Как закалялась булатная сталь: Фарадей не разгадал, а Аносов смог!⁠⁠

Привет, Пикабу! В прошлом посте мы говорили о том, как люди с древних времен пытались улучшить свойства сплавов для орудий труда и оружия. Сегодня расскажем как непростой русский металлург из Златоуста Павел Аносов разгадал то, что сотнями лет было неподвластно никому в мире — секрет булатной стали. И напомним, какой русский учёный способствовал превращению металлургии в науку.

В 1820-х годах знаменитый британский физик и естествоиспытатель Майкл Фарадей, кстати сын кузнеца, и его коллега Джеймс Штодарт пытались раскрыть секрет булатной стали. Она поистине уникальна и сегодня не может быть отнесена ни к одному из известных и научно определенных видов естественных и искусственных композитов, в числе которых волокнистые, слоистые и дисперсно-упрочненные. Во времена Фарадея предполагалось, что свойства обусловлены только наличием легирующих примесей в стали: алюминия, платины и серебра или хрома. Но несмотря на множество экспериментов, получить желаемое никому не удавалось.

В ту эпоху на Урале открыли крупные месторождения платины, и граф Егор Францевич Канкрин, министр финансов и главноуправляющий Корпуса горных инженеров, приказал повторить опыты Фарадея по сплавлению стали c платиной. За работу в 1828 году взялся управляющий Златоустовским горным округом полковник Павел Петрович Аносов. Кстати, в России в это время тигельная сталь не производилась, а импортировалась из Великобритании, и Златоустовская оружейная фабрика была одним из первых предприятий, где эта технология была разработана и освоена благодаря лично Аносову и его помощнику Николаю Швецову.

Павел Петрович определил природу булатной стали как сплава железа с углеродом, исследовал влияние на ее свойства примесей, легирующих элементов, процессов ковки, закалки, выполнив 185 опытных плавок и получив булатную сталь. В 1833 году Аносов записывает: «...получен был клинок настоящего булата. Многовековой тайны не стало…Булатная сталь оказалась сложным телом, состоящим из чистого железа и внедренных в него пластинок карбида железа, — химического соединения железа с углеродом, служащего как бы скелетом клинка». В 1841 году в печать вышел его труд «О булатах».

Почему у Аносова получилось? Он действовал как ученый, создавая свою систему и методы, а не просто перебирал легирующие добавки, надеясь на чудо. Павел Петрович первым из металлургов понял, что надо обращать внимание не только на химический состав, но на строение, структуру металла, на вид и размеры «зерен», из которых он состоит. Между структурой того или иного куска металла, определил он, и его механическими свойствами — твердостью, гибкостью и т. д. — существует прямая связь. Он впервые в мире применил металлографический микроскоп и разработал микроанализ — важнейший и повсюду применяемый метод исследования структуры материалов. Его открытия стали впоследствии краеугольным камнем металлографии, занимающейся изучением связи между строением и свойствами металлов.

После подробного анализа работ Аносова и других оружейников строго научно объяснил природу и свойства булата выдающийся русский металлург Дмитрий Константинович Чернов. Он точно вычислил «температурные» точки, известные сейчас как «точки Чернова»,  при которых сталь меняет свои свойства и в ней проходят полиморфические превращения, и нарисовал первый набросок фазовой диаграммы железо-углерод. В 1868 году он опубликовал статью «Критический обзор статей гг. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету». Считается, что после выхода этой статьи металлургия оформилась как наука, а не ремесло.

В настоящее время принято выделять две большие группы технологий производства высококачественной оружейной стали. Первая группа объединяет технологии, связанные с расплавлением хотя бы одной из составляющих будущего металла. Так получали «классические» литые булаты: индийский вутц, арабский фаранд, китайское «многосуточное железо». Вторую группу составляют способы, основанные на применении кузнечной сварки; так получали и получают дамаски. Естественно, что в каждой группе имеется множество разновидностей и, кроме того, существуют технологии производства узорчатой стали, которым присущи признаки получения как литого, так и сварочного металла. Необходимо отметить, что качество сварочной дамасской стали, как правило, намного уступает качеству литой булатной стали.

Этот текст, как и предыдущие посты про историю металлов, подготовлен на основе материалов из энциклопедии «Металлургия и время», созданной учеными Университета науки и технологий МИСИС.