виконує своє завдання.

Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі. Реальний злиток, знайдений під час археологічних розкопок городища біля Новгорода.

Перший пакет виготовляється з м'якого низьковуглецевого (до 0,3% вуглецю) заліза. З витягнутих смуг цього м'якого заліза складаємо шестишарові «сендвіч», проковувати його (при цьому шари зварюються в єдиний пакет), розрубуємо і складаємо навпіл, знову проковувати, повторюючи цей процес вісім разів і отримуючи в результаті пакет з відносно м'якою дамаської сталі, що нараховує приблизно 1500 шарів. Цей пакет буде «становим хребтом» нашого меча - його серцевиною. Така в'язка серцевина працює на стиск, сприймає ударні навантаження і гасить коливання, не даючи мечу зламатися при сильних ударах. Вона також пов'язує всі навколишні пакети, виконують інші завдання, в єдине ціле.

Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка. Праворуч - прокувати заготовка леза з високовуглецевої сталі, загартована і потім зламана для оцінки твердості, крихкості і красноломкості.

Другий пакет - це майбутнє лезо. Для його виготовлення ми використовували два отриманих нами раніше виду стали - среднеуглеродистой і високовуглецевого. Чергуючи смуги цих двох видів так, щоб середньовуглецеву матеріал виявився «зовні», складаємо сендвіч з семи шарів і, пересипавши флюсом, зварює їх в єдиний пакет. Потім розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще 14 раз. Легко підрахувати, що в підсумку при такому складанні ми отримаємо ... більше 200 000 шарів! З огляду на, що фінальна товщина пакета становить 6 мм, можна обчислити товщину шару - близько 30 нм. «Фактично середньовічні нанотехнології! - сміється Василь. - Насправді, звичайно, це дуже умовні 'шари' - при такому перемішуванні структура стали виходить близькою до гомогенної ». Лезо в підсумку повинно бути твердим і добре тримати заточку.

Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання.

пружинки

Третій пакет - це майбутні обкладання, їх чотири. Вони виготовляються з м'якого низьковуглецевого і среднеуглеродистой стали. Починається цей пакет з семишарового сендвіча (низьковуглецевої сталлю назовні), який за допомогою горна і молота зварює в єдиний пакет. Як і два інших пакета, розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще дев'ять разів, отримуючи в результаті смугу з дамаської сталі, що складається з 7000 шарів.

Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів.

Але це ще не все! Для того щоб клинок меча в результаті краще протистояв поперечним згинаючих навантажень, а також подовжньому скручування, обкладки торсіруют, тобто кожну скручують на 20 оборотів, отримуючи сталевий кручений «канат». Такі обкладання після гарту стануть більш пружними і будуть додатково гасити коливання, не дозволяючи ударам «віддаватися в руку». Оскільки обкладок чотири, напрямки закручування їх повинні «компенсуватися» попарно - інакше при найменшій помилці під час загартування меч «піде гвинтом». Пружні обкладання-торсіони працюють в клинку меча на розтягнення і фактично виконують ту ж роль, що і арматура в залізобетоні, тобто упрочняют тіло клинка.

Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле. Потім цей процес повторюють кілька разів, збільшуючи кількість переплітаються шарів. Це як раз і є техніка «візерункової зварювання». Залежно від кількості шарів і видів стали на готовому виробі може проявитися візерунок. Таку сталь називають візерунчастої (дамаської). Для того щоб утворюються на поверхні оксиди не заважали зварюванні, розігріті в горні смуги посипають флюсом. Зараз в якості останнього використовується тетраборат натрію (бура), а раніше - суміш доломітового борошна, піску і соди.

Заготівля для клинка

Але ось нарешті все сім пакетів готові і починається фінальна підготовча стадія - виготовлення заготовки клинка. Всі пакети скріплюються дротом, Василь розігріває їх в горні, розсипає флюсом і починає процес ковальського зварювання. Як і при підготовці самих пакетів, він використовує пневматичний молот, і це ще одне невелике відхилення від середньовічної технології: «Звичайно, можна було б не відступати від оригінальної технології, але для цього мені б знадобилася пара молотобійців ... - І єхидно пропонує: - Хочете спробувати? »Фотограф робить вигляд, що дуже зайнятий процесом зйомки, а я починаю розпитувати Василя про якісь найдрібніших деталях, що відбуваються.

Тим часом заготівля набуває вигляду бруска розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг. Якщо згадати, що для її виготовлення нам знадобилося переробити 120 кг руди і приблизно два тижні часу, процес виглядає не дуже ефективним (втім, з цієї кількості руди ми отримали не одну, а дві заготовки). Однак така реальність - саме так і відбувався процес виготовлення заготовок для високоякісного холодної зброї в середні віки. Тепер залишається найголовніше - викувати з цієї заготовки, що зовні нагадує злегка іржаву монтировку, наш «ідеальний меч». Але про це - в наступному номері «ПМ».

