Закаливать сталь научились сразу после того, как эту сталь получили. Однако, сложностью является подбор температуры для закаливания. Проблема в том, что при нагревании кристаллическая решетка железа перестраивается — она превращается из α-Fe холодного железа в β-Fe (вообще при дальнейшем нагревании есть еще два перестроения, но нас они не интересуют). Если сталь при этом быстро остудить — решетка останется в β-Fe и в напряженном состоянии, что и дает очень большую твердость стали. Собственно, это и есть принцип закалки.
Вопрос возникает в другом…
Температура перехода в β-Fe — 769—917 градусов. Если недогреть — β-Fe не получится. Если перегреть — сталь перейдет в следующую форму кристаллической решетки и ей будет до лампочки закалка, сталь станет слишком хрупкой. И это все усугубляется тем, что температура перехода зависит от количества углерода в стали, поэтому она может варьироваться в пределах 150 градусов. Ну и как средневековому кузнецу выдержать эти режимы? Тут даже бесконтактный электронный термометр не поможет, ведь все равно не известно сколько углерода у него в этот раз вышло.
Древние кузнецы определяли переход в β-Fe по цвету разогретой стали. У каждого клана кузнецов был свой секретный метод его определения, типа: «Как предрассветная луна после летнего дождя отражается в луже, сделаной рыжим псом». Романтично. Но для нас существует метод, дающий более гарантированый результат. Дело в том, что в момент перехода в β-Fe сталь проходит точку Кюри и теряет магнитные свойства. То есть достаточно иметь маленький магнитик и проверять изделие во время нагрева. Как только магнитик перестанет прилипать к мечу — пора его закалять!
Просьба помнить, что за разглашение формулы «Предрасветной луны после муссона на рассвете четверга» — удаляли репродуктивные органы, часто вместе с головой. Поэтому о магните лучше не рассказывать, аборигены за такой секрет зажарят прямо в кузнице на кузнечном горне.
То есть, температура точки Кюри плавает в зависимости от содержания углерода в стали?
А даже если и так, то поймать момент, когда сталь прошла точку Кюри в кузнечном горне — тяжеловато, придется каждые пять минут меч выдергивать из горна, то есть терять его температуру градусов на пятьдесят за замер — не станет же попаданец кидать магнитик прямо в горн, чтобы проверить, липнет ли он к мечу.
На самом деле там тонкостей гораздо больше.
Оптимальная по полученной твердости закалка делается по-разному для разных сталей.
То, что здесь описано — полная закалка, она оптимальна для малоуглеродистых, или доэвтектоидных, сталей(<0.8% С), потому что у них в составе слишком много свободных зерен железа, и нужно чтобы они образовали равномерный раствор с углеродом, а потом при охлаждении по большей части так и остались. Короче, чтоб свободных зерен железа было как можно меньше.
Для заэвтектоидных оптимальная как раз неполная, то есть нагревать надо ниже температуры полного превращения — шоб и твердый карбид железа до конца не растворился, и свободное железо связалось.
Причем, для определенного содержания углерода лучшая температура нагрева будет своя, даже сейчас часто определяемая методом проб и ошибок. Дело в том, что сильно выше линии превращения нагревать нельзя — тогда даже при самой быстрой закалке превращения не пройдут до конца.
Длительность выдержки в печи и режим закалки (скорость и глубина охлаждения, а значит, состав и сочетание охлаждающих жидкостей) тоже своя для каждого сочетания формы-толщины детали и химсостава стали.
В рельности же попаданцу скорее всего придется использовать в качестве материала некий железно-чугунно-стальной композит, имеющий довольно неравномерное и нестабильное распределение углерода и микродоз других легирующих компонентов типа кремния, марганца и фосфора по изделию с такой же нестабильной формой.
Де еще и цементировано это изделие будет тоже неравномерно.
Дальше — правильный отпуск важен даже сильнее правильной закалки. А уж это вообще кухня, для которой однозначной температуры превращения просто не существует — форма и будущие нагрузки детали имеют рещающее значение. Мелкие детальки самоотпуском можно, а чем крупнее и хитрее — тем труднее с оптимальным режимом.
Так что по любому одним магнитом и лунно-муссонным цветом тут не обойдешься — все равно придется действовать методом проб и ошибок, "на глазок", а брак перерабатывать в другие, менее ответственные изделия.
Да, абсолютно согласен.
И это вы не коснулись еще частичной закалки, которую обожали те же японские оружейники.
Но статья эта — не про закалку, и не про отпуск (тут надо писать и писать), а только про температуру закалки.
