О закалке стали 1

Изготовление хоть ножа, хоть меча состоит из трех основных видов технологии. Первое – это получение самого металла, второе – получение изделия заданной формы и третье – термическая обработка изделия.

Изменение свойств металлов при термической обработке очень велико. А изменение свойств стали, так как речь сейчас идет именно о ней, просто громадно. Из мягкой и пластичной после закалки она становится твердой и прочной, причем иногда настолько, что изделие не усиливают какими-то способами, а тупо не закаливают полностью или применяют термообработку понижающую ряд полученных свойств.

Как простейший пример -  клинки спортивного оружия. А теперь немного документов. Обращусь к Правилам вида спорта «Фехтование» утвержденным приказом Министерства спорта Российской Федерации от 08.08.2016 № 944.

В этих правилах обговаривается все до мельчайших деталей. Нам, в данном случае, интересны два параметра оружия:  длина, толщина и жесткость.

§5. Сабля.

1. Длина и вес.

Общая максимальная длина сабли – 105 см. Общий вес готовой к использованию сабли составляет менее 500 граммов.

2. Клинок.

2.1. Клинок сделан из стали; его сечение близкое к прямоугольному. Максимальная длина клинка – 88 см; минимальная ширина клинка 4 мм, она должна находиться около головки. Минимальная толщина клинка – 1,2 мм, и она также должна находиться ниже головки (рис.12).

2.2. Его конец может состоять из единого целого или должен быть завернут таким образом, чтобы образовалась головка, вид которой сверху должен представлять квадратное или прямоугольное сечение минимум в 4 мм и максимум в 6 мм; максимальный размер сечения должен находиться не более чем в 3 мм от окончания клинка.

2.3. Оконечность клинка может быть выполнена также в виде цельной головки; в этом случае он должен иметь такое же сечение, как и загнутое окончание клинка (рис.12).

2.4. Если клинок имеет изгиб, то последний должен быть плавным и не превышать 4 см (рис.13). Запрещены клинки, концы которых могут цепляться, и клинки, которые изогнуты в сторону лезвия.

. Допустимый изгиб клинка сабли.

 

2.5. Клинок сабли должен иметь гибкость, соответствующую стреле прогиба минимум 4,0 см и максимум 7,0 см, измеряемой в следующих условиях:

- клинок закрепляется горизонтально в 70 см от края головки;

- гирька весом в 200 гр. подвешивается в 1 см от края головки;

- стрела прогиба измеряется по концу наконечника между двумя положениями головки – нагруженным и ненагруженным (рис.8, стр.88)».

Ничего интересного не заметили в этом описании? Нет? Тогда еще одна картинка с размерами.

Это кончик спортивной сабли. Ширина клинка 4 мм, толщина 1,2 мм. Теперь возьмите линейку и отметьте на ней 4 мм и 1 мм. Не 4 см шириной как у некоторых сабель, а 4 мм. Не 6 мм толщины, а 1,2 мм. И такой узкой и тонкой полоской спортсмены не только наносят удары, но и парируют чужие.

 

И это притом, что спортивное оружие «недокалено». Вернее, оно термообработано так, чтобы не нанести травму сопернику - при сильном ударе клинок спортивного оружия согнется. Однако, можно закалить и посильнее. Возьмите в руки широкую стальную линейку. Ее толщина даже меньше миллиметра, однако, если у нее заточить край – это будет довольно грозное оружие. При такой малой толщине, линейке хватит жесткости, чтобы нанести опасную рану. А теперь вспомните про что-то там «упрочняющий» дол и найдите для него место на этой сабле. Причем я специально отметил, что данному оружию термической обработкой «недодали» жесткости, чтобы не делать его травмоопасным.

 

Клинок спортивной сабли.

Хотя говорить что все стали после закалки становятся тверже – нельзя. Например, некоторые «нержавейки» после закалки становятся мягче, но это уже частности, а пока о том, что и так всем известно.

И вот здесь начинается самое интересное. Дело в том, что многие пользователи закаленных изделий путают свойства после термической обработки со свойствами сталей разных марок. Чаще всего закаленными (термически обработанными, давайте под закалкой примем этот термин) у нас выступают ножи, с которыми мы имеем дело ежедневно. (Те же ложки и вилки тоже прошли термообработку, но немного другую). Поэтому часто можно слышать, что сталь, ну, допустим 65Г, хуже в клинках чем, например, Х12МФ.

Хотя после термической обработки первая может быть тверже второй намного, да и эта вторая при желании термиста станет вообще непригодной для использования в каком либо изделии.  «Убить» полностью сталь закалкой сложно, но нет ничего невозможного. И чаще нам приходится сталкиваться не с неподходящей маркой стали, а с несоответствующей задачам термической обработкой.

