П.П. Аносов Тайна булата (первая часть - Златоустовская сталь)

П.П. Аносов Тайна булата (первая часть - Златоустовская сталь)

http://www.kxo.ru/content/articles/index.php?ELEMENT_ID=2446/

Открытие П. П. Аносовым тайны булата явилось следствием решения прикладной задачи по улучшению качества холодного оружия, выпускаемого Златоустовской оружейной фабрикой. Опыты по получению булата были начаты Аносовым в конце 1820-х годов, когда он уже стал управителем Оружейной фабрики, и продолжались более десятилетия. Конечно же, ни одна сколь-либо значимая публикация об Аносове не обходится без упоминания этого общеизвестного факта. Наряду с серьёзными книгами и статьями появляются (особенно в интернете) и совершенно фантастические измышления.

А вот о том, как всё-таки Аносов раскрыл тайну булата, лучше всех, на мой взгляд, может рассказать Юрий Григорьевич Гуревич, посвятивший металлургии практически всю свою жизнь.

Юрий Григорьевич ГУРЕВИЧ родился 9 мая 1921 года в городе Ялте Таврической губернии (РСФСР). В 1939 году с отличием окончил среднюю школу № 38 в Днепропетровске, в 1946 году — металлургический факультет Московского института стали и сплавов. В 1947 году приехал на Златоустовский металлургический завод, два года работал в электросталеплавильном цехе № 1, затем — в Центральной заводской лаборатории. Одновременно с работой на заводе преподавал математику в ШРМ, был одним из основателей Златоустовского филиала ЧПИ, его первым деканом и зав. кафедрой «Общая металлургия». В 1970—1973 годах работал доцентом кафедры «Химия» Оренбургского политехнического института, в 1973-1989 годах — зав. кафедрой «Технология металлов» Курганского машиностроительного института (с 1995 — университета), с 1989-го — профессор этой кафедры и научный руководитель лаборатории «Порошковая металлургия». Много лет исследовал состав булатной стали, изобрел технологию выплавки стали с применением расходуемых металлических электродов (режущие свойства нового сплава вдвое выше аналогичных свойств булата). Ю. Г. Гуревич имеет около 100 авторских свидетельств на изобретения, он автор более 400 научных публикаций, в т. ч. 11 книг, 8 монографий. Он один из авторов, изобретенных в Златоусте способов производства слитков булатной стали, смазки изложниц при помощи петролатума. Ю. Г. Гуревичу присвоено почётное звание заслуженного деятеля науки и техники России (1995), он почётный гражданин Златоуста (1994), почётный работник высшего профессионального образования РФ (1998), почетный профессор ЮУрГУ (2001), действительный член Нью-Йоркской Академии Наук (1996). Живёт в Кургане. Много лет Ю. Г. Гуревич собирал коллекцию образцов булата, которую затем подарил Златоустовскому краеведческому музею.

Учёный-металлург, профессор и доктор технических наук Ю. Г. Гуревич много лет изучал технологию производства и состав булатной стали, обобщив результаты своих поисков в монографии «Булат. Структура, свойства и секреты изготовления» (Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2006.). В последний свой приезд в Златоуст в сентябре 2008 года Юрий Григорьевич подарил мне эту книгу с тёплой дарственной надписью: «Глубокоуважаемому Александру Вениаминовичу с благодарностью за работы по истории Златоуста — моей альма-матери. 11.09.2008». О работах П. П. Аносова рассказывается во второй главе «Русский булат», часть которой приводится ниже с сокращениями.

А. В. Козлов, редактор-составитель «Златоустовской энциклопедии», Почётный гражданин Златоуста.