Все же возможность поймать точку Кюри дает много пользы.
Это если попаданец вообще что-то знает о фазовых состояниях железа и диаграмме железо-углерод, чтобы вообще понимать, о чем речь идет.
Насколько я знаю, единственное место(ну, не считая интернетов :)), где можно близко свести с ней знакомство — курс материаловедения в каком-нибудь техническом вузе. Курс, будем говорить прямо, скучноватый, и редкий попаданец
долетит до середины Днепраего изучит до конца и что-то потом удержит в голове.Я вот кое-что помню исключительно потому, что пересдавал два раза у старого дедушки (звали его кстати, забавно — Африкан Васильевич), который просто так не ставил.
И то, на память точки для стали не вспомню — надо все равно по-любому справочником освежить.
Короче говоря, среднестатистическому попаданцу вряд ли придет в голову делать все по науке. Да и в реальности технологи никогда теоритически это не считают — на заводе, обычно, оболжившись справочниками, выдают примерный режим закалки-отпуска, а потом уже в термичке все равно доводят технологию опытным путем.
Да и способ замера у вас тоже экзотичный — магнитиком 🙂
Предлагаю мерять температуру батареей термопар железо-медь, потом усиливать сигнал для индикации небольшим магнитным усилителем.
Ну, лично я об этой всей кухне узнал, когда нечаянно попал на мастер-класс к кузнецам, которые куют ножи с булатным узором.
И про метод с магнитиком там и узнал. Даже не узнал — а увидел как его применяют.
То есть эта информация — ниразу не теория, а очень даже практика.
А что «попаданцу вряд ли придет в голову делать все по науке»… Это недостаток современного образования. Да и наука настолько разрослась, что ни в одну голову не помещается.
И такие вот «Африканы Васильевичи» были у каждого. И именно на них все стоит, как бы не ругали мы их в процессе обучения.
Но без них — нет науки, нет производства. У людей слово «технологии» становится тождественным слову «магия». Расслабилось человечество, однако…
Гм… да… а Вы ничего не путаете? Это ведь МАГНИТ теряет свойства при нагреве… а его-то как раз и не нагревают. Или Вы полагаете, что нагретая железяка перестает притягиваться к магниту?
Теряет не только магнит, а все материалы способные намагничиваться. Железо именно что перестает притягиваться к магниту.
Можете сами попробовать, если не верите, этот эксперимент доступен в домашних условиях.
Это что же получается… в индукционной печи после нагрева до определенной температуры переменное магнитное поле ВООБЩЕ перестает воздействовать на металл?
Совсем-совсем? :о)
Только не надо передергивать. В индукционной печи переменное электромагнитное поле поглощается материалом и поглощенная энергия переходит в тепловую форму. И магнитные свойства материала на процесс поглощения влияют чисто количественно, принципиально же этот процесс идет в любом веществе.
А вот вектор силы, действующей на материал в магнитном поле, после прохождения точки Кюри становится равен нулю. И даже постоянное поле не сможет сдвинуть образец такого материала с места при сколь угодно малом трении/воздействии суммы других сил. Для вас это новость?
Вы, эта, с формулировками щетильнее нада…
То, что ферромагнетизм исчез — отсутствия парамагнетизма не значит.
А вас не напрягает, что индукционным методом можно нагреть алюминий или вообще графит, который как бы не совсем магнитный, от слова «абсолютно»?… 😀
>Это что же получается… в индукционной печи после нагрева до определенной температуры переменное магнитное поле ВООБЩЕ перестает воздействовать на металл?
Переменное поле действует совсем не так, как постоянное. Поэтому даже жидкий металл можно гнать по жёлобу бегущим магнитным полем. Переменное поле не притягивает металл, а наводит в нём вихревые токи. То, что железяка лучше меди греется токами Фуко, не отменяет универсальности самого явления. Всякое переменное магнитное поле создаёт вихревое электрическое поле даже в вакууме, а оно в любом проводнике создаёт вихревые токи, просто в магнитных материалах это поле ещё и «концентрируется», что и ведёт к большей интенсивности токов, + энергия поглощается ещё и на переориентацию наведённого магнитного поля самого феромагнетика. Но в принципе на переменное магнитное поле реагирует любой проводник, почему даже вторичные обмотки трансформаторов и обмотки генераторов и делают не из стали, а из меди, а это как раз диамагнетик, то есть от магнита она даже отталкивается.
>То есть, температура точки Кюри плавает в зависимости от содержания углерода в стали?
