- Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка Поставивши перед собою завдання виготовити справжній...
- Від заліза до стали
- отримання укладу
- М'якість і твердість
- пружинки
- Заготівля для клинка
- Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
- Від руди до криці
- Від заліза до стали
- отримання укладу
- М'якість і твердість
- пружинки
- Заготівля для клинка
- Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
- Від руди до криці
- Від заліза до стали
- отримання укладу
- М'якість і твердість
- пружинки
- Заготівля для клинка
- Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
- Від руди до криці
- Від заліза до стали
- отримання укладу
- М'якість і твердість
- пружинки
- Заготівля для клинка
- Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
- Від руди до криці
- Від заліза до стали
- отримання укладу
- М'якість і твердість
- пружинки
- Заготівля для клинка
Мечі російських воїнів | Журнал Популярна Механіка
Наши партнеры ArtmMisto
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. 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. 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. 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.
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. 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. 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.
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.
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. 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. 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. 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. 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.
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. 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. 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.
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.
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. 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. 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. 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. 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.
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. 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. 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.
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.
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. 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. 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. 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. 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.
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. 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. 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.
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.
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. 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. 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. 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. 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.
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. 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. 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.
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.
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. 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?
