Опыт мастеров художественной ковки

 

Поперечный срез катаны под электронным микроскопом (Х100), изготовленной кузнецом-оружейником Леонидом Архангельским. В этом срезе насчитывается до 200 тысяч слоев. Видны волокна дамасской стали с прослойками чугуна. Причем чугун (впадины) менее износостоек, чем сверхупрочненная дамасская сталь. Здесь мы не видим классической зернистой структуры, присущей обычным сталям. Толщина волокна (0, 5-0, 3 мкм) меньше толщины пластин феррита и цементита в перлите (порядка 1 мкм) любой из структурных составляющих. Л. Архангельский называет такую структуру фрактальной - построенной по принципу матрицы: каждое волокно состоит из более тонких волокон, которые, в свою очередь, также состоят из волокон и т. д. В публикуемой ниже статье ЛЕОНИД АРХАНГЕЛЬСКИЙ рассказывает о технологии изготовления японских самурайских мечей (катан) и одновременно излагает свои философские и научные взгляды на процесс получения булатных и дамасских сталей.

 

Линия "хамон" и "алмазная" сталь

 

При взгляде на клинок японского самурайского меча - катаны - бросается в глаза волнистая или прямая линия, идущая вдоль клинка - так называемая линия "хамон". При внимательном рассмотрении оказывается, что структура и цвет металла клинка по обе стороны линии "хамон" разные.

Мне доводилось много всякого читать и слышать о природе этого явления. Причем сами японцы, как и положено, не слишком распространяются на эту тему.

Я знаю и применяю на практике при изготовлении катан несколько способов получения линии "хамон". Попробую рассказать о них.

 

Способ первый.

Назначение клинка определяет его форму, а от формы зависят свойства металла в разных частях клинка. Ясно, что у меча должно быть "твердое" острие, а что рубить не должно (обух) - должно быть вязким в упругим. Самый простой и самый популярный способ достижения такого эффекта - неравномерная закалка. Для этого берут кованый клинок из обычной инструментальной стали и на обух наносят слой глины, оставляя лезвие и острие открытыми (рис. 1).

Нижнему краю обмазки придают волнистую форму, после чего глину сушат. Затем клинок нагревают до температуры закалки и вместе с обмазкой опускают в закалочную жидкость. Теплопроводность глины невысокая, и поэтому происходит неполная, "мягкая" закалка закрытых глиной участков, в то время как лезвие закаливается "насухо". При закалке таким способом углеродистой стали типа У10 твердость на лезвии достигает 64HRC, а на обухе - лишь 45HRC, т. е. твердости пружины. После низкого отпуска все изделие имеет хорошие режущие свойства и, в то же время, не ломается при ударах, обладая при этом неплохой упругостью, и имеет линию "хамон" (переходную зону). После шлифовки, полировки и легкого травления выявляется эта зона - между темным закаленным лезвием и более светлым обухом. Ширина переходной зоны зависит от марки металла. На клинке из стали У10 "хамон" узкий и четкий, из ШХ15 - широкий и размытый.

От этого способа линия "хамон" получила в англоязычной литературе название "temperline" - температурная линия, а в нашей - "линия закалки" или просто "закал". Очевидно, что волнистая, а еще лучше зубчатая линия не позволяет лезвию выламываться большими кусками по границе закаленной зоны.

Вроде бы все просто. Но! Если на стальной клинок просто намазать глину, то при высыхании глина растрескается и отвалится. В нее нужно добавить некоторое количество песка. Тогда глина отвалится только при нагреве в печи или горне. Нужно добавить и толченого древесного угля, который заодно снижает теплопроводность глины. Но и после всех этих ухищрений обмазка отлетит сразу же, как только вы опустите клинок в закалочную жидкость.

Я поступаю проще. Делаю из тонкой жести чехол по длине клинка и надеваю его на обух. Промежуток между чехлом и клинком набиваю глиной, асбестом и другими материалами, в зависимости от того, какая теплопроводность слоя нужна.

