NamuradaN

Просто берете железо и чугун так, чтобы в сумме было примерно 1,7-1,8% углерода (вычисляете арифметически), плавите в тигле со слоем битого стекла сверху, в качестве флюса. 

Медленно остывает все это, если печь массивная и инерционная, то просто самотеком, а если нет, то медленно понижаете температуру, чтобы с состояния жидкого до затвердевания примерно в течение 30-40 минут хотя бы, этого достаточно для роста дендритов. 

Дальше просто куете медленно не больше примерно 1-1,5 мм усадки за один цикл ковки. Температура ковки не должна переходить за линию SE ( это зависит от % углерода).

Сейчас вы можете ковать, разбить и измельчить цементитную сетку, будет узор, цементитные частички будут царапать стекло, и т.д. Но...

Могут быть некоторые нюансы с термообработкой, если делать булат  В ИСТОРИЧЕСКОМ СМЫСЛЕ ЭТОГО СЛОВА!!!, тогда необходим высокотемпературный отжиг выше линии SE (не пугайтесь этого момента :-) ). Именно после такого высокотемпературного длительного отжига и последующих многих ( 50-и больше) циклов ковки в традиционном диапазоне для булата и получается тот исторический булат. Здесь обязательно должны быть карбидообразующие примеси, сотые доли процента, это необходимое условие восстановления узора в процессе ковки.

Вот и все, Дальше калите, обтачиваете... Ну это так очень кратко. Печь может быть газовая.  НО!...делайте как знаете.

Здесь я излагаю очень кратко, и многие моменты как бы само собою разумеются для тех кто имеет некоторый уровень знаний, навыков. Если описывать все очень подробно, то получится целая книга. 

Что означает "калите" - не разрушаются ли при этом дендритные структуры?

Как обычно высокоуглеродистые стали, нагревая до ~750-800 C. и далее отжиги и т.д. кто как хочет твердость соответственно. Конечно, частичное растворение цементита есть, но это незначительно.

Не могли бы вы подсказать готовые рецепты - сколько железа (и какое) и сколько чугуна - в смысле конкретно для допустим 1.8% углерода и какая при этом будет температура при которой надо ковать (SE линия).

Например чугун 3,6% С ( берите чугун с ответственных деталей где, как правило, мало серы и фосфора - коленвал от нашего тепловозного компрессора и т.д.) берета равное количество практически чистого железа и плавите, получаете половину углерода (немного выгорает, до 5%, количество общее тоже имеет значение, 2-3 кг обычно) На диаграмме Fe-C посмотрите какая будет температура, не превышая которую ковать, при 1,8% примерно 1000 С.

Можно ли брать легированную сталь или нержавейку вместо железа?

Я говорю о булате в историческом смысле этого слова, а так можете брать что угодно и легировать чем угодно (относительно)

Это все самые простые варианты...

Вопрос:

В чем отличия исторического булата - прошедший высокотемпературный отжиг, от того что получается просто медленным охлаждением и холодной ковкой

Ну исторический это содержит железо, углерод а все остальное примеси сотые доли процента. Это главное.  Относительно применения тогда высокотемпературного отжига, то я бы так прямо это не связывал. На 100% никто и никогда не докажет как делали это 1000 лет назад.

Чем булат в историческом смысле отличается от того, что можно сделать без высокотемпературного отжига. В смысле свойств - гибкость прочность и пр., чем лучше. Или скорее если там нет цементита? которым стекло режется то что есть, или если есть то что еще есть в отличие от неотожженого? 

Те старые булаты были и гибкие и твердые. ( не абсолютно все, это понятно). 

Так вот эти свойства одновременно и могли быть получены после высокотемпературного отжига ( как вариант - может быть). Я имею в виду длительный отжиг при температуре выше SE. Цементитная сетка в этом случае разрушается ( диффузия цементита...), но не дендриты аустенита(!!!). Речь идет о заэвтектоидной стали. Что происходит далее и благодаря чему я уже писал. Те частички цементита, которые потом сформируют узор, имеют уже совершенно другой вид и соответственно свойства острия, особая острота лезвия...

