Технология изготовления японских самурайских мечей. Изготовление меча: описание технологии и материалы Ковать мечи
Сложно назвать изобретение, которое бы оказало такое значительное влияние на развитие нашей цивилизации, каким может похвастать меч . Его нельзя рассматривать, как банальное орудие убийства, меч всегда был чем-то большим. В разные исторические периоды это оружие представляло собой символ статуса, принадлежности к воинской касте или благородному сословию. Эволюция меча как оружия неразрывно связана с развитием металлургии, материаловедения, химии и горного дела.
Практически во все исторические периоды меч был оружием элиты. И дело здесь не столько в статусности этого оружия, сколько в его высокой стоимости и сложности производства качественных клинков. Изготовление меча, которому можно было доверить свою жизнь в бою, было не просто трудоемким процессом, а настоящим искусством. А кузнецов, занимавшихся этой работой, можно смело сравнить с виртуозами-музыкантами. Недаром с древнейших времен у разных народов существуют предания о выдающихся мечах с особыми свойствами, изготовленных настоящими мастерами кузнечного дела.
Цена даже среднего клинка могла достигать стоимости небольшого крестьянского хозяйства. Изделия известных мастеров стоили еще дороже. Именно по этой причине наиболее распространенным видом холодного оружия эпохи Античности и Средневековья является копье, но никак не меч.
На протяжении столетий в разных регионах мира сформировались развитые металлургические центры, продукция которых была известна далеко за их пределами. Они существовали в Европе, на Ближнем Востоке, в Индии, Китае и Японии. Труд кузнеца был почитаем и весьма хорошо оплачивался.
В Японии кадзи (это кузнец-оружейник, «мастер мечей») в общественной иерархии находился на одном уровне с самураями . Неслыханное дело для этой страны. Ремесленники, к которым, по идее, и должны относиться кузнецы, в японском табеле о рангах находились даже ниже крестьян. Более того, самураи иногда и сами не гнушались браться за кузнечный молот . Чтобы показать, насколько уважаемым Японии был труд оружейника, можно привести один факт. Император Готоба (правил в XII веке) объявил, что изготовление японского меча – это работа, которой могут заниматься даже принцы, никак не умаляя своего достоинства. Готоба и сам был не прочь поработать около горна, сохранились несколько клинков, которые он изготовил своими руками.
Сегодня в СМИ много пишут о мастерстве японских кузнецов и качестве стали, которая использовалась для создания традиционной катаны. Да, действительно, изготовление самурайского меча требовало огромного мастерства и глубоких познаний, но можно ответственно заявить, что европейские кузнецы практически ни в чем не уступали своим японским коллегам. Хотя о твердости и прочности катаны ходят легенды, но изготовление японского меча принципиально не отличается от процесса ковки европейских клинков.
Человек стал использовать металлы для изготовления холодного оружия еще в V тысячелетии до нашей эры. Сначала это была медь, которую довольно быстро заменила бронза, – прочный сплав меди с оловом или мышьяком.
Кстати, последний компонент бронзы очень ядовит и нередко превращал древних кузнецов и металлургов в калек, что нашло отображение в легендах. Например, Гефест, греческий бог огня и покровитель кузнечного дела, был хромым, в славянских мифах кузнецы также нередко изображаются увечными.
Железная эра началась в конце II – начале I тысячелетия до нашей эры. Хотя, оружие из бронзы использовалось еще многие сотни лет. В XII веке до н. э. кованое железо уже использовали для изготовления оружия и инструментов на Кавказе, в Индии и Анатолии. Примерно в VIII веке до н. э. сварное железо появилось в Европе, довольно быстро новая технология распространилась по континенту. Дело в том, что количество месторождений меди и олова в Европе сравнительно невелико, зато запасы железа значительны. В Японии железный век начался только в VII столетии новой эры.
Изготовление меча. От руды до крицы
Очень продолжительное время технологии получения и обработки железа оставались практически на одном месте, они не могли должным образом удовлетворить постоянно растущий спрос на этот металл, поэтому изделий из железа было мало и стоили они дорого. Да и качество инструментов и оружия из этого металла было крайне низким. Удивительно, но на протяжении практически трех тысяч лет металлургия не претерпела никаких принципиальных изменений.
Прежде чем перейти к описанию процесса изготовления холодного оружия в древности, следует дать несколько определений, связанных с металлургией.
Сталь – это сплав железа с другими химическими элементами, прежде всего с углеродом. Он определяет основные свойства стали: большое количество углерода в стали обеспечивает ее высокую твердость и прочность, снижая при этом пластичность металла.
Основным способом получения железа в эпоху Античности и в Средние века (до XIII века) был сыродутный процесс, названный так из-за того, что в печь вдували неподогретый («сырой») воздух. Главным методом обработки полученного железа и стали была ковка. Сыродутный процесс был очень неэффективным, большая часть железа из руды уходила вместе со шлаком. Кроме того, полученное сырье не отличалось высоким качеством, и было очень неоднородным.
Получение железа из руды происходило в сыродутной печи (сыродутный горн или домница), которая имела форму, напоминающую усеченный конус, высотой от 1 до 2 метров и диаметром основания 60-80 см. Такую печь делали из огнеупорного кирпича или камня, сверху обмазывали глиной, которую потом обжигали. В печь вела труба для подачи воздуха, его нагнетали с помощью мехов, а в нижней части домницы находилось отверстие для отвода шлаков. В печь загружали большое количество руды, угля и флюсов.
Позже для подачи воздуха в печь стали использовать водяные мельницы. В XIII веке появились более совершенные печи – штукофены, а затем блауофены (XV век). Их производительность была гораздо выше. Настоящий прорыв в металлургии состоялся только в начале XVI века, когда был открыт передельный процесс, в ходе которого из руды получалась качественная сталь.
Топливом для сыродутного процесса служил древесный уголь. Каменный уголь не использовали из-за большого количества вредных для железа примесей, которые он содержит. Коксовать уголь научились только в XVIII столетии.
В сыродутной печи происходит сразу несколько процессов: пустая порода отделяется от руды и уходит в виде шлаков, а оксиды железа восстанавливаются, вступая в реакции с угарным газом и углеродом. Оно сплавляется и образует так называемую крицу. В ее состав входит чугун. После получения крицы, ее разбивают на мелкие куски и сортируют по твердости, в дальнейшем с каждой фракцией работают отдельно.
Это сегодня чугун является важнейшим продуктом черной металлургии, раньше было иначе. Он не поддается ковке, поэтому в древности чугун считался бесполезным отходом производства («свиным железом»), непригодным к дальнейшему использованию. Он значительно снижал количество сырья, полученным в ходе плавки. Чугун пытались использовать: в Европе из него делали пушечные ядра, а в Индии гробы, однако качество этих изделий оставляло желать лучшего.
От железа к стали. Ковка меча
Железо, полученное в сыродутной печи, отличалось крайней неоднородностью и низким качеством. Нужно было приложить еще массу усилий, чтобы превратить его в прочный и смертоносный клинок. Ковка меча заключала в себе сразу несколько процессов:
- очистку железа и стали;
- сварку разных слоев стали;
- изготовление клинка;
- тепловую обработку изделия.
После этого кузнецу необходимо было изготовить крестовину, головку, рукоять меча, а также сделать для него ножны.
Естественно, что в настоящее время сыродутный процесс не используется в промышленности для получения железа и стали. Однако силами энтузиастов и любителей старинного холодного оружия он был воссоздан до мельчайших подробностей. Сегодня эта технология изготовления меча используется для создания «аутентичного» исторического оружия.
Полученная в печи крица состоит из низкоуглеродистого железа (0-0,3% содержания углерода), металла с содержанием углерода 0,3-0,6% и высокоуглеродистой фракции (от 0,6 до 1,6% и выше). Железо, в котором мало углерода, отличается высокой пластичностью, но оно очень мягкое, чем выше содержание углерода в металле, тем больше его прочность и твердость, но одновременно сталь становится более хрупкой.
Для придания нужных свойств металлу кузнец может либо насыщать углеродом сталь, либо же выжигать его избыток. Процесс насыщения металла углеродом называется цементацией.
Перед кузнецами прошлого стояла серьезная проблема. Если изготовить меч из высокоуглеродистой стали, то он будет прочным и хорошо держать заточку, но одновременно слишком хрупким, оружие из стали с низким содержанием углерода вообще не сможет выполнять свои функции. Клинок одновременно должен быть и твердым и эластичным. Именно это была ключевая проблема, которая стояла перед мастерами-оружейниками на протяжении многих сотен лет.
Существует описание использования длинных мечей кельтами, сделанное римским историком Полибиосом. По его словам, мечи варваров были изготовлены из такого мягкого железа, что становились тупыми и гнулись после каждого решительного удара. Время от времени кельтским воинам приходилось исправлять их клинки с помощью ноги или колена. Однако и очень хрупкий меч представлял огромную опасность для своего хозяина. Например, сломавшийся меч едва не стоил жизни Ричарду Львиное Сердце – английскому королю и одному и самых прославленных бойцов своего времени.
В ту эпоху сломавшийся меч означал примерно то же самое, что отказавшие автомобильные тормоза в наши дни.
