Как делали мечи русских воинов

Узнаваемый кузнец-оружейник Василий Иванов специализируется на японском оружии — он командует мастерской исторического оружия Ishimatsu. Но к просьбе редакции «Популярной механики» изготовить по исторически аутентичной технологии клинок XIII века он отнесся с громадным энтузиазмом.

Отверстие в нижней части помогает для слива шлака
Магнетит В качестве металлической руды мы применяли относительно богатый магнетит из района Курской магнитной странности, предварительно обогащенный посредством магнитной сепарации. По окончании восстановления в печи получается крица — пористый слиток сыродутного железа, неоднородно насыщенный углеродом
По окончании разбивания крицы на фрагменты и предварительной сортировки на мягкое железо, чугун и углеродистую сталь куски, пересыпанные флюсом из доломитовой муки, соды и песка, помещают в керамические тигли и в горне переплавляют в сталь с нужным содержанием углерода
Историческая сталь Сталь, полученная по окончании переплавки кричного железа в глиняном тигле.

После этого данный процесс повторяют пара раз, увеличивая количество переплетаемых слоев. Это именно и имеется техника «узорной сварки». В зависимости от видов стали и количества слоёв на готовом изделии может проявиться узор. Такую сталь именуют узорчатой (дамасской)

Клинок XIII века — не первый опыт «ПМ» в области исторической реконструкции холодного оружия. На протяжении изготовления шашки Федорова по разработке начала XX века (см. «ПМ» № 1’2007) был накоплен большой опыт, но оказалось, что к текущей задаче его применить фактически невозможно. При с шашкой в качестве исходных материалов мы применяли современные аналоги существовавших в начале прошлого века видов стали (рельсовая, пружинная, подшипниковая).

Но вот лишь сделать то же самое с клинком XIII века нереально: в то время никаких стандартов на сталь не существовало и в помине. Исходя из этого главная неприятность, с которой мы столкнулись, — это необходимость повторить старый металлургический процесс восстановления железа из руды. Что мы и сделали под управлением известного кузнеца-оружейника Василия Иванова, начальника мастерской исторического японского оружия Ishimatsu.

От руды до крицы

До XIV века главным процессом получения железа было восстановление его из руды в сыродутной печи (домнице). Такая печь имела форму, близкую к усеченному конусу высотой приблизительно 1,2 м и диаметром 60−80 см в основании и 30 см в верхней (колошниковой) части, складывалась из камня либо огнеупорного кирпича и обмазывалась глиной.

В печи была предусмотрена фурма — труба для подачи воздуха от мехов диаметром в пара сантиметров, отверстие для слива шлака в нижней части, и время от времени разборная часть для извлечения слитка железа по окончании окончания процесса. По окончании подсыхания печь протапливали посредством дров, дабы обжечь глину, и для образования золы, которая в будущем являлась подстилающим «антипригарным» покрытием и делала роль одной из составляющих частей флюса (зола содержит поташ и соду). Эта часть разработки не позвала у нас никаких особенных затруднений, и по окончании сооружения домницы и прошествии нескольких суток, каковые потребовались на обжиг и высыхание глины, мы приступили к первой части процесса — восстановлению железа.

В качестве исходного материала мы забрали богатую (и к тому же обогащенную) руду — магнетит (FeOFe2O3) из района Курской магнитной странности. Разработка достаточно несложна: в печь до половины загружают древесный уголь, разжигают, по окончании чего сверху засыпают смесь руды с флюсом (в качестве которого мы применяли в полной мере исторически аутентичную смесь доломитовой муки, соды и песка). Поверх насыпают еще слой угля, и после этого по мере его прогорания додают слои руды с флюсом и угля.

Таковой цикл повторяют пара (до пяти) раз. Наряду с этим в течении нескольких часов требуется постоянный поддув воздуха посредством мехов, дабы температура в печи достигла 1400−1500 С (тут мы были вынуждены мало отойти от разработки, потому, что применяли электрический поддув из-за недостатка работников).

В сыродутной печи происходит пара процессов. Во-первых, порода при большой температуре отделяется от руды и стекает вниз в виде шлака. Во-вторых, оксиды железа углеродом и угарным газом восстанавливаются до железа, зерна которого сплавляются между собой, образуя слиток — крицу.

В то время, когда уголь полностью прогорает, шлак через отверстие в печи сливают, а после этого, по окончании остывания, разбирают часть стены и извлекают крицу — пористый металлический слиток.

От железа к стали

Эффективность сыродутного процесса мала: большая часть железа уходит в шлак, и из 120 кг руды мы взяли всего около 25 кг крицы. Причем это до тех пор пока еще лишь сырой исходный материал, весьма неоднородный по собственному качеству. На протяжении собственного нахождения в печи крица насыщается углеродом очень неравномерно и в следствии содержит фрагменты мягкого железа практически без углерода (0−0,3%), углеродистой стали (0,3−1,6% углерода) и чугуна (с содержанием углерода выше 1,6%).