Это уже не такая грубая структура, как после механического разрушения цементитной сетки ( + другие моменты ). Вот фото шлифов:

Шлиф античного булата, светлые участки на самом деле состоят как бы из туманностей мелкодисперсного цементита сферической формы ( это ключевой момент!), сравните со шлифом механически разбитого цементита:

Этот шлиф, механически разбитая цементитная сетка при обычной для ковки булата температуре.

Этот слиток был отожжен при 1150 С в течение часа. После этого отжига никаких следов цементитной сетки после травления прошлифованного среза уже не было видно. Далее примерно 60 циклов простой ковки в традиционном для ковки булата диапазоне температур"

Отжиг, я так понял, происходит уже после ковки, иначе восстановившиеся структуры разрушаться ковкой? 

После плавки и медленного охлаждения для формирования дендритной структуры и цементитной сетки в междендритной области. Вы проводите этот отжиг и с остыванием на воздухе ( т.е. довольно быстро).  После этого куете. Тут тоже есть варианты и тонкости, но, хотя бы так....

При какой температуре происходит отжиг что бы дендриты аустенита не разрушились, но цементитная сетка разрушилась и как долго?

Выше линии SE и температура соответственно зависит от % углерода, Но можете просто отжигать при 1150 примерно. Переходить за 1200 нельзя. Опять же все это связано с конкретным составом слитка.  Как долго? -до разрушения цементитной сетки, можно час, и больше, или в несколько приемов по 30-40 минут......

Для вас булаты это хобби, а не профессиональная деятельность. В этом смысле есть ли у вас какие то особые условия. Многие наверно хотели бы попробовать, но не решаются поскольку нет условий - нужна лаборатория и пр.

Относительно оборудования, то это можно и в домашних условиях, исходные материалы надо подобрать надежно, тогда можно и без лаборатории. Да, я ковал и в ванной комнате на примитивной наковальне ( болванка на пружинах от клапанов автомобиля для гашения вибрации ). Нагревал в электропечке.

Как вы оцениваете материальные вложения - инвестиции. Во сколько это обходиться.

Стоимость, рентабельность и т.д. меня это не интересовало, я не занимаюсь производством.

Комментарии к дискуссии на Первой Русской:

Относительно хитростей в ковке, то есть масса вариантов ковать и разными молотками и т.д. А так особо ничего. Из своего опыта я знаю, что за одну ковку желательно ковать только в одном направлении, в смысле не поворачивать заготовку . Особенно если многовато углерода - есть опасность расслоения и внутренних трещин.

И еще:

Я не уверен что многие поняли роль высокотемпературного отжига (не хочется верить, что почти никто). Этот механизм работает только(!!!) при наличии в составе слитка карбидообразующих элементов. Но они не присутствуют там автоматически!!! Если таких примесей нет или недостаточно, то после высокотемпературного отжига уже никакой ковкой вы не получите булатного узора ( были эксперименты).
Не все месторождения руд содержат эти примеси и тогда надо добавлять эти компоненты специально. Это хорошо известные в металлургии элементы ( Mo, Cr, Zr, Nb, V, Ti,...).

Вопросы Вячеслава из Иркутска:
Вопрос:

Где берут тигли для плавки? Их размеры, материал и т.п. Как сделать сетку на стенках?

Ответ:

Тигли можно купить например алундовые, или другие которые выдерживают 1600-1700 С.  Можно сделать и самому, из шамотной крошки или крупнозернистой окиси алюминия и каолиновой глины, добавить туда немного опилок дерева, например ( ~%10 по объему)

Вопрос:

Как сделать флюс ?

Ответ:

Флюсом может быть обычное бутылочное зеленое стекло, можно добавить немного извести ( не мела!), и так чтобы в расплавленном виде это было хотя бы сантиметр толщиной.
Если плавить не угле, то крайне желательно закрыть крышкой ( с небольшим отверстием для выхода газа)

Вопрос:

Сколько времени идет варка и надо ли варево "помешивать" каким либо образом?