Златоустовская сталь

Павел Аносов окончил его [Горный кадетский корпус. — А. К.] в 1817 году с Большой золотой медалью. В конце этого же года молодой шихтмейстер прибыл на Златоустовские заводы в качестве практиканта. Вряд ли он знал тогда, что пройдет путь от практиканта до горного начальника Златоустовских заводов и директора Оружейной фабрики, что здесь, в Златоусте, он создаст свою теорию производства литой стали и овладеет вековой тайной получения булата. Начал же он с того, что в 1819 году представил дипломную работу «Систематическое описание горного и заводского производства Златоустовского завода».

В то время Златоустовский завод, хотя и имел уже устаревшее оборудование, но являлся металлургическим предприятием с полным циклом. Чугун выплавляли в доменной печи с двумя горнами, воздух в которые подавался цилиндрическими мехами, приводящимися в действие водяными колесами. Кроме передела на железо и сталь, чугун использовали для литья как в песчаные или глиняные формы, так и в металлические. Отливали кричные молоты, наковальни, колеса, ядра, бомбы, а также гири, горшки, сковородки и другую хозяйственную утварь. В те годы говорили, что «вся Россия печет блины на уральских чугунах» (сковородах).

Для переработки чугуна в кричное железо и «уклад» (сырцовую сталь) на заводе действовали две кричные фабрики с 12-ю горнами. Каждый горн имел свой особый кричный молот, приводимый в действие водяным колесом. Для изготовления сортового железа работала специальная передельная фабрика с прокатными и резными станами для получения мерной полосы. Сравнительно небольшое количество стали, шедшее на инструменты и холодное оружие, готовилось из «уклада», который подвергали цементации (науглероживанию). Процесс цементации железа производился в специальных томильных печах при температуре около 1000°С и длился 7 — 8 суток. Завод изготовлял 11 сортов железа и стали.

Оружейная фабрика, работающая на заводе, славилась уже не только в России, но и далеко за ее пределами. Златоустовские мастера изготовляли холодное оружие высокого качества: шашки, сабли, палаши, саперные и охотничьи ножи. Эти изделия успешно конкурировали с европейскими образцами.

В то же время инструментальная сталь по своему качеству уступала английской. Это главным образом объясняется тем, что, когда Аносов приехал на Златоустовский завод, там литой стали еще не изготовляли.

Секрет получения литой стали в России первой четверти XIX века являлся достоянием отдельных мастеров. Серьезных успехов в этом деле, как уже было отмечено, добился С. И. Бадаев (Камско-Воткинский завод). Он сконструировал специальную печь, имеющую два отделения — цементационное и тигельное. Кричное полосовое железо подвергалось цементации и после этого расплавлялось в тиглях. Затем производилась вторичная цементация полученной стали при помощи карбюризатора, состоящего из различных сортов угля, перемешанного с белой глиной, мелом и минеральными добавками. «Энциклопедический лексикон» Плюшара за 1835 год об инструментальной бадаевской стали говорил, что она лучше знаменитой «гунцмановской» (английской).

Литую цементованную сталь высокого качества получал также Нижегородский заводчик Полюхов. По заключению монетного двора сталь Полюхова «… оказалась на дело инструмента годная и прочную сыпь имеет мелкую и ровную». Оригинальный способ производства литой стали разработал управитель Велетминского завода Пономарев. Тигельные процессы производства стали появлялись на Верхне-Исетском, Невьянском, Каслинском и других заводах. Этому способствовало распространение отражательных (пламенных) печей, в которые помещали тигли со сплавляемыми материалами. Путем сжигания дров, а потом кокса в струе подогретого воздуха в таких печах удавалось получать температуру до 1500°С.

Однако, как и все новое, литая сталь часто встречала недоверие со стороны многих металлургов. Объяснялось это тем, что способы ее выплавки и разливки были недостаточно совершенны, и иногда металл получался либо низкого качества, либо очень высокой стоимости. Так, например, мастер из Золингена Петр Кляймер пытался ввести на Златоустовском заводе литую сталь. Он обставлял свою работу большой таинственностью, к плавкам готовился долго и за два года работы выдал всего 9 пудов относительно годной стали. А обошлась его сталь в 10—15 раз дороже цементованной. По этим и другим причинам государственный департамент часто отказывался выдавать привилегии на способы производства тигельного металла. Между тем многие поступающие изобретения имели, очевидно, немалую ценность. Это подтверждает недавно установленный факт, что из всех русских архивов бесследно исчезли описания различных приемов получения стали, применявшихся в то время на заводах страны.

