<<
>>

Как П. П. Аносов овладел древним секретом

Начиная с 1828 года П. П. Аносов проявляет большой интерес к булатной стали. Он знакомится с известными тогда работами Карстена (Германия), Фарадея (Англия), Ринмана (Швеция), Бертье (Франция) и других западноевропейских металлургов, пытающихся получить булатную сталь.

Он ищет знакомства с обладателями булатных клинков, завязывает с ними переписку. В результате тщательно изучены лучшие коллекции булатного оружия в Царскосельском арсенале, собрании великих князей Александра Николаевича и Михаила Павловича, коллекция князя П. Д. Салтыкова и другие.

Богатейшую коллекцию «азиатского оружия» удалось собрать к середине XIX века Оренбургскому военному губернатору генерал-лейтенанту В. А. Перовскому, участнику хивинского похода. В Оренбургском краеведческом музее сохранилась фотография, на которой Перовский сфотографиро

ван на фоне своего собрания булата К сожалению, местонахождение этой коллекции в настоящее время неизвестно.

П. П. Аносов тщательно исследует индийские вутцы, образцы Дамаска (сварочного булата). Он заводит связи с киргизами, которые доставляют ему несколько ценных клинков. Вскоре он сам собирает небольшую коллекцию булата. Глубокое изучение образцов булатного оружия позволяет Аносову впервые научно установить различие между литым и сварочным булатом. Он доказывает, что качество настоящего булата связано с узорами на его поверхности. Чем ярче и крупнее узор, чем больше неоднородность стали, тем выше качество клинка.

«Таким образом, при покупке готового изделия,— писал П. П. Аносов,— все ручательство в достоинстве ограничивается клеймом фабриканта. Ho опытный в выборе булатных изделий азиатец не ошибется в достоинстве без пробы, и, увидев кого-либо, усиливающегося распознать достоинство вещи, например, сабли, кинжала, ножа, рубкой по железу или слесарной пилой, наверное, улыбнется, ибо твердость может быть условна и зависеть от степени закалки.

Если булат надлежащим образом вытравлен, то пробы излишни; без них видно: вязок или хрупок, тверд или мягок, упруг или слаб, остр или туп металл».

Кстати сказать, большинство западноевропейских металлургов вообще не догадывались о связи узора с качеством булата. Они относили узор к чисто внешним признакам, обеспечивающим красивый вид изделия. Более того, высокое качество литой стали они связывали только с ее однородностью. Так, например, Карстен, Фабр дю Фор и другие считали, что «лучшая и наиболее однородная сталь есть именно та, которая наименее способна принять узорчатую поверхность».

И «какую бы цену ни приписывали булату по узору, она ничего не доказывает в пользу качества металла». Аносов впервые убедительно показал, что в представлении восточных мастеров залогом качества стали была ее неоднородность.

С этой точки зрения Аносов проверяет влияние легирующих элементов на проявление свойств стали. Он сплавляет железо с платиной, серебром, золотом, хромом, марганцем и другими элементами. И устанавливает, что хромистая сталь имеет преимущество перед марганцовистой, так как первая принимает высшую полировку, и узоры ее красивее и более других приближаются к булатным, «что, вероятно, и послужило поводом французскому химику Бертье посчитать хромистую сталь за булат».

Влияние серебра и золота непринципиально, но все же благоприятно сказывается на вязкости и пластичности стали. Изучено влияние на узоры и свойства стали и других элементов. А вывод следующий: да, присутствие легирующих элементов в стали может вызывать появление узоров на ее поверхности, однако многие примеси не только не улучшают, но даже ухудшают свойства стали. Другие примеси хотя и не вредят и даже в некоторых отношениях улучшают сталь, но причиной образования булатного узора и свойств булата быть не могут.

Так же тщательно проверяет Аносов предположения о влиянии «способа» соединения железа с углеродом. Он делает опыты при плавлении железа с добавками клена как наиболее твердого дерева на Урале, цветов, как наиболее мягких растений, бакаутового дерева, березы, голландской сажи, ржаной муки, пшена, рога и слоновой кости.

Поскольку полученные слитки при таком способе науглероживания жидкого железа содержали небольшое количество углерода, на стали проявились

весьма мелкие узоры. Это обстоятельство дало Аносову повод не согласиться со взглядами Бреана на сущность булатного узора.