А даже если и так, то поймать момент, когда сталь прошла точку Кюри в кузнечном горне — тяжеловато, придется каждые пять минут меч выдергивать из горна, то есть терять его температуру градусов на пятьдесят за замер — не станет же попаданец кидать магнитик прямо в горн, чтобы проверить, липнет ли он к мечу.
Почему?
Отличная статья на тему «фазовых состояниях системы «углерод-железо»»
http://crustgroup.livejournal.com/38830.html
Спасибо, пригодится.
Да и весь остальной журнал просто великолепен!
Спасибо за ссылку.
Причём очень сильно перекликается с тематикой этого сайта 🙂
ЗАКАЛКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить процесс закалки стали; исследовать влияние массовой доли углерода на закаливаемость стали.
ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ
Прибор для определения твердости, муфельные лабораторные пе-чи, оснащенные приборами для контроля температур, закалочные ба-ки с охлаждающими средами, шлифовальный станок, образцы стали в отожженном состоянии.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Мартенситное превращение в стали
Распад аустенита на феррито-карбидную смесь – диффузионный процесс, связанный с перераспределением углерода и железа, т.е. с диффузионным перемещением атомов на значительные расстояния, намного превышающие период решетки аустенита.
При охлаждении углеродистой стали с достаточно большой ско-ростью (сотни градусов в секунду) аустенит настолько сильно переох-лаждается, что не распадается на смесь двух фаз, так как подвижность атомов при сильном охлаждении ниже точки А1 слишком мала. Но фиксации аустенита при комнатной температуре не происходит, так как в углеродистой стали, начиная с некоторой температуры, может существовать железоуглеродистая фаза, обладающая свободной энер-гией меньше, чем аустенит. Эта фаза называется мартенситом.
Мартенситное превращение не связано с диффузионным перерас-пределением углерода и железа в решетке аустенита. Химический со-став кристаллов мартенсита и исходного аустенита одинаков. Мартен-сит отличается от аустенита только кристаллической решеткой; у ау-стенита гранецентрированная решетка -железа, а у мартенсита – тет-рагональная, близкая объемно центрированной кубической решетке -железа.
Таким образом, мартенсит является пересыщенным твердым рас-твором внедрения углерода в -железе.
Превращение аустенита в мартенсит при охлаждении начинается и заканчивается при определенных для каждой марки стали температу-рах – температуре начала (МH) и конца (МК) мартенситного превра-щения.
Рис. 1. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита
эвтектоидной стали.
А – устойчивый аустенит, Ап – переохлажденный аустенит, Аост – остаточ-ный аустенит, М – мартенсит, Ф – феррит, Ц – цементит.
Температура начала мартенситного превращения в отличие от температуры начала перлитного превращения, не зависит от скорости охлаждения. На положение мартенситной точки (МH) влияет содержа-ние углерода в стали, с увеличением которого снижается МH. При температуре мартенситной точки МH превращение только начинается, появляются первые кристаллы мартенсита. Чтобы мартенситное пре-вращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже мартенситной точки. Если охлаждение приостановить и выдерживать углеродистую сталь при постоянной температуре ниже мартенситной точки МH, то образование мартенсита почти сейчас же прекращается. Эта особенность наиболее ярко отличает кинетику мартенситного превращения от перлитного, которое всегда доходит до конца при по-стоянной температуре ниже точки А1 т.е., оканчивается полным ис-чезновением аустенита.
Мартенситный кристалл (пластина) образуется только в пределах аустенитного зерна и не переходит границу между его зернами. В плоскости шлифа мартенситные пластины, как правило, попадают по-перечным сечением и наблюдаются под микроскопом в виде игл. Так как размеры первых пластин мартенсита определяются размерами ау-стенитного зерна, то все факторы, приводящие к его укрупнению, де-лают более грубоигольчатым сам мартенсит. Поэтому сильный пере-грев стали при закалке дает крупноигольчатый мартенсит.
При закалке на мартенсит углеродистой стали резко возрастает ее твердость и снижается пластичность. Например, твердость эвтектоид-ной стали в отожженном состоянии равна HB180, а в закаленном – НВ650, т.е. примерно в 3,5 раза выше. Высокая твердость углероди-стых сталей, закаленных на мартенсит, обусловлена, в первую очередь, возникновением сильных искажений решетки пересыщенного раство-ра за счет внедрения атомов углерода.