Первой попыткой решить эту проблему было создание так называемых ламинированных мечей, в которых мягкие и твердые слои стали чередовались друг с другом. Клинок подобного меча представлял собой многослойный сендвич, что позволяло ему одновременно быть и прочным и эластичным (при этом, правда, большую роль играла правильная тепловая обработка оружия и его закалка). Однако с такими мечами была одна проблема: при затачивании поверхностный твердый слой клинка быстро стачивался и меч терял свои свойства. Ламинированные клинки появились уже у кельтов, по мнению современных экспертов, такой меч должен был стоить раз в десять дороже обычного.
Еще одним способом сделать прочный и гибкий клинок было поверхностное цементирование. Суть этого процесса заключалась в науглероживании поверхности оружия, изготовленного из сравнительно мягкого металла. Меч помещали в сосуд, наполненный органическим веществом (чаще всего это был уголь), который затем ставили в печь. Без доступа кислорода органика обугливалась и насыщала металл углеродом, делая его прочнее. С цементированными клинками была такая же проблема, как и с ламинированными: поверхностный (твердый) слой довольно быстро стачивался, и лезвие теряло свои режущие свойства.
Более продвинутыми были многослойные мечи, изготовленные по схеме «сталь-железо-сталь». Она позволяла создавать клинки отменного качества: мягкое железо «сердцевины» делало клинок гибким и упругим, хорошо гасило колебания при ударах, а твердая «оболочка» наделяла меч отличными режущими свойствами. Следует отметить, что вышеприведенная схема компоновки клинка является наиболее простой. В Средние века кузнецы-оружейники часто «строили» свои изделия из пяти или семи «пакетов» металла с различными характеристиками.
Уже в раннем Средневековье в Европе образовались крупные металлургические центры, в которых выплавлялось значительное количество стали и производилось оружие достаточно высокого качества. Обычно такие центры возникали около богатых месторождений железной руды. В IX-X столетии хорошие клинки делали в государстве франков. Карлу Великому даже пришлось издавать указ, согласно которому продавать оружие викингам строго запрещалось. Признанным центром европейской металлургии была область, где позже возник знаменитый Золинген. Там добывали железную руду отличного качества. Позже признанными центрами кузнечного дела стала итальянская Брешиа и испанский Толедо.
Любопытно, но уже в раннем Средневековье клинки известных оружейников нередко подделывали. Например, мечи знаменитого мастера Ульфбрехта (жил в IX веке) отличались великолепным балансом и были выполнены из отлично обработанной стали. Они отмечались личным знаком оружейника. Однако кузнец просто физически не мог сделать всех клинков, которые ему приписываются. Да и сами клинки уж очень сильно отличаются по качеству. В период позднего Средневековья золингенские мастера подделывали продукцию кузнецов из Пассау и Толедо. Остались даже письменные жалобы последних на такое «пиратство». Позже стали подделывать мечи самого Золингена.
Подобранные полосы нагревают, а затем с помощью ковки сваривают в единый блок. Во время этого процесса важно выдержать правильную температуру и не пережечь заготовку.
После сварки начинается непосредственно ковка клинка, в ходе которой формируется его форма, изготавливаются долы, выделывается хвостовик. Одним из основных этапов ковки является процесс уплотнения лезвий, который концентрирует слои стали и позволяет мечу дольше сохранять свои режущие свойства. На этой стадии окончательно формируется геометрия клинка, определяется расположение его центра тяжести, задается толщина металла у основания меча и у его острия.
У средневековых кузнецов, естественно, не было термометров. Поэтому необходимая температура высчитывалась по цвету накала металла. Чтобы лучше определять эту характеристику, раньше кузницы обычно затемнялись, что еще больше добавляло мистики в ауру кузнецов.
Затем начинается тепловая обработка будущего меча. Этот этап крайне важен, он позволяет изменить молекулярную структуру стали и добиться от клинка необходимых характеристик. Дело в том, что кованая сталь, сваренная из различных кусков, имеет грубую зернистую структуру и большое количество напряжений внутри металла. С помощью нормализации, закаливания и отпуска кузнец должен максимально избавиться от этих недостатков.
Первоначально клинок нагревают примерно до 800 градусов, а затем подвешивают за хвостовик, чтобы металл не «повело». Этот процесс называется нормализация, для разных типов стали данную процедуру проводят несколько раз. После нормализации следует мягкий отжиг, в ходе которого меч нагревают до коричнево-красного цвета и оставляют остывать, завернув в изолирующий материал.
После нормализации и отжига можно приступить к наиболее важной части процесса ковки – закаливанию. Во время этой процедуры клинок нагревают до коричнево-красного цвета, а затем быстро охлаждают в воде или масле. Закаливание как бы замораживает структуру стали, полученную в ходе нормализации и отжига.
Дифференцированное закаливание. Это техника характерна для японских мастеров, она заключается в том, что разные зоны клинка получают различное закаливание. Чтобы добиться такого эффекта, перед закалкой на клинок наносились слои глины различной толщины.
Абсолютно понятно, что на любом этапе описанного выше процесса кузнец может допустить ошибку, которая будет фатальной для качества будущего изделия. В Японии любой кузнец, дорожащий своим именем, должен был безжалостно ломать неудавшиеся клинки.
Чтобы улучшить качество будущего меча нередко применяли метод нитрования или азотирования, то есть обработку стали соединениями, содержащими азот.
В саге о Виланде-кузнеце описан довольно оригинальный способ нитрования, который позволил мастеру создать настоящий «супермеч». Чтобы повысить качество изделия кузнец спилил меч в опилки, добавил их в тесто и скормил голодным гусям. После этого он собрал птичий помет и проковал опилки. Из них получился меч «…настолько твердый и крепкий, что трудно было на земле сыскать второй такой». Конечно, это литературное произведение, но подобный способ мог вполне иметь место. Современные «азотистые» стали имеют высочайшую твердость. Во многих исторических источниках сообщается, что мечи закаливали и в крови, что наделяло их особыми качествами. Вероятно, что подобная практика действительно имела место, и здесь мы имеем дело с еще одним способом нитрования.
Сразу после закалки клинок еще раз отпускают. После окончания процесса тепловой обработки начинается шлифовка, причем она проводится в несколько этапов. Во время этого процесса меч должен постоянно охлаждаться водой. Шлифовкой и полировкой меча, а также установкой на него крестовины, рукояти и навершия в Средние века обычно занимался не кузнец, а специальный мастер – швертфегером.
Естественно, что перед началом работы над мечом, кузнец до мелочей продумывал его будущий дизайн и конструкцию. Будет ли он боевым или предназначается больше для «представительских» целей? Как в основном будет сражаться его будущий владелец: в пешем или конном строю? Против каких доспехов предположительно будет использоваться? Ну и, конечно же, во время изготовления меча учитывались особенности самого воина: его рост, длина рук, излюбленная техника фехтования.
Дамасская сталь и булат
Каждому, кто хотя бы раз в жизни интересовался историческим холодным оружием, известно словосочетание «дамасская сталь». Оно и сегодня очаровывает своим налетом таинственности, экзотики и мужественности. На самом деле, дамасская сталь – это еще одна попытка решить вечное противоречие между хрупкостью стали и мягкостью железа. И надо сказать, что данная попытка получилась одной из самых удачных.
Неизвестно, кому первому пришла в голову мысль соединить воедино большое количество слоев мягкой и твердой стали, но этого человека можно смело назвать гением кузнечного дела. Хотя, сегодня историки считают, что подобная технология была независимо разработана в разных регионах мира. Уже в начале нашей эры оружие из дамасской стали изготавливали в Европе и Китае. Ранее считали, что этот вид стали был изобретен на Ближнем Востоке. Однако сегодня доподлинно известно, что он был придуман европейскими мастерами. Да и вообще, пока не найдено никаких доказательств, что Дамаск когда-либо был серьезным центром изготовления оружия.
Дикий дамаск получался, если исходную заготовку разрубывали пополам, половинки накладывали друг на друга и опять проковывали. Подобную операцию обычно проводили несколько раз, постоянно удваивая количество слоев металла, улучшая тем самым его свойства. Несложный математический расчет показывает, что заготовка, перекованная семь раз, получает 896 слоев высокоуглеродистой и низкоуглеродистой стали.
В Средние века в Европе был популярен так называемый крученый дамаск. Во время его получения бруски из разных сталей перекручивались спиралью и сваривались ковкой. Этот процесс повторялся несколько раз. Обычно из такой стали изготавливалась центральная часть клинка, на которую затем наковывались лезвия из обычной твердой стали.
Клинки из дамасской стали в средневековой Европе ценились так высоко, что их нередко дарили королям.
Булат или вутц – это сталь, изготовленная особым образом, благодаря которому она имеет своеобразную внутреннюю структуру, характерный узор на поверхности и высочайшие характеристики по прочности и упругости. Его изготавливали в Иране, Средней Азии и Индии. Эта сталь имела большое содержание углерода, близкое к чугуну (около 2%), но при этом сохраняла способность к ковке и значительно превосходила чугун по прочности.