Суши и нагревай как хочешь - обмазке из кожуха некуда деться! Как бы то ни было, тем или иным способом - неравномерной закалки достигли. Американцы говорят, что именно так и получают на катанах "хамон". Получают, но... не в Японии.

 

Способ второй.

Берут клинок из какой-либо малоуглеродистой стали типа 20, 20Х или даже нержавеющей 20Х13, в общем из таких, которые при закалке не охрупчиваются, но повышают свою прочность. Затем на обух наносят глину, чехол с глиной, как и в первом способе, или применяемые в промышленности формовочные смеси на основе жидкого стекла. Защитив таким образом обух, весь клинок подвергают цементации, насыщая углеродом лезвие. После цементации и закалки клинок полируют и получают резкую, четко выраженную линию "хамон". Закрытый обух и голое лезвие имеют в итоге резко отличающееся содержание углерода, а не только различные закалочные структуры, поэтому лезвие отличается от обуха цветом и блеском металла непосредственно после хорошей полировки.

Такие клинки. очень трудно отличить по внешнему виду от самых лучших японских. При высоких температурах цементации на лезвии образуется грубая цементитная сетка, придающая лезвию очень высокую твердость, что позволяет при желании резать этим лезвием стекло. Из остро заточенного лезвия выкрашиваются карбиды и на нем образуется знаменитая "булатная" микропила, которая очень хорошо режет волокнистые материалы. Например, мясо или подброшенные в воздух куски различных тканей.

А вот как описывают немецкие специалисты получение линии "хамон" в Японии. Обмазку наносили на обух и нагревали в горне "до цвета Луны июньским вечером". Нагрев производили на древесном, обязательно сосновом, угле. Дело в том, что сосновый уголь сильно науглероживает металл, давая восстановительное пламя. При температуре примерно 1150 °С цементация идет довольно быстро и клинок на поверхности насыщается углеродом до 1,5-2,0%. Цементитная сетка дает после полировки характерную матовую поверхность с искристым отблеском, из-за которого металл получил название "алмазная" сталь. Впрочем, этим термином разные специалисты называют разные стали: например ХВ4 или Р18, которые закаливаются до 67HRC, и при этой твердости режут стекло, подобно алмазу.

Закалку клинков производили непосредственно с цементационного нагрева в проточной воде "февральской" температуры, т. е. в ледяной. После такой жесткой закалки твердость получается более 66НКС и стекло успешно режется. Оконное стекло вообще своеобразный твердомер - при 64HRC на нем остаются царапины, при 65 единицах оно слегка похрустывает, а уж при 66HRC и более раздается ласкающий слух оружейника хруст, переходящий в свист.

В Японии, да и вообще в Азии, используя цементацию, иногда получали на поверхности железа различные изображения - драконов, людей, деревьев и т. д. Способ получения таких изображений на клинках и доспехах был в то время для "почти всех" непонятен - и пошли по свету легенды о булатных клинках с узором из силуэтов людей, слонов и других животных и об их, якобы, самом высоком качестве. А получают такие изображения очень просто: в обмазке прорезаются "окошки" в виде нужных фигур, а затем изделие цементируется.

Этот способ плох тем, что при цементации на высоких режимах происходит рост зерна, да и науглероженный закаленный слой невелик, поэтому при сильных ударах цементованный слой проламывается, выкрашивается, так что самые высококлассные мечи этим способом не получить.

 

Способ третий.

Здесь мы приближаемся к сути изготовления лучших булатных клинков, потому что в дело пошла кузнечная сварка. Этому способу многие сотни лет, и применялся он повсюду - от Рима до Новгорода. Суть же его состоят в том, что к мягкому обуху-основе кузнечной сваркой приваривалось стальное лезвие. Впрочем, японцы свои мечи таким способом вроде бы не делали, а остальным на линию "хамон" было, извините, наплевать. Ведь линия - это только край, граница чего-либо. В нашем случае это граница крепкой, твердой стали и мягкого железа. В Японии твердую часть клинка называют "якиба" и именно ее величина и форма, а также структура определяют боевые свойства клинка. Под структурой я подразумеваю здесь цвет, блеск, а также наличие или отсутствие узора, и если булатный узор есть - то его форму и величину.