Проанализировав имеющийся опыт различных способов выплавки стали для оружия и инструмента, П. П. Аносов пришел к выводу, что только литая сталь может обладать необходимыми свойствами. «Литая сталь, — писал он, — имеет преимущество перед выварною и цементного из тех же первых материалов, полученных как по равномерному, так и более тесному или химическому соединению частей углерода с железом». Так, П. П. Аносов, исходя из чисто научных соображений, обосновал целесообразность тигельного производства. Предварительные опыты по получению литой стали окончательно убеждают его: только организация тигельного производства коренным образом улучшит качество стального оружия и инструмента на Златоустовском заводе.

Аносов хорошо себе представлял, что производство литой стали складывается из следующих операций: «Устройство печей, приготовление плавильных горшков, плавка, отливка в формы и ковка». Поэтому он начал с устройства пламенных печей. Им был спроектирован отапливаемый углем горн для печи с подогревом восьми тиглей одновременно и сооружен корпус с восемью такими печами. Печи для выплавки тигельной стали эксплуатировались на Златоустовском заводе до начала XX века, то есть чуть ли не 100 лет!

Одной из самых трудных задач во времена Аносова являлась организация производства тиглей — «плавиленных горшков», как их называли. Производство глиняных тиглей было хорошо известно, так как они применялись для литья цветных металлов, а позднее — для переплавки чугуна. Мастер Воткинского завода Фёдор Мезенцев даже придумал ручной винтовой штамп для приготовления «плавиленных горшков». Но для приготовления литой стали требовались тигли очень высокой огнеупорности. Такие тигли выписывались из-за границы, из города Пассау в Баварии, около которого находились залежи высокоогнеупорной глины. Цена их была очень высокой. Поэтому Аносов пришел к выводу, что «иностранные горшки особенно в столь отдаленном месте, как Златоуст, были бы слишком дороги для стального производства, и, не заменив их своими, успех был бы безнадежен».

А горшки из челябинской глины как будто и обладали достаточно большой огнеупорностью, но постоянно трескались при высоких температурах. Исследование причин образования трещин показало, что они получались вследствие расширения частиц глины: при высоких температурах одни частицы «давили» на другие. Аносов понял, что трещины в горшках являются результатом большой усадки, которую давала глина при нагревании. Для предупреждения трещин было необходимо добавить к глине «тело, которое бы уменьшило… способность сжимания». Аносов делает анализ заграничной глины и находит, что этим «телом» являлся графит. В пассауских горшках сама природа позаботилась соединить глину с графитом. Итак, для предупреждения трещин тигля в челябинскую глину надо добавить графит. Но где его взять?

Один из секретов производства литой стали в Англии состоял в материале, из которого были сделаны «плавиленные горшки». Б. Гентсман удачно выбрал весьма огнеупорный материал для своих тиглей — обожженную смесь графита с огнеупорной глиной.

Аносов разгадал секрет высокой огнеупорности тиглей, теперь надо было только найти графит. Мощные запасы уральского графита были найдены на берегу и дне озера Большой Еланчик, и Аносов получает тигли необходимой огнеупорности. Эти тигли оказываются более чем в 50 раз дешевле заграничных. Теперь все готово для получения литой стали. Попутно можно делать и карандаши.

На южном берегу Златоустовского пруда, на склоне горы еще и сегодня видны старые выработки белой глины со следами графита. Это заброшенные разработки, начатые во времена Аносова. Теперь этот участок природного парка является любимым местом отдыха златоустовцев. Местные жители до сих пор называют его «Карандаш». Дело в том, что с октября 1842 года П. П. Аносов организовал на заводе производство карандашей. Графит для карандашей добывали на берегу пруда.