Об этом материале существует множество легенд. Долгое время считалось, что секрет изготовления булат утрачен, хотя сегодня множество мастеров утверждают, что они владеют тайнами производства настоящего вутца. Одним из способов его получения основан на частичном расплавлении частиц железа или низкоуглеродистой стали в чугуне. Общее количество добавок должно составлять 50-70% от массы чугуна. В результате получается расплав, имеющий кашицеобразную консистенцию. После охлаждения и кристаллизации получается булат – материал с высокоуглеродистой матрицей, в которую вкраплены низкоуглеродные частицы.
Есть информация и о других способах получения булатных сталей в наши дни, вероятно, и древности их существовало несколько. Современные методы связаны с особыми способами ковки и термической обработки металлов.
Одним из достоинств любого меча из узорчатой стали, будь то дамаск или булат, специалисты называют микроволнистость его лезвия. Оно автоматически возникает из-за неоднородности слоев или волокон металла, из которых состоит клинок. По сути, режущая кромка такого оружия является «микропилой», что значительно повышает его боевые свойства.
О дамасской стали сложено огромное количество мифов. Первый из них связан с самим названием металла. Сегодня известно, что город Дамаск особого отношения к изобретению и производству этой стали не имел, хотя некоторые историки считают его важным торговым центром, где оружие из дамаска продавали. Также до сих пор бытует мнение, что дамасская сталь стоила «на вес золота» и резала доспехи словно бумагу. Это не соответствует действительности. Клинки из дамаска действительно прекрасно сочетают в себе твердость и упругость, но никакими необыкновенными свойствами они не обладают.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Изобретение меча оказало на нашу цивилизацию огромное значение. Меч – это не просто колюще рубящее оружие, это символ средних веков, знак статуса и символ чести. Мечам давали имена собственные, их знали по характеристикам, считалось, что меч может обладать своим характером. Жизнь клинка была долгой и сложной, как и его изготовление.
Надо понимать, что во все времена меч был не просто оружием, это был признак профессионального воина-рыцаря, элиты армии. Овладение мечом требовало длительных занятий и крепости руки владельца. Сам же меч представлял собой практически произведение искусства. Его изготовление занимало немало времени и ресурсов. А мастеров, которые делали такие клинки, во все времена ценили на вес золота, а то и выше. Стоит отметить, что в те времена невозможно было контролировать температуру и выдерживать время закалки, все делалось на глаз и на ощупь, тем не менее, старинные мечи и сегодня удивляют нас качеством своего металла, благодаря невероятному мастерству кузнеца.
Эволюция меча
Легенды говорят о повсеместном использовании мечей воинами античности и средних веков. Но на самом деле все обстояло иначе. Основным материалом для изготовления оружия тогда была медь и её сплавы, такие как бронза. Несмотря на свою низкую твёрдость, бронза широко использовалась для изготовления оружия.
Следующим шагом в металлургии стало использование железа, его ковка и получение низкоуглеродистых сталей на его основе. Основным оружием пехотинца стали меч, копье и топор.
Короткие мечи из мягкого железа, получили широкое распространение уже во времена античности.
Римские манипулы и греческие гоплиты шли в бой вооружённые короткими одноручными мечами. Качество металла этих мечей оставляло желать лучшего, но это было массовое производство и от не требовалось прорубать железные доспехи.
Но металлургия совершенствовалась, постепенно появлялись новые методы обработки железа и выплавки стали. В IV-III веке до н.э. появилась технология кузнечной сварки, тогда ещё меди, но впоследствии её стали применять и для сварки полос низкоуглеродистой стали.
Уже в XII-IX веке мастера научились сваривать полосы металла в одну полосу, после чего подвергая термохимической обработке, его кромки получать клинки мечей.
На территории Руси не было месторождений железа, высокого качества, поэтому русские мастера использовали качественный металл, закупаемый в Швеции. Ну, или многократно проковывали металл, полученный из болотной руды, даже из него славянские кузнецы делали великолепные стальные изделия.
Мечи викингов
Знаменитые викинги, как известно, выходцы из Скандинавии. И, говоря современным языком, это были отлично вооружённые и обученные небольшие подразделения морской пехоты, наводившие ужас по всей Европе. Из походов они привозили с собой награбленные сокровища.
Местность современной Норвегии, Швеции, Исландии и Дании, как основные места их поселения, обладали достаточно суровым климатом. Что соответственно наложило свою печать на формирование у викингов властной и иерархической структуры.
Во главе племени или рода стоял военный вождь, обладающий «правом сильного».
В его подчинении были отдельные рода, которые в свою очередь объединялись в кланы. У главы племени в подчинении была военная дружина и корабли – драккары.
Экономика развивалась лишь за счёт добычи и продажи железной руды и изделий из неё, а также скудной охоты и рыболовства, так как земледелие в тех краях было достаточно неудобным и опасным, с точки зрения неурожая, делом. Основным путём экономического развития были торговля, пиратство и набеги на прибрежные города других народов с целью грабежа.
В силу родового уклада добыча металла, производство оружия и даже отдельные технологические операции по его украшению находились в руках нескольких отдельных кланов или родов. Так известен род Ulfberht, один из знаменитых кузнечных родов франков и данов.
Вооружение дружин скандинавских конунгов ничем не выделялось на фоне вооружения франкских или древнегерманских отрядов. Обычно для старшего воина – это был меч, щит и доспехи, для обычных дружинников топоры и щиты из дерева с набитыми умбонами и оббитой металлом закраиной щита.
Скандинавский меч берет своё начало из франкского прямого меча, также именуемого каролингским.
Это длинный прямой обоюдоострый клинок, с крестовиной. Рукоять круглая или овальная в сечении, одевалась на хвостовик клинка. Поверх рукояти одевалось навершие-яблоко.
Мечи созданные скандинавскими кузнецами предназначены для рубящих ударов. Длиной, обычно 70…90 см. Толщиной – 4..4,2 мм. Шириной – 5…6 см. Конец, как правило, тупой или даже закругленный. Все дело в том, что мечем неудобно наносить колющие удары. По классификации Ошкотта, эти мечи являются подвидом европейских «каролингских мечей».
Мечи носили как удобно воину, обычно на бедре. Но вопреки фильмам носить мечи на спине не очень удобно и к тому же крайне опасно, вынуть его при необходимости быстро не получится. По этой причине это чисто кинематографический приём.
Клинок изготовляли методом послойной ковки, чередуя мягкое и твёрдое железо, этим добивались высокой пластичности и упругости клинка.
Позже скандинавские кузнецы освоили и метод послойной ковки, изготовляя мечи по методу аналогичному дамасской стали, но в отличие от востока, у скандинавов эта традиция не прижилась.
В первую очередь, это связано с наличием залежей железных руд, из которых получалась качественная сталь, которая ценится до настоящего времени, вторым фактором было время. На изготовление дорогого меча могло уходить до полугода, таким временем викинги не располагали, набеги нужно было совершать гораздо чаще.
По этой причине мечи каролингского типа викингов это скорее оружие для старшего воина или вождя. В скандинавской дружине более удобными считались топоры и молоты, ввиду их стиля ведения боя.
Металлургия по-японски
Позже всего железо пришло в Японию, но, несмотря на это именно японские мечи известны своими смертельно-опасными характеристиками. «Мастер мечей» в Японии в сословном обществе находился на одном уровне с самураями. Это право давало ему его мастерство.
Кузнецы-оружейники – кадзи, были вне ранга ремесленников и входили в состав от 80…120 кузнечных школ, в разное время их количество менялось.
Железная руда добывалась из речного песка, выплавка стали из такой руды была трудоёмким и длительным процессом. После выплавки полученная сталь многократно проковывалась до получения однородной плотной массы. Полосы из такого материала объединялись кузнечной сваркой в пакет и снова проковывались.
Нужно отличать японскую технологию получения композита из слоёв металла от европейской технологии получения дамасской стали. Если в Японии было принято именно наваривание слоёв стали на основание, то при изготовлении дамаска применялся монолитный пакет, объединённый кузнечной сваркой.
Изготовление японских мечей было сложным процессом. Существовало два основных типа ковки меча:
- итамэ – на стальную полосу из мягкой стали наваривался многократно свёрнутый пакет из высокотвёрдого металла, который и образовывал лезвие;
- масамэ – также в качестве основания использовалась полоса мягкой стали, но на область клинка наваривалась кузнечной сваркой свёрнутая полоса твёрдого металла и уже на неё наваривается лезвие из хаганэ – очень твёрдого сплава.
Сам клинок имел клиновидную форму, что упрощало его обработку и многократное наваривание.
Изготовление самурайского меча по технологии и качеству отличалось от изделий европейских мастеров. Хотя и имело некоторые общие черты.
Европейский меч
Технологии получения металла постоянно развивались, но изначально практически везде использовали одни и те же технологии. Для того чтобы понять сущность меча, придётся вникнуть в технологию его создания с самого начала. С получения руды.
Из руды в железо
Железо изначально добывалось из болот, из так называемой болотной руды, но уже в начале средних веков стали использовать и добычу из закрытых месторождений.
Полученную руду выплавляли в металл сыродутным способом, получившим своё название из-за использования воздуха атмосферной температуры для поддержания горения.