Как видите, всё не так просто- "линия закалки" и все! Кстати, некоторые наши коллеги-американцы вообще не закаливают свои "японские" мечи. И вот почему: эти мастера на железную основу наплавляют электро- или газосваркой износостойкие сплавы типа "сормайт", которые и без закалки имеют твердость более 60HRC. Конечно, таким образом можно получить "якибу" какой угодно формы. И, конечно, японцы так не делали.

 

Способ четвертый.

Классический японский способ состоит в том, что к стальной пластинке с двух или даже трех сторон приваривают кузнечной сваркой вязкие железные обкладки. Причем, если обкладки лишь иногда изготавливали из узорчатого металла, то лезвийная часть, как правило, была булатной. Разновидностей этого способа много, но очевидно, что получение линии "хамон" не самоцель, поскольку она лишь отображение внутренней сути - конструкции клинка.

Мне приходилось видеть самому и читать о многих мечах самураев. По конструкции клинка их можно разделить на три вида.

Первый вид (рис. 2). К стальной или булатной пластине с двух сторон приваривают вязкие обкладки, причем и обкладки, и стержень плоские и прямоугольные. Толщина стержня составляет от 1/3 до 1/2 толщины клинка. Из-за простоты эта конструкция очень популярна даже сейчас. И в Японии, и в Европе так изготавливают ножи.

Но для мечей больше подходит другая конструкция (второй вид, рис. 3). Такое поперечное сечение клинка можно получить двумя способами. Во-первых, к коническому стержню можно приварить конические обкладки или Поочередно наварить на него плоские обкладки. Во-вторых, из-за особенностей течения металла при ковке сваренный пакет имеет сечение, показанное на рис. 4.

Такой пакет разрубают вдоль слегка наискось, получая заготовки для двух мечей. Из геометрии сечения ясно, что меч такой конструкции имеет большую стойкость к ударам, так как на обухе у него мало стали и много железа, а на лезвии - наоборот.

Третий вид (рис. 5). В этом случае к лезвийному стержню торцовой сваркой приваривают обух, а уж затем наваривают обкладки.

Я применяю этот вариант только тогда, когда лезвийная сталь уж очень хороша и ее надо экономить. Хотя однажды мой ученик отковал из такого пакета катану так, что на лезвии оказалось железо, а на обухе - булат в 200 тыс. слоев. Что ж, бывает!

Общее у всех конструкций одно - крепкое, твердое лезвие и мягкие, вязкие обкладки. Само собой разумеется, что качество клинка Определяется не только конструкцией, но и качеством металла, из которого он откован.

И здесь я присоединяюсь к историкам оружия, которые считают японский слоистый булат лучшим из лучших.

Булат - это узорчатая сталь, т.е. сталь, на поверхности которой невооруженным глазом различается структура металла. Булаты бывают литые и сварочные, т. е. одни получают литьем, другие - кузнечной сваркой. Сварочные булаты принято называть дамасской сталью. Литые булаты у нас называют просто булатами, а на Западе - вутц.

Дамасская сталь - это соединенные в монолит кузнечной сваркой пластины или волокна твердой стали и мягкого железа. В одном клинке может быть от нескольких десятков до сотен тысяч таких пластин или волокон. Эти пластины довольно условно называют слоями. Для разных целей, т. е. для разных видов оружия и для разных частей клинка применяли великое множество сортов дамасской стали.

Сорта определялись временем и местом изготовления, так как ясно, что металл римского меча "гладиуса" III века до н. э. очень сильно отличался от металла персидского "шамшира" XVII века н. э.

Но все многообразие сортов можно свести к трем: лезвийному, обкладочному и универсальному, который, кстати, ближе к лезвийному.

