О термообработке
Практически каждому хорошо известно, что сталь требуется закаливать. Способность сплава «железоуглерод» после соответствующих термических операций приобретать повышенные твердость, упругость и прочность зависит от процентного содержания углерода: чем оно выше, тем легче сталь принимает закалку. Нижний порог лежит в пределах 0,3–0,4 %, после чего все ваши старания, нагревы и охлаждения будут бесплодны. При этом наличие или отсутствие каких бы то ни было легирующих добавок почти не влияет на результат, поскольку оные присадки служат в основном для выравнивания и уплотнения кристаллической структуры, уменьшения «зерна» и придания дополнительной вязкости и стойкости к растрескиванию, увеличению коррозионной инертности и так далее.
Грубо говоря, закалка есть процесс нагрева стали (не будем вдаваться в детали) до высокой температуры порядка 750–1100 °C с последующим резким охлаждением, чтобы произошедшие фазовые превращения не успели вернуться к исходному состоянию. Разумеется, температуры нагрева, охлаждающая среда и прочие тонкости для каждой конкретной стали сугубо индивидуальны.
В прежние времена любой нагрев мог производиться только в угольном горне с дутьем, и, как мы уже знаем, это предотвращало выгорание углерода из заготовки, а порой даже повышало его содержание. Опытный кузнец легко регулировал процесс, перемещая клинок выше или ниже в слое угля, угадывая притом температуру исключительно «на глаз», для чего в кузнице всегда стоял отнюдь не случайный полумрак.
На деле это не так сложно, умение автоматически приходит с опытом, но не зря во все века профессия кузнеца считалась загадочной, окруженной многочисленными мистическими проявлениями, не зависящими от видимых реальных причин. Интуитивное чутье и элементарная удача всегда предъявляли большие права на конечный результат, нежели пунктуальное соблюдение технологической цепочки. Достаточно сказать, что по сей день у легендарных японских мастеров, которых в стране считанные единицы и которые официально признаны «живым национальным сокровищем», почти 50 % клинков уходит в брак именно на стадии закалки, несмотря на талант, полувековой стаж и немыслимый опыт. Современного заводского технолога могут насмешить подобные цифры, однако выделка превосходного клинка все же отличается от налаженного конвейера закалки каких-нибудь шпилек или метчиков. Безусловно, массовое производство охотничьих, туристских, боевых и бытовых ножей также обходится минимальным процентом отхода, хотя мне доводилось не раз видеть клинки, «поведенные» буквально свиным хвостом. Если это не брак, то что?
Полный цикл термической обработки включает, помимо закалки, целый ряд категорически обязательных процессов, каждый из которых решает свою задачу и совершенно необходим. Применительно к холодному оружию такая цепочка выглядит следующим образом:
• ковка;
• отжиг;
• формообразующая обработка (обдирка);
• отжиг;
• правка остаточных искривлений;
• закалка;
• отпуск.
Курсивом выделены собственно термические операции, перемежаемые на начальных этапах механическими. Хотелось бы обратить особое внимание на операцию отжига, весь тайный смысл которой станет понятным из дальнейших объяснений.
Отжиг — медленное охлаждение раскаленной детали (вместе с печью, в золе, в песке и т. д.). Выравнивает кристаллическую структуру, снимает внутренние напряжения, измельчает зерно, ликвидирует последствия перегрева, улучшает механические свойства стали.
Закалка — форсированное охлаждение раскаленной стали. Измельчает структуру, повышает твердость, прочность, износоустойчивость.
Отпуск — производится немедленно (!) после закалки путем нагрева стали до температуры 150–550 °C (зависит от марки стали) и охлаждения на воздухе, в масле или воде. Снимает внутренние напряжения, повышает пластичность без заметной потери твердости, стабилизирует кристаллическую структуру.
Японские мастера перед тем как отдавать закаленный и отпущенный клинок для финальной шлифовки и полировки подвергали его дополнительной операции, именуемой старение. При этом изделие нагревают до 110–200 °C, выдерживают пару часов и дают остыть. Цикл повторяется до десяти раз. Это окончательно стабилизирует структуру клинка и его геометрические формы. Для короткого оружия старение будет лишней роскошью, но мечу не повредит. Впрочем, если вы не собираетесь рубиться им каждый день не на жизнь, а насмерть, то не возитесь.