Структура и зависящие от нее механические свойства, металличе-ских сплавов изменяются в результате термической обработки. Суще-ствуют различные виды термической обработки, к одному из которых относится закалка, приводящая к существенному изменению структу-ры и свойств сплавов. Применительно к углеродистым сталям закалка обеспечивает значительное повышение твердости и прочностных ха-рактеристик (пределов прочности и текучести).
Закалкой называется вид термической обработки, заключающий-ся в нагреве стали до температуры выше критической точки, выдерж-ке и последующем быстром охлаждении со скоростью не ниже крити-ческой.
Критические точки – это температуры фазовых превращений. Различают равновесные (теоретические) и фактические критические точки. Равновесные критические точки лежат на линиях диаграмм со-стояния и показывают температуры фазовых переходов в условиях чрезвычайно медленного изменения температур (нагрева или охлаж-дения).
Равновесные критические точки углеродистых сталей можно оп-ределять по метастабильной диаграмме «железо — цементит». На этой диаграмме равновесные точки, лежащие на линии PSK, обозначаются А1 и показывают температуру превращения перлита в аустенит при нагреве и обратного превращения при охлаждении. Равновесные точ-ки, находящиеся на линии GS, обозначаются А3 и показывают темпе-ратуры окончания растворения феррита в аустените при нагреве и на-чала его выделения из аустенита при охлаждении. Равновесные точки линии SE обозначаются Acm и показывают температуры окончания растворения цементита (вторичного) в аустените при нагреве и начала его выделения из аустенита при охлаждении.
Фактические критические точки при нагреве смешаются вверх по температурной шкале и обозначаются аналогично равновесным точ-кам с добавлением буквы “с”, например, АС1-АС3.
При охлаждении происходит смещение фактических критических точек относительно равновесных в сторону уменьшения температуры, это смещение отмечается буквой “r” (Ar1 – Ar3)
Нагрев при закалке производится для перевода всей исходной структуры или определенной ее части в аустенит, который является исходной фазой для получения конечной структуры закаленной стали.
Выдержка необходима для выравнивания температуры по сечению детали и для полного установления необходимого фазового состояния.
Охлаждение при закалке должно производиться со скоростью не меньше критической для того, чтобы предотвратить протекание диффузионных процессов и переохладить весь исходный аустенит до температурного интервала мартенситного превращения.
Критическая скорость охлаждения (закалки) – это минимальная скорость охлаждения, при которой предотвращается диффузионный распад переохлажденного аустенита.
Выбор технологических параметров закалки
Фактическая скорость печного нагрева определяется температу-рой, до которой нагрето печное пространство, и массой помещенной в него детали.
Температура закалки определяется исходя из массовой доли угле-рода в стали и соответствующего ей значения критической точки. Практически критические точки выбирают по справочникам или по диаграмме состояния «железо — цементит».
Температура нагрева при закалке доэвтектоидных сталей опре-деляется следующим образом:
tзак = Ас3+ (30 – 50), °С
Заэвтектоидные и эвтектоидную стали нагреваются при закалке до температуры:
tзак = Ас1+ (30 – 50), °С
Исходя из этого определяется положение оптимального интервала температур закалки углеродистых сталей на диаграмме состояния Fe – Fe3C (рис. 2).
Продолжительность нагрева и выдержки определяется размерами и конфигурацией деталей и способом их укладки в печи. Она должна быть такой, чтобы прошло выравнивание концентрации углерода в аустените. Обычно общее время нагрева и изотермической выдержки составляет 1 — 1,5 мин на мм наибольшего поперечного сечения.
Охлаждение при закалке должно производиться в такой охлаж-дающей среде, которая обеспечивает скорость охлаждения не менее критической.
Закалочные напряжения складываются из термических и струк-турных напряжений. При закалке всегда возникает перепад темпера-туры по сечению изделия. Разная величина термического сжатия на-ружных и внутренних слоев в период охлаждения обуславливает воз-никновение термических напряжений.
Рис. 2. Фрагмент диаграммы состояния Fe – Fe3C c нанесенным оптимальным ин-тервалом температур закалки
Мартенситное превращение связано с увеличением объема на не-сколько процентов. Поверхностные слои раньше достигают мартен-ситной точки, чем сердцевина изделия. Мартенситное превращение и связанное с ним увеличение объема около 1%, происходит в разных точках сечения изделия не одновременно, что приводит к возникнове-нию структурных напряжений.