Эффективность получения металла была крайне низкой. Сталь получалась нестабильной структуры, с вкраплениями шлака. Для того чтобы довести её до приемлемого состояния требовалась неоднократная проковка заготовки и в дальнейшем её науглевоживание.
Изготовление мечей на Руси было довольно дорогим и сложным процессом именно из-за болотной руды, практически все качественное оружие делали из завозимого из Швеции железа.
Нужно отметить, что сталь представляет собой сплав железа с углеродом. Чем больше в железе углерода, тем твёрже металл, но в тоже время при значительном количестве углерода материал становится излишне хрупким. При перенасыщении он переходит в чугун, который на тот момент считался бесполезным материалом ввиду невозможности обработки его ковкой.
Плавку производили в печи, куда засыпали железную руду вперемешку с древесным углём и пережигали её в течение определённого времени.
Воздух в домницу подавался мехами. Процесс достаточно небыстрый и затратный, особенно учитывая то, что уголь также требовал длительного пережога из древесины определённых сортов.
После того как уголь прогорал, из печи доставали слитки металла, называемые крицами. Это был сплав шлака, стали и чугуна. Крицу разбивали на более мелкие части, отделяли сталь, после чего проковывали её, удаляя пустоты и частицы шлака. После этого заготовки продавали мастерам оружейникам.
Ковка меча
После получения железа требовалось провести ещё множество операций. Технология ковки боевого оружия из такой руды дело тонкое и требующее опыта, аккуратности и мастерства. Клинок создавался в несколько этапов:
- получение пакетов из металла разной твёрдости, многократная проковка с кузнечной сваркой;
- кузнечная сварка пакетов для создания клинка меча;
- придание формы;
- термохимическая обработка режущих поверхностей;
- окончательная закалка;
- полировка лезвия;
- заточка и насаживание рукояти.
Кузнечная сварка пакетов металла различной твердости применялась для того чтобы клинок меча обладал достаточной упругостью (мягкая сердцевина), прочностью (средние по твердости боковые пакеты) и твердостью (область лезвия).
Термохимическая обработка обычно заключалась в поверхностной цементации, раскалённая заготовка опускалась в сосуд с мелкоистолченным углём и прогревалась в нем. В это время происходило насыщение поверхностных слоёв стали углеродом, от чего возрастала твёрдость поверхности клинка.
Нужно отметить, что поверхностная цементация не захватывала глубину и поэтому после цикла заточек, меч требовал повторения этой процедуры, так как заточка снимала цементированный слой.
Так делали знаменитые каролингские мечи, изготовление скандинавских мечей практически ничем от этого процесса не отличалось.
Процесс получения таких изделий, в настоящее время освоен энтузиастами кузнечного дела, по самостоятельно созданным эскизам и чертежам оружия средневековья, но и сейчас при использовании сравнительно современных технологий требуется до полугода на создание качественного меча.
Сталь имени базара в Дамаске и булат, и их отличия
Дамасская сталь, несмотря на своё название с городом никак не связана, своё название она получила в Средние века из-за крупного оружейного базара расположенного там. А появилась она ещё в античности.
Клинок из дамасской стали представляет собой клинок из нескольких пакетов стали с различным содержанием углерода.
Наиболее известна так называемая «харалужная» сталь. В этом случае кузнец сваривал несколько прутков металла с разным содержанием углерода в один пакет, после чего закручивал его в косу и проковывал в брусок, несколько таких брусков также сваривались, закручивались и проковывались.
При удачном подборе температур получался гибкий и твёрдый клинок.
После отковки клинок закаливался и затачивался. Характерный упорядоченный рисунок на его поверхности протравливался.
Вторым вариантом изготовления дамаска было многократное проковывание пакета пластин из стали, с постоянным его складыванием и сгибанием. В итоге получалось «слоёное тесто» из сотни с лишним микрослоев материала различной твёрдости и вязкости.
Но и этот вариант занимал огромное количество времени. Для такой ковки требовалось применять труд молотобойцев, так как в одиночку кузнец явно не справился бы с такой работой.
Так получалось великолепное оружие, легенды окрестили его по имени восточного города Дамаск, но на самом деле харалужные клинки появились в Европе в начале средних веков, о чем свидетельствуют многочисленные археологические находки. Так бастарды, то есть одноручные европейские мечи из дамасской стали появились раньше, чем киличи и шамширы с Востока.
Дамасская сталь отличалась от композитных клинков японских и европейских мастеров. Но, несмотря на великолепные характеристики, изготовление таких мечей было слишком трудоёмким. Особого распространения они не получили, но зато вошли в легенды.
Нужно заметить, что качества дамасских клинков сильно преувеличены. Клинок не мог прорубить сам по себе пластинчатый доспех или перерубить подушку, это все выдумки романистов 18-19 веков. Дамасские клинки отличались лишь повышенной прочностью, остротой заточки и повышенным режущим свойством, за счёт многослойной структуры клинка.
В конце 19 века дамасская сталь и булат были получены русским металлургом Аносовым. Но если булатные клинки массово выпускались на Златоустовском заводе, то выпуск дамасской стали был признан экономически невыгодным, ввиду её сложности.
Булат в отличие от дамаска представляет собой литой металл, а не полученный кузнечной сваркой.
Он как раз и пришёл в Европу с Востока, под именем вутц его делали в Индии, в Афганистане и Иране он еще известен под именем хорошан. Внешне отличить дамасскую сталь от булата сравнительно просто. Булат имеет хаотический, беспорядочный узор, в то время как на дамаске полученном ковкой узор более стабилен и упорядочен.
Получали булат из высокоуглеродистой стали, практически чугуна, добавляя в него частицы низкоуглеродистого металла при плавке, не до конца расплавившиеся частицы низкоуглеродистой структуры и придают булату его характерные узоры.
Вообще древние мастера владели не только этим секретом, вариантов выплавки было много, но основным и наиболее лёгким в освоении был все-таки этот.
Как и дамаск, булат не обладал сверхъестественными способностями. Высокопрочная сталь клинка, хорошая вязкость и твёрдость – это клинок из булата.
Но на фоне современных ему композитных мечей, зачастую изготовленных с нарушениями технологии, булат отличался великолепными характеристиками.
С окончанием средневековья в котором были и войны, и нашествие татар, секрет получения дамаска и булата был утрачен. Восстановил его в 1881 году российский металлург Аносов.
Заключение
Думаю, по прочтении статьи понятно, почему средневековые мечи стоили того, чтобы их меняли на деревню, а то и две. Иначе как можно оценить трудоёмкость и количество времени и ресурсов вложенных в одну единицу оружия. Владелец меча имел в руках целое состояние.
Но при этом если посмотреть с точки зрения современной металлургии, то клинки тех времён не представляют ничего особенного, и не обладают никакими сверхъестественными способностями.
В тоже время, именно на изготовлении оружия развивалась металлургия, ведь для сохи и орала не требовались ни высокопрочные стали, ни термические методы обработки, ни даже цементации. Все это нужно было лишь для получения оружия. Так что выходит – «война – двигатель прогресса».
Видео
Поставив себе задачу изготовить настоящий меч XIII века по аутентичной технологии, мы вынуждены были повторить весь путь древних металлургов – начиная от построения сыродутной печи, восстановления железа из железной руды и переплавки полученного металла в сталь, пригодную для изготовления меча.
Меч XIII века – не первый эксперимент «ПМ» в области исторической реконструкции холодного оружия. Во время изготовления шашки Федорова по технологии начала XX века (см. «ПМ» № 1’2007) был накоплен значительный опыт, но оказалось, что к текущей задаче его применить практически нереально. В случае с шашкой в качестве исходных материалов мы использовали современные аналоги существовавших в начале 1900-х годов видов стали (рельсовая, пружинная, подшипниковая). Но вот только сделать то же самое с мечом XIII века невозможно: в то время никаких стандартов на сталь не существовало и в помине. Поэтому основная проблема, с которой мы столкнулись, – это необходимость повторить древний металлургический процесс восстановления железа из руды. Что мы и сделали под руководством известного кузнеца-оружейника Василия Иванова, руководителя мастерской исторического японского оружия Ishimatsu.
От руды до крицы
До XIV века основным процессом получения железа было восстановление его из руды в сыродутной печи (домнице). Такая печь имела форму, близкую к усеченному конусу высотой примерно 1,2 м и диаметром 60–80 см в основании и 30 см в верхней (колошниковой) части, складывалась из камня или огнеупорного кирпича и обмазывалась глиной. В печи была предусмотрена фурма – труба для подачи воздуха от мехов диаметром в несколько сантиметров, отверстие для слива шлака в нижней части, а также иногда разборная часть для извлечения слитка железа после окончания процесса. После высыхания печь протапливали с помощью дров, чтобы обжечь глину, а также для образования золы, которая в дальнейшем служила подстилающим «антипригарным» покрытием и выполняла роль одной из составляющих частей флюса (зола содержит соду и поташ).
Эта часть технологии не вызвала у нас никаких особых затруднений, и после сооружения домницы и прошествии нескольких дней, которые потребовались на высыхание глины и обжиг, мы приступили к первой части процесса – восстановлению железа.
В качестве исходного материала мы взяли богатую (и к тому же обогащенную) руду – магнетит (FeOFe2O3) из района Курской магнитной аномалии.