Златоустовские карандаши охотно покупали предприятия Урала и даже Санкт-Петербургская рисовальная школа.

Но вернемся к литой стали. Аносов знал, что в Англии и в других странах Западной Европы литую сталь получали в небольших количествах путем переплавки цементованного (науглероженного) железа. Известный западноевропейский металлург Фабр дю Фор, перевод работы которого был напечатан в «Горном журнале» за 1839 год, рекомендовал для получения литой инструментальной стали «к сырой стали, содержащей мало углерода», прибавлять «3 лота сажи на 5 фунтов стали», а к чистому полосовому железу «прибавлять 1/4 чугуна против веса железа». Аналогичные рецепты предлагали и другие известные металлурги Запада — Р. Мюшетт и Г. Бреан. Таким образом, так же как и в более ранних работах Р. А. Реомюра (1683-1757), Ж. Л. Гей-Люссака (1778-1850) и Ринмана, металлурги Западной Европы считали, что для науглероживания железа необходим его непосредственный контакт с углеродсодержащим материалом. При этом в качестве шихты использовалось железо высокого качества.

Экспериментально изучив получение стали таким методом, Аносов показывает его большой недостаток. Заключался он в том, что при этом методе не удавалось управлять процессом науглероживания: «Положив угля более, опасаться должно, что она (сталь) выйдет слишком твердою, а положив недостаточно, она будет трудно плавиться, особенно потому, что часть углерода улетучивается».

После серии опытов он убеждается, что процесс цементации (науглероживания) железа хорошо протекает в газовой среде печной атмосферы. Когда он наполнил тигель железными обсечками без примеси угольного порошка, не покрывая его ни флюсом, ни крышкою, го после расплавления шихты получил чугун. Когда же он накрыл тигель крышкою прежде, чем все железо расплавилось, то получил «удобно ковкий металл — литую сталь».

«Таким образом, — заключает Аносов, — для получения литой стали плавиленный горшок с крышкою есть просто отпираемый ящик. Стоит только знать, когда его открыть и когда закрыть. Цементование железа, находящегося в горшке, совершается точно так же, как в ящике с угольным порошком, токмо тем скорее, чем возвышеннее температура». На основании этого открытия автор разрабатывает совершенно новый способ получения литой стали, который заключается «в сплавлении негодных к употреблению железных и стальных обсечков в глиняных горшках, при помощи возвышенной температуры воздушных печей».

Таким образом, Аносов открыл газовую цементацию и использовал ее для получения литой стали методом «переплава отходов». Разработанный метод газовой цементации был опубликован им в 1837 году, в то время как в Европе первая печатная работа, посвященная этому методу, появилась лишь спустя несколько десятков лет. Но этого мало. Теперь все знают, что процессы науглероживания и обезуглероживания играют первостепенную роль при производстве стали. П. П. Аносов впервые связывает эти процессы с температурой и привлекает их для предвидения качества получаемой литой стали: получится ли она «мягкая», «средняя» или «твердая». Это и есть начало научного подхода к процессу получения литой стали.

В 1833 году Аносов провел серию опытов, которыми показал, что вполне возможно получать доброкачественную сталь путем сплавления чугуна и железа с прибавлением флюса и окалины. Это значит, что передел отходов и чугуна в сталь, широко известный теперь под названием скрап-процесса, был открыт Аносовым задолго до мартеновского метода. Совершенно естественно, что когда в середине XIX века Эмиль и Пьер Мартены обратились к русскому правительству с ходатайством о выдаче пятилетней привилегии на производство литой стали в России, им было отказано. Отказ мотивировался тем, что «литая сталь путем сплавления чугуна и железа производилась у нас на Урале в тиглях» (работы Аносова и Обухова).