Суммарные закалочные напряжения растут с увеличением темпе-ратуры нагрева под закалку и с повышением скорости охлаждения, так как в обоих этих случаях увеличивается перепад температур по сечению изделия. Наиболее опасным в отношении закалочных напря-жений является интервал температур ниже мартенситной точки (МH), так как в этом интервале возникают структурные напряжения и обра-зуется хрупкая фаза мартенсит. Выше мартенситной точки возникают только термические напряжения, причем сталь находится в аустенит-ном состоянии, а аустенит пластичен. Охлаждающая способность наиболее распространенных закалочных сред увеличивается в сле-дующей последовательности: минеральное масло,вода, водные рас-творы солей и щелочей.
Углеродистые стали обладают большой критической скоростью охлаждения (закалки) и поэтому для них, как правило, в качестве ох-лаждающей среды выбирают воду при нормальной температуре.
Закалочное охлаждение эвтектоидной и доэвтектоидных сталей происходит из однофазной аустенитной области, поэтому структура этих сталей после закалки будет представлять мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита.
Заэвтектоидные стали охлаждаются из двухфазной аустенито-цементитной области и структура этих сталей после закалки пред-ставляет собой мартенсит с небольшим количеством остаточного ау-стенита и цементит вторичный.
Температуры критических точек при нагреве
сталей и их твердость после закалки
Марка
стали Массовая доля угле-рода, % Температура, ˚C Твердость пра-вильно закаленной стали, HRC
АС1 АС3
Углеродистые конструкционные стали
20
25
30
35
40
45
50
55
60 0,17 – 0,24
0,22 – 0,30
0,27 – 0,35
0,32 – 0,40
0,37 – 0,45
0,42 – 0,50
0,47 – 0,55
0,52 – 0,60
0,57 –0,65 735
735
730
730
730
730
725
725
725 850
835
820
810
790
770
760
755
750 34 – 40
42 – 48
48 – 51
54 – 60
60 – 62
Углеродистые инструментальные стали
У7
У8 – У13 –
– 725
730 765
– 62 – 64
63 – 65
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Титульная часть.
2. Цель работы
3. Выбор технологических параметров закалки заданных образцов углеродистых сталей в виде таблицы, представленной ниже.
Исходные данные Режим закалки
Марка стали Массовая доля углерода, % Твердость Критические точки Выдержка, мин Охлаждаю-щая среда
HRB HB
4. Результаты закалки.
Марка стали Массовая доля углерода, % Твердость Структура
HRС HB
5. Зависимость твердости закаленной стали от массовой доли уг-лерода.
6. Выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое закалка?
2. Как изменяются механические свойства в результате закалки?
3. Равновесные критические точки, их смысл и обозначение.
4. Обозначение и отличие фактических критических точек от рав-новесных.
5. Назначение нагрева, выдержки и охлаждения при закалке.
6. Что такое критическая скорость закалки?
7. От чего зависит и как практически определяется общее время выдержки при закалке?
8. Структура доэвтектоидной закаленной стали.
9. Структура заэвтектоидной закаленной стали.
10. Что такое мартенсит?
11. От чего зависят свойства мартенсита?
12. Основная структурная составляющая закаленной стали.
13. Влияние массовой доли углерода на закаливаемость стали.
14. В чем сущность мартенситного превращения?
15. Почему размер аустенитных зерен влияет на размер пластин мартенсита?
16. Каковы условия получения крупноигольчатого и мелкоиголь-чатого мартенсита?
17. Чем отличается мартенситное превращение от перлитного?
18. Чем вызывается образование закалочных напряжении?
19. До каких температур нагревают до- и заэвтектоидные стали под закалку?
Дружище! Вы всерьез полагаете, что мы все здесь не способны накописастить статей из учебников самостоятельно? Или Вам не дают спокойно спать лавры Мистера Очевидность?
Хотел обратить внимание на то, что многие современные кузнецы по прежнему определяют температуру на глазок, хотя с магнитами у них проблем нет. .
Вообще-то мне этот метод показал современный кузнец. Вот все ли пользуют — не знаю, ламера есть в любом деле.
Ну что сказать, можно с магнитом, можно и без него. Немного о том, Как предрассветная луна после летнего дождя отражается в луже, сделаной рыжим псом. Музыка доставляет.
http://www.youtube.com/watch?v=AMXbJOPJ49c
Конечно можно. Но с магнитом брака будет куда меньше или вы не согласны?
Дело даже не в браке, а в остроте клинка. Если сталь — обычная углеродка типа У7-У8 (а для большинства легированных температура закалки выше — т.е. магнит «не работает»), при закалке «по магниту» (768С) можно получить зерно 9-10 балла (примерно 13-18 мкм), а перегрев до 800С даст 4-5 балл (70-100 мкм) — т.е. нож будет в 5-6 раз тупее! Причем справочники-то допускают разбег 770-800С, т.к. в большинстве случаев речь идет не о режущих инструментах, и там крупное зерно не столь критично!