Стаття «Залізний вік» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2009 ).

Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка

Поставивши перед собою завдання виготовити справжній меч XIII століття по автентичної технології, ми змушені були повторити весь шлях стародавніх металургів - починаючи від побудови сиродутний печі, відновлення заліза із залізної руди і переплавки отриманого металу в сталь, придатну для виготовлення меча.

Меч XIII століття - не перший експеримент «ПМ» в області історичної реконструкції холодної зброї. Під час виготовлення шашки Федорова за технологією початку XX століття (див. «ПМ» № 1'2007) був накопичений значний досвід, але виявилося, що до поточної задачі його застосувати практично нереально. У випадку з шашкою в якості вихідних матеріалів ми використовували сучасні аналоги існували на початку 1900-х років видів сталі (рейкова, пружинна, підшипникова). Але ось тільки зробити те ж саме з мечем XIII століття неможливо: в той час ніяких стандартів на сталь не існувало і в помині. Тому основна проблема, з якою ми зіткнулися, - це необхідність повторити давній металургійний процес відновлення заліза з руди. Що ми і зробили під керівництвом відомого коваля-зброяра Василя Іванова, керівника майстерні історичного японського зброї Ishimatsu.

Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu. Але до прохання редакції «Популярною механіки» виготовити по історично автентичної технології меч XIII століття він поставився з великим ентузіазмом. Завдання побудови домниці і отримання сиродутного заліза його абсолютно не збентежила.

Від руди до криці

До XIV століття основним процесом отримання заліза було відновлення його з руди в сиродутний печі (домниці). Така піч мала форму, близьку до усеченному конусу висотою приблизно 1,2 м і діаметром 60-80 см в підставі і 30 см у верхній (колошникового) частини, складалася з каменю або вогнетривкої цегли і обмазувалась глиною. У печі була передбачена фурма - труба для подачі повітря від хутра діаметром в декілька сантиметрів, отвір для зливу шлаку в нижній частині, а також іноді розбірна частина для вилучення злитка заліза після закінчення процесу. Після висихання піч протоплювали за допомогою дров, щоб обпалити глину, а також для утворення золи, яка в подальшому слугувала підстильним «антипригарним» покриттям і виконувала роль однієї зі складових частин флюсу (зола містить соду і поташ). Ця частина технології не викликала у нас ніяких особливих труднощів, і після спорудження домниці і після декількох днів, які потрібні були на висихання глини і випал, ми приступили до першої частини процесу - відновлення заліза.

Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом. Піддув повітря дозволяє досягти високої температури, залізо відновлюється з руди і утворює в нижній частині печі злиток - крицю. Отвір в нижній частині служить для зливу шлаку.

В якості вихідного матеріалу ми взяли багату (і до того ж збагачену) руду - магнетит (FeOFe2O3) з району Курської магнітної аномалії. Технологія досить проста: в піч до половини завантажують деревне вугілля, розпалюють, після чого зверху засипають суміш руди з флюсом (в якості якого ми використовували цілком історично автентичну суміш доломітового борошна, піску і соди). Поверх насипають ще шар вугілля, і потім у міру його прогорання додають шари руди з флюсом і вугілля. Такий цикл повторюють кілька (до п'яти) раз. При цьому протягом декількох годин потрібен постійний піддув повітря за допомогою міхів, щоб температура в печі досягла 1400-1500 С (тут ми були змушені трохи відступити від технології, оскільки використовували електричний піддув через брак працівників).

У сиродутний печі відбувається кілька процесів. По-перше, порода при високій температурі відділяється від руди і стікає вниз у вигляді шлаку. По-друге, оксиди заліза чадним газом і вуглецем відновлюються до заліза, зерна якого сплавляються між собою, утворюючи злиток - крицю. Коли вугілля майже повністю прогорає, шлак через отвір в печі зливають, а потім, після охолодження, розбирають частину стінки і витягають крицю - пористий залізний злиток.

Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації. Після відновлення в печі виходить криця - пористий злиток сиродутного заліза, неоднорідне насичений вуглецем.

Від заліза до стали

Ефективність сиродутного процесу невелика: значна частина заліза йде в шлак, і з 120 кг руди ми отримали всього близько 25 кг криці. Причому це поки що тільки сирої вихідний матеріал, дуже неоднорідний за своєю якістю. Під час свого перебування в печі криця насичується вуглецем вельми нерівномірно і в результаті містить фрагменти м'якого заліза майже без вуглецю (0-0,3%), вуглецевої сталі (0,3-1,6% вуглецю) і чавуну (з вмістом вуглецю вище 1,6%). Це абсолютно різні матеріали, з різними властивостями, тому в першу чергу потрібно провести первинну сортування. «Криця розбивають на невеликі шматки, які за механічними властивостями - крихкість і пластичність - сортують на три купки з різним вмістом вуглецю, - пояснює Василь Іванов. - Якщо шматок м'який і ковкий, то вміст вуглецю низька, якщо твердий - висока, якщо шматки тендітні і легко розколюються, оголюючи характерний злам, - це чавун ».

Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю.

Наше завдання - отримати в кінцевому підсумку три види стали з більш-менш нормованим вмістом вуглецю. Перший вид - низьковуглецевий (до 0,3%) сталь (так зване ділове залізо - з нього виготовляли різні побутові вироби типу цвяхів, обручів і т. П.), Другий - із середнім (0,3-0,6%) вмістом вуглецю, третій - високовуглецева (0,6-1,6%) сталь. Відсортовані шматки складаємо в керамічні тиглі, пересипавши тим же флюсом, який ми використовували раніше, ставимо в горн, наповнений деревним вугіллям, і включаємо піддув. Залежно від розташування тигля в горні і інтенсивності поддува повітря можна або насичувати вуглецем сталь (в відновлювальної зоні - верхній частині горна над палаючим вугіллям), або випалювати його надлишок (в окислювальному зоні - нижньої частини горна, де подається повітря) і таким чином отримувати потрібні нам матеріали. Варто також відзначити, що ми спочатку використовували щодо «чисту» руду, наша сталь не містить значної кількості шкідливих домішок - в основному сірки і фосфору. Зрозуміло, ніяких легуючих добавок типу хрому, молібдену, марганцю або ванадію ми не використовували (крім тих невеликих кількостей, що спочатку були присутні в руді), так що історична автентичність дотримана.

Після плавки Василь витягує з тиглів злитки стали і оцінює отриманий результат, проковивая їх в смуги. «При необхідності в ході подальшого процесу можна випалити надлишок вуглецю з смуги прямо в горні, - пояснює він. - Або науглеродіть, оскільки при куванні частина вуглецю - до 0,3% - неминуче вигорає ».

отримання укладу

Переплавлення криці в тиглях - не єдиний спосіб отримання сталі з кричного заліза. Ще один спосіб - це отримання так званої сирцевої сталі, або укладу. Метод полягав у наступному: крічное м'яке залізо розігрівали в горні, в палаючому вугіллі, насичуючи поверхню злитка вуглецем. Потім злиток різко охолоджували водою або снігом, в результаті поверхневий шар гартувався і ставав тендітним. При ударах ця «шкаралупа» вуглецевої сталі відокремлювалася від злитка у вигляді пластинок. Потім крицю знову розігрівали і повторювали вищеописану операцію, поки весь злиток не перетворювався на такі платівки. Потім пластинки розігрівали в горні і зварювали між собою, отримуючи сталеву заготовку, придатну для виготовлення різних виробів. Уклад цілком підходив для виготовлення холодної зброї. Для поліпшення якостей таку зброю часто виготовлялося по пакетної схемою - як у нашому випадку. Найчастіше кількість пакетів скорочувалася до двох: в тіло клинка з м'якою або сирцевої сталі вваривать (або наварюють) леза з високовуглецевої сталі, отримані за допомогою цементації заліза або сирцевої сталі.

М'якість і твердість

В результаті перерахованих вище операцій ми отримали три приблизно трикілограмова заготовки з різних видів стали в формі смуг. Однак від цих смуг до меча ще досить далеко. За словами Василя, «це поки що не деталі клинка, а лише матеріал, з якого вони будуть зроблені».

Одним із способів створити тверду ріжучу кромку зброї в XIII столітті була цементація - поверхневе зміцнення, тобто коксування поверхні виробів, виготовлених з відносно м'якою стали. Виріб поміщали в закриту посудину, заповнений органічною речовиною - карбюризатором, в ролі якого найчастіше виступав вугілля, товчені роги або їх суміш. Потім посудину поміщали в піч, де при температурі понад 900 ° С без доступу повітря карбюризатор обвуглюватися і поверхню виробу поступово насищалося вуглецем. Цей спосіб досить широко застосовувався для науглероживания сокир і мечів (більш-менш масових виробів). Але цементація - це зміцнення поверхневого шару певної глибини; коли цей шар сточуємо, ріжучакромка переставала тримати заточку, і зброю доводилося піддавати новою процедурою цементації. А при збільшенні глибини цементації зростав ризик зробити поверхню занадто крихкою. Так що цей спосіб ми відкинули, оскільки він все-таки не дозволяє досягти потрібних нам якостей. Адже «досконалий клинок» XIII століття (так само як і будь-якого іншого часу) повинен бути пружним, гасити коливання при ударах, в'язким, а не крихким, але в той же час ріжучакромка леза повинна бути твердою і добре тримати заточку. Створити такий меч з гомогенного матеріалу практично неможливо, тому ми вирішили вдатися до композитної технології того часу, використовуючи пакетну схему і «візерункову зварювання» (pattern welding). Наш меч буде «побудований» з семи пакетів трьох видів, кожен з яких виконує своє завдання.

Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі. Реальний злиток, знайдений під час археологічних розкопок городища біля Новгорода.

Перший пакет виготовляється з м'якого низьковуглецевого (до 0,3% вуглецю) заліза. З витягнутих смуг цього м'якого заліза складаємо шестишарові «сендвіч», проковувати його (при цьому шари зварюються в єдиний пакет), розрубуємо і складаємо навпіл, знову проковувати, повторюючи цей процес вісім разів і отримуючи в результаті пакет з відносно м'якою дамаської сталі, що нараховує приблизно 1500 шарів. Цей пакет буде «становим хребтом» нашого меча - його серцевиною. Така в'язка серцевина працює на стиск, сприймає ударні навантаження і гасить коливання, не даючи мечу зламатися при сильних ударах. Вона також пов'язує всі навколишні пакети, виконують інші завдання, в єдине ціле.

Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка. Праворуч - прокувати заготовка леза з високовуглецевої сталі, загартована і потім зламана для оцінки твердості, крихкості і красноломкості.

Другий пакет - це майбутнє лезо. Для його виготовлення ми використовували два отриманих нами раніше виду стали - среднеуглеродистой і високовуглецевого. Чергуючи смуги цих двох видів так, щоб середньовуглецеву матеріал виявився «зовні», складаємо сендвіч з семи шарів і, пересипавши флюсом, зварює їх в єдиний пакет. Потім розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще 14 раз. Легко підрахувати, що в підсумку при такому складанні ми отримаємо ... більше 200 000 шарів! З огляду на, що фінальна товщина пакета становить 6 мм, можна обчислити товщину шару - близько 30 нм. «Фактично середньовічні нанотехнології! - сміється Василь. - Насправді, звичайно, це дуже умовні 'шари' - при такому перемішуванні структура стали виходить близькою до гомогенної ». Лезо в підсумку повинно бути твердим і добре тримати заточку.

Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання.

пружинки

Третій пакет - це майбутні обкладання, їх чотири. Вони виготовляються з м'якого низьковуглецевого і среднеуглеродистой стали. Починається цей пакет з семишарового сендвіча (низьковуглецевої сталлю назовні), який за допомогою горна і молота зварює в єдиний пакет. Як і два інших пакета, розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще дев'ять разів, отримуючи в результаті смугу з дамаської сталі, що складається з 7000 шарів.

Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів.

Але це ще не все! Для того щоб клинок меча в результаті краще протистояв поперечним згинаючих навантажень, а також подовжньому скручування, обкладки торсіруют, тобто кожну скручують на 20 оборотів, отримуючи сталевий кручений «канат». Такі обкладання після гарту стануть більш пружними і будуть додатково гасити коливання, не дозволяючи ударам «віддаватися в руку». Оскільки обкладок чотири, напрямки закручування їх повинні «компенсуватися» попарно - інакше при найменшій помилці під час загартування меч «піде гвинтом». Пружні обкладання-торсіони працюють в клинку меча на розтягнення і фактично виконують ту ж роль, що і арматура в залізобетоні, тобто упрочняют тіло клинка.

Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле. Потім цей процес повторюють кілька разів, збільшуючи кількість переплітаються шарів. Це як раз і є техніка «візерункової зварювання». Залежно від кількості шарів і видів стали на готовому виробі може проявитися візерунок. Таку сталь називають візерунчастої (дамаської). Для того щоб утворюються на поверхні оксиди не заважали зварюванні, розігріті в горні смуги посипають флюсом. Зараз в якості останнього використовується тетраборат натрію (бура), а раніше - суміш доломітового борошна, піску і соди.

Заготівля для клинка

Але ось нарешті все сім пакетів готові і починається фінальна підготовча стадія - виготовлення заготовки клинка. Всі пакети скріплюються дротом, Василь розігріває їх в горні, розсипає флюсом і починає процес ковальського зварювання. Як і при підготовці самих пакетів, він використовує пневматичний молот, і це ще одне невелике відхилення від середньовічної технології: «Звичайно, можна було б не відступати від оригінальної технології, але для цього мені б знадобилася пара молотобійців ... - І єхидно пропонує: - Хочете спробувати? »Фотограф робить вигляд, що дуже зайнятий процесом зйомки, а я починаю розпитувати Василя про якісь найдрібніших деталях, що відбуваються.

Тим часом заготівля набуває вигляду бруска розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг. Якщо згадати, що для її виготовлення нам знадобилося переробити 120 кг руди і приблизно два тижні часу, процес виглядає не дуже ефективним (втім, з цієї кількості руди ми отримали не одну, а дві заготовки). Однак така реальність - саме так і відбувався процес виготовлення заготовок для високоякісного холодної зброї в середні віки. Тепер залишається найголовніше - викувати з цієї заготовки, що зовні нагадує злегка іржаву монтировку, наш «ідеальний меч». Але про це - в наступному номері «ПМ».