Технология достаточно проста: в печь до половины загружают древесный уголь, разжигают, после чего сверху засыпают смесь руды с флюсом (в каче-стве которого мы использовали вполне исторически аутентичную смесь доломитовой муки, песка и соды). Поверх насыпают еще слой угля, и затем по мере его прогорания добавляют слои руды с флюсом и угля. Такой цикл повторяют несколько (до пяти) раз. При этом на протяжении нескольких часов требуется постоянный поддув воздуха с помощью мехов, чтобы температура в печи достигла 1400–1500 С (тут мы были вынуждены немного отступить от технологии, поскольку использовали электрический поддув из-за нехватки работников).
В сыродутной печи происходит несколько процессов. Во-первых, порода при высокой температуре отделяется от руды и стекает вниз в виде шлака. Во-вторых, оксиды железа угарным газом и углеродом восстанавливаются до железа, зерна которого сплавляются между собой, образуя слиток – крицу. Когда уголь почти полностью прогорает, шлак через отверстие в печи сливают, а затем, после остывания, разбирают часть стенки и извлекают крицу – пористый железный слиток.
От железа к стали
Эффективность сыродутного процесса невелика: значительная часть железа уходит в шлак, и из 120 кг руды мы получили всего около 25 кг крицы. Причем это пока еще только сырой исходный материал, очень неоднородный по своему качеству. Во время своего нахождения в печи крица насыщается углеродом весьма неравномерно и в результате содержит фрагменты мягкого железа почти без углерода (0–0,3%), углеродистой стали (0,3–1,6% углерода) и чугуна (с содержанием углерода выше 1,6%). Это совершенно разные материалы, с разными свойствами, поэтому первым делом нужно провести первоначальную сортировку. «Крицу разбивают на небольшие куски, которые по механическим свойствам – хрупкость и пластичность – сортируют на три кучки с различным содержанием углерода, – объясняет Василий Иванов. – Если кусок мягкий и ковкий, то содержание углерода низкое, если твердый – высокое, если куски хрупкие и легко раскалываются, обнажая характерный излом, – это чугун».
Наша задача – получить в конечном итоге три вида стали с более-менее нормированным содержанием углерода. Первый вид – низкоуглеродистая (до 0,3%) сталь (так называемое деловое железо – из него изготавливали различные бытовые изделия типа гвоздей, обручей и т.п.), второй – со средним (0,3–0,6%) содержанием углерода, третий – высокоуглеродистая (0,6–1,6%) сталь.
Отсортированные куски складываем в керамические тигли, пересыпав тем же флюсом, который мы использовали ранее, ставим в горн, наполненный древесным углем, и включаем поддув. В зависимости от расположения тигля в горне и интенсивности поддува воздуха можно либо насыщать углеродом сталь (в восстановительной зоне – верхней части горна над горящим углем), либо выжигать его избыток (в окислительной зоне – нижней части горна, где подается воздух) и таким образом получать нужные нам материалы. Стоит также отметить, что мы изначально использовали относительно «чистую» руду, наша сталь не содержит значительного количества вредных примесей – в основном серы и фосфора. Разумеется, никаких легирующих добавок типа хрома, молибдена, марганца или ванадия мы не использовали (кроме тех небольших количеств, что изначально присутствовали в руде), так что историческая аутентичность соблюдена.
После плавки Василий извлекает из тиглей слитки стали и оценивает полученный результат, проковывая их в полосы. «При необходимости в ходе дальнейшего процесса можно выжечь избыток углерода из полосы прямо в горне, – объясняет он. – Или науглеродить, поскольку при ковке часть углерода – до 0,3% – неизбежно выгорает».
Мягкость и твердость
В результате вышеперечисленных операций мы получили три примерно трехкилограммовых заготовки из разных видов стали в форме полос. Однако от этих полос до меча еще довольно далеко. По словам Василия, «это пока еще не детали клинка, а лишь материал, из которого они будут сделаны».
Одним из способов создать твердую режущую кромку оружия в XIII веке была цементация – поверхностное упрочнение, то есть науглероживание поверхности изделий, изготовленных из относительно мягкой стали. Изделие помещали в закрытый сосуд, заполненный органическим веществом – карбюризатором, в роли которого чаще всего выступал уголь, толченые рога или их смесь. Затем сосуд помещали в печь, где при температуре свыше 900 С без доступа воздуха карбюризатор обугливался и поверхность изделия постепенно насыщалась углеродом. Этот способ достаточно широко применялся для науглероживания топоров и клинков (более-менее массовых изделий). Но цементация – это упрочнение поверхностного слоя определенной глубины; когда этот слой стачивался, режущая кромка переставала держать заточку, и оружие приходилось подвергать новой процедуре цементации. А при увеличении глубины цементации возрастал риск сделать поверхность слишком хрупкой. Так что этот способ мы отвергли, поскольку он все-таки не позволяет достичь нужных нам качеств. Ведь «совершенный клинок» XIII века (равно как и любого другого времени) должен быть упругим, гасить колебания при ударах, вязким, а не хрупким, но в то же время режущая кромка лезвия должна быть твердой и хорошо держать заточку. Создать такой меч из гомогенного материала практически невозможно, поэтому мы решили прибегнуть к композитной технологии того времени, используя пакетную схему и «узорную сварку» (pattern welding). Наш меч будет «построен» из семи пакетов трех видов, каждый из которых выполняет свою задачу.
Первый пакет изготавливается из мягкого низкоуглеродистого (до 0,3% углерода) железа. Из вытянутых полос этого мягкого железа составляем шестислойный «сэндвич», проковываем его (при этом слои свариваются в единый пакет), разрубаем и складываем пополам, вновь проковываем, повторяя этот процесс восемь раз и получая в итоге пакет из относительно мягкой дамасской стали, насчитывающий примерно 1500 слоев. Этот пакет будет «становым хребтом» нашего меча – его сердцевиной. Такая вязкая сердцевина работает на сжатие, воспринимает ударные нагрузки и гасит колебания, не давая мечу сломаться при сильных ударах. Она также связывает все окружающие пакеты, выполняющие другие задачи, в единое целое.
Второй пакет – это будущее лезвие. Для его изготовления мы использовали два полученных нами ранее вида стали – среднеуглеродистой и высокоуглеродистой. Чередуя полосы этих двух видов так, чтобы среднеуглеродистый материал оказался «снаружи», складываем сэндвич из семи слоев и, пересыпав флюсом, свариваем их в единый пакет. Затем разрезаем, складываем пополам и вновь проковываем. Повторяем операцию еще 14 раз. Легко подсчитать, что в итоге при таком складывании мы получим… более 200 000 слоев! Учитывая, что финальная толщина пакета составляет 6 мм, можно вычислить толщину слоя – около 30 нм. «Фактически средневековые нанотехнологии! – смеется Василий. – На самом деле, конечно, это весьма условные ‘слои’ – при таком перемешивании структура стали получается близкой к гомогенной». Лезвие в итоге должно быть твердым и хорошо держать заточку.
Пружинки
Третий пакет – это будущие обкладки, их четыре. Они изготавливаются из мягкой низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали. Начинается этот пакет с семислойного сэндвича (низкоуглеродистой сталью наружу), который с помощью горна и молота свариваем в единый пакет. Как и два других пакета, разрезаем, складываем пополам и вновь проковываем. Повторяем операцию еще девять раз, получая в итоге полосу из дамасской стали, состоящую из 7000 слоев.
Но это еще не все! Для того чтобы клинок меча в итоге лучше противостоял поперечным изгибающим нагрузкам, а также продольному скручиванию, обкладки торсируют, то есть каждую скручивают на 20 оборотов, получая стальной витой «канат». Такие обкладки после закалки станут более упругими и будут дополнительно гасить колебания, не позволяя ударам «отдаваться в руку». Поскольку обкладок четыре, направления закручивания их должны «компенсироваться» попарно – иначе при малейшей ошибке во время закалки меч «пойдет винтом». Упругие обкладки-торсионы работают в клинке меча на растяжение и фактически выполняют ту же роль, что и арматура в железобетоне, то есть упрочняют тело клинка.
Заготовка для клинка
Но вот наконец все семь пакетов готовы и начинается финальная подготовительная стадия – изготовление заготовки клинка. Все пакеты скрепляются проволокой, Василий разогревает их в горне, просыпает флюсом и начинает процесс кузнечной сварки. Как и при подготовке самих пакетов, он использует пневматический молот, и это еще одно небольшое отклонение от средневековой технологии: «Конечно, можно было бы не отступать от оригинальной технологии, но для этого мне бы понадобилась пара молотобойцев… – И ехидно предлагает: – Хотите попробовать?» Фотограф делает вид, что очень занят процессом съемки, а я начинаю расспрашивать Василия о каких-то мельчайших деталях происходящих процессов.
Тем временем заготовка приобретает вид бруска размерами 1,2х2,5х50 см и массой примерно 1,5 кг. Если вспомнить, что для ее изготовления нам понадобилось переработать 120 кг руды и примерно две недели времени, процесс выглядит не слишком эффективным (впрочем, из этого количества руды мы получили не одну, а две заготовки). Однако такова реальность – именно так и происходил процесс изготовления заготовок для высококачественного холодного оружия в Средние века. Теперь остается самое главное – выковать из этой заготовки, внешне напоминающей слегка ржавую монтировку, наш «идеальный меч».