Вы об оружейной стали. А химически чистое железо? Помниться мечи из него тоже ценились. Делались 40 прутьев- незакаленных заготовок под меч, опускались в болото, через год вынимались, более загрязненные места ржа съедала быстрее. Ржа счищалась, загатовки сковывались, и обратно до номинальных заготовок на один меч расковывались, и так много лет пока не останется только одна. Еще были супер мечи, из железа которое чистилось 40 лет, там количество заготовок не ограниченно было, такие участки болот с ржавеющими в них кусками железа от отца к сыну передавались
О чём мы говорим))), на 14 век вполне себе так известны стволы выкованные из стали и весом более 16 тонн , вот они криворукие предки и без магнита обходились и дуру такую проковывали)))
То есть вы утверждаете, что использование магнита не уменьшит количество брака (и не увеличит выход годного), верно? 😀
Звучит неправдоподобно.
Про стволы сваренные ковкой из полос мягкого железа я поверю. А сталь… Знаете сколько слюнопусканий в книгах по поводу первых литых стальных пушек 19 века? А тут оказывается что в 14ом делали. Ну сковать то наверно можно и из стали, полученной науглероживанием. Но это будет га?но а не пушка — разлетится на куски от большей хрупкости.
А вы знаете сколько слюнопусканий было у Грибоваля было по поводу пушек 15 века, с каким жаром он гонялся и изучал чертежи той эпохи???
А пушки были отличные Максимилиан от них пёрся до немогу)))), а он кое что понимал и в пушках и в другом)))) пырялове….
я утверждаю, что опыт и знание (в частности цветов побежалости) дают невероятные результаты…
А магнит))) в горне))) на большой поковке с неравномерным нагревом)))) косорукому утупку не поможет)))
А я как инженер-технолог утверждаю, что любой метод инструментального контроля много лучше визуального наблюдения.
Я просто это на практике знаю, и не надо про «чудо-мастеров». Их на Руси валом, а авто можем собирать только из немецких деталей и чтобы над душой немец с палкой стоял.
«любой метод инструментального контроля много лучше визуального наблюдения». — но если речь о закалке, к примеру, кирасы, Ros прав: Вы что, ее магнитом в десяти местах тыкать будете? Визуально можно ошибиться с конкретной температурой, но неравномерность нагрева по цвету видна очень хорошо! Из моей недавней практики: в печи из трех ярусов нагревателей один сгорел, термопара показывает, что температура в норме — и если бы термист не обратил внимания, что цвет заготовки по длине неравномерный (а это цилиндр длиной полтора метра) — нарвались бы на брак, да и поломку своевременно не заметили бы!
Химически чистое железо — это ерунда, оно слишком мягкое для оружия. Да и получить его можно намного быстрее многократной перековкой.
Вот другое дело — сталь. С ней всё сложнее, нужно полученное железо ковать с углеродом.
«так много лет пока не останется только одна.»
Прямо как в фильме «Горец»… Если заготовки предварительно отожжены на крупное зерно, хватит и года, и для полной очистки от серы (а именно это и было главной задачей) достаточно превратить в ржавчину всего 10% металла (в реале обычно уходило от трети до половины, но уж никак не 39 из 40)!
Кстати, можно и быстрее, чем за год по методу Вёлунда-кузнеца) — но уж больно вонюче, да и риск отравления при неаккуратной работе очень велик (после спекания помета в нм образуется изрядное количество цианида)!
Насколько я пытался разобраться в предмете, там столько аспектов, что разобраться, не будучи воином, химиком, металловедом, историком и кузнецов в одном лице, невозможно.
Начнем с простого: положим, нам нужен меч, который бы мог сильно гнуться, не ломаясь, разгибаться при снятии нагрузки в исходное состояние без остаточных деформаций (упругость), но при этом мог бы без оставления зазубрин на лезвии рубить чужие доспехи и оружие (твердость).
Первый же вопрос: как будем сравнивать два меча, первый из которых более упругий, чем второй, зато менее твердый? Придется какие-то коэффициенты вводить, чтобы свести к единому критерию. А у металла, помимо упругости и твердости, еще куча механических свойств, их куда? Явно же влияют.
ЗЫ Про испытание дамасской стали опоясыванием вокруг талии и разрезанием шелкового платка, наброшенного на лезвие, в курсе.