«Понятие Г. Бреана,— писал он,— о причинах появления узора в стали, основанное на одном излишестве углерода и кристаллизации стали, не может быть признано достаточным. Это подтверждается и тем еще, что явственные узоры могут быть на булате и в таком случае, когда он столь мягок, что по закалке не приобретает приметно большей твердости и хрупкости, а остается мягким, подобно железу».

В первых своих опытах Аносов получил на поверхности стали такие мелкие узоры, что их характер трудно было определить невооруженным глазом. Поэтому Аносов начинает рассматривать их через лупу Это, естественно, наводит на мысль использовать еще большие увеличения для изучения макроструктуры стали. Так Аносов подошел к применению микроскопа в металлургии.

Под микроскопом он видит, что поверхность металла покрыта мельчайшим слоем окислов и загрязнена. После шлифовки и полировки поверхности, а также обработки кислотой узоры видны более четко благодаря тому что разные структурные составляющие неодинаково реагируют на действие кислоты. Систематическое исследование строения стали под микроскопом потребовало от него в дальнейшем детально разработать технологию приготовления шлифов. Замечательно, что найденный Аносовым способ приготовления шлифов в основных чертах применяется до сих пор. Новый метод микроскопического исследования был применен Аносовым в 1831 году — за 23 года до того, как это сделал английский металлург Генрих Сорби (1826-1908), почитаемый европейскими учеными как «отец» металлографии.

После тщательного исследования технологии выплавки стали с различными углеродсодержащими органическими материалами Аносов констатирует, что полученные слитки хотя и имели мелкие узоры, но не обладали всеми свойствами настоящего булата, так как «они уступали в твердости даже обыкновенной стали».

По заданию Аносова делается химический анализ индийского вутца. Кроме железа и углерода, в нем ничего не находят, вутц оказывается обыкновенной углеродистой сталью. Ho углерода в нем очень много — 1,5— 2,0%, Такой стали цементацией твердого железа получить нельзя. Значит, секрет производства булата следует искать только в способах приготовления литой стали. А не содержит ли булат каких-то особых соединений железа с углеродом?

«Поиски химиков не могли обнаружить в нем (булате) существенной разницы от стали, — размышляет Аносов, — но это могло зависеть не от недостатков в тщательности разложения, а от недостатка в самой науке». Это наталкивает его на мысль, что «от качества самого железа, в котором всегда остаются посторонние примеси в количестве более или менее значительном», зависит и качество стали...

Итак, вывод сделан: булат — сплав железа с углеродом, причем углерода должно быть много. Чем же он отличается от обычных сталей? Узорами, они свидетельствуют о неоднородности стали. Как же они получаются? Где скрывается причина появления узоров? Экспериментальный материал и научные сведения, которыми располагал теперь Аносов, безоговорочно подсказывали ему, что необходимо проверить прежде всего влияние чистоты исходных материалов и условий охлаждения (кристаллизации) слитков.

До сих пор стать выплавлялась в тиглях, после чего разливалась в чугунные фор

мы — изложницы. Здесь она сравнительно быстро охлаждалась и кристаллизовалась (твердела). А что если готовую сталь охладить совсем медленно, оставить ее затвердевать в горячем тигле там, где она выплавлена? И вот в «Журнале опытов», который тщательно вел Аносов, появляется первый эксперимент по «кристаллованию стали». Плавка № 74 в форму не вылита, а охлаждена в тигле. После проковки слитка «на выполированном и вытравленном куске видны были местами в микроскоп узоры, подобные по расположению булатным». Необходимые условия для получения булата найдены — это медленное охлаждение тигля с готовой сталью (В дальнейшем будет показано, что П.П.Аносов правильно определил условия получения многих сортов булата.

Что касается индийского вутца, то тут он ошибался...).

Все же Аносов приходит к выводу, что одним из необходимых условий получения булатов в Азии является «медленное охлаждение сплавки». Поэтому во всех последующих опытах металл охлаждался именно так.

Этот вывод Аносова противоречил взглядам, господствовавшим среди западноевропейских металлургов. Так, например, Фабр дю Фор так связывал свойства металла со скоростью его охлаждения: «Смотря по качеству дамаска, который желают получить, должно быть и охлаждение расплавленной стали; чем скорее она охлаждается, тем мельче будет дамаск, и напротив, чем медленнее, тем грубее и сильнее... Слишком тихого охлаждения должно избегать потому, что слишком тихо охладившаяся сталь состоит большей частью из отдельных игольчатых кристаллов, которые при ковке дурно соединяются...».

