О булатах.
Добавлено: 23 окт 2016, 12:43
О булатах.
1. ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Под словом булат каждый россиянин привык понимать металл более твердый и
острый, нежели обыкновенная сталь. Наши поэты, и древние и новейшие,
нередко вооружают своих героев мечами булатными: в песне о полку
Игореве, сочиненной еще в XII веке между прочим видим, что воины
Всеволода с булатными мечами поражали половцев; кому неизвестно также
поэтическое сравнение золота с булатом Пушкина.
Все это свидетельствует, что булаты в России давно были известны хотя
искусство приготовления их никогда не существовало и хотя самые
признаки, по которым они различаются от стали, не были народными. Родина
булатов принадлежит востоку, и предки наши бывшие в частых сношениях с
азиатцами, от них приобретали булаты и самые познания о достоинствах их.
Но прочие европейские государства знакомы с булатами едва ли не позже
России; по крайней мере история железа, образцовое в свое время
сочинение шведского металлурга Ринмана, достаточно может убедить, какое
отдаленное понятно имела Европа о настоящих булатах лет за 55 пред сим:
Ринман и его последователи полагают, что узоры, видимые на булатах,
происходят от сваривания различной твердости стали и железа и что
различие узоров зависит от способов сваривания. Булат и до сих пор
составляет, по моему мнению, неразгаданный металл; не только химический
состав его, но и физические свойства достаточно еще не исследованы.
Поиски химиков не могли обнаружить в нем существенной разности от стали.
Это зависело впрочем не от недостатка в тщательности разложений; но
главнейше от недостатка в самой науке: химия, несмотря на быстрое
совершенствование, не достигла еще науки точной, и многое осталось для
нее тайною природы. Что неполнота науки может иногда приводить к ложным
заключениям, то в отношении к булатам видно некоторым образом из опытов
английского химика Фарадея, который, разлагая) индийский булат,
известный под именем вутца, нашел в нем' присутствие алюминия я
заключил, что сей металл составляет причину узоров в булате.
Впоследствии будет упомянуто о влиянии алюминия на сталь.
Наряду со многими известными учеными того времени Фарадей также
занимался раскрытием "секрета" изготовления восточных булатных клинков
Новейшие химики хотя оставили мнение Ринмана, допуская, что узор в
азиатском булате есть следствие кристаллования при медленном охлаждении
расплавленного металла, но не могли определить зависимости свойств оного
от вида и расположения самих кристаллов, несмотря на то, что не
отвергают зависимости кристаллования от состава тел. Итак, если разность
в кристаллизации есть вообще следствие состава тел при некоторых
физических условиях, то почему же и в булате она не есть следствие той
же причины? И если сталь при медленном охлаждении не получает узоров
настоящего азиатского булата, то не ясно ли это доказывает, что состав
булата различен от стали; а если химические разложения не обнаруживают
этой разности, то остается только заключить, что они несовершенны.
Попытки металлургов и художников, старавшихся приготовить булат подобный
древнему, не имели также положительных успехов: европейских булатов
высокого достоинства мне видеть не случалось, и все, что писано было об
этом предмете, не заключает в себе удовлетворительных сведений, ибо ни в
одном из трактатов о булате нет истинного основания - достижения
совершенства в стали. Таким образом, с одной стороны, недостаток
химических познаний, с другой - трудность приготовления хорошего булата,
оставляют европейцев в недоумении относительно достоинства его.
Некоторые металлурги, упираясь на химические разложения, не хотят верить
в особенное достоинство булатов: один из первоклассных металлургов
нашего времени, г. Карстен в сочинении о железе заключает статью о
булатах следующими словами: "Какую бы цену ни приписывали булату по
узору, она ничего не доказывает в пользу качества металла: напротив
того, можно утверждать, что лучшая и наиболее однородная сталь есть
именно та, которая наименее способна принять узорчатую поверхность". Но
в Азии булаты с незапамятных времен не выходят, так сказать, из молы, и
сохраняют постоянную ценность, подобно благородным металлам. Азиатцы,
хотя отставшие от нас в просвещении, не могли ошибаться в продолжении
многих веков в истинном достоинстве каждой вещи, приобретаемой за
дорогую цену. Они охотно платят за лучшие клинки по 100 и более
червонцев. Путешественник наш по Японии г. Головнин пишет, что у японцев
булатные сабли как священные веши переходят из рода в род и сохраняются
с таким тщанием, что воин более всего заботится о сбережении своего
оружия. Итак, если булаты могли сохранить постоянную ценность по
настоящее время и в Японии, и в Китае, и в Индии, и в Персии, и в
Бухарин, и в Турции, и в нашей Грузии, то невозможно согласиться с
мнением г. Карстена. Эти соображения лет за 12 пред сим заставили меня
верить более мнению о булатах, переданному нам древними, нежели точности
химических разложений. Собрав несколько образцов, я старался определить
относительное их достоинство различными испытаниями, посредством которых
я скоро мог заметить, что при некоторых видоизменениях узоров, булат
очевидно тверже, но не хрупче стали, следовательно лучше ее. С тех пор я
принял намерение опытами доискиваться тайны приготовления булатов.
Сначала труд этот казался мне маловажным, но чем более я знакомился с
достоинством образцов, тем более убеждался, что первые успехи мои
ничтожны " что переход от едва приметного узора до такой крупности,
какая замечается на драгоценных клинках, составляет океан, который
надлежало переплывать многие годы, не приставая к берегу и подвергаясь
различным случайностям.
Если мои опыты и увенчались успехом, то этот успех принадлежит не мне, а
правительству: оно, дав направление моей службе, наделило и средствами к
исследованиям. Этого мало, оно готовило меня к успеху другими пособиями:
награды при малейших успехах по службе и милостивое ободрение при
неудачах постоянно поддерживали пламенное усердие к достижению
предположенной цели.
Россия, богатая железными рудами различного свойства, не бедна и
искусными руками: ей недоставало только совершенства в
общеупотребительном материале - в стали, а это есть булат.
2. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О БУЛАТАХ
Булатами называется всякая сталь, имеющая узорчатую поверхность; на
некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, а на
других не прежде, как поверхность ее подвергнется действию какой-либо
слабой кислоты. Сок растений или уксус, приготовляемый из пива, может
заменить кислоту. Обнаруживание узоров называется вытравкою. Узоры на
стали могут быть весьма различны; но не всякая сталь с узорами должна
быть названа булатом. На обыкновенной стали рисовкою и травлением
наводят иногда узоры, подобные булатным; но как бы тщательно они сделаны
ни были, опытный глаз не затруднится распознать искусство, не зависящее
от свойства стали. Такие булаты называются ложными.
Другой род булатов имеет хотя искусственные узоры, но заключающиеся в
самом металле, так что сколько бы раз ни повторять полировки и вытравки,
они снова появляются. Эти булаты известны под именем искусственных или
сварочных. Они получаются чрез многократную сварку как различного рода
стали между собою, так и с железом. Достоинство сих булатов может быть
различно и зависит частью от качества первых материалов, частью от
искусства мастеров. Сварочные булаты, отличающиеся внутренним
достоинством, приготовляются преимущественно в Азии, например, в Индии,
Турции и Грузии, и в особенности теми из мастеров, которые знакомы с
обработкой настоящих булатов; но европейские сварочные булаты не
приобрели особенной известности, ибо внимание европейских мастеров
обращено более на образование узоров, нежели на улучшение качества
металла; оттого сварочные булаты, например, солингенские и
клингельтальские, хотя имеют узоры, но лишены других признаков,
определяющих достоинство булата. Впрочем как бы совершенны ни были
сварочные булаты, они не могут равняться с хорошими настоящими; ибо
будучи сплавлены, теряют узоры.
Настоящий булат отличается от сварочного неподражаемым для искусства
расположением узоров, происходящим от состава металла, и тем еще, что
при переплавке не теряет узоров, но претерпевает большее или меньшее
изменение в расположении их, смотря по тому, как предпринята была
переплавка и какое влияние имела она на изменение в составе металла.
Сколько мне из собранных сведений и образцов известно, в Азии разделяют
булаты на многие роды. Это разделение основано или на местности, где их
приготовляли и приготовляют, или на различии способов приготовления, или
на свойствах самого металла. Известнейшие из них суть: табан,
кара-табан, хорасан, кара-хорасан (от провинции в Персии, называемой
Хорасан), гынды, кум-гынды, нейрис и шам (слово шам, по уверению
капитана английской службы Эбота, есть простонародное название Сирин,
почему шам означает собственно сирийский булат). Индийский вутц также
принадлежит к булатам. Достоинство булатов познают азиатцы по узору, по
цвету грунта или промежутков между узорами и по отливу поверхности при
косвенном направлении лучей света. Азиатцы полагают: чем крупнее,
явственнее узор, тем выше достоинство металла. Узор почитается крупным,
когда достигает толщины нотных знаков, средним, когда не толще
обыкновенного письма, и мелким, когда можно заметить его невооруженным
глазом.
Грунт в булатах бывает или серый, или бурый, или черный. Чем он темнее,
тем выше достоинство булата. Иные булаты не имеют отлива, другие
отливают красноватым, а иные золотистым цветом. Чем явственнее отлив и
чем более он приближается к золотистому, тем выше достоинство металла.
Достоинство булатов может быть познаваемо также по звону: чем он чище и
продолжительнее, тем выше достоинство металла; но как признак сей
находится в зависимости от формы и отделки изделий, то не признается
верным. Лучшими булатами почитается табан, кара-табан, кара-хорасан, а
худшим шам, который заключает в себе преимущественно продольные узоры.
Грузинские мастера уверяют, что искусство приготовлять табан потеряно в
самой Азии около 600 лет и что прочие два рода весьма редки в настоящее
время.
Слова грузинских мастеров подтверждаются историческими сведениями о
дамасских клинках, сообщенными английским ученым Вилькинсоном. Он
говорит (в статье о причинах образования узоров на булатах, помещенной в
журнале королевского азиатского общества 1837 года): город Дамаск
прославился во всем-свете мануфактурами сабельных клинков, но Тимирланг,
покорив Сирию в начале XIV века, увлек в Персию всех мастеров и с того
времени выделка оружия в Дамаске пришла в упадок, а потомки тех
мастеров, рассеявшись по востоку, потеряли искусство. Вышеописанные
признаки, как мною дознано многими сравнительными опытами, вернее
определяют достоинство металла, нежели все средства, употребляемые
европейскими мастерами: последние дают токмо приблизительное понятие о
достоинстве стали и притом большей частью в то время, когда она
находится в работе, а не в виде готового изделия, о котором остается
судить по пробе, соответственной употреблению. Таким образом, при
покупке готового изделия, 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 слесарской 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.