Механические свойства некоторых сталей значительно улучшаются после обработки холодом (разумеется, если сталь уже закалена) в диапазоне температур от –20 °C до купания в жидком азоте. Но эта операция применима только к редким легированным маркам и требует скрупулезного соблюдения режима времени (когда именно охлаждать) и прочих тонкостей. Существует мнение, подтверждаемое также исследованиями, что в Древней Руси бытовала традиция изготовления так называемого харалуга (разновидность литого булата), изделия из которого приобретали фантастические свойства, только будучи изготовлены в особо холодные зимы с температурами ниже 30 °C, при которых и присходили соответствующие кристаллические изменения.
Нет смысла приводить здесь обширную таблицу режимов ковки и термической обработки изрядного перечня сталей, пригодных для выделки клинков. В любом хорошем справочнике вы найдете исчерпывающие данные на этот счет. Однако можно попытаться дать некий минимальный объем информации, применение которой ничем плохим не грозит, являясь своего рода универсальным рецептом на все случаи жизни. Феноменального результата таким путем не достичь, но и катастрофической порчи не будет.
Итак, температура ковки практически всех сталей лежит в пределах:
Начало ковки — 1100–1200 °C.
Конец ковки — 750–900 °C.
Если заготовку нагреть свыше 1200 °C, то вы ее сожжете, а попытки стучать по остывшей ниже 750 °C железке приведут к ее растрескиванию.
Закалочная, отпускная и прочие температуры были приведены выше. Но повторяю, для получения качественного результата требуется точное соблюдение индивидуальных режимов.
Относительно охлаждающих сред рецепт таков: все углеродистые стали калят в воде, а легированные — в масле. Понятно, что вода стремительно отбирает тепло, поэтому скорость охлаждения в ней высока. Масло действует мягче и постепенней. В принципе, высокоуглеродистую сталь можно закалить и в масле, а низколегированную — в воде, но результат будет средним. Чаще всего такие попытки приводят к недокалу первой и растрескиванию второй. Опытные мастера, играющие на тонких оттенках процесса, регулируют скорость охлаждения посредством различных добавок. Уксус и поваренная соль ее увеличивают, а растворы мыла и прочие эмульсии — снижают. Соответственно, жидкое трансформаторное или машинное масло охлаждают заготовку интенсивнее, нежели более густые сорта. Диапазон огромен, и всякий специалист всегда имеет собственные, обычно интуитивные, секреты и наработки в этом деле. Если учесть, что температура жидкости также играет принципиальную роль, то становится понятной причина бешенства одного кузнеца из японской легенды, который отрубил руку коллеге, словно бы ненароком опустившему ее в закалочную ванну для пробы.
Следует иметь в виду, что только жидкость создает условия для равномерного и форсированного охлаждения клинка. Попытки засунуть раскаленную железку, скажем, в сугроб, обречены на провал — мгновенно возникшая паровая подушка надежно изолирует металл, и он довольно медленно остынет, не приняв закалку. Вместе с тем отдельные марки высоколегированных сталей успешно калят, охлаждая детали в струе воздуха, но — предварительно нагрев аж до 1050–1100 °C, т. е. добела.
Очень важным, если не сказать принципиальным, является способ погружения клинка в закалочную среду. Для заготовок разной формы он различен, хотя и предстает перед нами всего в двух ипостасях: прямые обоюдоострые клинки опускают в жидкость строго вертикально, отвесно, а ножеподобные (независимо от кривизны и длины) — наклонно, острием вниз и вперед, лезвием книзу. При этом первым соприкоснувшееся с жидкостью лезвие мгновенно охлаждается и приобретает высокую твердость, а само тело клинка (особенно спинка) остается более пластичными. Здесь крайне важно соблюдать вертикальность плоскости клинка, так как малейший завал вбок приведет к неминуемому искривлению. Некоторые виртуозы так четко чувствуют динамику температурного режима, что ловко извлекают заготовку из ванны в тот самый момент, пока остаточное тепло не ушло окончательно, успевая свершить процедуру отпуска. Но это порочный способ.