Вторая попытка: Средневековый меч
Выковать настоящий меч XIII века из заготовки, работу над которой мы описали в статье «Железный век» («ПМ» № 2’2009), оказалось не так уж и просто. Как и у средневековых кузнецов, оружие получилось у нас вовсе не с первой попытки
В февральском номере «ПМ» мы начали рассказ о нашем проекте исторической реконструкции средневекового меча под руководством известного кузнеца-оружейника Василия Иванова, руководителя мастерской традиционного японского оружия Ishimatsu. В первой статье мы описали, как получали нужные сорта стали из железной руды, и пообещали опубликовать продолжение в следующем номере. Однако нас поджидали технические трудности, которые задержали продолжение почти на два месяца. Впрочем, трудности эти тоже вполне исторически аутентичны – с ними встречались и средневековые кузнецы-оружейники.
От бруска к клинку
Итак, у нас есть стальной брусок, собранный из семи пакетов, – каждый из них имеет свою структуру и назначение в конструкции клинка. Первым делом нужно превратить этот брусок в собственно заготовку – проковать в стальную полосу заданных размеров с учетом запаса на проковку и оттяжку лезвия (для экономии времени мы немного отступили от исторической аутентичности, использовав для этой операции пневмомолот). На заключительной стадии этого этапа Василий, уже вручную, придает полосе первоначальную геометрию, формируя хвостовик, кончик и пятку клинка. С этого момента полоса по форме уже отдаленно напоминает будущий меч. После того как металл остыл, Василий еще раз внимательно осмотрел и измерил полученную заготовку, оставив небольшой запас металла на исправление будущих ошибок.
Следующая стадия – проковка долов. Долы – это продольные пазы, проходящие вдоль части длины клинка. Иногда их ошибочно называют «кровостоками», хотя на самом деле функция долов в конструкции клинка совершенно иная – они уменьшают массу клинка и играют роль ребер жесткости. Долы проковываются с помощью специального инструмента, называемого шпераком. Шперак представляет собой Т-образные щипцы с губками круглого сечения, заготовка зажимается между ними и проковывается, в результате с обеих сторон клинка появляются продольные пазы.
И наконец, заготовка приобретает более-менее окончательный вид после оттяжки (формирования) лезвия. «Это довольно кропотливый процесс, – объясняет Василий. – Если на предыдущих этапах можно использовать пневмомолот, то для оттяжки лезвия необходима высокая точность, которая достигается только ручной ковкой». На этой стадии окончательно задается геометрия будущего клинка, можно немного изменить расположение центра тяжести, варьируя толщину клинка у кончика или у основания. Толщина режущей кромки на этом этапе составляет 2–2,5 мм. Тоньше нельзя: можно перекалить сталь, да и запаса для каких-либо «маневров» не останется.
Но вот предварительные работы почти закончены. Василий еще раз проверяет соответствие размеров клинка нашему техзаданию, рихтует заготовку и переходит к следующему этапу – термообработке.
Термообработка
К закалке приступают не сразу. Сначала нужно избавиться от внутренних напряжений в материале, которые могли появиться во время ковки. Для этого клинок отжигают – нагревают до 950–970°С, а затем оставляют медленно остывать прямо в горне – этот процесс занимает 5–8 часов. Затем заготовку окончательно рихтуют, причем минимально, чтобы избежать переуплотнения материала в различных частях клинка.
Закалка – самая известная часть процесса термообработки. При закалке происходит быстрое охлаждение заготовки, углеродистая сталь становится прочной, твердой и упругой (снижается ее пластичность и вязкость).
Василий накладывает древесный уголь и разжигает горн, поясняя: «Древесный уголь горит более равномерно. К тому же он легче кокса, и поэтому вероятность повредить горячий пластичный клинок при разогреве меньше». Он нагревает клинок, стараясь добиться равномерного прогрева примерно до 890–900°С, затем вынимает заготовку из горна и опускает в ванну с солевым раствором на 7–8 секунд. Затем клинок нужно отпустить – снять внутренние напряжения, накопившиеся в металле во время закалки, сделать его менее хрупким и увеличить ударную вязкость: нагреть до невысокой (180–200°С) температуры и охладить до комнатной в воде (или воздухе – методики варьируются). Эту операцию производят обычно несколько раз (в нашем случае три) с перерывами в 15–20 минут. После этого клинок оставляют в покое на несколько дней, чтобы оставшиеся внутренние напряжения проявились и «устаканились». «Клинок желательно подвесить, а не просто положить на наковальню, – замечает Василий. – Иначе неравномерности в теплообмене могут нарушить геометрию, то есть клинок банально ‘поведет». Но даже в подвешенном состоянии по прошествии нескольких дней клинок, как правило, нуждается в небольшой щадящей холодной рихтовке.
После термообработки – очередной контроль качества. Василий тщательно осматривает клинок на предмет «непроваров», трещин, проверяет его на изгиб и кручение, бьет клинком по доске плашмя и вновь осматривает. Затем он зажимает клинок двумя пальцами и бьет по нему металлической палочкой, внимательно прислушивается к звону и скептически качает головой: «Когда звук звонкий, колокольный, по мечу идет долгая вибрация – это говорит о прокованности меча, отсутствии внутренних микротрещин и достаточно высокой степени закалки. Если звук хриплый, тусклый и недолгий – значит, есть какие-то дефекты. Здесь что-то не так: звук мне не нравится». Но объективных признаков вроде бы нет, так что переходим к следующему этапу.
Механическая обработка
Этот довольно монотонный процесс занимает почти две недели. За это время оружейник с помощью мокрых абразивных камней из песчаника снимает лишний металл, шлифует долы, формирует и затачивает режущую кромку. Но вот, наконец, работа близится к концу, и Василий приступает к окончательной проверке – вновь осматривает клинок, разрубает несколько деревянных брусков, мягкий стальной уголок, несколько раз изгибает клинок: «Похоже, закалился неравномерно – при изгибе основание образует дугу, а кончик почти прямой», – и в этот самый момент зажатый в тиски клинок с неприятным хрустом трескается. Его конец по-прежнему зажат в тисках, а остаток – в руках у Василия, который пожимает плечами: «Я же говорил, что тут что-то не так! Вот поэтому мы при выплавке делали несколько заготовок. Ничего страшного – разберемся, почему это произошло, и попробуем еще раз».
Сломанный меч
Собственно, именно это и задержало выход данной статьи на два с лишним месяца – потребовалось разобраться в причинах произошедшего, провести несколько экспериментов, внести коррективы в процесс… и повторить весь путь от многопакетного бруска заново.
Почему же сломался наш первый меч? «Напомню, что мы использовали нестандартные стали, точный состав которых неизвестен, а значит, их характеристики сложно предсказать, – говорит Василий. – По-видимому, закалка была чрезмерно ‘жесткой’ – слишком высокая температура и использование солевого раствора привели к образованию микротрещин в высокоуглеродистой стали. Это чувствовалось уже на этапе предварительной проверки после закалки – по звуку и гибкости, но окончательно подтвердилось только после мехобработки – стали видны микротрещины на поверхности».
Звонкий клинок
После ряда экспериментов процесс термообработки был модифицирован. Во-первых, мы решили немного изменить геометрию клинка, увеличив толщину кончика, чтобы закалка стала более равномерной. Во-вторых, уменьшили температуру нагрева до 830–850°С и саму закалку решили проводить не в солевой ванне, а в водно-масляной (слой масла толщиной 30 см поверх воды). После такой двухступенчатой (за счет масла, имеющего температуру кипения около 200°С) закалки, длящейся 7–8 секунд, клинок охлаждался в воздухе (на морозе в –5°С) до полного остывания (5 минут). Методика дальнейшей термообработки также была изменена: клинок отпускали для снятия внутренних напряжений в пять заходов, нагревая до температуры 280–320°С, а затем оставляя остывать в воздухе.
И вновь – перерыв в несколько дней, рихтовка, обдирка, шлифовка и заточка.
И вот, наконец, Василий вновь бьет металлической палочкой по клинку, прислушивается к долгому музыкальному звону, и на лице его появляется удовлетворенная улыбка: «Кажется, на этот раз все получилось!» Он зажимает клинок в тиски и тянет за хвостовик – клинок сгибается в почти идеальную дугу.
Остаются только всякие мелочи – протравить рисунок, чтобы на поверхности клинка появился красивый узор, подогнать деревянные ножны, установить на меч рукоять, обтянутую замшей, бронзовые перекрестие и навершие (так называемое яблоко). Меч, почти в точности такой, каким могли биться русские воины XIII века, полностью готов.