А вот на фига оружие-то рубить? Такое только в кино бывает, причем фантастическом! Вражеский меч можно переломить, а не разрубить — и только ценой порчи своего (Усама ибн Мункыз за 93 года своей жизни только один раз сумел разрубить вражеский кинжал — и то потому, что противник держал его обратным хватом и при парировании прижимал клинок к запястью. Опять же: зазубрина на мече осталась здоровенная, причем Усама не стал ее выводить — в память о событии!)
Максимальная упругость соответствует далеко не максимальной твердости — причем надо учитывать, что опоясывание возможно клинком толщиной не более 3-3,5 мм — для настоящего боевого меча это маловато, такие клинки — это оружие киллера, диверсанта и т.п.
Насчет доспехов: Вплоть до III в. включительно 99% металлических доспехов — литая бронза с твердостью 70-80НВ, т.е. не тверже кости (80-85НВ). Ибо сварочное железо недостаточно пластично — железный доспех (твердостью 110-130НВ) труднее прорубить, но легче проломить.
Оставшийся 1% — рафыинированное «белое железо» — доспехи Филиппа и Александра Македонских и Деметрия Полиоркета однозначно железные. Но сохранился только доспех Филиппа (Вергинские гробницы) — и инфы о его твердости мне не попадалось. Но вот доспех Деметрия, с 20 м выдержавший выстрел из аркбаллисты — однозначно не железяка, а закаленая сталь!
Более позднее время — 99% доспехов — железо твердостью 110-130НВ, остальное (миланские доспехи) — неплохо закаленная сталь с твердостью 300-450НВ.
Чтобы рубить доспех, не притупляясь, меч должен быть как минимум втрое тверже доспеха. Против кости и бронзы хватает хорошо наклепанного бронзового меча (250НВ — а вот доспех наклепывать нельзя, будет хрупким!). Против железного доспеха достаточно стали, отпущенной на твердость пружины (400-450НВ) — при этом она уже нехрупкая. Миланский доспех один хрен не прорубишь даже мечом из быстрореза — но риск нарваться на его носителя невелик, стоил он в 30-35 раз дороже обычного железного доспеха.
Ружейный ствол еще 150 лет назад имел твердость 130-140НВ — так что шашка с твердостью 420-440НВ его рубила без проблем. А вот уже сто лет назад твердость ствола выросла до 250-280НВ (а современные стволы имеют около 300НВ) — и их, опять же, хрен чем разрубишь (знаменитый фильм с разрубанием пулеметного ствола катаной — классический фэйк, на который купились ту-упые янкесы: на ном стволе был сделан надрез, до которого ствол погрузили в жидкий азот — так что катана его просто аккуратно переломила в заданной точке!
Булат «высших сортов» рубил шелковый платок, но имел твердость 250-300НВ — т.е. кости рубил, а об железяку тупился. Зря, что ли, в состязании с Ричардом Саладин шелковый платок разрубил, а вот железяку — не стал?
Знаменитый аносовский булат имел твердость и остроту весьма разную, но образцы, выпускавшиеся для армии, имели твердость 430-440НВ — чтобы разрубить ружейный ствол, вполне хватало (а если учесть, что при заточке лезвие наклепывалось примерно до 530НВ — то даже с избытком). Примерно такие же свойства имели лучшие кавказские клинки (отнюдь не местные, а генуэзские и золингенские). Закалка была дифференциированной — обух 400-450НВ, клинок 550-600НВ.
Нынешние фехтовальные рапиры имеют твердость 520-550НВ — но ими-то не рубят со всей дури, к тому же они изначально тупые!
Реконы рубят со всей дури (но опять же, притупленными мечами!) — но большинство юзает твердость 450-480НВ, ау тех, кто предпочитает твердости выше 480-500НВ, мечи частенько ломаются!
Японские катаны — аналогично, но с большей дифференциацией: обух 380-400НВ, клинок 600-700НВ. Но фактически, как я написал — для рубки обычной железяки хватало и 450НВ, а для современного ствола и 700 не хватит, а тверже — почти всегда хрупче, так что выше 600НВ задирать твердость клинка смысла нет!
Теперь об остроте: как я уже писал, булат «высших сортов» рубил шелковый платок, но об железяку тупился. Зато английской саблей 1796 года можно было пополам раскроить голову вместе с латунным кирасирским шлемом — но по русской шинели она бессильно скользила!