Итак, медленное охлаждение плавки — необходимое условие для получения булата. Необходимое, но недостаточное. Нужны очень чистые исходные материалы; железо, руда, графит. По первоначальному мнению Аносова, в древности булатную сталь могли получать только непосредственным восстановлением руды углеродом. Поэтому он изготавливает сталь из очень чистой магнитной железной руды и особой чистоты графита, найденного недалеко от города Миасса. Из полученной стали выкован нож, «оказавшийся весьма хорошим хоросаном». Повторяются плавки, и повторяются результаты. Тайны больше не существует. Аносов начинает управлять процессом получения булата. Он понимает, что открыл новый процесс получения стали: «Смешивая железную руду с графитом, можно получить непосредственно из руд ковкий металл. Эти опыты заключают в себе открытие в металлургии железа».

Развитие современной металлургии начинает идти именно по этому пути; но в те времена такая технология тигельной плавки была чрезвычайно сложна. «Сколь ни заманчив этот способ,— рассуждал Аносов,— но... он убыточен, тем более что требует высокого качества руд и графита». И он приступает к поискам нового, более дешевого, надежного и удобного.

Снова опыты, опыты, опыты...

Наконец найден лучший из всех ранее разработанных методов получения настоящих булатов — метод «сплавления железа непосредственно с графитом или соединений его прямо с углеродом». В тигель загружалось около 5 кг железа, которое засыпалось смесью графита, железной окалины и флюса. В качестве флюса лучше всего себя показал доломит в количестве не более 40 г на I кг железа. После загрузки тигель закрывали крышкой, помещали в печь и пускали дутье для достижения «сильного жара». В течение 3 с половиной часов металл расплавлял

ся и покрывался тонким слоем шлака. Часть графита всплывала в шлак, причем потери графита зависели от продолжительности выдержки расплава. При увеличении выдержки с 3 с половиной до 5 с половиной часов потери графита увеличились от 10 до 40 г.

После окончания плавки тигель оставляли в печи до полного остывания. Затем отбивали крышку тигля, высыпали остатки графита, а шлак разбивали. Металл извлекался из тигля в форме «сплавка, имеющего вид хлебца», который остывал постепенно при медленном охлаждении. При получении хороших булатов узоры отчетливо были видны на поверхности «сплавка», они также отчетливо наблюдались на шлаке, покрывающем металл.

Расположение узоров и их размеры Аносов все же связывает не только с чистотой исходных материалов, но и со степенью совершенства соединения углерода с железом. «Грунт булатов и цвет самих узоров,— писал Аносов,— означает степень чистоты железа и углерода; чем они темнее и блестящее и чем узоры белее, тем чище металл... Опыты с различными графитами убедили меня, чго в самих булатах углерод находится в различном состоянии и что в этом отношении прямой указатель есть отлив. По моим замечаниям, соединение собственно углерода с железом можно допустить токмо в булатах, имеющих золотистый отлив, как, например, в табане и хоросане древних, а в тех, которые отливают красноватым цветом, заключается в углероде посторонняя примесь, как, например, в каратабане, наконец, в тех, которые не имеют отлива, углерод приближается к состоянию обыкновенного угля. Такие булаты при значительном количестве угля бывают хрупки, как, например, многие кара- хоросаны».

Итак, Аносов убежден, что свойства булата зависят от формы существования в нем углерода. Как это доказать экспериментально? Этот вопрос, по всей вероятности, не давал ему покоя. И он решается ввести в сталь алмаз, чтобы проследить, не повлияет ли эта особая форма «угля» на степень совершенства соединения его с железом. В «Журнале опытов» в 1837 году сделана запись: в шихту добавлен алмаз 1/4 карата.

Ho откуда Аносов знал, что алмаз — это углерод? Оказывается, природа алмаза была предметом широкого обсуждения в Горном кадетском корпусе как раз в те годы, когда он там учился. А началось это так.

Видный деятель российского просвещения, основатель Харьковского университета Василий Назарович Каразин в 1791 году был сержантом лейб-гвардии и служил в Петербурге. Все свое свободное время он проводил в Горном кадетском корпусе, где слушал лекции, занимался в лаборатории и штудировал труды Ломоносова и ученых Западной Европы. Каразин заинтересовался опытами по сжиганию алмаза, которые демонстрировал преподаватель училища А. И. Карамышев.