Ответ:

До полного плавления, специально выдерживать не надо. Иногда я помешивал в жидком состоянии, но это совсем не обязательно.

Вопрос:

Надо ли подвергать высокотемпературному отжигу сам слиток или прокованную заготовку? Время отжига? Скорость охлаждения?

Ответ:

Сам слиток, можете его разрезать на части, и отжигать по частям ( среда должна быть окислительной, раньше в Персии отжигали слитки в ржавчине св. по Аль Кинда). На поверхности образуется слой обезуглероженного железа, что несколько предохраняет от трещин во время ковки.  Время отжига - есть рекомендации до нескольких часов, но я больше часа не отжигал, лучше несколько циклов отжига, я уже писал выше линии SE, но можете просто при 1150 С. Охлаждение естественное на воздухе.

Вопрос:

Нужно ли в процессе ковки формировать нож целиком или можно расковать слиток в полосу и потом раскроить нож?

Ответ:

Можно и так и так, но если Вы как-то фигурно будете ковать, то можно учесть этот момент по форме лезвия. После ковки и закалки надо снять некоторый слой с поверхности, (это тот обезуглероженный слой), для лучшей видимости рисунка после протравливания.

Вопрос:

Режим закалки/отпуска булатного изделия?

Ответ:

Ну это все можно самым простым путем как для высокоуглеродистых сталей, посмотрите любую книгу. Можно изощряться и делать некоторый отжиг сфероидизации, но это для любителей нюансов.

Вопрос:

Охлаждающие жидкости.

Ответ:

Я калил и в воде и в масле, уже писал, если есть скрытые трещины, то в воде они проявятся.  Отпуск и пр., как в учебниках тоже как кому нравится и какая твердость конечная необходима... 

Я пишу кратко и то что я сам пробовал и практически работает, наверняка найдутся специалисты, которые могут внести дополнения и элементы критики и т д. 

В этом случае я уже писал - Делайте как знаете.

Ф.В.

Nozh2002 - В этом то как раз и ценность ваших советов, не вдаваясь в металлургические детали, тем не менее, дать людям простую и понятную инструкцию как самостоятельно изготовить булат.

Вопрос:

Как сделать узор на стенках тигля

Ответ:

Я считаю, что специально делать его и не нужно, думаю, что роль неровностей ( сетки на стенках) тигля для роста дендритов сильно преувеличена. Если есть достаточное количество углерода и медленное охлаждение, дендриты вырастут ( сформируются ) и не хуже чем с сеткой, Просто на поверхности стенок их не очень заметно будет, но внутри там все будет нормально и по всему объему.

Одно время я тоже придавал этому значение, так, если у Вас есть уже готовый тигель, например у меня был алундовый, так я клал на дно немного извести и чуть буры, а стенки смазывал толстым слоем силикатного клея с известью. Потому как сетка на боковых станках не появляется потому, что они слишком жесткие ( сухие) когда там будет слой флюса ( то что останется ), тогда в этой мягкой среде на поверхность вылазят следы дендритов. 

Если Вы сами делаете тигель, то, как обычно, это делается на оправке ( напр. бутылка) и чтобы глина не прилипала к стенкам я обычно обматываю ее слоем бумаги, но иногда я брал мешковину, тогда , вытащив оправку, Вы вынимаете ткань эту довольно легко, а на стенках остается сетка от ткани, но, это так, для любителей нюансов.  В диссертации Анна Феербах есть даже фото стенок таких тиглей с сеткой ткани, но тогда в Туркестане (~12-14 век) просто не было бумаги для прослойки между оправкой, они использовали обрывки грубой ткани, вот и все... Но Может я и ошибаюсь, решайте сами, пробуйте...

И еще. Те древние индийские слитки, это был полный расплав(!) со сквозными (по всему объему) дендритами. Есть сечения слитков найденных при археологических раскопках. Никаких недоплавленных кусочков, Что бы вам не говорили о всяких там фарандах. Этого не было в древних индийских(!) слитках однозначно!!!

Вопрос:

Кто такая Феербах?

