. Древние люди много знали, гораздо больше, чем мы иной раз думаем. Древние египтяне создали геометрию — науку о том, как правильно делить землю. Правда, название ее пришло к нам от греков («гео» —земля, «метрио» — мерить, измерять). И основы астрономии также заложили древние египтяне, да и не только они. Каждому обществу, достигшему определенной ступени развития, требовался календарь, чтобы вовремя готовиться к земледельческим работам, правильно рассчитывать запасы от урожая до урожая. А календарь не создашь, пока не определишь закономерности в движении планет, луны, звезд. Примечательно, что народ майя, который так и не додумался до изобретения колеса, имел один из самых точных календарей, не уступающих современным. Естественно, при наблюдении звезд, солнечных и лунных затмений древние астрономы не могли не догадаться, что Земля — шар, свободно несущийся в пространстве. Это была одна из величайших тайн древности, в которую посвящали лишь избранных. Хранили ее жрецы, и хранили так тщательно, что в конце концов она умерла с упадком и исчезновением древних государств. И в средние века ее пришлось открывать заново.
Свыше двух тысяч лет назад зародилось учение об атомах. Их представляли себе мельчайшими неделимыми «кирпичиками», из которых сложена материя. Примерно в то же время Архимед открыл первый закон природы — закон вытеснения жидкости помещенным в нее телом. Более того, совсем недавно было доказано, что он вполне мог открыть и один из законов оптики. Тысячи лет ходила по свету красивая легенда о том, как вражеский флот осадил родной город мудреца — Сиракузы. И тогда Архимед будто бы собрал на пристани всех городских женщин, велел им достать ручные зеркальца и направить солнечные зайчики на паруса вражеских кораблей. Крохотные зайчики падали на полотнища, сливались друг с другом, складывались, умножая количество тепла. И вот уже задымились паруса, забегали по вантам перепуганные матросы, а капитаны начали срочно приказывать рулевым поворачивать корабли. Но поздно! То тут, то там стало вспыхивать пламя, и скоро все корабли заполыхали на воде, как гигантские факелы. Так Архимед победил врага, заставив соединиться множество лучиков, каждый из которых нес маленькое количество тепла.
Столько легенд было сложено о нем за тысячелетия, что и по сей день историки не всегда могут отделить в них правду от вымысла. Вплоть до нашего столетия не было у человека более совершенного материала. Булатные мечи пробивали любые панцири, даже прославленные испанские, до того они были крепки. И в то же время их можно было согнуть в дугу и они не ломались. Но самым чудесным свойством булата была его способность затачиваться до необычайной остроты: булатный меч перерубал свободно падающий шелковый платок.
Возьмите кухонный нож и попробуйте наточить его на бруске. Вы убедитесь, что существует определенный предел, за которым лезвие не делается тоньше: оно начинает выкрашиваться. Самыми острыми предметами сейчас считаются бритвы. Но даже самой лучшей, отлично наточенной бритвой вам не удастся разрубить на лету шелковый платок. Вот теперь вы можете себе представить, каким изумительным материалом была булатная сталь, секрет изготовления которой родился и умер на Востоке. Впрочем, слово «секрет» тут не подходит. Секретов было очень много — столько же, сколько и мастеров булатного дела.
Из поколения в поколение передавали восточные мастера способы изготовления булата. От отца к сыну, к внуку, к правнуку... И многие из них вносили что-то свое, за долгие годы работы наталкиваясь на какое-нибудь новшество, улучшающее качество металла. Так складывалась технология получения булатной стали, так она совершенствовалась. И всю технологию изготовления булата мастер держал в голове: бумага ведь может выдать тайну кому угодно.
У каждого мастера получался свой булат, в чем-то отличающийся от других. Неизменным у всех было только одно — волнистые узоры на поверхности клинков. Одни узоры были относительно светлые, иногда с розовым или золотистым отливом. Оружие с такими узорами считалось низшего качества. Другие узоры были темнее, с многоцветными переливами. Чем сложнее и крупнее был узор и чем темнее фон, тем выше было качество булата. По этим узорам зачастую определяли и изготовителя оружия. Узоры были как бы «фабричной маркой» мастера или даже ряда поколений семьи мастеров.
Семейные тайны и послужили одной из причин гибели булата. Цепь преемственности обязательно прерывалась. То у мастера не было детей и некому было передать секреты технологии, то он внезапно погибал... Но окончательно погубил булат жестокий завоеватель Тамерлан—«железный хромец», как его называли. Разгромив страны Востока, он свез в свою столицу Самарканд всех ремесленников, оставшихся в живых, и заставил их работать на себя. Оторванные от родины, не имеющие наследников, которых они, по обычаю, могли бы научить мастерству, умельцы уносили в могилу свои секреты. И в конце концов тайна булата была утеряна. Остались одни легенды...