3. ОБ УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТОВ
Первые опыты предприняты были в малом виде. Впрочем все принадлежности
устроены на тех же началах, на которых впоследствии основано устройство
для дела литой стали в большом виде, описанное в сочинении моем,
помещенном в № 1 "Горного журнала" за 1837 год. Вся разность заключалась
в размерах внутренности печи. Для тиглей, вмещающих от 5 до 10 фунтов
железа в кусках, печь в виде цилиндра имела в вышину до 10 вершков, а в
поперечнике до 9 вершков. Впоследствии, когда приобретен был некоторый
успех, булаты приготовлялись в печах и тиглях, употребляемых для литой
стали. Почему я почитаю излишним повторять здесь в подробности об
устройстве печей, о приготовлении тиглей и о предварительной прогревке
их.
4. О ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ОПЫТАХ
В 1828 году, когда сделались известными результаты исследований г.
Фарадея и когда обретена была платина на Урале в огромном количестве,
его сиятельство министр финансов, граф Егор Францович Канкрин, поручил
горному начальству повторить опыты г. Фарадея. Исполнение того поручения
возложено было на меня.
Поводом к сплавлению литой стали с платиною послужило г. Фарадею
следующее обстоятельство: доктор Скотт, находившийся в Бомбее, доставил
в английское королевское общество несколько образцов индийского булата,
или вутца, употребляемого индийцами предпочтительно пред сталью на
ружейные плашки, на резцы для обточки железа, на ножницы, пилы и вообще
на изделия, требующие особенной твердости. Фарадей при химическом
разложении заметил в вутце присутствие алюминия и полагал, что узоры,
обнаруживающиеся на нем от действий разведенной серной кислоты,
происходят от сего металла. Чтоб подтвердить это предположение, он
приготовил смесь, состоящую из "железа и алюминия, и через сплавление ее
с английской литой сталью получил металл, похожий на вутц, который он и
назвал искусственным вутцем, не упоминая впрочем о его свойствах. Потом
г. Фарадей, сплавляя сталь, кроме алюминия, с серебром, родием и
платиною, заметил, что все сии сплавы были тверже обыкновенной литой
стали, что они имели превосходные свойства и в особенности сплавок с
платиною.
Не имев до того времени случая видеть производства литой стали, ни
переплавлять ее, легко представить, сколько предстояло мне затруднений,
чтобы хотя в некоторой мере исполнять лестное поручение начальства.
Надлежало устроить печь, приготовить огнеупорные тигли, избрать способ
приготовления литой стали: ибо сплавление английской стали с платиною не
могло принести существенной пользы.
Все руководства об этих предметах, бывшие известными мне в то время,
оказывались или недостаточными по краткости, или несообразными с
местностями. Оставалось прокладывать новый путь. Таким образом протекло
более года, пока я в состоянии был представить на благоусмотрение
начальства первые образцы платинистой литой стали. Она получена
следующим образом (опыт 10-й). В тигель, предварительно прогретый,
положено 4/3 фунта рафинированной стали, 1 фунт мягкого железа, 5
золотников платины и сверху 1/2 фунта флюса, составленного из 1/4 фунта
кирпичной глины и 1/4 фунта толченого стекла. Плавка продолжалась 1 час
20 минут при ровном умеренном дутье. Полученная сталь вылита в форму и
прокована при умеренном нагревании; по испытании она оказалась весьма
твердою и годною на тонкие инструменты.
Из сравнения свойств чистой литой стали с платинистою, одинаковым
образом полученных (опыты 15-й и 19-й), оказалось, что первая при
большей твердости столь же удобно куется, что по вытравке слабой серной
кислотой она обнаруживает узоры, различные в цвете и расположении от
замечаемых на литой.стали, с землистыми флюсами получаемой. Когда я
увеличил количество платины до 2-х золотников на фунт стали (опыт 15-й),
то узоры сделались еще явственнее, но расположение их было очевидно
различно от булатных.
Сии опыты привели меня к заключению, что если в платинистой стали узоры
увеличиваются от прибавления платины, то и в литой стали проявление их
зависит от присоединения какого-либо металла, или по замечанию г.
Фарадея от алюминия, так как флюсом служила глина, смешанная со стеклом.
Для определения влияния других земель на сталь я изменял флюсы и вместо
глины употреблял кварцевый песок из пережженного горнового камня и
известь. Я скоро мог убедиться, что с переменой флюсов и узоры
изменяются как в виде, так и в цвете. Дальнейшие исследования показали
(от 20 до 35), что от присоединения алюминия узоры бывают желтоваты и
малоблестящи. От силиция и магния они светлее и приближаются к цвету
цинка, а от кальция к серебру. Чем слоеватее сталь в изломе и чем
удобнее пленится при ковке, тем явственнее узоры, и, следственно, тем
богаче сталь сими металлами. По сравнению с платинистою сталью, в
которой количество платины было мне известно, я мог приблизительно
определять и количество других металлов. В последнем случае оно могло
простираться до 2-х процентов в 100 частях, а при одном проценте сталь
удобно может быть прокована, когда она притом не очень тверда. Все эти
опыты убедили меня, что присутствие металлических оснований земель имеет
вредное влияние на сталь, в каком бы малом количестве они ни находились
в ней; притом как узоры от сих металлов весьма различны от булатных, то
и следовало искать другой причины для произведения их. С этой целью я
желал определить влияние на сталь некоторых металлов, сопровождающих
железные руды, ибо вообще предмет, заключающий в себе отношение железа к
другим металлам, казался мне недостаточно исследованным Ринманом,
Гассенфрацом, Карстовом и другими металлургами, по крайней мере в
отношении к предположенной мною цели.
5. ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ
Ряд опытов, произведенных мною с целью определить влияние на сталь
марганца, хрома, титана, серебра, золота и платины, привел меня к
следующим результатам:
а. Примесь марганца к стали (опыты 36-й и 41-й) в малом количестве до
1/200 не производит в ней видимой перемены, которую тем труднее
заметить, что сталь при одних и тех же условиях плавки бывает несколько
различна и в качестве и в твердости. Но если в ней заключаться будет до
1/100 марганца, тогда она становится тверже, хрупче или вообще грубою.
Зубила для насечки пил как одно из удобнейших средств для испытания
стали скоро начинают выкрашиваться, на поверхности полированной и
вытравленной стали появляются в первом случае едва приметные, а во
втором - мелкие узоры, а грунт становится вместо серого бурым. С
увеличением количества марганца до 1/50 сталь делается столь ломкою, что
при ударах колется по длине, соответственно направлению слоев, ее
составляющих. Эти слои имеют цвет, не свойственный стали, а подобный
цинку. Последнего рода сталь по вытравке обнаруживает узоры, хотя
мелкие, но явственные. Они, будучи сравниваемы с булатными, бывающими
иногда столь же мелкими, оказываются от них весьма различными и по виду
и по расположению. Все эти результаты достаточно, кажется, убеждают, что
присутствие марганца в стали составляет более вредную нежели полезную
примесь. Правило это не опровергает впрочем мнения, принятого
металлургами, что для получения хорошей стали необходимы
марганецсодержащие железные руды, которые получили с давнего временя
название стальных руд. Но, по моему мнению, марганец полезен в железных
рудах не присоединением к чугуну или стали, но другим путем, о котором я
упомяну впоследствии.
б. С хромом и титаном предприняты были точно такие же опыты, как и с
марганцем, прибавляя в первом случае к флюсу хромистое, а во втором -
титанистое железо. Результаты сих опытов оказались во многом сходными:
то же увеличение хрупкости с умножением примеси сих металлов, те же
явления относительно проявления узоров, а главная разность в том, что
хром и особенно титан при одинаковом количестве меньше вредят стали
нежели марганец, и что сталь с хромом принимает высшую полировку. Что
принадлежит до узоров, то они, различаясь от марганца, различны и между
собою, но узоры от хрома красивее нежели от марганца и по расположению
своему более других приближаются к булатным, что вероятно и послужило
поводом французскому химику Бертье почитать хромистую сталь за булат.
Грунт от хрома темный, а от титана фиолетовый, по которому присутствие
титана легко узнавать можно (опыты 42-49). Вообще опыты показывают, что
и марганец, и хром, и титан менее вредят стали, нежели кальций, силиций,
магний и алюминий. Сии последние, находясь в стали в количестве,
простирающемся до 1/50 части, наверное составят нековкий металл, но если
в нем не будет вовсе заключаться углерода, тогда он будет составлять
особый сплавок железа более или менее ковкий. В одном из подобных
сплавков железа с силицием г. Берцелиус нашел до 19 процентов сего
металла, и, несмотря на столь значительное содержание, железо удобно
ковалось и по наружному "Виду не отличалось от обыкновенного.
в. Сплавки стали с серебром (опыты 49-50), которого они содержали от
1/367 До 1/90, отличались от обыкновенной в особенности удобною
ковкостью при значительной твердости. Сталь эта в изломе белее
обыкновенной, но, будучи выполирована и вытравлена, не имеет
однообразных узоров, несмотря на увеличение серебра, а токмо местами
обнаруживает белые неправильные полоски, доказывающие некоторым образом,
что серебро неохотно вступает в химическое соединение со сталью. Г.
Фарадей замечает, что серебристая сталь менее подвержена ржавчине; мои
наблюдения подтверждают также это замечание. При изделиях некоторого
рода, как, например, при деле частей, принадлежащих к часам, одно это
свойство может быть столь важно, что вознаградит издержки за серебро. Но
сплавки с прочими металлами, о которых было упомянуто выше, скорее
ржавеют, нежели чистая сталь.
г. Отношение золота к стали (опыт 51-й) не показало особенных свойств
кроме того, что золотистая сталь оказалась мягче обыкновенной и в ковке
и в закалке. Но замечательно, что от прибавления золота в количестве до
1/200 не обнаружилось никаких видимых знаков на поверхности вытравленной
стали кроме ровного желтоватого отлива. Влияние золота на сталь при
большем его количестве осталось неисследованным.
д. Хотя о влиянии платины были уже произведены опыты, но я счел не
излишним повторить их при измененном флюсе и при улучшении самой стали,
В самом деле новый опыт (52) показал, что платинистая сталь имела уже
другие узоры, различные от полученной без примеси железной окалины; они
были мелкие, и хотя не везде однообразные, но сохранившие цвет платины.
Эта сталь принимала весьма хорошую полировку, была тверда и остра в
бритвах, только некоторые из них получали трещины при калке.
6. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗА НА СТАЛЬ
Если прибавление посторонних металлов имеет видимое влияние на сталь, то
свойства ее должны зависеть и от качества самого железа, в котором
всегда остаются посторонние примеси в количестве более или менее
значительном, как подтверждают и химические разложения железа. В
сочинении о литой стали упомянуты некоторые правила, извлеченные мною из
опытов (53-62) относительно выбора железа; почему здесь буду говорить
токмо о дальнейших опытах, показавших возможность: 1) обращать железо в
сталь без помощи флюсов и 2) точнее определить различие в качествах
железа.
