Эксперименты

Нужно рассказать о часто упоминаемом в специальной литературе эксперименте ученых Донецкого политехнического института, в итоге которого был получен удивительный металл. Ученые задумали получить сталь непосредственно из руды, а для этого окатыши чистой руды проплав-ляли в установке электрошлакового переплава с графитовым электродом. Восстанавливаемый металл капля за каплей проходил через толстый слой жидкого шлака, почти полностью очищался от разнообразных примесей и сильно науглероживался.


Полученный металл по химическому составу представлял собой особо чистый чугун с содержанием углерода 3,5 %. Однако к удивлению ученых, этот сплав не только поддавался деформации, а отлично ковался и прокатывался! Кроме того, выяснилось, что аномальная твердость ножа, изготовленного из нового сплава, не позволяла заточить его обычными абразивами — пришлось применить алмазный круг. Мне говорили, что твердость его достигала 80 HRC при вязкости сырой инструментальной стали. Узоров на металле не было, но сами исследователи сочли, что получили один из сортов булата. Амери-канцы подобный особо чистый сплав называют "сорель-металл".


Подробные исследования показали, что столь высокие свойства объясняются необычным состоянием углерода в металле. Вследствие высокой чистоты сплава углерод не выделился в виде карбидов или графита, как это должно быть при подобном химическом составе, а находился в особой, растворенной форме. Сверхвысокая концентрация растворенного углерода в холодном металле и позволила добиться сверх твердости и сверх прочности без снижения пластичности.


Можно предположить, что в такой же аморфной форме находится углерод и в разрыхленной пограничной зоне прочных волокон булата, где происходит взаимосвязывание дислокации и растворенных атомов углерода. Степень его концентрации здесь может превышать среднее содержание не только в композите в целом, но и в самом сверхуглеродистом волокне. Прямые аналогии с днепропетровским чудо-сплавом позволяют сделать вывод, что прочные сверхуглеродистые волокна булата находятся как бы в броне из еще более прочного и высокоуглеродистого металла, отличающимся особой твердостью и вязкостью.
Сверхконцентрация углерода в наиболее деформированных объемах приводит к тому, что в процессе "маятниковой" ковки с частыми подогревами возникает и частично стабилизируется практически аморфное строение металла. Это происходит потому, что при нагреве и охлаждении происходит перестройка кристаллической решетки гамма-железа в альфа-железо.

В момент перестройки металл имеет некристаллическое, как бы аморфное строение, а сверхконцентрация углерода и многочисленные дислокационные и иные искажения атомного строения частично "замораживают" такое его состояние.


В этой связи уместно вспомнить о "металлическом стекле", получаемом при охлаждении расплавленного металла с квазисверхвысокими скоростями. При таких скоростях охлаждения кристаллическая решетка не успевает сформироваться и фиксируется, "замораживается" хаотичное расположение атомов, отчего такой материал и на-зывают "металлическим стеклом" или аморфным металлом. Если такое "стекло" нагреть, то атомы металла приобретают подвижность и кристаллическое строение восстанавливается, точнее, возникает вновь. Причем не мгновенно по всему объему, так что на определенном этапе структура металла представляет собой смесь сверхмелких кристаллов и аморфного материала — так же, как и в булате.


Интересно то, что некоторые "металлические стекла" после нагрева и начала распада имеют крайне высокую твердость, доходящую до 1200 HV, т.е. превосходящую даже твердость цементита (1000 HV). Таким образом, в результате правильно проведенной ковки и закалки в булатных клинках высшего качества формируются перенасыщенные углеродом микрообъемы с практически аморфной структурой металла, в результате чего достигается твердость и вязкость, превосходящая эти свойства не только обычных железоуглеродистых сплавов, но также и узорчатых металлов, не содержащих в своей исходной структуре сверхуглеродистых участков.