Для этой главы я подготовил фотографии результатов трех плавок, чтобы показать наглядно, как сталь превращается в булат.
Условия опытов: взята шихта: 50% стали У8 + 50% инструментального чугуна (С = 2%).
Температура считывалась с поверхности расплавленного шлака через отверстие в крышке оптическим цифровым пирометром с записью графика нагрева на РС.

Во всех опытах до полного расплавления шихты, до 1550° С, прошло 3 часа, масса каждого слитка – 1,3 кг, С = 1,8%.

Опыт первый

Температура от 1550° поднималась до 1670° ровно 1 час, потом за 2 часа опущена до 1400° и нагрев отключен.
Что получилось:

Металл грязный, зашлакованный. Практически нет выделенного цементита. Вывод – это заэвтектоидная сталь. Для упрощения можно сказать, что это механическая смесь стали У8 и чугуна. Можно даже представить, что это дамаск в 50-100 тысяч слоев из этих двух компонентов. Твердость слитка 45-46 ед. НRC – подтверждение, что это высокоуглеродистая сталь.

Изделие из этого же слитка:

                  Рисунок представляет собой переплетение железных дендритов в стальной матрице. Видны очень редкие крупицы цементита. После закалки твердость 63 ед. НRC. Прочность и режущие свойства хуже, чем у чистой стали У8, поскольку здесь сталь разбавлена чугуном и насыщена шлаком. Превращения в булат не произошло. Именно эту смесь сейчас и производят большинство плавильщиков по принципу: рисунок есть – значит булат!

Опыт второй

                  Температура от 1550° поднималась до 1770° полтора часа, потом снижение до 1400° за два часа и отключение нагрева.

Подпись: металл такой же грязный и зашлакованный. Выделился цементит, началась булатизация. Твердость слитка – 36 ед. НRC. Это означает, что матрица стала менее углеродистой.

Фото: изделие из этого слитка.

Рисунок – черточки цементита. Для данного уровня углерода их слишком мало, значит металл по-прежнему представляет собой сталь с чугуном и немного цементита. При закалке в тех же условиях максимальная твердость 58 ед. НRC, что говорит о снижении уровня углерода в матрице, примерно до 0,6%. Рез и прочность – плохие, в основном из-за грязи.

Опыт третий

                  Температура от 1550° поднималась до 1950° два с половиной часа, потом снижение до 1400°  за два часа и нагрев отключен.

Металл чистый, практически нет грязных точек. Сплошное поле цементита. Твердость слитка 23 ед. – это твердость Ст.3. Получен булат, т.е. композит, состоящий всего из двух составляющих: Ст.3 + цементит. Куется при температуре не выше 770°, при 800° появляются трещинки, при 850° - распадается.

Фото изделия из этого слитка:

Рисунок образуется скоплениями цементита. Сделайте увеличение, посмотрите, как раздробился и измельчился цементит после ковки. На слитке цементит имеет четкие очертания, а на изделии – размытые. Ни Ст.3, ни цементит не закаливаются, поэтому изделие из булата – отжигалось. После отжига были сделаны замеры твердости в 12 точках. Разброс измерений составил от 23 до 65,5. Нож поломать невозможно, он гнется.

                  Что же лучше – сталь, или булат – вопрос чисто риторический, можно сравнивать только готовые изделия.
Так, если шихту разделить пополам и сварить два слитка: тигельную сталь и булат, то у них многие параметры совпадут, как-то: хим. состав, рисунок дендритов железа, геометрический фрактал Коха и модуль Юнга. Отличаться они будут структурой: в стали атом углерода внедрен в молекулу железа и эта конструкция закаливается, а в булате матрица очень низкоуглеродистая, можно сказать железная, а молекулы цементита существуют отдельно и булат не закаливается. В результате булат прочнее стали на излом, но режет вдвое хуже (не забывайте, что я условием поставил одну шихту). Чтобы булат резал так же хорошо, как сталь, в нем надо втрое увеличить уровень углерода, долгой варкой добиться измельчения цементита и равномерного распределения его в матрице. Вот и выбирайте, что проще сделать: зонную закалку на стальном лезвии, или все эти хлопоты, что я перечислил.
Значит – если стальное изделие закалено в соответствии с технологией, да еще и закалка зонная, то оно и прочное и режущее. У булата два недостатка: трудность получения и сложность ковки. Достоинства: не ломается, не боится нагрева до 650°  (падение в костер ему не страшно), точится легче стали, термообработка доступна неквалифицированному кузнецу – отжиг. Поэтому, если в булате достигнута чистота и высокий уровень углерода, то он режет, как сталь. Так что выбор - дело вкуса.
О загадке булата писать больше нечего, поскольку ее нет. «Тема исчерпана», - как сказал один поэт в 725 г. в эпоху Тан. Поскольку объяснений больше не будет, то поклонникам недорасплава и дендритов советую перечитать эту главу медленно и на два раза. Если кому-то покажется, что разгадка слишком проста, вспомните, что потребовалось 250 лет на исследования и опыты, сверх того, мне понадобилось четверть века на освоение этого опыта, отрицание его и вывод: булат – это железо плюс цементит, и ничего более, а первопричина всех преобразований – отсутствие кислорода в расплавленном металле. Для выяснения этого потребовалось 625 плавок (01.10.08 г.), с анализом каждой. Так что загадка оказалась не простой. Главный козырь булата в прошлом – это отсутствие кислорода в нем, что давало преимущество в прочности. Сейчас этот козырь есть и у стали, поскольку кислород из нее удаляют выдержкой ковша с жидкой сталью в вакууме. Именно поэтому сталь и булат сравнялись качеством и соревнование доморощенного булата с хорошей ножевой сталью все более напоминает соревнование Эллочки-людоедки с супругой миллионера Вандербильта.

Tags: булат | выплавление булата | наручи | складной нож | стилет