а. Расплавление железа без помощи флюсов При опытах сплавления железа с
флюсом заметил я, что сен последний, расплавляясь прежде металла,
спускается на дно тигля, и, оставляя железо обнаженным, доставляет ему
случай приобретать углерод - цементоваться. Насыщенное углеродом железо
или сталь, не в состоянии будучи оставаться в твердом виде при постоянно
продолжающейся высокой температуре, расплавляется и опускается по
относительной тяжести на дно тигля, а шлак поднимается вверх по мере
расплавления всего железа. Этот процесс объясняет всю теорию образования
стали без прибавления тел, заключающих в себе углерод. Он же дал мне
идею заменить флюс глиняною крышкою на тигле. Определив из опытов время,
в которое остается шлак ниже металла, мне не трудно было назначить
время, когда должно прекратить цементование железа и покрыть тигель
крышкою (опыты 63-67). Таким образом, в короткое время введен был способ
приготовления литой стали из железа без флюса в большом виде, описанный
мною подробно в сочинении о стали. Причины, побудившие меня оставить
первоначально избранный способ и заменить его другим, заключаются в
следующем: 1) удобнее было получать более мягкой стали, нежели твердой;
ибо накрытие крышкою находилось в зависимости от навыка, а расплавление
и поднятие флюса от причин сложных; 2) что она вообще мягче в ковке и
стоичее в зубилах, реже получает трещины при калке, чище в полировке;
почему и признана лучшею прежней и 3) что ей вообще менее свойственны
узоры, нежели стали, приготовленной с флюсом и окалиною. Таким образом,
с уменьшением или с уничтожением узоров казалось мне, что сталь достигла
совершенства, по крайней мере в том смысле, как утверждает г. Карстен.
Одно только оставалось для меня странным, что некоторые слесарские пилы
из прежней стали сохраняли долее остроту; что по общему понятию должно
было приписать тому, что зуб прежних пил приметнее выкрашивался и
возобновлял, так сказать, остроту пилы, а выкрашивался потому, что сталь
была грубее. Но из результатов всех опытов будет видно, что здесь
скрывалась другая причина.
7. ВЛИЯНИЕ НА СТАЛЬ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗА. ОПЫТЫ (68-73) ПОКАЗАЛИ:
Что сталеватое златоустовское железо и самое мягкое дают одинакового
качества сталь, подтверждая тем, что углерод, находящийся в первом, не
имеет влияния на изменение свойств ее, но в стали, приготовленной из
навивного златоустовского железа, можно было заметить разность в
свойствах. Она при одинаковой твердости удобнее куется, принимает лучшую
полировку и по вытравке более темный грунт; но в стойкости, сравнительно
со сталью из обыкновенного железа, значительной разности не
представляет, а сравнительно. с переплавленною рафинированною сталью ей
уступает. Первые явления сообразны с ожиданием, но последнее оставалось
долго непонятным. Улучшение ковкости, полировки и грунта я приписывал
уменьшению в навивном железе посторонних примесей и в особенности серы,
присутствие которой замечается в некоторых железных рудах
Златоустовского округа: навивное железо по способу приготовления
подвергается большому действию возвышенной температуры и кислорода; оно,
будучи собираемо из обращенной полу-крицы, пред самою фурмою, удобнее
выделяет и углерод и серу. С допущением в навивном железе меньшего
количества серы объясняется разность в грунте металла, а что стойкость
не увеличивается, то причина сего явления могла объясниться токмо
впоследствии.
8. ВЛИЯНИЕ ВОЗДУХА НА СТАЛЬ
Из первоначальных опытов (опыт 3) видно, что пока я не вымазал нагретой
формы салом, выливаемая в нее сталь не ковалась. Это доказывает, что
доступ воздуха изменяет свойства расплавленной стали и сближает ее с
чугуном: сало, дымясь в нагретой форме, образует отчасти углекислоту,
которая, наполняя форму, вытесняет воздух. Хотя это средство оказалось
полезным, но нельзя утверждать, что сталь при выплавке не подвергалась
совершенно влиянию воздуха; почему мною предпринимаемы были многие опыты
к улучшению выливки стали, но ни один из них не мог быть введен в
большом виде. Таким образом, устройство шестка, герметически запираемого
во время выливки, и снабжение тигля дырою на дне с железным гвоздем не
имело успеха, ибо, хотя возможно было сделать устройство для вынутая
гвоздя, но тигель во дне часто повреждается и металл прежде времени
вытекает. Другой опыт, едва не стоивший мне жизни, также не имел успеха.
Он состоял в следующем: первоначально приготовили железную форму с
воронкою несколько большей в окружности, нежели окружность тигля. Форма
и воронка набиты были глиной с песком, не получающей трещин при
просушке; в ней отформована пустота для выливкн стали. Форма эта
просушивалась несколько дней в теплом месте, и оказалась не получившей
трещин; также просушена была часть просеянной глины для насыпки на края
тигля при выливке металла.
Когда сталь была готова, то вынутый из печи тигель поставили на теплую
золу, на края его посыпали кругом сухой глины, а на нее поставили форму,
обращенную воронкой вниз, которая имела впадину в глине, соразмерную
тиглю. Потом и тигель и форма были захвачены особыми клещами, и
мгновенно опрокинуты, так что тигель был уже над формою. В это мгновение
слышен был удар, и я с рабочими очутился под дождем расплавленного
металла: весь металл вылетел из формы и мелкими каплями разбрызгался над
нами. К счастью, холодное время зимы не позволяло быть без теплой одежды
и перчаток, я имел еще время сдернуть одну из них с руки, на которой
капля стали успела оставить следы действия своего навсегда.
Предстоявшая: беда приписана была, недостаточной сухости формы. Я
повторил опыт с пожженною формой и хотя успел вылить сталь, но при ковке
она на поверхности получала трещины и плены, происшедшие, вероятно, от
прикосновения стали к глине и песку. Сей опыт почитаю я достойным
замечания в особенности потому, что на стали сохранились узоры более
явственные, нежели на вылитой обыкновенным способом; что они были
подобны булатным и что имели даже тот вид и расположение, какое бывает
на стали, не вылитой в форму и приготовленной с помощью флюса и
окалины'. Сталь при опыте получена была тоже с помощью флюса и окалины.
9. О ПЕРВЫХ ОПЫТАХ ПОЛУЧЕНИЯ БУЛАТОВ
Не оставляя намерения получить булат, подобный азиатскому, я продолжал
опыты. Прежде всего, я обратился к кристалловаиию стали, приготовляемой
без флюса и окалины (74-78);.не выливая ее в форму, я дал время остынуть
в печи вместе с тиглем; но, встретив затруднение в проковке больших
пудовых сплавок, я должен был уменьшить тигли. При сплавках весом в 20
фунтов, я встречал те же затруднения в проковке, особенно, когда сталь
была средней твердости; одна, только самая мягкая, сталь могла
проковаться в полосы. Результаты сих опытов заключаются в следующем:
а. Хотя сталь, медленно охлажденная в тигле, и имеет наклонность к
кристаллованию и образованию узоров, но узоры ее столь мелки, что без
помощи микроскопа с трудом распознаваемы быть могут, и то не всегда. Но
в стали, получаемой без крыши с помощью флюса и окалины, узоры
явственнее, хотя она представляет те же затруднения в проковке.
б. Не бывший в ковке сплавок богаче узорами на дне, нежели вверху. Но
как всякая литая сталь, взятая от нижнего конца, бывает лучше верхнего,
разумея положение её в форме, то из этого следует, что узор может
служить признаком доброты стали.
с. В прокованных сплавках узоры обнаруживались или токмо местами или
совсем исчезали. Из этого следует, что неровность узоров и самое
уничтожение их зависит от ковки, а впоследствии увидим, что
преимущественно от излишнего нагрева стали при ковке.
Подобные следствия бывают и с настоящими булатами, требующими весьма
осторожной обработки; между тем, узоры, происходящие от посторонних
металлов, не уничтожаются ни от выливки стали в форму, ни от ковки.
Итак, узоры в стали, медленно охлажденной, различны от узоров,
происходящих от металлов, но сходны с узорами в булатах; одна только
разность в величине их чрезвычайна. Все вышеупомянутые результаты
привели меня к заключению, что булат есть не смесь стали с каким-либо
металлом, но смешение железа с углеродом, подобное стали, и что причины
образования крупных узоров надлежит ближе всего искать в способе
соединения железа с углеродом. Но сведения наши о приготовлении булатов
в Азии столь ограничены, что в них нельзя найти руководства. Вот
существенные из них:
а) по свидетельству шведского путешественника Шведенборга, японцы
приготовляют сталь из железа, лежавшего долгое время в воде, а Тунберг
подтверждает, что японские сабли превосходны и что ими можно перерубать
весьма легко гвозди без повреждения лезвия;
б) Тавернье в путешествии по Персии упоминает, что булатная сталь
получается из Голконда в виде малых хлебов, рассеченных пополам. Этот
вид показывает, что голкондский булат есть сплавок, подобный полученному
мною (опыт 78). Мугамет Али описал приготовление персидской булатной
стали следующим образом: железо употребляют доставляемое из гор, но не
известно, каким способом оно приготовляется: это железо сплавляют в
печи. Она имеет по 4 фута в длину и ширину и от 6 до 7 футов в вышину,
стены не толще 8 и 9 дюймов. В 16 дюймах от почвы делают из обтесанных
камней горн, у дна которого находится отверстие для отливки
расплавленного металла; уголь употребляется самый твердый и тяжелый,
отличный от получаемого из дуба. Дутье в печь производится ручным мехом.
Печь действует без остановок, и по мере накопления металла он отливается
в формы. Эти сведения показывают, что способы получения булатов не
одинаковы в самой Азии: ибо, очевидно, одни из них составляют медленно
охлажденные сплавки, а другие металл, подобный литой стали. К числу
первых принадлежит и способ приготовления Вутца, описанный Вилькинсоном.
10. О ВЛИЯНИИ НА ЖЕЛЕЗО РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ, СОДЕРЖАЩИХ УГЛЕРОД
а. Растений
Хотя определение влияния различного рода растений на железо было
предпринимаемо многими металлургами, в особенности Ринманом и Реомюром,
но результаты их опытов не могли иметь прямого отношения к литой стали,
ибо они относились собственно до цементования железа; это побудило меня
обратить внимание на растения вообще. Клен как твердейшее из всех
произрастающих здесь дерев предпочтительно пред прочими подвергнут был
испытаниям. Потом от самого твердого я обратился к самым мягким
растениям, каковы, например, цветы, дабы тем удобнее заметить разность
влияния растении на сталь, судя по различной твердости.