От различия в назначении - различия. в структуре. Все читали, а некоторые и видели, что саблю из хорошего Дамаска оборачивали вокруг пояса. В наружных, наиболее нагруженных слоях должны при этом возникать напряжения в 300 кг/мм2, а по оси лезвия напряжений почти нет, и упругость там не так важна. Только дамасская сталь и тросовая проволока выдерживают напряжения в 300 кг/мм2, сохраняя при этом хорошую вязкость и невысокую твердость.

В чем причина высокой прочности и вязкости дамасской стали?

Если не вдаваться здесь в теоретические подробности, то в сочетании таких слоев стали и железа, а также в их совместной деформации при ковке, при которой происходит сверхупрочнение металла. Из теории следует, что сталь должна быть как можно более прочной и твердой, а мягкие волокна - как можно более вязкими. Это резкое различие принципиально важно! Здесь виден дуализм природы - добро и зло, белое и черное, твердое и мягкое. В соединении противоположностей рождается новое качество, а не просто сумма величин. Но вернемся к японскому булату.

При изготовлении самурайских мечей японские кузнецы использовали свое легированное молибденом кричное железо, а сталь привозили от "южных варваров" - из Китая. Причем и форму первых мечей и технологию их изготовления тоже взяли у "варваров". Но со временем из китайской стали и чугуна (!) начали получать оригинальной формы мечи по оригинальной технологии. Эта технология объединила цементацию и кузнечную сварку. При изготовлении лезвийного металла во время сварки пластин их посыпали толченым чугуном, который одновременно очищал поверхности от окислов и производил цементацию.

При температуре сварки чугун расплавляется и цементация идет очень интенсивно, причем углеродом насыщается относительно тонкий слой, зато до высокой концентрации: до 3-3, 5 % С. К тому же, отдавший часть углерода чугун загустевает (повышается его температура плавления), так что при ковке пакета часть чугуна не выжимается, а "прилипает". Так производят 10-15 сварок. В итоге получается чередование слоев вязкого железа, стали и крайне твердого белого чугуна, т. е. предельный вариант дамасской стали. И слоев этих десятки тысяч! Переобогащенные цементитом слои чугуна образуют длинные строчки, расстояние между ними мало, поэтому "якиба" получается матовой, а при хорошей полировке образуется нечто вроде дифракционной решетки, разлагающей солнечный свет на все цвета радуги. Твердость такого лезвия около 70HRC - вот вам и "алмазная" сталь!

Остроту таких мечей можно оценить по следующему преданию: кузнец Муримаса воткнул свой меч в дно ручья и наплывающие на лезвие древесные листья рассекались надвое. Подобные трюки проделывал только легендарный кузнец Виланд - родоначальник кельтских кузнецов. Ну, и Муримаса, и Виланд - это лучшие мастера, это экстремальные случаи. А вообще хороший меч по понятиям самураев должен был перерубать в поясе двух связанных спина к спине пленных или связку жесткого бамбука. Самураи, надо сказать, вообще довольно странный народ.

Существует еще одна оригинальная технология получения лезвийного металла, который тоже можно назвать "японским булатом".

По этой технологии мастер делает "бутерброд" из толстых пластин-обкладок, а сердцевину набирает из кусочков железа и чугуна. Этот пакет сваривается и проковывается при очень точно соблюдаемой температуре (если недогреть, то пакет не сварится, а от перегрева чугун рассыплется на крошки). В итоге получается "якиба" неповторимой причудливой формы. Нечто похожее получали на севере Индии и называли такой металл "фараид", но получали по совсем другой технологии, о которой здесь речи нет.

Как видите, "хамон" - это не "линия закалки", а японский булат вовсе не булат, а дамасская сталь, а если булат, то не японский - как в случае с "фараидом". Я, по мере способностей, попробовал распутать клубок легенд и заблуждений, но, войдя в мир булата и дамасской стали, умолкаю, так как это тема совсем другого масштаба. И другой статьи.