Ответ:

Это доктор, палеометаллург по специализации.  Я переписывюсь с людьми из многих стран, которые занимаются этим ( Америка, Германия, Франция, Финляндия, Швеция, Австралия, Англия...)

Она считается самым авторитетным специалистом в области античных булатов.

Nozh2002
Вопрос:

Еще вопрос - если взять высокоуглеродную сталь по составу близкую к булату - D2. Можно ли ее просто расплавить - остудить с кристаллизацией и получить булат, таким образом.

Ответ:

Таким образом ( как вариант) делал Щерби, только из обычной высокоуглеродистой стали. При длительном отжиге и очень медленном охлаждении ( ~10 градусов в час) прорастаю дендриты и образуется сетка цементита. Но если там Хрома 12%, ну можете считать это для себя тоже булатом....
Тогда я бы добавил кобальта немного, вольфрама, ну там можно тантала, у него карбиды твердые и так до бесконечности...

Вопрос: 

Как много материала уходит в брак?  Там микротрещины, раскалывание и пр. и как с этим быть и как этого избежать? В смысле если кто то пробует делать булат - как ему относиться к таким проблемам, сколько брака нормально и пр.

Ответ:

Относительно брака, если экспериментировать, то много, если уже налаженное производство, как бы стабильно знаете что делать, то брак получается от случайностей, например тигель лопнул, или что-то там еще случилось и не было достаточной температуры, тогда недоваренный слиток, внутри пустоты и пр. Трудно сказать количественно сколько процентов.  Но это неизбежно. 

Вопрос:

И еще как протравливать, что бы узор был виден?

Ответ:

Относительно травления, то много способов травить. Очень удобно при пробах разных щавелевой кислотой. Обычно на изделии я травлю хлорным железом. Обычно концентрация 10-20% и по несколько десятков секунд в несколько приемов, шлифуя в промежутках между травлениями.

Некоторые травят азотной кислотой. 

Но пробовал я многими реагентами. Например лимоном, яблоком, уксусом. Это несколько дольше, но мягче и иногда лучше проявляются тонкости рисунка. 

Вопрос:

Как бы вы охарактеризовали булат с потребительских точек зрения. В смысле какие свойства отличают его в лучшую сторону от разных сталей: ATS-34, VG-10, CPM S30V, M2, D2...

Ответ:

Я не эксперт по заморским сталям на изделиях, та любимая некоторыми D2 это дендритная сталь, и микроструктура там несколько другая, я посылаю фото древнего булата и его шлиф. Обратите внимание на то что светлые участки узора, это не просто механически разбитый цементит. Это как бы "туманности" мелких сферических частичек цементита. Вот это есть ключевым моментом античного булата ( это так в двух словах ). И перлитная матрица. 

Цитата из Первой Русской: 

"То, о чем пишет Василий, это плавка (варка) Фаранда. С дендритами из карбидов железа, а также карбидами легирующих элементов. Да, это тоже имеет место. Настоящий же булат, с ферритными дендритами, покрытыми наросшими на ферритные нити карбидами, - это другой разговор"

Ответ:

Для меня  античный булат это всегда заэвтектоидная сталь, и те все классификации, мягкие ( где узор состоит в основном из феррита) и пр. да, есть такие классификации разные. Мое личное мнение - это некондиция, или неудачные попытки получить булат в других местах. (Я понимаю, что на каждую мою фразу можно написать по несколько страниц дополнений, критики и комментариев ).

Но когда говорят что "сначала образуются длинные нити феррита в процессе остывания...." в заэвтектоидной стали(!), я понимаю когда это пишет кузнец, да еще предваряя это все сакраментальной фразой "металлурги знают..", но когда эту же (извините) херню повторяет специалист по булату...

В заэвтектоидной стали, которую я плавлю, вырастают дендриты только АУСТЕНИТА(!!!), цементитная же сетка заполняет междендритное пространство по мере остывания ( если не очень строго).  Относительно ферритных нитей в настоящем булате, то, в булате ( если это заэвтектоидная сталь - а только такую сталь я считаю булатной), ферритных нитей в принципе быть не может.