И тут опять приходится бороться с тараканами в чужих головах, а все из-за того, что многие любители  ножей, как и мастера эти ножи изготавливающие, путают закалку стали, прокаливаемость стали и неполную закалку стали. Все эти непохожие друг на друга термины смешались в кучу в их головах как кони и люди в доме Облонских.

Пример. После прочтения одной моей статьи, некий мастер по изготовлению ножей очень расстроился из-за того, что я якобы нелицеприятно высказался о современном ламинате (и дамаске) после закалки теряющем смысл.

Суть в том, что на центральный слой и на обкладки мастера используют стали популярные и хорошие, но после термообработки имеющие примерно одинаковую твердость.  В качестве контраргумента мне привели клинок, изготовленный из У8 – центральный слой и 95Х18 – обкладки.

95х18 нержавеющая сталь и конструкция ножа, как и выбор материалов на первый взгляд кажутся идеальными – углеродка режет, а «нержавейка» усиливает механические свойства и уменьшает коррозию.

На вопрос как 95х18 «усилит» клинок обычно ссылаются на справочник, в котором указана температура ее закалки – 1050 градусов (температура закалки У8 – около 800 градусов). По логике мастеров, а такой пакет как оказалось довольно популярен, нержавейка получит частичную закалку или не закалится вообще, что сделать обкладки из нее более прочными и вязкими. На практике ничего такого не получится, а выйдет совершенно наоборот. Более того, ударная вязкость обкладок может стать меньше, чем у центрального слоя при закалке от 800 градусов. А все потому, что мастерами  в данном случае попутаны свойства сталей после изотермической закалки и коррозионная стойкость сталей, в частности нержавейки.

Почему так получится, объясню ниже, хотя мифов в головах мастеров бродит множество и они частенько делятся ими со своими клиентами. Например, рассказами о том, как быстро углерод «перебегает» из одного слоя стали в другой. Тут вообще слово «диффузия» - забыто, а от чего она зависит мало кто знает, так как страницы учебников пошли на самокрутки или потрачены  на растопку горнов. 

Вообще, тема диффузии и как разные элементы в стали на нее влияют очень интересна. Интересна тем, что на способности углерода глубоко диффундировать (проникать) в железо базируются некоторые методы получения самой стали или ее упрочнения. Цементация стали – древнейший способ ее получения, имеющий как свои достоинства, так и существенные недостатки.

Представляете, если некоторые современные мастера изготавливающие ножи незнакомы со всеми «тайнами» закаливания сталей, то что говорить о мастерах древности? Именно в древности родилось великое множество мифов о закалке, часть из которых дошла и до нас. Более того, в эту часть мы свято верим, хотя обычный критический взгляд на миф его тут же рушит.

Давайте немного пройдемся по мифам, но перед этим о том, что же их вызвало, хотя если вы прочли прошлые статьи, прекрасно это знаете – никакое качество стали тех лет, а вернее наличие такой вредной примеси как фосфор. Фосфор вызывает хладноломкость стали, даже железо с фосфором становится хрупким. Были времена, когда железо считалось хорошим, если его можно было согнуть в обруч для бочки. Я не буду повторяться и приводить цитаты из первоисточников – они есть в прошлых статьях, как и данные по наличию фосфора.

Неоднородную сталь да еще с фосфором хорошо закалить трудно, так как после закалки вязкая сталь станет хрупкой сама по себе, а наличие фосфора сделает ее «стеклянной».  Хотя древние греки проблем с закалкой не испытывали и калили клинки как и сейчас в масло. Но вот когда закончились их качественные руды…

В книге Дж. Р. Толкиена «Властелин колец» в части «Хоббит» упоминается тройная закалка наконечников копий гномов. Здесь, видимо, сработала «житейская логика» как и в случае с 95х18 на обкладках. У гномов: «чем больше раз закалим, тем большую твердость получим», у наших мастеров: «если недогреем, то получим меньшую твердость».

В первом случае мы можем получить растрескивание клинка, так как в процессе закалки возникают огромные напряжения. И если в стали есть сера или фосфор, то при бесконечных закалках мы, в конце концов, сломаем клинок. А если у нас сталь неоднородна, да еще с непроварами?

Как-то я решил испытать сколько закалок выдержит пруток из У8. Где-то в районе десятой он лопнул вдоль (не поперек) и я получил две почти ровные длинные половинки. Я уже писал про звенящие клинки после закалки и ссылался на видео, где в замедленной съемке показано как извивается закаливаемый в воде клинок, пытаясь это проиллюстрировать.

Кстати, Толкен упоминает в своих произведениях еще один меч На́рсил, который был разбит на шесть частей и затем перекован в новый меч Анду́рил.

Интересный факт: кузнец-консультант принимавший участие в создании фильма усомнился в том, что в ту эпоху была возможность как-то сварить обломки меча в единое целое. И я так думаю. И даже мастерство кузнецов-эльфов здесь бы не помогло. И сейчас нет таких технологий у кузнецов, кроме как сварить все вместе электросваркой, а потом зачистить болгаркой швы. Можно только осторожно сварить куски металла в кучу наподобие уклада и уже из бруска оттянуть новый клинок.

