Термическая обработка металлов
Термическая обработка металлов — это есть тот «строитель», который перекраивает внутренние связи и кристаллические каркасы, делает кристаллы больше или мельче, увеличивает или уменьшает растворимость углерода в железе.
Зная «способности» термической обработки (по-гречески «термос» — «тепло») по изменению структуры металлов, мы можем продуманно влиять на свойства металлов, применяя к ним заранее выбранный способ воздействия. Поэтому мы и говорим: механическая обработка металла позволяет влиять на форму детали, а термическая обработка — на свойства ее. В домашних условиях невозможно использовать все виды термообработки. Но важнейшие ее способы любителям следует знать не хуже, чем способы механической обработки, и применять по необходимости для успешной работы с металлом, для того чтобы сделать металл действительно «послушным».
В романе Вальтера Скотта «Ричард Львиное Сердце» сарацинский султан Саладин, демонстрируя необыкновенные качества своей сабли, разрубает ею на лету пушинку. Сабли, клинки и кинжалы мастеров Востока в древнее время действительно славились повсюду и были непревзойденными по качеству. Сталь для этих клинков, появившаяся еще в глубокой древности, называлась в Сирии и Персии булатом, а в Индии — за 1300 лет до н. э. — вутцем. Секрет производства этой стали не был известен никому в Европе, а в средние века и кузнецы Востока утратили его. Булат для многих был и остался загадкой, хотя само слово по смыслу очень простое: персидское «пулад» означает «сталь», и только.
Булат очень «нежен» — на языке кузнецов это означает, что булатный клинок можно отточить чрезвычайно тонко и остро. В то же время булатные сабли сарацин легко крошили железные латы крестоносцев; булатом можно рубить кости, дерево, даже гвозди. Булатную шпагу можно изогнуть почти под прямым углом, она не сломается. Выпущенная из рук, она со звоном выпрямляется. Одним словом, булат в глазах европейских инженеров считался верхом совершенства.
Разгадать тайну булата удалось лишь в начале прошлого века русскому ученому П. П. Аносову. В 1833 году на Златоустовском заводе выплавили первый булат, через три года русские умельцы научились выделывать все известные в то время сорта булатной стали, а спустя еще некоторое время златоустовская сталь завоевала всемирную известность. Полоска такой стали крошила лучшие английские зубила. Из этой стали были отлиты первые в мире стальные орудия инженером П. М. Обуховым.
Но интересен даже не сам булат как таковой. Интересно другое: булат и златоустовская сталь проявляли в одном и том же изделии многоликий характер. Они могли быть твердыми и прочными в одном случае, а обработанные по-иному, могли стать мягче, коваться и гнуться. Все зависело от термической их обработки.
Вообще-то говоря, способность стали под действием «жары и холода» менять свойства не была ни для кого тайной: еще со времен Гомера или даже раньше люди умели закаливать и «отпускать» сталь и бронзу. В знаменитой «Одиссее» есть такие строчки: «...как погружает кузнец раскаленный топор иль секиру в воду холодную, и зашипит с клокотаньем железо, крепче железо бывает, в воде и огне закаляясь...» Но вплоть до конца XIX века смысл закалки, да и других приемов термообработки металлов, был многим неясен. В одной древней летописи закалку кинжала описывают так: «Нагреть, пока он не засветится, как восходящее в пустыне солнце, затем охладить его до цвета царского пурпура, погружая в тело мускулистого раба... Сила раба, переходя в кинжал, и придаст металлу твердость». Булат закаливали по-другому: нагревали до белого каления и тут же передавали всаднику. Всадник должен был во время бешеной скачки рубить клинком... демона, то есть встречный воздух.
Булат, таким образом, не был исключением из прочих известных металлов: в результате термообработки он улучшал свои свойства. Но по восприимчивости к такой обработке булат, конечно, был исключительно «чутким» металлом.
В заслугу П. П. Аносову, Д. К. Чернову, А. А. Байкову и многим-многим другим ученым следует поставить то, что они сняли завесу таинственности с закалки металлов, да и с термообработки в целом. Дело оказалось не в рабах или демонах и не в каких-то там «восточных чудесах»: все свойства металла, плохие и хорошие, заложены в нем самом, в его структуре.
«Структура» по-латыни значит «строение, устройство». Структура дома — это, во-первых, из чего, во-вторых, как он построен. Если дом блочный — какие панели, как связаны друг с другом. Если дом кирпичный — какие кирпичи, уложены ли они в ряд, чем сцеплены меж собою, где они идут сплошняком, а где прерываются, и т. д.
Кирпичами в структуре металла служат атомы. Атомы объединены в блоки — кристаллы или молекулы. Кристалл — это маленький «контейнер»: без переделки он не может вместить больше кирпичей, чем ему полагается, если, конечно, уложить кирпичи аккуратно. Металлы в большинстве своем имеют «аккуратную» структуру, с изящными «контейнерами» кристаллов.
Давая характеристику стали, мы отмечали, что сталь — это сплав железа с углеродом. Но поскольку в железе может растворяться различное количество углерода, нельзя говорить о какой-либо одной стали: сталей получается много и все они разные. Кроме того, растворение углерода в железе (укладка кирпичей в «контейнер») — это не однозначное явление. Поэтому одну и ту же сталь можно наделять различными свойствами: для этого надо изменить ее структуру, внутреннее «устройство».
Структуру стали меняют путем теплового воздействия на сплав.
