← Статьи

ИСПЫТАНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИСТОРИЧЕСКИХ БУЛАТОВ...

 

Обнаружено, что режущая способность старинных восточных клинков ножей из булата в несколько раз уступает длительности сохранения остроты клинком из современной нелегированной инструментальной стали. Показано, что характер потери остроты булатных клинков схож с характером ускоренного износа режущей кромки в результате ее хрупкого микровыкрашивания, предположительно в связи с повышенным содержанием фосфора в образцах старинного восточного булата.

Известно, что со времен раннего Средневековья и фактически до начала 20-го века лучшим клинковым оружием считались мечи и сабли, изготовленные из булата, древней тигельной стали. Однако реальные механические характеристики старинного булата исследовались, насколько нам известно, лишь однажды. Так, для проверки верности легендарных сведений австрийский ученый проф. Жокке (Zschokke)1 в 1924 году провел исследования нескольких старинных восточных булатных сабель из подаренной Бернскому Историческому музею коллекции Генри Мозера. Для сравнения он исследовал и специально изготовленную для него в Золингене саблю из литой стали.

Что особенно важно, помимо определения хим.состава он провел и измерения некоторых прочностных характеристик металла сабель - твердости, работы изгиба и сопротивления изгибу. Оказалось, что по этим показателям восточный булат в 2-5 раз уступал аналогичным свойствам литой стали того времени, хотя именно упругие свойства булатных сабель легендами преподносились как непревзойденные.

Столь же непревзойденной считалась и острота восточного булата. Для проверки легендарных данных и были проведены сравнительные тесты нескольких старинных булатных ножей. Испытания на длительность сохранения ими остроты производились резкой пенькового каната по методике, отработанной во время многократного проведения официальных соревнований по остроте авторских ножей, организуемых Союзом кузнецов России. Протокол тестов завизировали специалисты-металлурги: президент Кузнечной академии проф. Чекалов В.П., федеральный эксперт проф. Сивак В.А.

Методика.

В ходе проведения выставки «Клинок» были организованы испытания, в которых участвовали 7 булатных ножей типа «кард» из частных коллекций, произведенных в индо-иранском регионе, и 1 контрольный нож из нелегированной углеродистой стали У12А с содержанием углерода 1.2%С, клинок которого был откован и закален по ГОСТу/стандарту СССР без применения особых приемов ТМО. Определение хим.состава старинных образцов не производилось, поскольку они были предоставлены частными коллекционерами лишь для проведения теста по резу с условием обеспечения сохранности предметов.

 ris 1

Рис. 1

Для обеспечения сравнимости и повторяемости результатов в качестве тестового разрезаемого материала был использован стандартный пеньковый канат. Многочисленные тесты и соревнования, проводимые организаторами и другими исследователями в течение нескольких лет, показали превосходство этого материала перед другими - например, листовым войлоком или бумагой.

Для приближения условий испытаний к реальному, практическому использованию ножей, для разрезания каната привлекались резчики-волонтеры. В отличие от специализированных механизмов (например, тестовой установки Catra) человек по мере снижения остроты лезвия ножа адаптируется к увеличивающемуся усилию, смещая стиль реза от давящего, с преимущественно вертикальной подачей клинка, к тянущему/пилящему движению. Соответственно, оптимально изменяются и факторы, влияющие на усилия при резе и износ клинка.

Чтобы снивелировать индивидуальные различия в физических данных и стиле резания испытателей, рез каждым ножом производился пятью резчиками поочередно. Для исключения влияния материала подложки, на которой резали канат, в качестве опоры были использованы деревянные бруски с прорезями, и режущая часть клинка прорезала канат на весу, не касаясь подложки и, тем самым, не подвергаясь дополнительному и неконтролируемому износу. Поскольку длина клинков ножей была разной, то рез производился одинаковым, ограниченным участком каждого клинка длиной 70 мм.

После каждой серии отрезаний тестового каната, степень потери ножом остроты оценивалась по усилию перерезания одним движением контрольного капронового шнура, производимого на весах. Предельной степенью потери остроты считалось усилие перерезания шнура в 7 кг, что соответствовало некомфортному для резчиков усилию реза тестового каната, при котором тот перерезался лишь за несколько пилящих движений.