История «исчезновения» алмаза ведет свое начало от 1694 года. Флорентийские академики Аверани и Тарджиони на глазах своего герцога Козимо III Медичи направили на алмаз лучи солнца через «зажигательное стекло» — и алмаз исчез...

В 1772 году А. Лавуазье конструирует прибор, включающий огромную по тем временам линзу —диаметром 120 см. Прибор устанавливается на помосте на одной из парижских улиц. В присутствии толпы любителей и покровителей науки в фокус линзы помещают различные материалы, укрытые стеклянным колпаком. Сконцентрированный линзой солнечный луч превращает кусок золота в блестящую круглую каплю, кварц и

платина выдерживают этот сильный жар, а бриллиант вспыхивает ярким сиянием и исчезает. Лавуазье подходит к прибору, слегка приподымает колпак и слышит свист врывающегося в него воздуха алмаз не исчез, он сгорел! Определить состав продуктов горения алмаза Лавуазье тогда еще не мог, он не умел отличить дефлогистированный воздух (кислород) от связанного (углекислоты).

Это сделал спустя четверть века известный английский ученый Хамфри Дэви. В 1814 году он в сопровождении своего ученика Майкла Фарадея приехал во Флоренцию, нашел зажигательный прибор, с помощью которого флорентийцы однажды удивили своего герцога, и повторил опыт Лавуазье.

Дэви был богатым человеком, и ему не было жаль пожертвовать бриллиантами для науки. Алмазы на платиновой подставке помещались в запаянные колбы, наполненные кислородом и хлорным газом. Бриллианты были сожжены недаром: Дэви показывает, что в хлорном газе алмаз не горит и, главное, весовой анализ газа, образовавшегося в колбе после сжигания алмаза в кислороде, свидетельствует, что там, кроме углекислого газа, ничего нет. Драгоценнейший из камней оказался обыкновенным углем!

Нет сомнения, что в Горном корпусе, где когда-то «жгли алмазы», опыты Дэви и Фарадея живо обсуждались. Хорошо известно также, что в 1829 году Каразин предпринимает первую попытку превратить уголь в алмаз. В своей статье «О сжении угля с расчетом» он писал: «Сим образом случилось мне добыть не только ряд антрацита, но и другое чрезвычайно твердое вещество в кристаллах, которое профессор химии Сохомлинов почел подходящим ближе к алмазу».

Обращает на себя внимание тщательность подготовки Аносовым эксперимента с алмазом. Делаются две совершенно одинаковые по шихте и температурному режиму плавки. В тигле сплавляется 5 фунтов обсечек тигельного железа, перемешанных с графитом, окалиной и доломитом (вес каждой добавки “/з фунта). Во втором опыте после расплавления шихты и образования жидкого шлака в ванну вводится алмаз. Аносов скрупулезно исследует оставшиеся после плавки графит и шлак, но алмаза там не обнаруживает. «Из этого следует, что алмаз расплавился в булате»,— заключает он. К сожалению, определить влияние алмаза на качество булата автору эксперимента не удалось.

Дальнейшие опыты были прекращены, так как П. П. Аносов начинает получать булаты высокого качества в заводском масштабе Отливаются булаты, выковываются клинки, характеристики их кратки, но внушительны: «Узоры мелкие, грунт темен — табан»; «узор средний — кара-табан»; «узоры крупные — кара-хорасан», «}зоры явственны и крупны — кара-табан» и так далее. Производство булата на Златоустовской оружейной фабрике становится на поток, он выпускается большими партиями. Нет ничего удивительного, что Павел Петрович Аносов в 1841 году, подготавливая к печати свое сочинение «О булатах», отказался от устаревших азиатских названий узорчатой стали (вутц, Дамаск и другие) и ввел новое название — «русский булат». Русский булат при жизни П. П. Аносова приобрел широкую известность и стал таким же легендарным, как и восточный.

<< | >>
Источник: Гуревич Ю.Г. . Булат. Структура, свойства и секреты изготовления: Монография. 2006

Еще по теме Как П. П. Аносов овладел древним секретом:

  1. Дамасская сталь и грузинский булат
  2. Как П. П. Аносов овладел древним секретом