Русское и японское
Поскольку Василий Иванов считается признанным экспертом в области традиционного японского оружия, мы не могли обойти вниманием сравнение технологий оружейного искусства двух школ – западной и восточной. «Несмотря на разные названия, технологии ковки и приготовления стали для изготовления восточного и западного оружия практически идентичны, – поясняет Василий. – Японское оружие – это тоже, как правило, многопакетные клинки, конструкция которых варьируется в зависимости от школы, цены, времени изготовления. Конечно, по форме русское и японское оружие тех времен существенно отличается, но это обусловлено скорее традициями и техникой фехтования, чем технологическими причинами. А вот процесс закалки отличается довольно сильно – при изготовлении японского оружия применяют так называемую зонную закалку, когда часть клинка обмазывают глиной, чтобы замедлить остывание в закалочной ванне. Механическая обработка в японском оружии тоже гораздо более серьезна: шлифовка и полировка должны быть очень тщательными и утонченными, поскольку японское оружие, кроме своего прямого назначения, имеет еще и эстетическую функцию – это, как правило, настоящее произведение искусства. Вот почему японские катаны обязательно полируют, а русский меч достаточно просто отшлифовать и на нем даже допустимы следы от абразивного камня. Кстати, благодаря тщательной полировке японские клинки более устойчивы к коррозии».
Материал с сайта: https://radosvet.net
Меч
Элегантный и грозный меч - вершина развития лезвий, кульминация кузнечного мастерства. Хоть конструкция его и сложна, область применения меча, гораздо уже, чем или ножа. Те могут служить не только оружием, а мечом, можно только убивать. Мечи появились в арсенале воинства достаточно поздно. Первые мечи были выкованы четыре тысячи лет назад.
Мастер, кующий мечи, пользуется самыми обычными инструментами: молотом, наковальней, парой щипцов, чтобы удержать, раскаленный металл, когда его обрабатывают на наковальне, зубилами и напильником.
Как куется меч
Для начала кузнец приобретает железную руду, магнетит. Магнетит, похож на черный песок. Кузнец смешивает руду с древесным углем из твердой древесины. В итоге получается железная крица. Чтобы получить крицу весом 200 кг, мастер, сжигает до 180 килограммов древесного угля. Крица разрубается на куски поменьше, из которых кузнец получает сталь. Куски крицы и обрабатывают на наковальне. При этом выжигаются примеси и удаляются раковины в . Затем процесс накала и проковки повторяется и получается чистый металл.
Многократная проковка, нагрев, и снова проковка позволяют выжечь из металла примеси и убрать пузырьки воздуха. Так получают прочную . Пластины металла сваривают вместе многократной проковкой, чтобы заполнить все зазоры. Так можно сделать поковку больше размером. Далее поковка слаживается пополам, образуя бутерброд. Затем поковку начинают отбивать молотом, растягивая ее до нужной длины и ширины. В итоге получается полоса из стали. Потом нужно обработать края, вытянуть кромки, придать нужные формы молотом. После этого, остывший т, и производят закалку. Сначала металл , затем очень быстро охлаждают в воде. Мягкая сталь становится при этом достаточно твердой.
Процессы, происходящие при закалке стали
Резкое охлаждение стали, делает ее особенно прочной, благодаря молекулярным изменениям, которые происходят, когда меч нагревают до определенной температуры. На данном этапе, ячейки кристаллической решетки железа расширяются от нагревания, и в них попадают атомы углерода. Если в этот момент быстро охладить сталь, ячейки кристаллической решетки, свяжут внутри углерод. В результате получается очень прочная, . Дальше сталь надо снова нагреть, но до температуры пониже. Это называется отпустить металл. При этом сталь станет не такой хрупкой.
Оканчательная доводка меча
И наконец, нужно изготовить эфес меча. Он состоит из гарды, не дающей руке сползти на клинок, рукояти и навершия, которое помогает удерживать меч в руке и уравновешивать оружие.
Меч - это не просто оружие - это произведение искусства. Кузнецы были уважаемыми людьми. Они владели приемами мастерства и строго хранили секреты изготовления самого грозного оружия своего времени.
Но, как, ни важна работа кузнеца, он только создает меч. Дальше , умелым меченосцам, которые на поле брани.
Рерайт буржуйского видео
Основы ремесел. Опыт мастеров художественной ковки.
В публикуемой ниже статье ЛЕОНИД АРХАНГЕЛЬСКИЙ рассказывает о технологии изготовления японских самурайских мечей (катан) и одновременно излагает свои философские и научные взгляды на процесс получения булатных и дамасских сталей.
Линия "хамон" и "алмазная" сталь
При взгляде на клинок японского самурайского меча - катаны - бросается в глаза волнистая или прямая линия, идущая вдоль клинка - так называемая линия "хамон". При внимательном рассмотрении оказывается, что структура и цвет металла клинка по обе стороны линии "хамон" разные. Мне доводилось много всякого читать и слышать о природе этого явления. Причем сами японцы, как и положено, не слишком распространяются на эту тему. Я знаю и применяю на практике при изготовлении катан несколько способов получения линии "хамон". Попробую рассказать о них.
Способ первый.
Назначение клинка определяет его форму, а от формы зависят свойства металла в разных частях клинка. Ясно, что у меча должно быть "твердое" острие, а что рубить не должно (обух) - должно быть вязким и упругим. Самый простой и самый популярный способ достижения такого эффекта - неравномерная закалка. Для этого берут кованый клинок из обычной инструментальной стали и на обух наносят слой глины, оставляя лезвие и острие открытыми. Нижнему краю обмазки придают волнистую форму, после чего глину сушат. Затем клинок нагревают до температуры закалки и вместе с обмазкой опускают в закалочную жидкость. Теплопроводность глины невысокая, и поэтому происходит неполная, "мягкая" закалка закрытых глиной участков, в то время как лезвие закаливается "насухо". При закалке таким способом углеродистой стали типа У10 твердость на лезвии достигает 64HRC, а на обухе - лишь 45HRC, т. е. твердости пружины. После низкого отпуска все изделие имеет хорошие режущие свойства и, в то же время, не ломается при ударах, обладая при этом неплохой упругостью, и имеет линию "хамон" (переходную зону). После шлифовки, полировки и легкого травления выявляется эта зона - между темным закаленным лезвием и более светлым обухом. Ширина переходной зоны зависит от марки металла. На клинке из стали У10 "хамон" узкий и четкий, из ШХ15 - широкий и размытый. От этого способа линия "хамон" получила в англоязычной литературе название "temperline" - температурная линия, а в нашей - "линия закалки" или просто "закал". Очевидно, что волнистая, а еще лучше зубчатая линия не позволяет лезвию выламываться большими кусками по границе закаленной зоны. Вроде бы все просто. Но! Если на стальной клинок просто намазать глину, то при высыхании глина растрескается и отвалится. В нее нужно добавить некоторое количество песка. Тогда глина отвалится только при нагреве в печи или горне. Нужно добавить и толченого древесного угля, который заодно снижает теплопроводность глины. Но и после всех этих ухищрений обмазка отлетит сразу же, как только вы опустите клинок в закалочную жидкость. Я поступаю проще. Делаю из тонкой жести чехол по длине клинка и надеваю его на обух. Промежуток между чехлом и клинком набиваю глиной, асбестом и другими материалами, в зависимости от того, какая теплопроводность слоя нужна. Суши и нагревай как хочешь - обмазке из кожуха некуда деться! Как бы то ни было, тем или иным способом - неравномерной закалки достигли. Американцы говорят, что именно так и получают на катанах "хамон". Получают, но... не в Японии.
Способ второй.
Берут клинок из какой-либо малоуглеродистой стали типа 20, 20Х или даже нержавеющей 20Х13, в общем из таких, которые при закалке не охрупчиваются, но повышают свою прочность. Затем на обух наносят глину, чехол с глиной, как и в первом способе, или применяемые в промышленности формовочные смеси на основе жидкого стекла. Защитив таким образом обух, весь клинок подвергают цементации, насыщая углеродом лезвие. После цементации и закалки клинок полируют и получают резкую, четко выраженную линию "хамон". Закрытый обух и голое лезвие имеют в итоге резко отличающееся содержание углерода, а не только различные закалочные структуры, поэтому лезвие отличается от обуха цветом и блеском металла непосредственно после хорошей полировки. Такие клинки очень трудно отличить по внешнему виду от самых лучших японских. При высоких температурах цементации на лезвии образуется грубая цементитная сетка, придающая лезвию очень высокую твердость, что позволяет при желании резать этим лезвием стекло. Из остро заточенного лезвия выкрашиваются карбиды и на нем образуется знаменитая "булатная" микропила, которая очень хорошо режет волокнистые материалы. Например, мясо или подброшенные в воздух куски различных тканей. А вот как описывают немецкие специалисты получение линии "хамон" в Японии. Обмазку наносили на обух и нагревали в горне "до цвета Луны июньским вечером". Нагрев производили на древесном, обязательно сосновом, угле. Дело в том, что сосновый уголь сильно науглероживает металл, давая восстановительное пламя. При температуре примерно 1150 °С цементация идет довольно быстро и клинок на поверхности насыщается углеродом до 1,5-2,0%. Цементитная сетка дает после полировки характерную матовую поверхность с искристым отблеском, из-за которого металл получил название "алмазная" сталь. Впрочем, этим термином разные специалисты называют разные стали: например ХВ4 или Р18, которые закаливаются до 67HRC, и при этой твердости режут стекло, подобно алмазу. Закалку клинков производили непосредственно с цементационного нагрева в проточной воде "февральской" температуры, т. е. в ледяной. После такой жесткой закалки твердость получается более 66НКС и стекло успешно режется. Оконное стекло вообще своеобразный твердомер - при 64HRC на нем остаются царапины, при 65 единицах оно слегка похрустывает, а уж при 66HRC и более раздается ласкающий слух оружейника хруст, переходящий в свист. В Японии, да и вообще в Азии, используя цементацию, иногда получали на поверхности железа различные изображения - драконов, людей, деревьев и т. д. Способ получения таких изображений на клинках и доспехах был в то время для "почти всех" непонятен - и пошли по свету легенды о булатных клинках с узором из силуэтов людей, слонов и других животных и об их, якобы, самом высоком качестве. А получают такие изображения очень просто: в обмазке прорезаются "окошки" в виде нужных фигур, а затем изделие цементируется. Этот способ плох тем, что при цементации на высоких режимах происходит рост зерна, да и науглероженный закаленный слой невелик, поэтому при сильных ударах цементованный слой проламывается, выкрашивается, так что самые высококлассные мечи этим способом не получить.