Опыты (от 79 до 93) производились с прибавлением 1/100 до 1/20 кленового
дерева. При 1/100 части сталь бывает весьма мягка без признаков узоров;
при 1/50 твердость ее увеличивается, но узоры то бывают слабы, то
обнаруживаются явственно и в последнем случае сходны с булатом; при 1\25
она с трудом куется, а узоры проявляются также непостоянно. При 1/20
части клена, когда расплавление и соединение с углеродом достигнуты
совершенно, сталь перестает быть ковкою, но узоры как бы произвольно
изменяются в величине. В продолжение опытов с кленом замечено только,
что при некоторых из них образовалась часть шлака, и в особенности при
тех, которые давали сталь с узорам, более явственным. Из этого следовало
заключить, что переход земель и щелочей, заключающихся в дереве, в шлак,
а не присоединение к железу, способствует к образованию собственно
булатных узоров, которые на иных образцах были столь явственны, что
составляли булат, подобный хорасану, хотя невысокого качества.
Прибавление к навивному железу (опыты 94-100) березового дерева имело
следствия, подобные клену. Цветы (содержащие, кроме углерода, и азот)
давали сталь также с узорами (94) и притом более светлыми, нежели сухое
дерево; мука ржаная, сажа голландская хотя производят узоры, но не столь
светлые, как цветы. Бакоутовое дерево имело влияние, подобное муке: из
сих опытов видно, что успех в получении булатов не зависит ни от степени
твердости растений, ни от количества их, но более от образа соединения
углерода с железом, и от наименьшей примеси посторонних тел. Итак,
понятие Бреана о причинах появления узоров 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.
б. Животных тел
Опыты прибавления Животных тел к железу (101-104), как, например, рога,
слоновой кости, показали, что хотя с помощью их можно получить сталь с
узорами, но они никак не могут равняться с узорами настоящих булатов.
При сих опытах замечено, однако же, что сырой рог лучше пожженного для
проявления узоров.
с. Углерод чугуна
Далее полагал я полезным испытать сплавление чугуна с железом без
доступа воздуха, смешивая их в такой пропорции, чтобы составить сталь;
ибо известно, что чугун содержит в себе углерода от 3/100 до 5/100, а
мягкая сталь до 1/100.
Опыты (от 105-107) показали, что 16 частей железа и 4 - чугуна дают
сталь, которая куется удобно, но холодноломка и приготовленные из нее
зубила нестойки, но что при плавке более продолжительной связь в частях
несколько увеличивается. Как опыты сии не показали значительного
улучшения собственно в стали, то и не были продолжаемы без выливки.
А. Влияние ископаемых тел, углерод содержащих
Не видев возможности достигнуть удовлетворительного успеха ни помощью
углерода растений, ни помощью углерода животных, мне оставалось ожидать
оного в царстве ископаемых. Алмаз и графит казались мне ближайшими
телами к достижению цели. Алмаз как чистейший углерод, графит как
соединение того же углерода с основаниями земель. Но драгоценность
первого лишала возможности предпринять подобные опыты, особенно при
неуверенности в успехе; я остановился на графите. Для первых опытов я
мог иметь графит посредственного качества; в нем видны были местами
прослойки и зерна серного колчедана. Выбрав до 2-х фунтов, невидимому,
чистого графита, я предварительно истолок его, в предположении
употребить подобно флюсу.
Первые опыты, (от 108 до 111) производимы были в малых тиглях, вмещавших
до 5 фунтов железа, без крыши. На железо насыпаемо было до 5 фунта
графита. Плавка шла медленнее прежнего на довольно сильном духу, ибо
продолжалась 2 и более часа. При разбитии медленно охлажденных в печи
тиглей корольки или сплавки казались как бы несовершенно расплавленными;
ибо куски железа в некоторых местах сохраняли первоначальную форму; но
это происходило от просыпавшегося в тигель графита, который, пристав к
стенам тигля, не мог впоследствии подниматься наверх. Уже первый опыт
увенчался большим успехом, нежели все предшествовавшие. По проковке
сплавка в полосу на нижнем конце ее обнаружились узоры настоящего
булата, а по мере приближения к верху они становились реже и
неправильнее. Из нижнего конца этой полосы приготовлен первый булатный
клинок, называемый хорасаном, которого узоры к концу становились хуже.
Результаты повторенных несколько раз опытов с тем же графитом
оказывались сходными. Вся разность заключалась в незначительном
изменении грунта и формы узоров, большею частью средней величины. Но
этот успех был непродолжителен. С переменою графита или металл не
плавился, или не ковался, или, наконец, терялись в нем узоры (опыты
112-129). Одним словом, отыскание потерянного продолжалось два года. Из
многих сделанных в это время опытов я мог извлечь только ту пользу, что
они открыли другие пути к получению булатов. Таким образом, смешивая
железную руду с графитом (от 130 до 138), можно получить непосредственно
из руд ковкий булат. Эти опыты заключают в себе открытие в металлургии
железа, открытие, важное по многим отношениям: во-первых, потому, что до
сих пор да руд в тигле никто еще не получал ковкого металла, в полном
смысле этого слова; во-вторых, потому, что сим способом можно получать
превосходный булат, если первые материалы будут высокого качества;
в-третьих, потому, что оно ведет к предположению, что древний и
потерянный более 600 лет способ приготовления булата, известного под
названием табан, едва ли не состоял в сплавлении графита с железною
рудою; и, наконец, оно ведет к новым открытиям, которые могут послужить
и к сбережению горючего материала в доменных печах, и к улучшению
качества самого чугуна в тех заводах, где графит находится близко; ибо,
если он может восстановлять железо, то он без сомнения заменит и часть
угля, потребного для сей цели, а соединяясь с железом, улучшит чугун и
приблизит его к состоянию более ковкому или увеличит в нем вязкость, что
в особенности может принесть пользу при отливке орудий. Но как в
Златоустовском округе и вообще на Урале не открыто еще благонадежных
месторождений графита, то я остановил дальнейшие опыты над сплавливанием
железных руд с графитом, особенно потому, что прежде избранный мною
способ сопряжен с меньшими расходами. По приискании графита, годного для
приготовления булатов, я снова достиг потерянного успеха.
Первый графит, годный на булаты, оказался в обломках от пассауских
тиглей (опыты от 139 до 140); для сплавления его с железом необходимо
прибавлять на 1 фунт до 1/4 фунта кварца, пережженного горнового камня.
Плавка производилась в больших тиглях: в один раз полагалось по 12
фунтов железа и до 1 1/4 фунта графита. Плавка под крышею продолжалась
от 4 до 5 часов, следовательно, долее обыкновенной стали. При сих опытах
булат получаем был преимущественно продольный, или шам, а иногда и
хорасан невысокий.
В это время обращали на себя общее внимание опыты директора Парижского
монетного двора г. Бреана. Г. начальник штаба корпуса горных инженеров,
Константин Владимирович Чевкин, во время обзора заводов, удостоив
особенного внимания образцы булатов, приготовленных мною в продолжение
опытов, поручил повторить и опыты Бреана. Повторение их заключалось в
сплавлении навивного железа с 1/100 и 2/100 голландской сажи, с 1/100
сажи и 1/100 графита, в сплавлении мягкого чугуна с сырым, по равной
части (142-145). Плавка производилась под крышею; корольки, или сплавки,
получаемые при опытах, ковались хорошо, кроме последнего смешения. Узоры
на нижних концах полос были подобны опытам с растительными телами, но
далеки от настоящего булата. Эти опыты убедили меня, что Бреан не близок
еще к цели, особенно потому, что и самые понятия его о булатах, как я
имел случай заметить) выше, не вполне объясняют явления, встреченные
мною при опытах.
За сими опытами следовали другие, клонившиеся к сплавлению графита без
обожженного кварца, так как в этом флюсе я подозревал влияние силиция на
булат. Избежать кварца я считал возможным и потому что железные руды
могут служить флюсом для расплавления графита и для получения самого
булата. Но опыты (146-148) показали, что прибавление обожженной железной
руды, или окисла железа, лишает булат узоров; между тем, как тот же
графит с кварцем (149) обращал железо в булат. Знав влияние на сталь
закиси железа из прежних опытов, мне нетрудно было заметить, что влияние
окисла различно от влияния закиси, и это обратило меня к новым опытам
(150-151). Я сплавил 10 фунтов навивного железа в тигле без крыши до
совершенной жидкости, следовательно, соединил его с таким количеством
углерода, какое находится, в чугуне. Сплавок этот, как и предполагать
было должно, не сковался и узоров не обнаружил; он составлял очищенный
чугун. Для проявления узоров он переплавлен с прибавлением 1/2 фунта
окалины без доступа воздуха; по сплавке королек покрыт был ноздреватым
зеленым шлаком и имел некоторую степень ковкости; но только нижняя часть
его могла проковаться, и то не чисто. По вытравке на пластинке оказались
крупные узоры кара-хорасана. Другой опыт (152-153) повторен был с
обыкновенным железом; он сопровождался подобным же результатом.
Полученный в небольшой пластинке булат, хотя также был кара-хорасан, но
имел грунт серый и грубый. Эти опыты показали: 1) что булат может быть
получен без графита из всякого железа, прибавляя при переплавке его
окалину, и оставляя в тигле до охлаждения; 2) что навивное железо лучше,
обыкновенного, ибо грунт булата выше, и 3) что проковка сих булатов тем
затруднительнее, чем более заключается углерода в стали.
Сравнивая сей способ с персидским, описанным Мухаметом Али, в обоих
находится много общего, то же сплавление железа в прикосновении с углем,
та же выливка после плавки; не достает только окончательного процесса
для проявления узоров, который, вероятно, от него был сокрыт и остается
до сего времени неизвестным для европейцев. Но я полагаю, что полученную
таким образом нековкую сталь, или чистый чугун, персияне или
переплавляют с прибавлением закиси железа и тогда уже оставляют в горну
для кристаллования, или вылитую сталь подвергают предварительно для
удобнейшей проковки другой операции, о которой будет упомянуто ниже, в
статье о превращении стали в булат. Сплавление стали с окалиной и
появление в ней узоров, служащих признаком улучшения металла, подали
повод к прибавлению окалины к самой стали при окончании процесса
цементования. Но опыт (154) не оправдал ожидания, ибо вылитая в форму
сталь не обнаружила ни узоров, ни разности в свойствах. В этом случае,
как и прежде замечено было, узоры уничтожаются от несовершенства способа
выливки стали.
Но как булаты, получаемые с помощью графита, сохраняют ковкость даже при
крупных узорах, не требуя никакой другой работы, то я предпочел прежний
способ новому и для усовершенствования булатов обратился к приисканию
графитов по возможности лучшего качества.
1. ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Под словом булат каждый россиянин привык понимать металл более твердый и
острый, нежели обыкновенная сталь. Наши поэты, и древние и новейшие,
нередко вооружают своих героев мечами булатными: в песне о полку
Игореве, сочиненной еще в XII веке между прочим видим, что воины
Всеволода с булатными мечами поражали половцев; кому неизвестно также
поэтическое сравнение золота с булатом Пушкина.
Все это свидетельствует, что булаты в России давно были известны хотя
искусство приготовления их никогда не существовало и хотя самые
признаки, по которым они различаются от стали, не были народными. Родина
булатов принадлежит востоку, и предки наши бывшие в частых сношениях с
азиатцами, от них приобретали булаты и самые познания о достоинствах их.
Но прочие европейские государства знакомы с булатами едва ли не позже
России; по крайней мере история железа, образцовое в свое время
сочинение шведского металлурга Ринмана, достаточно может убедить, какое
отдаленное понятно имела Европа о настоящих булатах лет за 55 пред сим:
Ринман и его последователи полагают, что узоры, видимые на булатах,
происходят от сваривания различной твердости стали и железа и что
различие узоров зависит от способов сваривания. Булат и до сих пор
составляет, по моему мнению, неразгаданный металл; не только химический
состав его, но и физические свойства достаточно еще не исследованы.
Поиски химиков не могли обнаружить в нем существенной разности от стали.
Это зависело впрочем не от недостатка в тщательности разложений; но
главнейше от недостатка в самой науке: химия, несмотря на быстрое
совершенствование, не достигла еще науки точной, и многое осталось для
нее тайною природы. Что неполнота науки может иногда приводить к ложным
заключениям, то в отношении к булатам видно некоторым образом из опытов
английского химика Фарадея, который, разлагая) индийский булат,
известный под именем вутца, нашел в нем' присутствие алюминия я
заключил, что сей металл составляет причину узоров в булате.
Впоследствии будет упомянуто о влиянии алюминия на сталь.
Наряду со многими известными учеными того времени Фарадей также
занимался раскрытием "секрета" изготовления восточных булатных клинков
Новейшие химики хотя оставили мнение Ринмана, допуская, что узор в
азиатском булате есть следствие кристаллования при медленном охлаждении
расплавленного металла, но не могли определить зависимости свойств оного
от вида и расположения самих кристаллов, несмотря на то, что не
отвергают зависимости кристаллования от состава тел. Итак, если разность
в кристаллизации есть вообще следствие состава тел при некоторых
физических условиях, то почему же и в булате она не есть следствие той
же причины? И если сталь при медленном охлаждении не получает узоров
настоящего азиатского булата, то не ясно ли это доказывает, что состав
булата различен от стали; а если химические разложения не обнаруживают
этой разности, то остается только заключить, что они несовершенны.
Попытки металлургов и художников, старавшихся приготовить булат подобный
древнему, не имели также положительных успехов: европейских булатов
высокого достоинства мне видеть не случалось, и все, что писано было об
этом предмете, не заключает в себе удовлетворительных сведений, ибо ни в
одном из трактатов о булате нет истинного основания - достижения
совершенства в стали. Таким образом, с одной стороны, недостаток
химических познаний, с другой - трудность приготовления хорошего булата,
оставляют европейцев в недоумении относительно достоинства его.
Некоторые металлурги, упираясь на химические разложения, не хотят верить
в особенное достоинство булатов: один из первоклассных металлургов
нашего времени, г. Карстен в сочинении о железе заключает статью о
булатах следующими словами: "Какую бы цену ни приписывали булату по
узору, она ничего не доказывает в пользу качества металла: напротив
того, можно утверждать, что лучшая и наиболее однородная сталь есть
именно та, которая наименее способна принять узорчатую поверхность". Но
в Азии булаты с незапамятных времен не выходят, так сказать, из молы, и
сохраняют постоянную ценность, подобно благородным металлам. Азиатцы,
хотя отставшие от нас в просвещении, не могли ошибаться в продолжении
многих веков в истинном достоинстве каждой вещи, приобретаемой за
дорогую цену. Они охотно платят за лучшие клинки по 100 и более
червонцев. Путешественник наш по Японии г. Головнин пишет, что у японцев
булатные сабли как священные веши переходят из рода в род и сохраняются
с таким тщанием, что воин более всего заботится о сбережении своего
оружия. Итак, если булаты могли сохранить постоянную ценность по
настоящее время и в Японии, и в Китае, и в Индии, и в Персии, и в
Бухарин, и в Турции, и в нашей Грузии, то невозможно согласиться с
мнением г. Карстена. Эти соображения лет за 12 пред сим заставили меня
верить более мнению о булатах, переданному нам древними, нежели точности
химических разложений. Собрав несколько образцов, я старался определить
относительное их достоинство различными испытаниями, посредством которых
я скоро мог заметить, что при некоторых видоизменениях узоров, булат
очевидно тверже, но не хрупче стали, следовательно лучше ее. С тех пор я
принял намерение опытами доискиваться тайны приготовления булатов.
Сначала труд этот казался мне маловажным, но чем более я знакомился с
достоинством образцов, тем более убеждался, что первые успехи мои
ничтожны " что переход от едва приметного узора до такой крупности,
какая замечается на драгоценных клинках, составляет океан, который
надлежало переплывать многие годы, не приставая к берегу и подвергаясь
различным случайностям.
Если мои опыты и увенчались успехом, то этот успех принадлежит не мне, а
правительству: оно, дав направление моей службе, наделило и средствами к
исследованиям. Этого мало, оно готовило меня к успеху другими пособиями:
награды при малейших успехах по службе и милостивое ободрение при
неудачах постоянно поддерживали пламенное усердие к достижению
предположенной цели.
Россия, богатая железными рудами различного свойства, не бедна и
искусными руками: ей недоставало только совершенства в
общеупотребительном материале - в стали, а это есть булат.
2. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О БУЛАТАХ
Булатами называется всякая сталь, имеющая узорчатую поверхность; на
некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, а на
других не прежде, как поверхность ее подвергнется действию какой-либо
слабой кислоты. Сок растений или уксус, приготовляемый из пива, может
заменить кислоту. Обнаруживание узоров называется вытравкою. Узоры на
стали могут быть весьма различны; но не всякая сталь с узорами должна
быть названа булатом. На обыкновенной стали рисовкою и травлением
наводят иногда узоры, подобные булатным; но как бы тщательно они сделаны
ни были, опытный глаз не затруднится распознать искусство, не зависящее
от свойства стали. Такие булаты называются ложными.
Другой род булатов имеет хотя искусственные узоры, но заключающиеся в
самом металле, так что сколько бы раз ни повторять полировки и вытравки,
они снова появляются. Эти булаты известны под именем искусственных или
сварочных. Они получаются чрез многократную сварку как различного рода
стали между собою, так и с железом. Достоинство сих булатов может быть
различно и зависит частью от качества первых материалов, частью от
искусства мастеров. Сварочные булаты, отличающиеся внутренним
достоинством, приготовляются преимущественно в Азии, например, в Индии,
Турции и Грузии, и в особенности теми из мастеров, которые знакомы с
обработкой настоящих булатов; но европейские сварочные булаты не
приобрели особенной известности, ибо внимание европейских мастеров
обращено более на образование узоров, нежели на улучшение качества
металла; оттого сварочные булаты, например, солингенские и
клингельтальские, хотя имеют узоры, но лишены других признаков,
определяющих достоинство булата. Впрочем как бы совершенны ни были
сварочные булаты, они не могут равняться с хорошими настоящими; ибо
будучи сплавлены, теряют узоры.
Настоящий булат отличается от сварочного неподражаемым для искусства
расположением узоров, происходящим от состава металла, и тем еще, что
при переплавке не теряет узоров, но претерпевает большее или меньшее
изменение в расположении их, смотря по тому, как предпринята была
переплавка и какое влияние имела она на изменение в составе металла.
Сколько мне из собранных сведений и образцов известно, в Азии разделяют
булаты на многие роды. Это разделение основано или на местности, где их
приготовляли и приготовляют, или на различии способов приготовления, или
на свойствах самого металла. Известнейшие из них суть: табан,
кара-табан, хорасан, кара-хорасан (от провинции в Персии, называемой
Хорасан), гынды, кум-гынды, нейрис и шам (слово шам, по уверению
капитана английской службы Эбота, есть простонародное название Сирин,
почему шам означает собственно сирийский булат). Индийский вутц также
принадлежит к булатам. Достоинство булатов познают азиатцы по узору, по
цвету грунта или промежутков между узорами и по отливу поверхности при
косвенном направлении лучей света. Азиатцы полагают: чем крупнее,
явственнее узор, тем выше достоинство металла. Узор почитается крупным,
когда достигает толщины нотных знаков, средним, когда не толще
обыкновенного письма, и мелким, когда можно заметить его невооруженным
глазом.
Грунт в булатах бывает или серый, или бурый, или черный. Чем он темнее,
тем выше достоинство булата. Иные булаты не имеют отлива, другие
отливают красноватым, а иные золотистым цветом. Чем явственнее отлив и
чем более он приближается к золотистому, тем выше достоинство металла.
Достоинство булатов может быть познаваемо также по звону: чем он чище и
продолжительнее, тем выше достоинство металла; но как признак сей
находится в зависимости от формы и отделки изделий, то не признается
верным. Лучшими булатами почитается табан, кара-табан, кара-хорасан, а
худшим шам, который заключает в себе преимущественно продольные узоры.
Грузинские мастера уверяют, что искусство приготовлять табан потеряно в
самой Азии около 600 лет и что прочие два рода весьма редки в настоящее
время.
Слова грузинских мастеров подтверждаются историческими сведениями о
дамасских клинках, сообщенными английским ученым Вилькинсоном. Он
говорит (в статье о причинах образования узоров на булатах, помещенной в
журнале королевского азиатского общества 1837 года): город Дамаск
прославился во всем-свете мануфактурами сабельных клинков, но Тимирланг,
покорив Сирию в начале XIV века, увлек в Персию всех мастеров и с того
времени выделка оружия в Дамаске пришла в упадок, а потомки тех
мастеров, рассеявшись по востоку, потеряли искусство. Вышеописанные
признаки, как мною дознано многими сравнительными опытами, вернее
определяют достоинство металла, нежели все средства, употребляемые
европейскими мастерами: последние дают токмо приблизительное понятие о
достоинстве стали и притом большей частью в то время, когда она
находится в работе, а не в виде готового изделия, о котором остается
судить по пробе, соответственной употреблению. Таким образом, при
покупке готового изделия, 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 слесарской 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.