Стаття «Залізний вік» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2009 ).

Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка

Поставивши перед собою завдання виготовити справжній меч XIII століття по автентичної технології, ми змушені були повторити весь шлях стародавніх металургів - починаючи від побудови сиродутний печі, відновлення заліза із залізної руди і переплавки отриманого металу в сталь, придатну для виготовлення меча.

Меч XIII століття - не перший експеримент «ПМ» в області історичної реконструкції холодної зброї. Під час виготовлення шашки Федорова за технологією початку XX століття (див. «ПМ» № 1'2007) був накопичений значний досвід, але виявилося, що до поточної задачі його застосувати практично нереально. У випадку з шашкою в якості вихідних матеріалів ми використовували сучасні аналоги існували на початку 1900-х років видів сталі (рейкова, пружинна, підшипникова). Але ось тільки зробити те ж саме з мечем XIII століття неможливо: в той час ніяких стандартів на сталь не існувало і в помині. Тому основна проблема, з якою ми зіткнулися, - це необхідність повторити давній металургійний процес відновлення заліза з руди. Що ми і зробили під керівництвом відомого коваля-зброяра Василя Іванова, керівника майстерні історичного японського зброї Ishimatsu.

Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu Відомий коваль-зброяр Василь Іванов спеціалізується на японському зброю - він керує майстерні історичного зброї Ishimatsu. Але до прохання редакції «Популярною механіки» виготовити по історично автентичної технології меч XIII століття він поставився з великим ентузіазмом. Завдання побудови домниці і отримання сиродутного заліза його абсолютно не збентежила.

Від руди до криці

До XIV століття основним процесом отримання заліза було відновлення його з руди в сиродутний печі (домниці). Така піч мала форму, близьку до усеченному конусу висотою приблизно 1,2 м і діаметром 60-80 см в підставі і 30 см у верхній (колошникового) частини, складалася з каменю або вогнетривкої цегли і обмазувалась глиною. У печі була передбачена фурма - труба для подачі повітря від хутра діаметром в декілька сантиметрів, отвір для зливу шлаку в нижній частині, а також іноді розбірна частина для вилучення злитка заліза після закінчення процесу. Після висихання піч протоплювали за допомогою дров, щоб обпалити глину, а також для утворення золи, яка в подальшому слугувала підстильним «антипригарним» покриттям і виконувала роль однієї зі складових частин флюсу (зола містить соду і поташ). Ця частина технології не викликала у нас ніяких особливих труднощів, і після спорудження домниці і після декількох днів, які потрібні були на висихання глини і випал, ми приступили до першої частини процесу - відновлення заліза.

Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом Вугілля, руда, вогонь і повітря сиродутних піч представляє собою конусоподібної спорудження, куди шарами завантажується деревне вугілля і шихта - суміш руди з флюсом. Піддув повітря дозволяє досягти високої температури, залізо відновлюється з руди і утворює в нижній частині печі злиток - крицю. Отвір в нижній частині служить для зливу шлаку.

В якості вихідного матеріалу ми взяли багату (і до того ж збагачену) руду - магнетит (FeOFe2O3) з району Курської магнітної аномалії. Технологія досить проста: в піч до половини завантажують деревне вугілля, розпалюють, після чого зверху засипають суміш руди з флюсом (в якості якого ми використовували цілком історично автентичну суміш доломітового борошна, піску і соди). Поверх насипають ще шар вугілля, і потім у міру його прогорання додають шари руди з флюсом і вугілля. Такий цикл повторюють кілька (до п'яти) раз. При цьому протягом декількох годин потрібен постійний піддув повітря за допомогою міхів, щоб температура в печі досягла 1400-1500 С (тут ми були змушені трохи відступити від технології, оскільки використовували електричний піддув через брак працівників).

У сиродутний печі відбувається кілька процесів. По-перше, порода при високій температурі відділяється від руди і стікає вниз у вигляді шлаку. По-друге, оксиди заліза чадним газом і вуглецем відновлюються до заліза, зерна якого сплавляються між собою, утворюючи злиток - крицю. Коли вугілля майже повністю прогорає, шлак через отвір в печі зливають, а потім, після охолодження, розбирають частину стінки і витягають крицю - пористий залізний злиток.

Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації Як залізної руди ми використовували щодо багатий магнетит з району Курської магнітної аномалії, попередньо збагачений за допомогою магнітної сепарації. Після відновлення в печі виходить криця - пористий злиток сиродутного заліза, неоднорідне насичений вуглецем.