Было признано целесообразным заточить каждый исторический нож так, на такой угол, как сотни лет назад счел оптимальным заточить свой нож его мастер-изготовитель, исходивший из учета особенностей примененных им технологий и режимов обработки клинка. При этом для всех ножей обеспечили равную стартовую остроту самого завершения режущей кромки. Заточка на специальном приспособлении производилась одним специалистом, с контролем начального усилия реза шнура, которое для всех ножей составило менее 1 кг. Твердость клинков не замерялась, но по ощущениям опытного мастера во время заточки у лучших булатных клинков она составляла порядка 50-45 HRC. Лишь у одного ножа твердость режущей кромки была сравнимой с твердостью контрольного ножа из стали У12А, составлявшей 60 HRC. Очевидно, режущая часть клинка этого ножа была закалена с применением жестких режимов закалки. Высокая твердость и наличие утолщенного, т.н. бронебойного острия, указывает на применение этого ножа в качестве боевого оружия.

 ris 2

Рис. 2. Заточка ножей перед испытанием

Тестирование производилось в два этапа. Сначала использовался канат диаметром 28 мм. Для его разрезания приходилось прикладывать значительные усилия и булатные ножи быстро потеряли остроту, вследствие чего они показали весьма близкие результаты. Для получения более растянутых по числу резов показателей ножи заново переточили и произвели рез каната диаметром 17 мм. Данные двух этапов приведены в таблицах.

tab 1 

Таб. 1 Испытание на канате диаметром 28 мм

 tab 2

Таб. 2 Испытание на канате диаметром 17 мм

 ris 3

Рис. 3 Испытание на канате диаметром 28 мм, эталон У12А и 4 лучших булатных клинка

 ris 4

Рис. 4 Испытание на канате диаметром 17 мм, эталон У12А и 4 лучших булатных клинка

Таким образом, результаты испытаний показали, что реальная режущая способность исторических восточных клинков, а именно длительность сохранения ими приемлемой практической остроты, в несколько раз хуже, чем у современной нелегированной инструментальной стали. Худший результат, уступив эталону практически в 10 раз, показал старинный нож с наиболее твердым клинком.

 ris 5

Рис. 5 Нож с твердым лезвием, показавший худший результат

Можно отметить, что это входит в противоречие с мнением российских ученых, которые считали булат наиболее высококачественной сталью. Так, прославленный исследователь булата П.П Аносов в 1841 году утверждал, что «Бритва из хорошего булата, без ошибок приготовленного, выбреет по крайней мере вдвое больше бород, нежели лучшая английская, предполагая, что и та, и другая, быв острыми, не будут поправляемы на ремне во время бритья»3. Столь же высоко он отзывался и о упругих свойствах выплавленного им булата - «…это есть предел совершенства, который в стали не встречается». Один из столпов научной металлургии профессор Д. К. Чернов в 1868 году написал, что «Самая лучшая сталь, которую когда-либо, где-либо делали, есть без сомнения булат».11 И в 1911 году профессиональный инженер-металлург Н.И. Беляев тоже, в сущности, согласился со своими предшественниками, написав о булате, что «как углеродистая сталь он суть верх совершенства».5

Ответ на видимое противоречие между этими высказываниями и реальными результатами испытаний (и наших, и проф. Жокке), заключается, вероятно, в понимании тогда русскими учеными сути булата как особочистой стали, при том что реальный хим.состав восточного булата был им в то время практически еще неизвестен.

Так, Д.К.Чернов, предваряя свое утверждение о высшем качестве булата, писал, что сталь является соединением железа и углерода, и чем чище это соединение, тем лучше, тем выше качество11 - поэтому булат и является лучшей сталью. Также и Аносов на основании своей работы пришел к выводу, что булат представляет собой «сплав железа и углерода и ничего более».3 Исследованные образцы златоустовского булата действительно имели весьма высокую степень чистоты по кремнию, марганцу, сере и фосфору, превосходящую чистоту даже современных инструментальных сталей8. В то же время исторические булаты индо-иранского региона имели далекий от представлений первых российских исследователей весьма специфический хим.состав, фактически представляя собой заэвтектоидную сталь, легированную фосфором.