Весь феррит в соединении с углеродом в жидком состоянии и далее по мере остывания: это, или аустенит, или выпадающий из него цементит, который и образует цементитную сетку. Смотрите диаграмму и скажите мне ( к примеру с 1,5% углерода - красная линия) где там феррит в чистом виде в процессе остывания -стрелка вниз??? Но, об этом спорить не стоит. Это студенческий курс -не более. А слово "фаранд" в данной ситуации при полном расплаве простонеуместно.

Относительно "карбидов легирующих элементов", то легирующих элементов там у меня нет. Ванадий 0,03% нельзя рассматривать как легирующий элемент. Это модификатор ( есть такой класс примесей, добавок)

В процессе высокотемпературного отжига, когда карбиды железа дифундировали в соседние области близлежащих дендритов аустенита, карбиды ванадия, как более тугоплавкие и менее подвижные, остаются на своих местах. И потом, в процессе последующей ковки, служат зародышеобразующими элементами для новых скоплений цементита, которые и дают потом узор. 

Вопрос:

Я слышал такое мнение на местной (калифорнийской выставке от американского кузнеца - специалиста по Дамаску, он в частности делал мозаичный дамасск. Так он говорил что с его точки зрения современные стали все его по крайней мере Дамаски превосходят и то же булаты, про булат он правда говорил что знает как его делать но не делает - рынка типа нет. Скорее всего он про булат ничего особенно не знает.

Ответ:

Здесь можно посмотреть диаграмму прочностных свойств из известной статьи Щерби, там наглядно видно, и он уж имел доступ ко всем сталям для своих исследований.

Вопрос:

Откуда вы это все знаете, в смысле какие источники, какие ресурсы в Сети имеет смыл посмотреть, какие книги прочитать, тем кто серьезно начнет работать с булатом.

Ответ:

Сначала надо почитать учебники по металлургии и хорошо разобраться в диаграмме Fe-C. Там на многое есть ответы.  Относительно меня, некоторый опыт и знания (17 лет экспериментальной физики)...
В сети можете найти многое, например страница А. Феербах, там есть фотография раскопанной земляной печи, видно, что это была очень инерционная печь, и остывание шло самотеком. Вряд ли приходило кому-то в голову  в определенный момент заливать все это водой. Я имею в виду то, что если там плавали частички железа чистого, то понадобились бы считанные минуты (при такой температуре) чтобы они науглеродились и концентрация углерода выровнялась бы. И только медленное остывание позволяло расти дендритам аустенита и формироваться цементитной сетке. Такими были античный слитки:

Я опять написал письмо Феербах, попросил больше аргументов по этому пункту, но она очень занята. Могу только привести цитату из ее письма.

"All crucible steel was liquid. In India they were removed quickly from the furnace and the cementite forms needles, this gives the finer crucible 

Damascus steel pattern. In CEntral Asia they were cooled slowly and there is grain boundry around the prior austenite grain boundries. This can give the course pattern. At Merv the furnace probably reached 1500 C. 

Beware, most of what has been written about crucible steel is wrong.

Good luck"

nozh2002 "Все булатные?неоднородные? стали были жидкими. В Индии их вынимали быстро из печи и цементит образовывал нити и это давало более деликатную структуру неоднородности?.
Дамаские стали. В Центральной Азии они охлаждали и там есть присутствуют границы гранул вокруг первоначальных аустенитных границ граней. Это может дать струящийся рисунок. В Мерве вероятно в печи достигалась температура 1500 C.
Предупреждаю что большинство того что написано о булатных сталях - неверно.
Желаю удачи"

Относительно ссылок, то у меня их почти нет по технологии. Есть просто страницы некоторых мастеров. У Ахима нет страницы, есть у Анны Феербах:
http://home.att.net/~moltenmuse/index.htm

Здесь хорошо описаны пропановые печи и горелки:
http://www.reil1.net/
http://www.frugalmachinist.com/

Это надо специально искать, классифицировать.
Может найду время какао.

Оригинал находится здесь-http://forknife.ru/news/2009-03-18-191