Вплоть до XIX века, основываясь на этих легендах, европейские мастера пытались изготовить свой булат, не уступающий восточному. И ни у кого ничего не получалось. Только когда русский ученый П. П. Аносов впервые в мире подошел к проблеме получения металла по-научному, когда он заглянул через микроскоп «в глубь» металла, тогда и была разгадана тайна булата. И потребовалось на это десять лет. Совсем немного, если сравнить их с длинным рядом веков, в течение которых множество умов билось над этой загадкой.
На школьных уроках химии вам рассказывали, как получают сталь на современных металлургических заводах. Сначала железную РУДУ расплавляют в огромных доменных печах, где она превращается в чугун. Затем чугун снова расплавляют, теперь уже в мартенах, конверторах или электропечах, и тогда он превращается в сталь. На доске вам чертили и формулы химических состояний, в которые постепенно переходит руда, прежде чем стать сталью.
Так получают металл в наши дни. Ну, а раньше? Когда не было современных металлургических агрегатов, как выплавляли сталь тогда? В древности было много способов. Но в любой стране Востока булат выплавляли одинаково. Об этом способе мы и расскажем.
Восточные мастера выплавляли булат из тщательно подготовленной железной руды в небольших глиняных сосудах — тиглях. В отличие от современных способов у древних не получался чугун, как промежуточный продукт. Из руды сразу образовывалась сталь. Этот способ называется прямым восстановлением железа, и современная металлургия начинает возвращаться к нему. В частности, в нашей стране в городе Старый Оскол сооружается завод, где сталь будут выплавлять способом прямого восстановления. Но вернемся к древним мастерам.
Железную руду они сначала дробили на мелкие кусочки. Потом эти кусочки обжигали в костре. При этом выгорали сера, фосфор и некоторые другие вещества, которые встречаются в руде и ухудшают свойства металла. Впрочем, мастера и не подозревали об этих веществах. Основываясь на опыте предшественников и своем собственном, они знали, что из измельченной и обожженной руды получается лучшая сталь, чем из обычной. Но почему так получается, они не знали.
После обжига руду засыпали в тигель послойно с порошком из древесного угля: сначала слой угля, потом слой руды, затем опять слой угля, и так пять-шесть раз. Уголь, как говорят металлурги, играл роль носителя тепла: он горел и расплавлял руду. А чтобы горение было более интенсивным, в основании тигля проделывали отверстие, куда гнали воздух с помощью больших кожаных мехов. В тигле создавалась очень высокая температура, от которой руда расплавлялась и превращалась в железо.
Вот вплоть до этого момента описываемый нами способ никакого секрета не представлял. Его знали и употребляли в Египте и на Британских островах, в древней Элладе и в славянских поселениях. И во всех этих местах он быстро сменился другими, более производительными способами. Глиняные тигли уступили место небольшим печам-домницам, которые давали гораздо больше металла. А вот на Востоке этот способ держался долго. Почему? Да потому, что, получив в тигле железо, восточные мастера отнюдь не считали свою работу законченной. Железо надо было еще превратить в булатную сталь. Как? Вот тут-то и начинались секреты.
Удалив подмастерьев из мастерской и тщательно заперев двери, мастер доставал из укромных уголков спрятанные растения — цветы, травы, ветки кустарников — и бросал их в тигель в только ему известной пропорции. У каждого мастера был свой набор растений. В древности верили, что их соки обладают «волшебными» свойствами — прочностью, гибкостью, вязкостью, которые и передают металлу. И они действительно передавали... После того как растения сгорали в расплавленном металле, железо превращалось в сталь. Правда, вместе с растениями в металл сыпали графитовый порошок, тоже в определенных пропорциях. Но он считался как бы подсобным материалом, не влияющим на свойства металла. И невдомек было мастерам, что именно графит превращал железо в сталь, а растения играли совсем иную, хотя и не менее важную роль.
Как известно, графит — это чистый углерод. А этот элемент играет одну из основных ролей в металлургии... Но, пожалуй, пора наконец сказать о том, что такое сталь. Школьный учебник химии дает на этот вопрос простой и четкий ответ: сталь — это сплав железа с углеродом. Правда, этот ответ не полный. Ведь углерод может растворяться в железе в различных количествах. И все это будет сталь?
Итак, чем больше углерода, тем сталь делается более крепкой — это хорошо! И менее пластичной — это плохо! Вспомните фильм «Три мушкетера». Перед тем как драться на дуэли, д'Артаньян и его лихие друзья сгибали шпаги в полукруг, пробуя их упругость. Шпагу из высокоуглеродистой стали, как мы уже говорили, так не согнешь — лопнет. Но шпага должна быть и крепкой, иначе что же это за оружие! Как совместить эти противоречивые требования — крепость и пластичность? Это задача, которую металлургия решает все восемь тысяч лет своего существования. И вплоть до середины нашего столетия решала только одним способом — подбором точного количества углерода. Его должно быть столько, чтобы сталь получалась и достаточно прочной, и достаточно пластичной.