Дальнейшее развитие науки позволило более обстоятельно проанализировать особенности предложенной Аносовым технологии тигельной плавки стали. Незначительное развитие при тигельном процессе окислительных реакций и отсутствие твердых восстановителей, таких, как марганец и алюминий, резко снижает степень загрязнения стали неметаллическими включениями, представляющими собой оксиды этих элементов. Оксиды в тигельной стали «самовосстанавливались» только кремнием, который был в огнеупорном материале тигля. Такой процесс «самораскисления» обеспечивал чистоту стали по неметаллическим включениям, чем и объясняется ее высокое качество.

В процессе тигельной плавки различают три периода: плавление, кипение и успокоение. В процессе кипения происходит частичное растворение в шлаке глинозема из стенок тигля. Поэтому конечный шлак высокоглиноземистый, содержащий 25 — 30 % окиси алюминия. В последнем периоде жидкая сталь «отстаивается» с целью более полного удаления газов и неметаллических включений. В период успокоения происходит также раскисление (удаление кислорода) шлака и стали восстановительной газовой фазой и твердым углеродом из стенок тигля. Все это обусловливает получение глиноземистых шлаков, содержащих весьма небольшое количество окислов железа, обеспечивающих удаление кислорода из стали.

Аносов тщательно разрабатывает технологию производства тигельной стали, придавая большое значение ее разливке. Он создает соразмерные с величиной тигля специальные чугунные формы (изложницы) и применяет их предварительный прогрев и смазку салом: «Каждая форма по граням составлена из двух бокованок, которые скреплялись обручем с клином. Формы предварительно прогреваются так, чтобы в них расплавилось сало, которым оне пред самою отливкою смазываются: отделяющиеся от горения сала газы предохраняют сталь от доступа воздуха».

Сталь рекомендовалось разливать медленно и так, чтобы струя не касалась боков формы. Эти рекомендации актуальны и сегодня.

Будучи внимательным наблюдателем, П. П. Аносов замечает, что по цвету струи стали, форме отделяющихся от нее искр и поведению металла в изложнице можно безошибочно определять содержание углерода в стали. «… Мягкая сталь при застывании увеличивается в объеме или вспучивается; средняя остается в том же положении, как вылита, а крепкая уменьшается в объеме».

Благодаря тому, что П. П. Аносов исключил процесс предварительной цементации, а получил инструментальную сталь непосредственно переплавом шихты в тигле, ему удалось добиться значительной для того времени производительности и резко снизить стоимость литой стали.

Литая сталь, выплавленная но способу Аносова, имела высокие механические и технологические свойства, и это позволило Златоустовскому заводу отказаться от дорогостоящей английской стали, используемой для изготовления наиболее ответственных изделий. Если в 1830 году на заводе по этому способу было выплавлено 1660 пудов, то в 1836-м завод уже выплавлял 4600 пудов тигельной стали, в том числе впервые в истории артиллерии была отлита стальная 35-пудовая пушка. В этом же году П. П. Аносов получил привилегию на изобретение литой стали, а в 1837 году в «Горном журнале» была опубликована его работа «О приготовлении литой стали». Секрета производства литой тигельной инструментальной стали больше не существовало, но существовал еще главный секрет, который мечтал раскрыть уральский металлург, — секрет получения булата.

Тайна булата (вторая часть как П.П. Аносов овладел древним секретом)

http://www.yugoruss.ru/publ/pp_anosov_tajna_bulata/12-1-0-88

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 сфотографирован 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. Но 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 углеродосодержащими 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. Но 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 сталь выплавлялась в тиглях, после чего разливалась в чугунные формы — 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 1 кг железа. После загрузки тигель закрывали крышкой, помещали в печь и пускали дутье для достижения «сильного жара». В течение трёх с половиной часов металл расплавлялся и покрывался тонким слоем шлака. Часть графита всплывала в шлак, причем потери графита зависели от продолжительности выдержки расплава. При увеличении выдержки с трёх с половиной до пяти 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, что 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.