Від заліза до стали

Ефективність сиродутного процесу невелика: значна частина заліза йде в шлак, і з 120 кг руди ми отримали всього близько 25 кг криці. Причому це поки що тільки сирої вихідний матеріал, дуже неоднорідний за своєю якістю. Під час свого перебування в печі криця насичується вуглецем вельми нерівномірно і в результаті містить фрагменти м'якого заліза майже без вуглецю (0-0,3%), вуглецевої сталі (0,3-1,6% вуглецю) і чавуну (з вмістом вуглецю вище 1,6%). Це абсолютно різні матеріали, з різними властивостями, тому в першу чергу потрібно провести первинну сортування. «Криця розбивають на невеликі шматки, які за механічними властивостями - крихкість і пластичність - сортують на три купки з різним вмістом вуглецю, - пояснює Василь Іванов. - Якщо шматок м'який і ковкий, то вміст вуглецю низька, якщо твердий - висока, якщо шматки тендітні і легко розколюються, оголюючи характерний злам, - це чавун ».

Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю Після розбивання криці на фрагменти і попереднього сортування на м'яке залізо, вуглецеву сталь і чавун шматки, пересипані флюсом з доломітового борошна, піску і соди, поміщають в керамічні тиглі і в горні переплавляють в сталь з потрібним вмістом вуглецю.

Наше завдання - отримати в кінцевому підсумку три види стали з більш-менш нормованим вмістом вуглецю. Перший вид - низьковуглецевий (до 0,3%) сталь (так зване ділове залізо - з нього виготовляли різні побутові вироби типу цвяхів, обручів і т. П.), Другий - із середнім (0,3-0,6%) вмістом вуглецю, третій - високовуглецева (0,6-1,6%) сталь. Відсортовані шматки складаємо в керамічні тиглі, пересипавши тим же флюсом, який ми використовували раніше, ставимо в горн, наповнений деревним вугіллям, і включаємо піддув. Залежно від розташування тигля в горні і інтенсивності поддува повітря можна або насичувати вуглецем сталь (в відновлювальної зоні - верхній частині горна над палаючим вугіллям), або випалювати його надлишок (в окислювальному зоні - нижньої частини горна, де подається повітря) і таким чином отримувати потрібні нам матеріали. Варто також відзначити, що ми спочатку використовували щодо «чисту» руду, наша сталь не містить значної кількості шкідливих домішок - в основному сірки і фосфору. Зрозуміло, ніяких легуючих добавок типу хрому, молібдену, марганцю або ванадію ми не використовували (крім тих невеликих кількостей, що спочатку були присутні в руді), так що історична автентичність дотримана.

Після плавки Василь витягує з тиглів злитки стали і оцінює отриманий результат, проковивая їх в смуги. «При необхідності в ході подальшого процесу можна випалити надлишок вуглецю з смуги прямо в горні, - пояснює він. - Або науглеродіть, оскільки при куванні частина вуглецю - до 0,3% - неминуче вигорає ».

отримання укладу

Переплавлення криці в тиглях - не єдиний спосіб отримання сталі з кричного заліза. Ще один спосіб - це отримання так званої сирцевої сталі, або укладу. Метод полягав у наступному: крічное м'яке залізо розігрівали в горні, в палаючому вугіллі, насичуючи поверхню злитка вуглецем. Потім злиток різко охолоджували водою або снігом, в результаті поверхневий шар гартувався і ставав тендітним. При ударах ця «шкаралупа» вуглецевої сталі відокремлювалася від злитка у вигляді пластинок. Потім крицю знову розігрівали і повторювали вищеописану операцію, поки весь злиток не перетворювався на такі платівки. Потім пластинки розігрівали в горні і зварювали між собою, отримуючи сталеву заготовку, придатну для виготовлення різних виробів. Уклад цілком підходив для виготовлення холодної зброї. Для поліпшення якостей таку зброю часто виготовлялося по пакетної схемою - як у нашому випадку. Найчастіше кількість пакетів скорочувалася до двох: в тіло клинка з м'якою або сирцевої сталі вваривать (або наварюють) леза з високовуглецевої сталі, отримані за допомогою цементації заліза або сирцевої сталі.

М'якість і твердість

В результаті перерахованих вище операцій ми отримали три приблизно трикілограмова заготовки з різних видів стали в формі смуг. Однак від цих смуг до меча ще досить далеко. За словами Василя, «це поки що не деталі клинка, а лише матеріал, з якого вони будуть зроблені».

