Валерий Хорев - Оружие из Дамаска и булата

Наверняка сверхвязкость булата должна интересовать военных. Так, недавно появилась информация (не берусь судить о достоверности), что известный В.И. Басов на одном из заводов сварил в индукционной печи около 400 кг отменного булата, который затем был прокатан в лист толщиной 2,5 мм. Образцы чудесного материала якобы «держат» прямые попадания из КПВ. Поясняю: данная аббревиатура означает крупнокалиберный пулемет Владимирова под 14,5 мм патрон, тот самый, что использовался в противотанковых ружьях, с начальной скоростью пули свыше 900 м/с. Впечатляет! Это могло бы стать революцией в производстве броневой защиты.

Следует, однако, оговориться: нужно понимать разницу между поточным производством и блестящими опытами отдельных специалистов, над которыми не висит проблема стопроцентной повторяемости результатов и стабильности продукта. Именно благодаря непредсказуемости изготовление литых булатов было и остается высоким искусством, зависящим от не предусмотренных ГОСТами интуиции, таланта и элементарного везения. О мистике и духовности умолчим.

Если принять во внимание эпоху, в которой происходит действие сказки «Руслан и Людмила», то можно определенно утверждать, что доблестный витязь пронзил дерзкий язык не каким-нибудь, а самым настоящим классическим булатом. Однако прежде чем пускаться в объяснения сущности чудесного материала, требуется определиться с пониманием действительно серьезной, вековечной проблемы, во все эпохи маячившей серой тенью за спиной любого оружейника. Это проблема необходимости совмещения в готовом клинке двух взаимоисключающих параметров - твердости и пластичности.

Обыкновенная сырая сталь в первозданном виде состоит из атомов железа с той или иной добавкой углерода. Чем больше последнего, тем до более высоких степеней твердости возможно закалить образец. Примечательно, что после указанной процедуры химический состав стали совершенно не изменяется. Тогда возникает резонный вопрос - почему каленый металл становится твердым? Ответ дает уже не химия, а физика: в процессе термической обработки меняется кристаллическая структура стали, в недрах которой атомы железа и углерода перестраиваются иным образом, порождая и новые механические свойства.

Атомы чистого железа расположены строго определенным порядком, образуя структуру феррита. Если посмотреть в некий волшебный микроскоп, то мы увидим, что феррит имеет симметричную, объемно-центрированную кубическую решетку, где вовсе нет свободных мест для размещения атомов углерода, а в микроскопе обыкновенном поверхность такого железа выглядит белой пустыней.

Но если сталь является сплавом железа с углеродом, то позвольте спросить - где этот самый углерод находит себе пристанище, коль скоро в кристаллической структуре железа места для него не предусмотрено? Секрет в том, что углерод и не пытается внедряться в плотно сбитые кубы атомов железа, а образует более или менее развитые прослойки, состоящие из карбида железа, именуемого цементитом (Fe 3C). В результате мы получаем своеобразную мешанину из феррита и цементита, называемую перлитом. Шлифованный и протравленный срез такого образца имеет красивый перламутровый блеск, отсюда и термин. В сыром, не закаленном виде сталь обладает либо перлитной, либо комбинированной ферритно-перлитной зернистой структурой.

При нагревании происходит перегруппировка атомов, в результате чего при температурах свыше 727 °С наш образец приобретает уже иную кристаллическую структуру, именуемую аустенитом. Она представляет собой кубическую решетку с атомами железа в центре каждой грани, при этом атомы углерода (показан темным) могут свободно внедряться между атомами железа.

Проще сказать, здесь углерод как бы растворяется в железе, но это твердый раствор. Механические свойства аустенита весьма заманчивы - он обладает высокой прочностью в сочетании с пластичностью. Увы - чудесная структура нестабильна, и живет лишь в узком диапазоне высоких температур. Если позволить детали медленно остыть, то аустенит вновь превратится в перлит, что широко используется на практике, когда готовые изделия подвергают процедуре отжига. При этом выравнивается кристаллическая структура и снимается внутреннее напряжение.

Однако, обеспечив стремительную потерю тепла порядка 300 °С/сек (например, путем погружения раскаленной детали в какую-нибудь жидкость), мы лишим капризный аустенит возможности обратного перевоплощения, и он от злости закостенеет, сделавшись твердым и хрупким мартенситом. Микрошлиф данной структуры имеет типичное игольчатое строение.

В этом суть закалки - охладить сталь с такой скоростью, чтобы аустенит не вернулся в исходное состояние перлита. Чем ниже скорость охлаждения, тем больший процент аустенита будет потерян. Соотношение «перлит- мартенсит» и определяет конечные механические свойства после термообработки. Если деталь, изготовленную из качественной углеродистой стали (например, У10), разогреть до температуры свыше 800 °С, а затем резко погрузить в холодную воду, то мы получим почти чистую мартенситную структуру. В таких случаях говорят, что сталь закалена «насухо». Так калят напильники, и каждому известна их твердость и хрупкость. Разумеется, обладающий такими качествами клинок будет звонким и крепким, но разлетится от первого же удара или с легким щелчком треснет пополам при малейшем изгибе.

Все попытки придать ему хоть сколько-нибудь пластичности будут иметь успех исключительно за счет пропорциональной потери твердости. Добавки некоторых элементов (например, марганца) в совокупности с нагревом до температур выше 1000°С и последующим форсированным охлаждением в ледяной воде позволяют частично стабилизировать структуру аустенита. Такие стали обладают удивительной прочностью, стойкостью к истиранию и ударным нагрузкам. Из них, например, делают элементы гусениц танков. Популярная в среде отечественных оружейников рессорная сталь 65Г как раз является марганцевой, однако ее закалочная твердость не превышает значения 50-55 HRC (если не поступаться вязкостью).