Но 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 Хэмфри 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 1/3 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»; «узоры крупные — кара-хорасан», «узоры 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.

Тайна булата (третья часть - Русские клинки)

Получить булатный слиток — это лишь полдела. Надо уметь отковать из него клинок, правильно его термически обработать, протравить и отполировать. В дальнейшем будет подробно рассказано о каждой из этих операций. Заметим только, что результаты опытов «кристаллования» стали убедили П. П. Аносова в том, что свойства готовых изделий тесно связаны как со структурой слитка, так и с его последующей ковкой.

«Европейские кузнецы,— замечал он,— кажется, вообще менее знакомы с переменой свойств стали при ковке, нежели азиатские: ибо не имеют в виду ясных признаков ее изменения, но когда начнут обрабатывать булат, то скоро поймут недостатки своих прежних знаний в этом деле, и тогда всякий будет знать, что потеря узоров во время ковки есть порча металла, составляющая вину кузнеца».

На Златоустовской оружейной фабрике блестяще владели технологией ковки булата, умели правильно его закалить и отпустить. Готовые клинки обладали удивительно высокой стойкостью и упругостью. Успехи Аносова не могли не обратить на себя внимание.

В 1839 году в помещении бывшей выставки в Санкт-Петербурге демонстрируются различного рода оружие и другие изделия из русского булата. Русский булат получает прекрасный отзыв на третьей Московской мануфактурной выставке в 1843 году. Образцы его попадают в известные коллекции Перовского, Чевкина, Ковалевского.

Работа П. П. Аносова «О булатах» в 1841 году была представлена на Демидовскую премию. Демидовские премии присуждались Академией наук с 1831 года. Уральский заводчик П. Н. Демидов вносил ежегодно по 20000 рублей «на награды за лучшие по разным частям сочинения в России». Разбор сочинения «О булатах» был поручен академикам А. Я. Купферу и Б. С. Якоби. «П. Аносову, — писали они, — удалось получить сталь, обладающую всеми качествами, высоко ценимыми в азиатском булате, и превосходящую все сорта европейской стали, которые были чрезвычайно мягки, но после закалки по твердости своей превосходили лучшие сорта английской стали». И это была правда, Аносов показал, что «бритва из хорошего булата без ошибок приготовленная, выбреет по крайней мере вдвое больше бород, нежели лучшая английская».

К сожалению, Купфер и Якоби не были металлургами, они не смогли понять важные теоретические положения, изложенные в работе Аносова. Во всяком случае, заключение их отзыва вызывает недоумение: «Однако в рукописи так мало конкретного об изготовлении этой стали, что можно подумать, что г. Аносов или умалчивает секрет изготовления стали, или ему случайно удалось получить такую сталь…». По этой и другим причинам решение академии было вынесено в известной мере половинчатое: «Г. Аносову удалось,— указывалось в решении,— открыть способ приготовления стали, которая имеет все свойства столь высокоценимого азиатского булата и превосходит своей добротой все изготовляемые в Европе сорта стали… На основании свидетельства двух своих членов, видевших образцы… булата г. Аносова», академия «положила удостоить открытие его, уверена будучи, что, если способ г. Аносова действительно основан на твердых указаниях науки и оправдается верными и положительными отзывами, благодетельное правительство наше, конечно, не оставит прилично вознаградить изобретателя».

О том, что способ получения булата «действительно основан на твердых указаниях науки», свидетельствует избрание П. П. Аносова почетным членом Харьковского университета. Высоко оценила его труды и профессура Казанского университета, он был избран членом-корреспондентом этого старейшего высшего учебного заведения. В дипломе, выданном Аносову 7 марта 1844 года и подписанном ректором университета, заслуженным профессором чистой математики Николаем Лобачевским, сказано: «… признавая отличное усердие к распространению естественных наук и важные услуги в пользу Казанского университета оказанные, единогласно избрал г. Начальника Златоустовских казенных заводов и директора оружейной фабрики Генерал-майора и кавалера Павла Петровича Аносова членом-корреспондентом императорского Казанского университета».