Кстати, то, что меч развалился на части, говорит о «перекале» или некачественной стали. Да и вообще этот меч очень прост по конструкции – нет никакой вязкой сердцевины – одна сплошная закаленная на одинаковую твердость железка. У хорошего меча могло выкрошиться лезвие, но лопнуть на несколько частей – явный брак гномов. Ладно – сломался, но не развалился же…

 

Многие, наверное, слышали про закалку мечей в моче черных козлов или рыжих мальчиков и, вполне возможно, посмеялись над этим. А зря. Моча – это солевой раствор, а в этой среде скорость охлаждения стали в некотором интервале температур гораздо выше.

«В 10-процентном водном растворе поваренной соли скорость охлаждения стали в области трооститных превращений (500-600°С) в два раза больше скорости охлаждения в пресной воде. А в интервале 200-300 почти как у пресной воды. Это преимущество водных растворов солей используется в практике термической обработки»

А вот закалка в теле рабов – явный миф. Обычно пишут, что для того чтобы хорошо закалить меч нужно раба-нубийца долго и упорно откармливать. А потом вставить раскаленный меч ему в зад. Что-то в этом конечно есть, потому как поначалу скорость охлаждения будет высокой, а потом, по мере обгорания и налипания внутренностей на сталь уменьшится, что вполне выгодно. Однако так меч золотым выйдет. Рабы они ведь не от грязи заводятся. Чтобы доставить раба работоспособным в мастерскую это немало труда и средств надо затратить. Недаром, мечтая о светлом будущем и прекрасном далеко, Аристотель видел у каждого гражданина по три раба. А тут ценный ресурс для какой-то закалки разбазаривается…

И вообще мы упускаем такой существенный момент как коробление стали.  Неоднородную сталь сильно коробит (а однородную раньше и взять было негде) поэтому после закалки необходимой операцией было выпрямление закаленного клинка.

Еще один не выдерживающий критики миф про то, как казаки закаливали клинки.

 «В давние времена таким же способом закаливали кинжальные клинки кубанские казаки. Во время инициации - посвящения молодого казака в воины, он должен был несколько раз воткнуть в землю раскаленную заготовку своего личного кинжала».

Давайте разбираться. Если и был такой обычай, то он никак не связан напрямую с закалкой. С болью, как и всякая инициация – да, с термообработкой – точно нет. Во-первых, нет такого понятия «личный клинок». Сегодня клинок один – завтра казак побогаче купит.  Во-вторых, после втыкания раскаленного клинка в землю – он будет весь кривой.

Тут на углях нагревая под закалку стараешься расположить так, чтобы пустот не было и искривления во время нагрева под собственным весом, а здесь раскаленный - и в землю. Да его и не воткнешь – согнется, не говоря уже о том, что не закалится.

А вот порассуждать о том, что раскаленную заготовку как-то надо держать – смысл есть. Пересилить боль какое-то время – это в порядке вещей при любой инициации. Выдержал боль – ты мужчина. Нет – готовься к следующему разу.

Все это опровергает еще один миф о закалке: закалке на скаку.

«Кузнецы передавали раскаленный клинок всаднику и тот мчался на резвом скакуне по горным долинам, размахивая клинком… Некоторые мастера закаливали таким образом клинки сабель только ранним утром, пока не сошла ночная роса и воздух прохладен и влажен, другие же дожидались тумана, когда воздух густо насыщен мельчайшими капельками воды».

Красиво, романтично, но невыполнимо. Итак, нагреть клинок нам нужно до 850 градусов максимум. Затем взять его клещами и быстро донести до газующего на месте всадника.

А как еще, это только в кино и на картинках мечи уже с готовыми рукоятями куют.

Нести нужно бегом, потому как сталь быстро остывает, и если остынет до 727 градусов, закалить мы ничего не сможем. 

У всадника тоже должны быть клещи – он же не инициацию проходит – и этими клещами он должен ловко ухватить клинок и, тронув поводья, начать клещами размахивать. Правда уже не так красиво и романтично выглядит? А пока все это делается, ни скакать, ни размахивать уже и не нужно – остыло всё.

Еще один миф – это прижигание ножом ран и укусов змей и жарка мяса на кончиках кинжалов или саблях. Эту фигню часто можно видеть в кино – тоже романтично и брутально. Однако нагрев стали выше 150-200 градусов вызывает изменение ее свойств достигнутых ранее термообработкой. Нагрев до красна делает сталь такой же, как и до закалки – то есть мягкой пластичной.

 

В этой части старался избегать специальных терминов, они в следующей, как и то, почему же обкладки из 95х18 не работают и что мы измеряем на канатных тестах.