Способ третий.
Здесь мы приближаемся к сути изготовления лучших булатных клинков, потому что в дело пошла кузнечная сварка. Этому способу многие сотни лет, и применялся он повсюду - от Рима до Новгорода. Суть же его состоят в том, что к мягкому обуху-основе кузнечной сваркой приваривалось стальное лезвие. Впрочем, японцы свои мечи таким способом вроде бы не делали, а остальным на линию "хамон" было, извините, наплевать. Ведь линия - это только край, граница чего-либо. В нашем случае это граница крепкой, твердой стали и мягкого железа. В Японии твердую часть клинка называют "якиба" и именно ее величина и форма, а также структура определяют боевые свойства клинка. Под структурой я подразумеваю здесь цвет, блеск, а также наличие или отсутствие узора, и если булатный узор есть - то его форму и величину. Как видите, всё не так просто - "линия закалки" и все! Кстати, некоторые наши коллеги-американцы вообще не закаливают свои "японские" мечи. И вот почему: эти мастера на железную основу наплавляют электро- или газосваркой износостойкие сплавы типа "сормайт", которые и без закалки имеют твердость более 60HRC. Конечно, таким образом можно получить "якибу" какой угодно формы. И, конечно, японцы так не делали.
Способ четвертый.
Классический японский способ состоит в том, что к стальной пластинке с двух или даже трех сторон приваривают кузнечной сваркой вязкие железные обкладки. Причем, если обкладки лишь иногда изготавливали из узорчатого металла, то лезвийная часть, как правило, была булатной. Разновидностей этого способа много, но очевидно, что получение линии "хамон" не самоцель, поскольку она лишь отображение внутренней сути - конструкции клинка. Мне приходилось видеть самому и читать о многих мечах самураев. По конструкции клинка их можно разделить на три вида.
Первый вид. К стальной или булатной пластине с двух сторон приваривают вязкие обкладки, причем и обкладки, и стержень плоские и прямоугольные. Толщина стержня составляет от 1/3 до 1/2 толщины клинка. Из-за простоты эта конструкция очень популярна даже сейчас. И в Японии, и в Европе так изготавливают ножи. Но для мечей больше подходит другая конструкция (второй вид). Такое поперечное сечение клинка можно получить двумя способами. Во-первых, к коническому стержню можно приварить конические обкладки или Поочередно наварить на него плоские обкладки. Во-вторых, из-за особенностей течения металла при ковке сваренный пакет имеет сечение, показанное на рис. 4. Такой пакет разрубают вдоль слегка наискось, получая заготовки для двух мечей. Из геометрии сечения ясно, что меч такой конструкции имеет большую стойкость к ударам, так как на обухе у него мало стали и много железа, а на лезвии - наоборот. Третий вид. В этом случае к лезвийному стержню торцовой сваркой приваривают обух, а уж затем наваривают обкладки. Я применяю этот вариант только тогда, когда лезвийная сталь уж очень хороша и ее надо экономить. Хотя однажды мой ученик отковал из такого пакета катану так, что на лезвии оказалось железо, а на обухе - булат в 200 тыс. слоев. Что ж, бывает! Общее у всех конструкций одно - крепкое, твердое лезвие и мягкие, вязкие обкладки. Само собой разумеется, что качество клинка определяется не только конструкцией, но и качеством металла, из которого он откован. И здесь я присоединяюсь к историкам оружия, которые считают японский слоистый булат лучшим из лучших. Булат - это узорчатая сталь, т.е. сталь, на поверхности которой невооруженным глазом различается структура металла. Булаты бывают литые и сварочные, т. е. одни получают литьем, другие - кузнечной сваркой. Сварочные булаты принято называть дамасской сталью. Литые булаты у нас называют просто булатами, а на Западе - вутц. Дамасская сталь - это соединенные в монолит кузнечной сваркой пластины или волокна твердой стали и мягкого железа. В одном клинке может быть от нескольких десятков до сотен тысяч таких пластин или волокон. Эти пластины довольно условно называют слоями. Для разных целей, т. е. для разных видов оружия и для разных частей клинка применяли великое множество сортов дамасской стали. Сорта определялись временем и местом изготовления, так как ясно, что металл римского меча "гладиуса" III века до н. э. очень сильно отличался от металла персидского "шамшира" XVII века н. э. Но все многообразие сортов можно свести к трем: лезвийному, обкладочному и универсальному, который, кстати, ближе к лезвийному. От различия в назначении - различия в структуре. Все читали, а некоторые и видели, что саблю из хорошего Дамаска оборачивали вокруг пояса. В наружных, наиболее нагруженных слоях должны при этом возникать напряжения в 300 кг/мм2, а по оси лезвия напряжений почти нет, и упругость там не так важна. Только дамасская сталь и тросовая проволока выдерживают напряжения в 300 кг/мм2, сохраняя при этом хорошую вязкость и невысокую твердость. В чем причина высокой прочности и вязкости дамасской стали? Если не вдаваться здесь в теоретические подробности, то в сочетании таких слоев стали и железа, а также в их совместной деформации при ковке, при которой происходит сверхупрочнение металла. Из теории следует, что сталь должна быть как можно более прочной и твердой, а мягкие волокна - как можно более вязкими. Это резкое различие принципиально важно! Здесь виден дуализм природы - добро и зло, белое и черное, твердое и мягкое. В соединении противоположностей рождается новое качество, а не просто сумма величин. Но вернемся к японскому булату. При изготовлении самурайских мечей японские кузнецы использовали свое легированное молибденом кричное железо, а сталь привозили от "южных варваров" - из Китая. Причем и форму первых мечей и технологию их изготовления тоже взяли у "варваров". Но со временем из китайской стали и чугуна (!) начали получать оригинальной формы мечи по оригинальной технологии. Эта технология объединила цементацию и кузнечную сварку. При изготовлении лезвийного металла во время сварки пластин их посыпали толченым чугуном, который одновременно очищал поверхности от окислов и производил цементацию. При температуре сварки чугун расплавляется и цементация идет очень интенсивно, причем углеродом насыщается относительно тонкий слой, зато до высокой концентрации: до 3-3, 5 % С. К тому же, отдавший часть углерода чугун загустевает (повышается его температура плавления), так что при ковке пакета часть чугуна не выжимается, а "прилипает". Так производят 10-15 сварок. В итоге получается чередование слоев вязкого железа, стали и крайне твердого белого чугуна, т. е. предельный вариант дамасской стали. И слоев этих десятки тысяч! Переобогащенные цементитом слои чугуна образуют длинные строчки, расстояние между ними мало, поэтому "якиба" получается матовой, а при хорошей полировке образуется нечто вроде дифракционной решетки, разлагающей солнечный свет на все цвета радуги. Твердость такого лезвия около 70HRC - вот вам и "алмазная" сталь! Остроту таких мечей можно оценить по следующему преданию: кузнец Муримаса воткнул свой меч в дно ручья и наплывающие на лезвие древесные листья рассекались надвое. Подобные трюки проделывал только легендарный кузнец Виланд - родоначальник кельтских кузнецов. Ну, и Муримаса, и Виланд - это лучшие мастера, это экстремальные случаи. А вообще хороший меч по понятиям самураев должен был перерубать в поясе двух связанных спина к спине пленных или связку жесткого бамбука. Самураи, надо сказать, вообще довольно странный народ. Существует еще одна оригинальная технология получения лезвийного металла, который тоже можно назвать "японским булатом". По этой технологии мастер делает "бутерброд" из толстых пластин-обкладок, а сердцевину набирает из кусочков железа и чугуна. Этот пакет сваривается и проковывается при очень точно соблюдаемой температуре (если недогреть, то пакет не сварится, а от перегрева чугун рассыплется на крошки). В итоге получается "якиба" неповторимой причудливой формы. Нечто похожее получали на севере Индии и называли такой металл "фаранд", но получали по совсем другой технологии, о которой здесь речи нет. Как видите, "хамон" - это не "линия закалки", а японский булат вовсе не булат, а дамасская сталь, а если булат, то не японский - как в случае с "фарандом".