Известно, что практически все исследованные до настоящего времени клинки из восточных булатов (около 50) имели весьма высокое содержание углерода и, как правило, значительное содержание фосфора. По данным работ Верховена, Жокке, Тавадзе, Таганова1,2,9,10 и других, среднее содержание углерода в классических восточных булатах составляет около 1.5%, одновременно отмечено и повышенное содержание фосфора - в среднем по 0.12%, что в несколько раз превышает его содержание в современных инструментальных сталях. Вероятно, хим.состав принявших участие в испытании восточных булатных ножей был близок к этим значениям.

В ходе двух этапов испытаний выявилась двойственная динамика потери остроты старинными клинками. Так, два лучших из булатных клинков на толстом канате, разрезание которого требовало приложения значительных усилий, показали итоговый результат почти в 5 раз ниже по сравнению с результатом контрольного клинка из стали У12А, в то время как на тонком канате и, соответственно, при меньших усилиях его разрезания, та же разница составила лишь около 2-х раз.

Вероятно, такую разницу в результатах можно объяснить именно своеобразным химическим составом, присущим старинному булату. Известно, что большая примесь фосфора, особенно в сочетании с высоким содержанием углерода, крайне сильно охрупчивает сталь, снижая ее вязкость и пластичность, поэтому при силовом резе толстого каната тонкое завершение режущей кромки интенсивно изнашивается в результате микроскалываний и выкрашивания участков лезвия, в то время как близкая к булату по содержанию углерода, но чистая по фосфору современная сталь устойчива к такому износу. При невысоком же усилии реза более тонкого каната, когда ускоренный износ от микровыкрашивания заменяется чисто абразивным снашиванием металла от трения о разделяемый материал, ведущую роль в потере остроты играет лишь пониженная по сравнению с промышленной сталью твердость булатного клинка.

Примечательно, что закаленный на высокую твердость булатный клинок показал худший результат и на толстом, и на тонком канате. Очевидно, что жесткая закалка на высокую твердость в максимальной степени понизила вязкость и пластичность его металла. Нежелательность закалки булата на высокую твердость в связи с его охрупчиванием особо выделена в работе Тавадзе.9

Таким образом, по результатам проведенных испытаний можно сделать вывод о весьма низких практических свойствах металла старинных восточных булатных клинков. Для более полного определения факторов, влияющих на их практические качества, необходимо провести дополнительные исследования древних булатных образцов, с одновременным испытанием механических свойств и определением их хим.состава и микроструктуры для точной корреляции результатов. В завершение выражаю глубокую благодарность коллекционерам, предоставившим свои ценные изделия для проведения этих испытаний.

1. B. Zschokke, «Du damasse et des lames de damas», «Обзор металлургии», 21, 1924 г.

2. J. D. Verhoeven, A. H. Pendray, and W. E. Dauksch, "The Key Role of Impurities in Ancient Damascus Steel Blades", JOM 50 (9), (1998)

3. Аносов П.П. О булатах: В кн.«Русские ученые-металловеды»/Под ред.:Д.М.Нахимова, А.Г.Рахштадта. М.:ГНТИ машиностроительной лит., 1951. С. 38-112.

4. Архангельский Л.Б. Секреты булата.-М., Металлургиздат, 2007,- 164 стр., ISBN194-23-1

5. Беляев Н.И. О булате. - Журнал Русского металлургического общества, Спб , 1911.

6. Геллер Ю.А. Инструментальные стали.-М.: Металлургия, 1968. - 568 с.

7. Суханов Д.А., Архангельский Л.Б. Микроструктура булата-Металлург. 2015. № 9. С. 112-115

8. Счастливцев В.М., Герасимов В.Ю., Родионов Д.П. Структура трех златоустовских булатов/ФММ. 2008. Т. 106. № 2. С. 182-188.

9. Тавадзе Ф.Н., Амаглобели Б.Г., Инанишвили Г.В. К вопросу исследования булатной стали/Сообщения АН ГССР. 115. № 3. 1984. С. 589-592

10. Таганов И. Закат легенд о булате/Калашников. Оружие, боеприпасы, снаряжение.- 2009. -№11. - стр. 92-97

11. Чернов Д. К. Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого.-В кн.: Д. К. Чернов и наука о металлах. М., 1950, с. 91.