Это совсем различные материалы, с различными особенностями, исходя из этого в первую очередь необходимо совершить начальную сортировку. «Крицу разбивают на маленькие куски, каковые по механическим особенностям — пластичность и хрупкость — сортируют на три кучки с разным содержанием углерода, — растолковывает Василий Иванов. — В случае если кусок мягкий и ковкий, то содержание углерода низкое, в случае если жёсткий — высокое, в случае если куски хрупкие и легко раскалываются, обнажая характерный излом, — это чугун».

Отечественная задача — взять в конечном счете три вида стали с более-менее нормированным содержанием углерода. Первый вид — низкоуглеродистая (до 0,3%) сталь (так именуемое деловое железо — из него изготавливали разные бытовые изделия типа гвоздей, обручей и т. п.), второй — со средним (0,3−0,6%) содержанием углерода, третий — высокоуглеродистая (0,6−1,6%) сталь.

Упорядоченные куски складываем в керамические тигли, пересыпав тем же флюсом, что мы применяли ранее, ставим в горн, наполненный древесным углем, и включаем поддув. В зависимости от размещения тигля в интенсивности и горне поддува воздуха возможно или насыщать углеродом сталь (в восстановительной территории — верхней части горна над горящим углем), или выжигать его избыток (в окислительной территории — нижней части горна, где подается воздушное пространство) и так приобретать необходимые нам материалы.

Необходимо также подчеркнуть, что мы изначально применяли довольно «чистую» руду, отечественная сталь не содержит большого количества вредных примесей — по большей части фосфора и серы. Очевидно, никаких легирующих добавок типа хрома, молибдена, марганца либо ванадия мы не применяли (не считая тех маленьких количеств, что изначально находились в руде), так что историческая аутентичность соблюдена.

По окончании плавки Василий извлекает из тиглей слитки стали и оценивает полученный итог, проковывая их в полосы. «При необходимости на протяжении предстоящего процесса возможно выжечь избыток углерода из полосы прямо в горне, — растолковывает он. — Либо науглеродить, потому, что при ковке часть углерода — до 0,3% — неизбежно выгорает».

твёрдость и Мягкость

В следствии перечисленных выше операций мы взяли три приблизительно трехкилограммовых заготовки из различных видов стали в форме полос. Но от этих полос до меча еще довольно далеко. По словам Василия, «это до тех пор пока еще не подробности меча, а только материал, из которого они будут сделаны».

Одним из способов создать жёсткую режущую кромку оружия в тринадцатом веке была цементация — поверхностное упрочнение, другими словами науглероживание поверхности изделий, изготовленных из довольно мягкой стали. Изделие помещали в закрытый сосуд, заполненный органическим веществом — карбюризатором, в роли которого значительно чаще выступал уголь, толченые рога либо их смесь.

После этого сосуд помещали в печь, где при температуре более чем 900 С без доступа воздуха карбюризатор обугливался и поверхность изделия неспешно насыщалась углеродом. Данный метод достаточно активно использовался для науглероживания топоров и клинков (более-менее массовых изделий). Но цементация — это упрочнение поверхностного слоя определенной глубины; в то время, когда данный слой стачивался, режущая кромка прекратила держать заточку, и оружие приходилось подвергать новой процедуре цементации.

А при повышении глубины цементации возрастал риск сделать поверхность через чур хрупкой. Так что данный метод мы отвергли, потому, что он все-таки не разрешает достигнуть нужных нам качеств. Так как «идеальный меч» XIII века (равно как и любого другого времени) должен быть упругим, гасить колебания при ударах, вязким, а не хрупким, но одновременно с этим режущая кромка лезвия должна быть жёсткой и прекрасно держать заточку.

Создать таковой клинок из гомогенного материала фактически нереально, исходя из этого мы решили прибегнуть к композитной разработке того времени, применяя узорную сварку и «пакетную схему» (pattern welding). Отечественный клинок будет «выстроен» из семи пакетов трех видов, любой из которых делает собственную задачу.

Первый пакет изготавливается из мягкого низкоуглеродистого (до 0,3% углерода) железа. Из вытянутых полос этого мягкого железа составляем шестислойный «сэндвич», проковываем его (наряду с этим слои свариваются в единый пакет), разрубаем и складываем пополам, снова проковываем, повторяя данный процесс восемь раз и приобретая в итоге пакет из довольно мягкой дамасской стали, насчитывающий приблизительно 1500 слоев. Данный пакет будет «становым хребтом» отечественного меча — его сердцевиной.

Такая вязкая сердцевина трудится на сжатие, принимает ударные нагрузки и гасит колебания, не давая мечу сломаться при сильных ударах. Она кроме этого связывает все окружающие пакеты, делающие другие задачи, в единое целое.