Одним із способів створити тверду ріжучу кромку зброї в XIII столітті була цементація - поверхневе зміцнення, тобто коксування поверхні виробів, виготовлених з відносно м'якою стали. Виріб поміщали в закриту посудину, заповнений органічною речовиною - карбюризатором, в ролі якого найчастіше виступав вугілля, товчені роги або їх суміш. Потім посудину поміщали в піч, де при температурі понад 900 ° С без доступу повітря карбюризатор обвуглюватися і поверхню виробу поступово насищалося вуглецем. Цей спосіб досить широко застосовувався для науглероживания сокир і мечів (більш-менш масових виробів). Але цементація - це зміцнення поверхневого шару певної глибини; коли цей шар сточуємо, ріжучакромка переставала тримати заточку, і зброю доводилося піддавати новою процедурою цементації. А при збільшенні глибини цементації зростав ризик зробити поверхню занадто крихкою. Так що цей спосіб ми відкинули, оскільки він все-таки не дозволяє досягти потрібних нам якостей. Адже «досконалий клинок» XIII століття (так само як і будь-якого іншого часу) повинен бути пружним, гасити коливання при ударах, в'язким, а не крихким, але в той же час ріжучакромка леза повинна бути твердою і добре тримати заточку. Створити такий меч з гомогенного матеріалу практично неможливо, тому ми вирішили вдатися до композитної технології того часу, використовуючи пакетну схему і «візерункову зварювання» (pattern welding). Наш меч буде «побудований» з семи пакетів трьох видів, кожен з яких виконує своє завдання.

Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі Історична сталь Сталь, отримана після переплавки кричного заліза в глиняному тиглі. Реальний злиток, знайдений під час археологічних розкопок городища біля Новгорода.

Перший пакет виготовляється з м'якого низьковуглецевого (до 0,3% вуглецю) заліза. З витягнутих смуг цього м'якого заліза складаємо шестишарові «сендвіч», проковувати його (при цьому шари зварюються в єдиний пакет), розрубуємо і складаємо навпіл, знову проковувати, повторюючи цей процес вісім разів і отримуючи в результаті пакет з відносно м'якою дамаської сталі, що нараховує приблизно 1500 шарів. Цей пакет буде «становим хребтом» нашого меча - його серцевиною. Така в'язка серцевина працює на стиск, сприймає ударні навантаження і гасить коливання, не даючи мечу зламатися при сильних ударах. Вона також пов'язує всі навколишні пакети, виконують інші завдання, в єдине ціле.

Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка Підготовка пакетів З отриманих після переплавки сталей збираються пакети, які послужать деталями клинка. Праворуч - прокувати заготовка леза з високовуглецевої сталі, загартована і потім зламана для оцінки твердості, крихкості і красноломкості.

Другий пакет - це майбутнє лезо. Для його виготовлення ми використовували два отриманих нами раніше виду стали - среднеуглеродистой і високовуглецевого. Чергуючи смуги цих двох видів так, щоб середньовуглецеву матеріал виявився «зовні», складаємо сендвіч з семи шарів і, пересипавши флюсом, зварює їх в єдиний пакет. Потім розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще 14 раз. Легко підрахувати, що в підсумку при такому складанні ми отримаємо ... більше 200 000 шарів! З огляду на, що фінальна товщина пакета становить 6 мм, можна обчислити товщину шару - близько 30 нм. «Фактично середньовічні нанотехнології! - сміється Василь. - Насправді, звичайно, це дуже умовні 'шари' - при такому перемішуванні структура стали виходить близькою до гомогенної ». Лезо в підсумку повинно бути твердим і добре тримати заточку.

Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання Пакетна схема Наш клинок буде зібраний з семи пакетів, кожен з яких виконує своє завдання.

пружинки

Третій пакет - це майбутні обкладання, їх чотири. Вони виготовляються з м'якого низьковуглецевого і среднеуглеродистой стали. Починається цей пакет з семишарового сендвіча (низьковуглецевої сталлю назовні), який за допомогою горна і молота зварює в єдиний пакет. Як і два інших пакета, розрізаємо, складаємо навпіл і знову проковувати. Повторюємо операцію ще дев'ять разів, отримуючи в результаті смугу з дамаської сталі, що складається з 7000 шарів.

Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів Анатомія клинка Заготівля для клинка - смуга розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг - зібрана з семи пакетів.

Але це ще не все! Для того щоб клинок меча в результаті краще протистояв поперечним згинаючих навантажень, а також подовжньому скручування, обкладки торсіруют, тобто кожну скручують на 20 оборотів, отримуючи сталевий кручений «канат». Такі обкладання після гарту стануть більш пружними і будуть додатково гасити коливання, не дозволяючи ударам «віддаватися в руку». Оскільки обкладок чотири, напрямки закручування їх повинні «компенсуватися» попарно - інакше при найменшій помилці під час загартування меч «піде гвинтом». Пружні обкладання-торсіони працюють в клинку меча на розтягнення і фактично виконують ту ж роль, що і арматура в залізобетоні, тобто упрочняют тіло клинка.

Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле Проковування пакетів Смуги стали витягають, розрізають, складають навпіл і проковують, зварюючи їх за допомогою ковальського зварювання в єдине ціле. Потім цей процес повторюють кілька разів, збільшуючи кількість переплітаються шарів. Це як раз і є техніка «візерункової зварювання». Залежно від кількості шарів і видів стали на готовому виробі може проявитися візерунок. Таку сталь називають візерунчастої (дамаської). Для того щоб утворюються на поверхні оксиди не заважали зварюванні, розігріті в горні смуги посипають флюсом. Зараз в якості останнього використовується тетраборат натрію (бура), а раніше - суміш доломітового борошна, піску і соди.

Заготівля для клинка

Але ось нарешті все сім пакетів готові і починається фінальна підготовча стадія - виготовлення заготовки клинка. Всі пакети скріплюються дротом, Василь розігріває їх в горні, розсипає флюсом і починає процес ковальського зварювання. Як і при підготовці самих пакетів, він використовує пневматичний молот, і це ще одне невелике відхилення від середньовічної технології: «Звичайно, можна було б не відступати від оригінальної технології, але для цього мені б знадобилася пара молотобійців ... - І єхидно пропонує: - Хочете спробувати? »Фотограф робить вигляд, що дуже зайнятий процесом зйомки, а я починаю розпитувати Василя про якісь найдрібніших деталях, що відбуваються.

Тим часом заготівля набуває вигляду бруска розмірами 1,2х2,5х50 см і масою приблизно 1,5 кг. Якщо згадати, що для її виготовлення нам знадобилося переробити 120 кг руди і приблизно два тижні часу, процес виглядає не дуже ефективним (втім, з цієї кількості руди ми отримали не одну, а дві заготовки). Однак така реальність - саме так і відбувався процес виготовлення заготовок для високоякісного холодної зброї в середні віки. Тепер залишається найголовніше - викувати з цієї заготовки, що зовні нагадує злегка іржаву монтировку, наш «ідеальний меч». Але про це - в наступному номері «ПМ».

Стаття «Залізний вік» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2009 ).

І єхидно пропонує: - Хочете спробувати?
І єхидно пропонує: - Хочете спробувати?
І єхидно пропонує: - Хочете спробувати?
І єхидно пропонує: - Хочете спробувати?
І єхидно пропонує: - Хочете спробувати?
Главное меню
Реклама

Архив новостей
Права на автомат и на механику: отличия в 2018 году
В 2017 году национальное водительское удостоверение Российской федерации привели в соответствие с Венской Конвенцией «О дорожном движении». В документе появились дополнительные подкатегории транспортных

Коробка передач автомобиля ГАЗ-66
Строительные машины и оборудование, справочник К атегория:     Устройство автомобиля Коробка передач четырехступенчатая, с синхронизатором на 3—4-й передачах. Передаточные отношения

Вариатор (вариаторная коробка передач): что это такое, принцип работы. Подробно + видео
У меня много статей про автоматические коробки передач (особенно сильно я люблю обычную АКПП). Однако второй по распространению я считаю вариатор или CVT, достаточно много автомобилей выпускается именно

Устройство АКПП: принцип работы и схема автоматической коробки
Что такое АКПП? Автоматическая Коробка Переключения Передач (АКПП) – вид трансмиссии в машине, в котором переключение скоростей осуществляется за счет электроники, не требуя внимания водителя.

Как правильно пользоваться коробкой автомат (АКПП)
Содержание статьи На сегодняшний день большинство водителей не представляет как бы они ездили на автомобиле, который не имеет автоматической коробки передач. Некоторые новички, приходят в ужас от одной

Автоматическая коробка передач (АКПП): что это такое, устройство и принцип работы для чайников
Двигатели внутреннего сгорания не способны обеспечить движение автомобиля в разных режимах без специальных устройств, изменяющих частоту вращения коленчатого вала. На части транспортных средств для этого

Как пользоваться автоматической коробкой передач?
Уважаемые автомобилисты! Прежде, чем мы с вами рассмотрим основные положения, как управлять автоматической коробкой передач, давайте поймем, что это такое. Нет, мы не станем углубляться в процессы, происходящие

Как пользоваться коробкой автомат АКПП (видео)
Как водит на автомате? Таким вопросом задается практически каждый человек, который раньше ездил на механической коробке, а теперь собирается приобрести автомобиль на автомате. Опасения на счет поломок

Какую автоматическую коробку передач выбрать (какие бывают коробки автомат): роботизированные, вариатор, гидротрансформатор
Более правильным называнием было бы — механическая КПП с автоматическим сцеплением, поскольку с «автоматом» её роднит только количество педалей. «Робот» полностью повторяет схему работы обычной механической

Mercedes-Benz переходит на 9 ступенчатую коробку-автомат
Немецкий автоконцерн Daimler начал оснащать Mercedes-Benz 9-ступенчатой автоматической трансмиссией. «Автомат», получивший название 9G-Tronic, уже используется в серийном Mercedes E350 BlueTec. Пока эта

Реклама

© 2013 mexpola.h1a25414f