3. ОБ УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БУЛАТОВ
Первые опыты предприняты были в малом виде. Впрочем все принадлежности
устроены на тех же началах, на которых впоследствии основано устройство
для дела литой стали в большом виде, описанное в сочинении моем,
помещенном в № 1 "Горного журнала" за 1837 год. Вся разность заключалась
в размерах внутренности печи. Для тиглей, вмещающих от 5 до 10 фунтов
железа в кусках, печь в виде цилиндра имела в вышину до 10 вершков, а в
поперечнике до 9 вершков. Впоследствии, когда приобретен был некоторый
успех, булаты приготовлялись в печах и тиглях, употребляемых для литой
стали. Почему я почитаю излишним повторять здесь в подробности об
устройстве печей, о приготовлении тиглей и о предварительной прогревке
их.
4. О ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ОПЫТАХ
В 1828 году, когда сделались известными результаты исследований г.
Фарадея и когда обретена была платина на Урале в огромном количестве,
его сиятельство министр финансов, граф Егор Францович Канкрин, поручил
горному начальству повторить опыты г. Фарадея. Исполнение того поручения
возложено было на меня.
Поводом к сплавлению литой стали с платиною послужило г. Фарадею
следующее обстоятельство: доктор Скотт, находившийся в Бомбее, доставил
в английское королевское общество несколько образцов индийского булата,
или вутца, употребляемого индийцами предпочтительно пред сталью на
ружейные плашки, на резцы для обточки железа, на ножницы, пилы и вообще
на изделия, требующие особенной твердости. Фарадей при химическом
разложении заметил в вутце присутствие алюминия и полагал, что узоры,
обнаруживающиеся на нем от действий разведенной серной кислоты,
происходят от сего металла. Чтоб подтвердить это предположение, он
приготовил смесь, состоящую из "железа и алюминия, и через сплавление ее
с английской литой сталью получил металл, похожий на вутц, который он и
назвал искусственным вутцем, не упоминая впрочем о его свойствах. Потом
г. Фарадей, сплавляя сталь, кроме алюминия, с серебром, родием и
платиною, заметил, что все сии сплавы были тверже обыкновенной литой
стали, что они имели превосходные свойства и в особенности сплавок с
платиною.
Не имев до того времени случая видеть производства литой стали, ни
переплавлять ее, легко представить, сколько предстояло мне затруднений,
чтобы хотя в некоторой мере исполнять лестное поручение начальства.
Надлежало устроить печь, приготовить огнеупорные тигли, избрать способ
приготовления литой стали: ибо сплавление английской стали с платиною не
могло принести существенной пользы.
Все руководства об этих предметах, бывшие известными мне в то время,
оказывались или недостаточными по краткости, или несообразными с
местностями. Оставалось прокладывать новый путь. Таким образом протекло
более года, пока я в состоянии был представить на благоусмотрение
начальства первые образцы платинистой литой стали. Она получена
следующим образом (опыт 10-й). В тигель, предварительно прогретый,
положено 4/3 фунта рафинированной стали, 1 фунт мягкого железа, 5
золотников платины и сверху 1/2 фунта флюса, составленного из 1/4 фунта
кирпичной глины и 1/4 фунта толченого стекла. Плавка продолжалась 1 час
20 минут при ровном умеренном дутье. Полученная сталь вылита в форму и
прокована при умеренном нагревании; по испытании она оказалась весьма
твердою и годною на тонкие инструменты.
Из сравнения свойств чистой литой стали с платинистою, одинаковым
образом полученных (опыты 15-й и 19-й), оказалось, что первая при
большей твердости столь же удобно куется, что по вытравке слабой серной
кислотой она обнаруживает узоры, различные в цвете и расположении от
замечаемых на литой.стали, с землистыми флюсами получаемой. Когда я
увеличил количество платины до 2-х золотников на фунт стали (опыт 15-й),
то узоры сделались еще явственнее, но расположение их было очевидно
различно от булатных.
Сии опыты привели меня к заключению, что если в платинистой стали узоры
увеличиваются от прибавления платины, то и в литой стали проявление их
зависит от присоединения какого-либо металла, или по замечанию г.
Фарадея от алюминия, так как флюсом служила глина, смешанная со стеклом.
Для определения влияния других земель на сталь я изменял флюсы и вместо
глины употреблял кварцевый песок из пережженного горнового камня и
известь. Я скоро мог убедиться, что с переменой флюсов и узоры
изменяются как в виде, так и в цвете. Дальнейшие исследования показали
(от 20 до 35), что от присоединения алюминия узоры бывают желтоваты и
малоблестящи. От силиция и магния они светлее и приближаются к цвету
цинка, а от кальция к серебру. Чем слоеватее сталь в изломе и чем
удобнее пленится при ковке, тем явственнее узоры, и, следственно, тем
богаче сталь сими металлами. По сравнению с платинистою сталью, в
которой количество платины было мне известно, я мог приблизительно
определять и количество других металлов. В последнем случае оно могло
простираться до 2-х процентов в 100 частях, а при одном проценте сталь
удобно может быть прокована, когда она притом не очень тверда. Все эти
опыты убедили меня, что присутствие металлических оснований земель имеет
вредное влияние на сталь, в каком бы малом количестве они ни находились
в ней; притом как узоры от сих металлов весьма различны от булатных, то
и следовало искать другой причины для произведения их. С этой целью я
желал определить влияние на сталь некоторых металлов, сопровождающих
железные руды, ибо вообще предмет, заключающий в себе отношение железа к
другим металлам, казался мне недостаточно исследованным Ринманом,
Гассенфрацом, Карстовом и другими металлургами, по крайней мере в
отношении к предположенной мною цели.
5. ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ
Ряд опытов, произведенных мною с целью определить влияние на сталь
марганца, хрома, титана, серебра, золота и платины, привел меня к
следующим результатам:
а. Примесь марганца к стали (опыты 36-й и 41-й) в малом количестве до
1/200 не производит в ней видимой перемены, которую тем труднее
заметить, что сталь при одних и тех же условиях плавки бывает несколько
различна и в качестве и в твердости. Но если в ней заключаться будет до
1/100 марганца, тогда она становится тверже, хрупче или вообще грубою.
Зубила для насечки пил как одно из удобнейших средств для испытания
стали скоро начинают выкрашиваться, на поверхности полированной и
вытравленной стали появляются в первом случае едва приметные, а во
втором - мелкие узоры, а грунт становится вместо серого бурым. С
увеличением количества марганца до 1/50 сталь делается столь ломкою, что
при ударах колется по длине, соответственно направлению слоев, ее
составляющих. Эти слои имеют цвет, не свойственный стали, а подобный
цинку. Последнего рода сталь по вытравке обнаруживает узоры, хотя
мелкие, но явственные. Они, будучи сравниваемы с булатными, бывающими
иногда столь же мелкими, оказываются от них весьма различными и по виду
и по расположению. Все эти результаты достаточно, кажется, убеждают, что
присутствие марганца в стали составляет более вредную нежели полезную
примесь. Правило это не опровергает впрочем мнения, принятого
металлургами, что для получения хорошей стали необходимы
марганецсодержащие железные руды, которые получили с давнего временя
название стальных руд. Но, по моему мнению, марганец полезен в железных
рудах не присоединением к чугуну или стали, но другим путем, о котором я
упомяну впоследствии.
б. С хромом и титаном предприняты были точно такие же опыты, как и с
марганцем, прибавляя в первом случае к флюсу хромистое, а во втором -
титанистое железо. Результаты сих опытов оказались во многом сходными:
то же увеличение хрупкости с умножением примеси сих металлов, те же
явления относительно проявления узоров, а главная разность в том, что
хром и особенно титан при одинаковом количестве меньше вредят стали
нежели марганец, и что сталь с хромом принимает высшую полировку. Что
принадлежит до узоров, то они, различаясь от марганца, различны и между
собою, но узоры от хрома красивее нежели от марганца и по расположению
своему более других приближаются к булатным, что вероятно и послужило
поводом французскому химику Бертье почитать хромистую сталь за булат.
Грунт от хрома темный, а от титана фиолетовый, по которому присутствие
титана легко узнавать можно (опыты 42-49). Вообще опыты показывают, что
и марганец, и хром, и титан менее вредят стали, нежели кальций, силиций,
магний и алюминий. Сии последние, находясь в стали в количестве,
простирающемся до 1/50 части, наверное составят нековкий металл, но если
в нем не будет вовсе заключаться углерода, тогда он будет составлять
особый сплавок железа более или менее ковкий. В одном из подобных
сплавков железа с силицием г. Берцелиус нашел до 19 процентов сего
металла, и, несмотря на столь значительное содержание, железо удобно
ковалось и по наружному "Виду не отличалось от обыкновенного.
в. Сплавки стали с серебром (опыты 49-50), которого они содержали от
1/367 До 1/90, отличались от обыкновенной в особенности удобною
ковкостью при значительной твердости. Сталь эта в изломе белее
обыкновенной, но, будучи выполирована и вытравлена, не имеет
однообразных узоров, несмотря на увеличение серебра, а токмо местами
обнаруживает белые неправильные полоски, доказывающие некоторым образом,
что серебро неохотно вступает в химическое соединение со сталью. Г.
Фарадей замечает, что серебристая сталь менее подвержена ржавчине; мои
наблюдения подтверждают также это замечание. При изделиях некоторого
рода, как, например, при деле частей, принадлежащих к часам, одно это
свойство может быть столь важно, что вознаградит издержки за серебро. Но
сплавки с прочими металлами, о которых было упомянуто выше, скорее
ржавеют, нежели чистая сталь.
г. Отношение золота к стали (опыт 51-й) не показало особенных свойств
кроме того, что золотистая сталь оказалась мягче обыкновенной и в ковке
и в закалке. Но замечательно, что от прибавления золота в количестве до
1/200 не обнаружилось никаких видимых знаков на поверхности вытравленной
стали кроме ровного желтоватого отлива. Влияние золота на сталь при
большем его количестве осталось неисследованным.
д. Хотя о влиянии платины были уже произведены опыты, но я счел не
излишним повторить их при измененном флюсе и при улучшении самой стали,
В самом деле новый опыт (52) показал, что платинистая сталь имела уже
другие узоры, различные от полученной без примеси железной окалины; они
были мелкие, и хотя не везде однообразные, но сохранившие цвет платины.
Эта сталь принимала весьма хорошую полировку, была тверда и остра в
бритвах, только некоторые из них получали трещины при калке.
6. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗА НА СТАЛЬ
Если прибавление посторонних металлов имеет видимое влияние на сталь, то
свойства ее должны зависеть и от качества самого железа, в котором
всегда остаются посторонние примеси в количестве более или менее
значительном, как подтверждают и химические разложения железа. В
сочинении о литой стали упомянуты некоторые правила, извлеченные мною из
опытов (53-62) относительно выбора железа; почему здесь буду говорить
токмо о дальнейших опытах, показавших возможность: 1) обращать железо в
сталь без помощи флюсов и 2) точнее определить различие в качествах
железа.