Между тем в русских журналах тех лет успехам соотечественников уделялось недостаточно внимания; сообщения же из-за границы широко освещались и смаковались. Только этим можно объяснить, что после глубоко научных работ Аносова о русском булате в «Горном журнале» продолжали печатать переводы работ западноевропейских металлургов, в которых сообщались уже никому не нужные сведения.

Все же русский булат проникает и в Западную Европу. Побывавший в Златоусте известный немецкий естествоиспытатель, географ и путешественник, ученый-энциклопедист Вильгельм Гумбольдт получил здесь в подарок прекрасный клинок и охотничий нож. Во время путешествия по России Гумбольдт вел переписку с министром финансов Канкрином. В письме из Златоуста он сообщает министру, что «неожиданно получил ценный подарок — меч из булатной стали — на клинке явственно видны красивые желтоватые узоры, что является несомненным свидетельством, что это настоящий булат».

Английский ученый Р. Мурчисон после посещения Златоустовского завода в 1841 году считал, что во всем мире нет оружейной фабрики, которая могла бы сравниться со Златоустовской в выделке оружия. «Изящно отделанные из булатной стали вещи,— писал он,— полученные нами от г. Аносова, вполне оправдывают основательность приписываемой ему похвалы». Изделия из русского булата возбудили в Англии всеобщее удивление.

Попадают за границу и другие изделия из русского булата. В 1851 году, в год смерти П. П. Аносова, на выставке в Лондоне экспонировались его булатные клинки. Экспонаты сопровождал помощник Павла Петровича, известный златоустовский мастер Николай Иванович Швецов. До нашего времени дошел рассказ Н. П. Швецова о том, как англичане, решив испытать крепость златоустовского булата, рубили русским клинком по английскому. В результате на английском клинке образовалась изрядная зазубрина, а на аносовском — только пятнышко. Англичане гнули клинок из русского булата в дугу, и он выпрямлялся без какой-либо остаточной деформации.

Известно, что Аносовым изготовлено более двух десятков клинков и много ножей из русского булата с отличными узорами типа хорасан и кара-табан. Судьба большинства из этих изделий неизвестна; хочется верить, что они не пропали, а находятся в частных коллекциях. В начале XX века в указателе отдела средних веков и эпохи Возрождения Государственного Эрмитажа было сказано, что образцы работ Аносова хранятся в русской комнате на левой стороне двери. В настоящее время там находится лишь сабля кара-табан, поднесенная Аносовым великому князю Михаилу Павловичу. Посетители могут видеть: узор русского булата действительно аналогичен узору хранящегося здесь же, в Эрмитаже, древнего булатного клинка, на котором выгравировано: «Амели Табан» («Лучший блестящий»).

В известной в США книге Ф. Т. Сиско «Современная металлургия» [русский перевод этой книги вышел в 1946 г. в Металлургиздате. — А. К. ] подробно характеризуется дамасская сталь и приводится фотоснимок кинжала и ножен, которые должны были свидетельствовать о высоком искусстве изготовления дамасского оружия из вывезенного на Ближний Восток вутца. Подпись под рисунком гласит: «Кинжал из дамасской стали».

Рассматривая фотографию кинжала при небольшом увеличении, на поверхности «восточного клинка» можно увидеть двуглавого орла и выгравированные русские буквы. Легко прочитать слово из девяти букв: «Златоустъ». Вот какой был русский булат, даже специалисты не могли его отличить от восточного! Да и как отличишь, когда лучшие английские зубила крошились под ударами златоустовского булата!

Дата добавления: 2015-08-28