Ну, а если углерода в сплаве больше двух процентов, что тогда? Тогда мы получим очень прочный, очень твердый и очень хрупкий металл. Настолько хрупкий, что его легко можно разбить молотком. Это — чугун. Видите, как велика роль углерода и в настолько точных пропорциях его необходимо вводить в металл!
Таким образом, насыпая в расплавленное железо графитовый порошок, мастер получал сталь. Причем поскольку каждый придерживался своих пропорций, то и булат у каждого получался свой, не похожий на другие. У одних покрепче, у других послабее, зато пластичнее. Но каждый ремесленник в конце концов находил ту необходимую пропорцию, при которой кромка лезвия не крошилась при самой тонкой заточке.
Ну, а травы и цветы, так, казалось бы, несовместимые с тяжелым и трудным процессом получения металла — какую они сыграли роль? Огромную. Дело в том, что в растениях содержатся многие неорганические вещества. Например, в яблоках есть железо. В некоторых других растениях содержатся марганец, молибден, ванадий. А они придают стали совершенно особые свойства. С этими свойствами мы еще познакомимся, а пока скажем, что сталь становится еще более крепкой и одновременно более пластичной. Сейчас мы вводим эти вещества в сталь в чистом виде. Они называются легирующими добавками, а сталь — легированной сталью.
Может возникнуть вопрос: каким образом эти легирующие добавки из растений могут влиять на свойства металла, если в растениях их содержатся сотые, а то и тысячные доли миллиграмма? А ведь вплоть до середины нашего столетия легирующие добавки вводились в металл в больших количествах. Считалось, что чем их больше, тем металл лучше. И только лет двадцать — двадцать пять назад ученые установили, что вовсе не обязательно вводить легирующие добавки в металл десятками килограммов. Можно создать такие условия, когда достаточно крошечных количеств добавок, чтобы сталь приобрела нужные свойства. Это называется микролегированием,и оно получает все большее и большее применение. Так вот, древние мастера применяли именно микролегирование. В этом случае, как это бывает часто, практика на тысячелетия опередила науку.
...Последняя травинка сгорала в раскаленном добела вареве, и мастер покидал душное помещение. Главное сделано. Теперь подмастерья смогут изготовить из булата клинки, шлемы, кольчуги.
Один из средневековых рецептов не столь кровожаден, зато весьма экзотичен: закалку булата полагалось вести... в моче рыжего мальчика! Почему именно рыжего? Да потому, что в старину рыжим людям приписывали особые, «колдовские» свойства.
Конечно, все это варварство и суеверие. Страшно подумать, сколько рабов отдали свои жизни, чтобы кинжалы правителей перерубали платок на лету. Но... действительно, клинки гораздо лучше закаливались в человеческой крови или моче, чем в простой воде. И объяснение этому очень простое: закалка в растворе солей протекает лучше, чем в воде. И медленнее. А сталь типа булатной как раз и требует при закалке медленного охлаждения. В древнем Дамаске замедленное охлаждение достигалось закаливанием на ветру. Позднее в Дамаске между двух гор построили даже специальный коридор из камней. Когда дул северный ветер, то на выходе из коридора он валил всадника с лошадью. Дождавшись ветра, мастера ковали оружие. Затем, схватив клинок из-под молота, подмастерье бежал к коридору и подставлял его под упругие струи воздуха.
Так делали булат. В чем же главный секрет его производства? Как ни парадоксально это звучит, в том, что никакого секрета не было. Европейские мастера знали, что их восточные коллеги, как и они сами, варят булатную сталь в тиглях, что сыплют в нее какие-то травы и какой-то черный порошок. Предложи эти данные современному ученому, и он за два-три года не только полностью раскроет технологию древних, но и усовершенствует ее, получит такой булат, какой древним и не снился.
Современный ученый подойдет к этой проблеме по-научному. Прежде всего он выяснит, от чего зависят главные свойства стали — прочность и пластичность. Окажется, что от содержания углерода. Значит, черный порошок — вещество, содержащее углерод. Судя по описаниям, это графит. Затем ученый подвергнет химическому анализу различные растения, узнает, какие элементы входят в их состав и начнет по одному вводить в металл. Так он определит, что свойства стали улучшаются от добавок марганца, молибдена, вольфрама, ванадия. И задача почти решена. Останется только определить, в каких сочетаниях эти добавки придают стали наилучшие свойства.
Но современный ученый пойдет дальше. Он задаст себе вопрос: а нельзя ли описать действия легирующих добавок математическими формулами, найти строгие числовые зависимости между количеством добавок и улучшением свойств металла? Это даст возможность заранее вычислить на бумаге, как получать сталь с теми или иными необходимыми свойствами. Именно так современные металлурги получают великолепные стали — сверхпрочные, износостойкие, жаропрочные, кислотоупорные,— предварительно математически рассчитав всю технологию их изготовления. Недаром этот способ получил в обиходе название композиционного, а сами ученые-металлурги не то в шутку, не то всерьез называют себя композиторами.