а. Расплавление железа без помощи флюсов При опытах сплавления железа с
флюсом заметил я, что сен последний, расплавляясь прежде металла,
спускается на дно тигля, и, оставляя железо обнаженным, доставляет ему
случай приобретать углерод - цементоваться. Насыщенное углеродом железо
или сталь, не в состоянии будучи оставаться в твердом виде при постоянно
продолжающейся высокой температуре, расплавляется и опускается по
относительной тяжести на дно тигля, а шлак поднимается вверх по мере
расплавления всего железа. Этот процесс объясняет всю теорию образования
стали без прибавления тел, заключающих в себе углерод. Он же дал мне
идею заменить флюс глиняною крышкою на тигле. Определив из опытов время,
в которое остается шлак ниже металла, мне не трудно было назначить
время, когда должно прекратить цементование железа и покрыть тигель
крышкою (опыты 63-67). Таким образом, в короткое время введен был способ
приготовления литой стали из железа без флюса в большом виде, описанный
мною подробно в сочинении о стали. Причины, побудившие меня оставить
первоначально избранный способ и заменить его другим, заключаются в
следующем: 1) удобнее было получать более мягкой стали, нежели твердой;
ибо накрытие крышкою находилось в зависимости от навыка, а расплавление
и поднятие флюса от причин сложных; 2) что она вообще мягче в ковке и
стоичее в зубилах, реже получает трещины при калке, чище в полировке;
почему и признана лучшею прежней и 3) что ей вообще менее свойственны
узоры, нежели стали, приготовленной с флюсом и окалиною. Таким образом,
с уменьшением или с уничтожением узоров казалось мне, что сталь достигла
совершенства, по крайней мере в том смысле, как утверждает г. Карстен.
Одно только оставалось для меня странным, что некоторые слесарские пилы
из прежней стали сохраняли долее остроту; что по общему понятию должно
было приписать тому, что зуб прежних пил приметнее выкрашивался и
возобновлял, так сказать, остроту пилы, а выкрашивался потому, что сталь
была грубее. Но из результатов всех опытов будет видно, что здесь
скрывалась другая причина.
7. ВЛИЯНИЕ НА СТАЛЬ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗА. ОПЫТЫ (68-73) ПОКАЗАЛИ:
Что сталеватое златоустовское железо и самое мягкое дают одинакового
качества сталь, подтверждая тем, что углерод, находящийся в первом, не
имеет влияния на изменение свойств ее, но в стали, приготовленной из
навивного златоустовского железа, можно было заметить разность в
свойствах. Она при одинаковой твердости удобнее куется, принимает лучшую
полировку и по вытравке более темный грунт; но в стойкости, сравнительно
со сталью из обыкновенного железа, значительной разности не
представляет, а сравнительно. с переплавленною рафинированною сталью ей
уступает. Первые явления сообразны с ожиданием, но последнее оставалось
долго непонятным. Улучшение ковкости, полировки и грунта я приписывал
уменьшению в навивном железе посторонних примесей и в особенности серы,
присутствие которой замечается в некоторых железных рудах
Златоустовского округа: навивное железо по способу приготовления
подвергается большому действию возвышенной температуры и кислорода; оно,
будучи собираемо из обращенной полу-крицы, пред самою фурмою, удобнее
выделяет и углерод и серу. С допущением в навивном железе меньшего
количества серы объясняется разность в грунте металла, а что стойкость
не увеличивается, то причина сего явления могла объясниться токмо
впоследствии.
8. ВЛИЯНИЕ ВОЗДУХА НА СТАЛЬ
Из первоначальных опытов (опыт 3) видно, что пока я не вымазал нагретой
формы салом, выливаемая в нее сталь не ковалась. Это доказывает, что
доступ воздуха изменяет свойства расплавленной стали и сближает ее с
чугуном: сало, дымясь в нагретой форме, образует отчасти углекислоту,
которая, наполняя форму, вытесняет воздух. Хотя это средство оказалось
полезным, но нельзя утверждать, что сталь при выплавке не подвергалась
совершенно влиянию воздуха; почему мною предпринимаемы были многие опыты
к улучшению выливки стали, но ни один из них не мог быть введен в
большом виде. Таким образом, устройство шестка, герметически запираемого
во время выливки, и снабжение тигля дырою на дне с железным гвоздем не
имело успеха, ибо, хотя возможно было сделать устройство для вынутая
гвоздя, но тигель во дне часто повреждается и металл прежде времени
вытекает. Другой опыт, едва не стоивший мне жизни, также не имел успеха.
Он состоял в следующем: первоначально приготовили железную форму с
воронкою несколько большей в окружности, нежели окружность тигля. Форма
и воронка набиты были глиной с песком, не получающей трещин при
просушке; в ней отформована пустота для выливкн стали. Форма эта
просушивалась несколько дней в теплом месте, и оказалась не получившей
трещин; также просушена была часть просеянной глины для насыпки на края
тигля при выливке металла.
Когда сталь была готова, то вынутый из печи тигель поставили на теплую
золу, на края его посыпали кругом сухой глины, а на нее поставили форму,
обращенную воронкой вниз, которая имела впадину в глине, соразмерную
тиглю. Потом и тигель и форма были захвачены особыми клещами, и
мгновенно опрокинуты, так что тигель был уже над формою. В это мгновение
слышен был удар, и я с рабочими очутился под дождем расплавленного
металла: весь металл вылетел из формы и мелкими каплями разбрызгался над
нами. К счастью, холодное время зимы не позволяло быть без теплой одежды
и перчаток, я имел еще время сдернуть одну из них с руки, на которой
капля стали успела оставить следы действия своего навсегда.
Предстоявшая: беда приписана была, недостаточной сухости формы. Я
повторил опыт с пожженною формой и хотя успел вылить сталь, но при ковке
она на поверхности получала трещины и плены, происшедшие, вероятно, от
прикосновения стали к глине и песку. Сей опыт почитаю я достойным
замечания в особенности потому, что на стали сохранились узоры более
явственные, нежели на вылитой обыкновенным способом; что они были
подобны булатным и что имели даже тот вид и расположение, какое бывает
на стали, не вылитой в форму и приготовленной с помощью флюса и
окалины'. Сталь при опыте получена была тоже с помощью флюса и окалины.
9. О ПЕРВЫХ ОПЫТАХ ПОЛУЧЕНИЯ БУЛАТОВ
Не оставляя намерения получить булат, подобный азиатскому, я продолжал
опыты. Прежде всего, я обратился к кристалловаиию стали, приготовляемой
без флюса и окалины (74-78);.не выливая ее в форму, я дал время остынуть
в печи вместе с тиглем; но, встретив затруднение в проковке больших
пудовых сплавок, я должен был уменьшить тигли. При сплавках весом в 20
фунтов, я встречал те же затруднения в проковке, особенно, когда сталь
была средней твердости; одна, только самая мягкая, сталь могла
проковаться в полосы. Результаты сих опытов заключаются в следующем:
а. Хотя сталь, медленно охлажденная в тигле, и имеет наклонность к
кристаллованию и образованию узоров, но узоры ее столь мелки, что без
помощи микроскопа с трудом распознаваемы быть могут, и то не всегда. Но
в стали, получаемой без крыши с помощью флюса и окалины, узоры
явственнее, хотя она представляет те же затруднения в проковке.
б. Не бывший в ковке сплавок богаче узорами на дне, нежели вверху. Но
как всякая литая сталь, взятая от нижнего конца, бывает лучше верхнего,
разумея положение её в форме, то из этого следует, что узор может
служить признаком доброты стали.
с. В прокованных сплавках узоры обнаруживались или токмо местами или
совсем исчезали. Из этого следует, что неровность узоров и самое
уничтожение их зависит от ковки, а впоследствии увидим, что
преимущественно от излишнего нагрева стали при ковке.
Подобные следствия бывают и с настоящими булатами, требующими весьма
осторожной обработки; между тем, узоры, происходящие от посторонних
металлов, не уничтожаются ни от выливки стали в форму, ни от ковки.
Итак, узоры в стали, медленно охлажденной, различны от узоров,
происходящих от металлов, но сходны с узорами в булатах; одна только
разность в величине их чрезвычайна. Все вышеупомянутые результаты
привели меня к заключению, что булат есть не смесь стали с каким-либо
металлом, но смешение железа с углеродом, подобное стали, и что причины
образования крупных узоров надлежит ближе всего искать в способе
соединения железа с углеродом. Но сведения наши о приготовлении булатов
в Азии столь ограничены, что в них нельзя найти руководства. Вот
существенные из них:
а) по свидетельству шведского путешественника Шведенборга, японцы
приготовляют сталь из железа, лежавшего долгое время в воде, а Тунберг
подтверждает, что японские сабли превосходны и что ими можно перерубать
весьма легко гвозди без повреждения лезвия;
б) Тавернье в путешествии по Персии упоминает, что булатная сталь
получается из Голконда в виде малых хлебов, рассеченных пополам. Этот
вид показывает, что голкондский булат есть сплавок, подобный полученному
мною (опыт 78). Мугамет Али описал приготовление персидской булатной
стали следующим образом: железо употребляют доставляемое из гор, но не
известно, каким способом оно приготовляется: это железо сплавляют в
печи. Она имеет по 4 фута в длину и ширину и от 6 до 7 футов в вышину,
стены не толще 8 и 9 дюймов. В 16 дюймах от почвы делают из обтесанных
камней горн, у дна которого находится отверстие для отливки
расплавленного металла; уголь употребляется самый твердый и тяжелый,
отличный от получаемого из дуба. Дутье в печь производится ручным мехом.
Печь действует без остановок, и по мере накопления металла он отливается
в формы. Эти сведения показывают, что способы получения булатов не
одинаковы в самой Азии: ибо, очевидно, одни из них составляют медленно
охлажденные сплавки, а другие металл, подобный литой стали. К числу
первых принадлежит и способ приготовления Вутца, описанный Вилькинсоном.
10. О ВЛИЯНИИ НА ЖЕЛЕЗО РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ, СОДЕРЖАЩИХ УГЛЕРОД
а. Растений
Хотя определение влияния различного рода растений на железо было
предпринимаемо многими металлургами, в особенности Ринманом и Реомюром,
но результаты их опытов не могли иметь прямого отношения к литой стали,
ибо они относились собственно до цементования железа; это побудило меня
обратить внимание на растения вообще. Клен как твердейшее из всех
произрастающих здесь дерев предпочтительно пред прочими подвергнут был
испытаниям. Потом от самого твердого я обратился к самым мягким
растениям, каковы, например, цветы, дабы тем удобнее заметить разность
влияния растении на сталь, судя по различной твердости.