Второй пакет — это будущее лезвие. Для его изготовления мы применяли два взятых нами ранее вида стали — среднеуглеродистой и высокоуглеродистой. Меняя полосы этих двух видов так, дабы среднеуглеродистый материал был «снаружи», складываем сэндвич из семи слоев и, пересыпав флюсом, свариваем их в единый пакет.

После этого разрезаем, складываем пополам и снова проковываем.

Повторяем операцию еще 14 раз. Легко подсчитать, что в итоге при таком складывании мы возьмём более 200 000 слоев! Учитывая, что финальная толщина пакета образовывает 6 мм, возможно вычислить толщину слоя — около 30 нм. «Практически средневековые нанотехнологии! — смеется Василий. — В действительности, само собой разумеется, это очень условные ‘слои’ — при таком перемешивании структура стали получается близкой к гомогенной».

Лезвие в итоге должно быть жёстким и прекрасно держать заточку.

Пружинки

Третий пакет — это будущие обкладки, их четыре. Они изготавливаются из мягкой низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали. Начинается данный пакет с семислойного сэндвича (низкоуглеродистой сталью наружу), что посредством горна и молота свариваем в единый пакет.

Как и два вторых пакета, разрезаем, складываем пополам и снова проковываем. Повторяем операцию еще девять раз, приобретая в итоге полосу из дамасской стали, складывающуюся из 7000 слоев.

Но это еще не все! Чтобы меч меча в итоге лучше противостоял поперечным изгибающим нагрузкам, и продольному скручиванию, обкладки торсируют, другими словами каждую скручивают на 20 оборотов, приобретая металлической витой «канат». Такие обкладки по окончании закалки станут более упругими и будут дополнительно гасить колебания, не разрешая ударам «отдаваться в руку».

Потому, что обкладок четыре, направления закручивания их должны «компенсироваться» попарно — в противном случае при мельчайшей неточности на протяжении закалки клинок «отправится винтом». Упругие обкладки-торсионы трудятся в мече меча на растяжение и практически делают ту же роль, что и арматура в железобетоне, другими словами упрочняют тело меча.

Заготовка для меча

Но вот наконец все семь пакетов готовы и начинается финальная подготовительная стадия — изготовление заготовки меча. Все пакеты скрепляются проволокой, Василий разогревает их в горне, просыпает флюсом и начинает процесс кузнечной сварки. Как и при подготовке самих пакетов, он применяет пневматический молот, и это еще одно маленькое отклонение от средневековой разработки: «Само собой разумеется, возможно было бы не отступать от уникальной разработки, но для этого мне бы пригодилась пара молотобойцев — И ехидно предлагает: — Желаете попытаться?» Фотограф делает вид, что весьма занят процессом съемки, а я начинаю расспрашивать Василия о каких-то небольших подробностях происходящих процессов.

Тем временем заготовка получает вид бруска размерами 1,2х2,5х50 см и массой приблизительно 1,5 кг. В случае если отыскать в памяти, что для ее изготовления нам пригодилось переработать 120 кг руды и примерно половину месяца времени, процесс выглядит не через чур действенным (но, из этого количества руды мы взяли несколько, а две заготовки). Но такова действительность — как раз так и происходил процесс изготовления заготовок для отличного холодного оружия в Средние века.

Сейчас остается самое основное — выковать из данной заготовки, напоминающейлегко старую монтировку, отечественный «совершенный клинок». Но об этом — в следующем номере «ПМ».

Получение уклада

Переплавка крицы в тиглях — не единственный метод получения стали из кричного железа. Еще один метод — это получение так называемой сырцовой стали, либо уклада. Способ пребывал в следующем: кричное мягкое железо разогревали в горне, в горящем угле, насыщая поверхность слитка углеродом.

После этого слиток быстро охлаждали водой либо снегом, в следствии поверхностный слой закалялся и становился хрупким.

При ударах эта «скорлупа» углеродистой стали отделялась от слитка в виде пластинок. После этого крицу снова разогревали и повторяли вышеописанную операцию, пока целый слиток не преобразовывался в такие пластинки. После этого пластинки разогревали в горне и сваривали между собой, приобретая металлическую заготовку, пригодную для изготовления разных изделий.

Уклад в полной мере доходил для того чтобы оружия.

Для улучшения качеств такое оружие довольно часто изготавливалось по пакетной схеме — как в нашем случае. Значительно чаще количество пакетов уменьшалось до двух: в тело меча из мягкой либо сырцовой стали вваривались (либо наваривались) лезвия из высокоуглеродистой стали, полученные посредством цементации железа либо сырцовой стали.

Статья «Железный век» размещена в издании «Популярная механика» (№76, февраль 2009).