Опыты (от 79 до 93) производились с прибавлением 1/100 до 1/20 кленового
дерева. При 1/100 части сталь бывает весьма мягка без признаков узоров;
при 1/50 твердость ее увеличивается, но узоры то бывают слабы, то
обнаруживаются явственно и в последнем случае сходны с булатом; при 1\25
она с трудом куется, а узоры проявляются также непостоянно. При 1/20
части клена, когда расплавление и соединение с углеродом достигнуты
совершенно, сталь перестает быть ковкою, но узоры как бы произвольно
изменяются в величине. В продолжение опытов с кленом замечено только,
что при некоторых из них образовалась часть шлака, и в особенности при
тех, которые давали сталь с узорам, более явственным. Из этого следовало
заключить, что переход земель и щелочей, заключающихся в дереве, в шлак,
а не присоединение к железу, способствует к образованию собственно
булатных узоров, которые на иных образцах были столь явственны, что
составляли булат, подобный хорасану, хотя невысокого качества.
Прибавление к навивному железу (опыты 94-100) березового дерева имело
следствия, подобные клену. Цветы (содержащие, кроме углерода, и азот)
давали сталь также с узорами (94) и притом более светлыми, нежели сухое
дерево; мука ржаная, сажа голландская хотя производят узоры, но не столь
светлые, как цветы. Бакоутовое дерево имело влияние, подобное муке: из
сих опытов видно, что успех в получении булатов не зависит ни от степени
твердости растений, ни от количества их, но более от образа соединения
углерода с железом, и от наименьшей примеси посторонних тел. Итак,
понятие Бреана о причинах появления узоров 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.
б. Животных тел
Опыты прибавления Животных тел к железу (101-104), как, например, рога,
слоновой кости, показали, что хотя с помощью их можно получить сталь с
узорами, но они никак не могут равняться с узорами настоящих булатов.
При сих опытах замечено, однако же, что сырой рог лучше пожженного для
проявления узоров.
с. Углерод чугуна
Далее полагал я полезным испытать сплавление чугуна с железом без
доступа воздуха, смешивая их в такой пропорции, чтобы составить сталь;
ибо известно, что чугун содержит в себе углерода от 3/100 до 5/100, а
мягкая сталь до 1/100.
Опыты (от 105-107) показали, что 16 частей железа и 4 - чугуна дают
сталь, которая куется удобно, но холодноломка и приготовленные из нее
зубила нестойки, но что при плавке более продолжительной связь в частях
несколько увеличивается. Как опыты сии не показали значительного
улучшения собственно в стали, то и не были продолжаемы без выливки.
А. Влияние ископаемых тел, углерод содержащих
Не видев возможности достигнуть удовлетворительного успеха ни помощью
углерода растений, ни помощью углерода животных, мне оставалось ожидать
оного в царстве ископаемых. Алмаз и графит казались мне ближайшими
телами к достижению цели. Алмаз как чистейший углерод, графит как
соединение того же углерода с основаниями земель. Но драгоценность
первого лишала возможности предпринять подобные опыты, особенно при
неуверенности в успехе; я остановился на графите. Для первых опытов я
мог иметь графит посредственного качества; в нем видны были местами
прослойки и зерна серного колчедана. Выбрав до 2-х фунтов, невидимому,
чистого графита, я предварительно истолок его, в предположении
употребить подобно флюсу.
Первые опыты, (от 108 до 111) производимы были в малых тиглях, вмещавших
до 5 фунтов железа, без крыши. На железо насыпаемо было до 5 фунта
графита. Плавка шла медленнее прежнего на довольно сильном духу, ибо
продолжалась 2 и более часа. При разбитии медленно охлажденных в печи
тиглей корольки или сплавки казались как бы несовершенно расплавленными;
ибо куски железа в некоторых местах сохраняли первоначальную форму; но
это происходило от просыпавшегося в тигель графита, который, пристав к
стенам тигля, не мог впоследствии подниматься наверх. Уже первый опыт
увенчался большим успехом, нежели все предшествовавшие. По проковке
сплавка в полосу на нижнем конце ее обнаружились узоры настоящего
булата, а по мере приближения к верху они становились реже и
неправильнее. Из нижнего конца этой полосы приготовлен первый булатный
клинок, называемый хорасаном, которого узоры к концу становились хуже.
Результаты повторенных несколько раз опытов с тем же графитом
оказывались сходными. Вся разность заключалась в незначительном
изменении грунта и формы узоров, большею частью средней величины. Но
этот успех был непродолжителен. С переменою графита или металл не
плавился, или не ковался, или, наконец, терялись в нем узоры (опыты
112-129). Одним словом, отыскание потерянного продолжалось два года. Из
многих сделанных в это время опытов я мог извлечь только ту пользу, что
они открыли другие пути к получению булатов. Таким образом, смешивая
железную руду с графитом (от 130 до 138), можно получить непосредственно
из руд ковкий булат. Эти опыты заключают в себе открытие в металлургии
железа, открытие, важное по многим отношениям: во-первых, потому, что до
сих пор да руд в тигле никто еще не получал ковкого металла, в полном
смысле этого слова; во-вторых, потому, что сим способом можно получать
превосходный булат, если первые материалы будут высокого качества;
в-третьих, потому, что оно ведет к предположению, что древний и
потерянный более 600 лет способ приготовления булата, известного под
названием табан, едва ли не состоял в сплавлении графита с железною
рудою; и, наконец, оно ведет к новым открытиям, которые могут послужить
и к сбережению горючего материала в доменных печах, и к улучшению
качества самого чугуна в тех заводах, где графит находится близко; ибо,
если он может восстановлять железо, то он без сомнения заменит и часть
угля, потребного для сей цели, а соединяясь с железом, улучшит чугун и
приблизит его к состоянию более ковкому или увеличит в нем вязкость, что
в особенности может принесть пользу при отливке орудий. Но как в
Златоустовском округе и вообще на Урале не открыто еще благонадежных
месторождений графита, то я остановил дальнейшие опыты над сплавливанием
железных руд с графитом, особенно потому, что прежде избранный мною
способ сопряжен с меньшими расходами. По приискании графита, годного для
приготовления булатов, я снова достиг потерянного успеха.
Первый графит, годный на булаты, оказался в обломках от пассауских
тиглей (опыты от 139 до 140); для сплавления его с железом необходимо
прибавлять на 1 фунт до 1/4 фунта кварца, пережженного горнового камня.
Плавка производилась в больших тиглях: в один раз полагалось по 12
фунтов железа и до 1 1/4 фунта графита. Плавка под крышею продолжалась
от 4 до 5 часов, следовательно, долее обыкновенной стали. При сих опытах
булат получаем был преимущественно продольный, или шам, а иногда и
хорасан невысокий.
В это время обращали на себя общее внимание опыты директора Парижского
монетного двора г. Бреана. Г. начальник штаба корпуса горных инженеров,
Константин Владимирович Чевкин, во время обзора заводов, удостоив
особенного внимания образцы булатов, приготовленных мною в продолжение
опытов, поручил повторить и опыты Бреана. Повторение их заключалось в
сплавлении навивного железа с 1/100 и 2/100 голландской сажи, с 1/100
сажи и 1/100 графита, в сплавлении мягкого чугуна с сырым, по равной
части (142-145). Плавка производилась под крышею; корольки, или сплавки,
получаемые при опытах, ковались хорошо, кроме последнего смешения. Узоры
на нижних концах полос были подобны опытам с растительными телами, но
далеки от настоящего булата. Эти опыты убедили меня, что Бреан не близок
еще к цели, особенно потому, что и самые понятия его о булатах, как я
имел случай заметить) выше, не вполне объясняют явления, встреченные
мною при опытах.
За сими опытами следовали другие, клонившиеся к сплавлению графита без
обожженного кварца, так как в этом флюсе я подозревал влияние силиция на
булат. Избежать кварца я считал возможным и потому что железные руды
могут служить флюсом для расплавления графита и для получения самого
булата. Но опыты (146-148) показали, что прибавление обожженной железной
руды, или окисла железа, лишает булат узоров; между тем, как тот же
графит с кварцем (149) обращал железо в булат. Знав влияние на сталь
закиси железа из прежних опытов, мне нетрудно было заметить, что влияние
окисла различно от влияния закиси, и это обратило меня к новым опытам
(150-151). Я сплавил 10 фунтов навивного железа в тигле без крыши до
совершенной жидкости, следовательно, соединил его с таким количеством
углерода, какое находится, в чугуне. Сплавок этот, как и предполагать
было должно, не сковался и узоров не обнаружил; он составлял очищенный
чугун. Для проявления узоров он переплавлен с прибавлением 1/2 фунта
окалины без доступа воздуха; по сплавке королек покрыт был ноздреватым
зеленым шлаком и имел некоторую степень ковкости; но только нижняя часть
его могла проковаться, и то не чисто. По вытравке на пластинке оказались
крупные узоры кара-хорасана. Другой опыт (152-153) повторен был с
обыкновенным железом; он сопровождался подобным же результатом.
Полученный в небольшой пластинке булат, хотя также был кара-хорасан, но
имел грунт серый и грубый. Эти опыты показали: 1) что булат может быть
получен без графита из всякого железа, прибавляя при переплавке его
окалину, и оставляя в тигле до охлаждения; 2) что навивное железо лучше,
обыкновенного, ибо грунт булата выше, и 3) что проковка сих булатов тем
затруднительнее, чем более заключается углерода в стали.
Сравнивая сей способ с персидским, описанным Мухаметом Али, в обоих
находится много общего, то же сплавление железа в прикосновении с углем,
та же выливка после плавки; не достает только окончательного процесса
для проявления узоров, который, вероятно, от него был сокрыт и остается
до сего времени неизвестным для европейцев. Но я полагаю, что полученную
таким образом нековкую сталь, или чистый чугун, персияне или
переплавляют с прибавлением закиси железа и тогда уже оставляют в горну
для кристаллования, или вылитую сталь подвергают предварительно для
удобнейшей проковки другой операции, о которой будет упомянуто ниже, в
статье о превращении стали в булат. Сплавление стали с окалиной и
появление в ней узоров, служащих признаком улучшения металла, подали
повод к прибавлению окалины к самой стали при окончании процесса
цементования. Но опыт (154) не оправдал ожидания, ибо вылитая в форму
сталь не обнаружила ни узоров, ни разности в свойствах. В этом случае,
как и прежде замечено было, узоры уничтожаются от несовершенства способа
выливки стали.
Но как булаты, получаемые с помощью графита, сохраняют ковкость даже при
крупных узорах, не требуя никакой другой работы, то я предпочел прежний
способ новому и для усовершенствования булатов обратился к приисканию
графитов по возможности лучшего качества.