А вот аносовский булат «промышленного производства» и золингенский дамаск остротой заметно уступал высшим сортам — рубил не шелковый платок, а всего лишь человеческий волос. Вот и спрашивается, на фига острее — если им можно было пополам разрубить стоящую бурку (а она толще шинели раза в 4 — примерно 20-25 мм)? Чисто ради понтов? Выводы делайте сами!
Информация к размышлению: испанцы в период т.н. Пиринейской унии (1580-1640) активно торговали с Индией и Японией. Индия — родина булата, но почему-то самые башлевые пацаны в Индии — Великие Моголы — охотно покупали толедские и итальянские клинки (кстати, на хинди и сейчас сталь называется «испат», а 100 лет назад было слово-синоним «толад»)! А индийский булат в слитках испанцы охотно покупали… и везли продавать в Японию, где его называли «намбан-тэцу» — железо южных варваров. А вот в Испанию ни японские катаны, ни индийский булат они почему-то не везли. С чего бы это вдруг?
Кстати: меч индийского национального героя Сиваджи, который бритты когда-то отмели, и который индийцы безуспешно пытаются выкупить у бриттов, изготовил знаменитый мастер Андреа Ферара. Государственный меч Российской империи — тоже его работы. А три государственных меча Шотландии — работы его родного брата Дзандотто Ферара!
В основном все верно но понятие разрубить ствол-чистый миф.
Не, с твердостью все в порядке, правильно расписано, но набрать скорость (и энергию ) меча достаточную чтобы разрубить железный прут в пару пальцев толщиной… На это и богатыря не хватит.
Оставить зарубку, испортить- да. Перерубить- нет. Стальным мечом можно прорубить доспех миллиметровой толщины, а вот трехмиллиметровый, даже из плохенького железа- уже практически невозможно, просто силенок не хватит, завязнет клинок, оставив довольно глубокую зарубку. Правда весить такой доспех будет соответсвенно…
З.ы. что касается задачке о прочном и упругом мече она издревле решается композитным методом или зонной закалкой — тело меча из упругой стали, а лезвие из твердой. Всетаки нормальный меч это не просто заточенная железяка…
«Оставить зарубку, испортить- да. Перерубить- нет»
Но перерубали же, сохранились свидетельства! Кавказская война — это не такая древность, чтобы можно было инфу считать мифической! Кстати, с чего бы это ружейный ствол был в «два пальца толщиной»?
Не забывайте: энергия, потребная на разрубание, обратно пропорциональна квадратному корню из остроты — а аносовский булат и золингенский дамаск были в 8-10 раз острее английской сабли, т.е. прорубить препятствие мог на втрое бОльшую глубину!
// Кавказская война — это не такая древность, чтобы можно было инфу считать мифической!
Есть такая штука-солдатские байки. А еще свойственное всем военным преувеличение.
// с чего бы это ружейный ствол был в «два пальца толщиной»
Ну а сколько он был во времена холодного оружия? Мушкет с калибром в 20-25 мм и стенками в 3-5 мм толщиной.
Да и берданка с ее 10,6 мм калибром наружний диаметр ствола около 25 мм на дульном срезе. Трехлинейка немного потоньше но там и сталь получше.
А по отзывам современных владельцевв катан и прочих мечей перерубить простую арматурину толще 12 мм не получается даже с двух рук.
Так что байки про шашку и ствол ружья это байки и есть.
//т.е. прорубить препятствие мог на втрое бОльшую глубину!
Ну да… одинаковое препятсвие втрое глубже.
Вот только латунная 1-2мм каска и стальная труба со стенками в 3-5 мм отличаются на порядки по площади контакта и в разы по твердости.
Опять же, угол заточки для рубки стали и рубки сукна и плоти сильно отличается. То что хорошо рубит и режет сукно и войлок в стали завязнет.
солдатский байки травили солдаты — а инфа эта встречется в записках офицеров и даже генералов.
Мушкет калибром 20-25 мм — это 16й век, Кавказская война — 7-линейка (17,78 мм) плюс 3-4 мм стенка — но трубка диаметром 24-26 мм со стенкой 3-4 мм — это далеко не то, что сплошной стержень диаметром те же 24-26 мм!
И опять же: какой из Ваших пальцев имеет толщину 12-13 мм ? Кончик мизинца? Под «толщиной в палец» обычно понимают указательный — 18-20 мм (у древних греков «метрический» дактиль 18,5 мм)
«берданка с ее 10,6 мм калибром наружний диаметр ствола около 25 мм на дульном срезе» — сами замеряли? Точно 25, а не 15 ? При толщине 25 мм один лишь ствол весил бы больше 2,5 кг (в реале — не больше одного)
Один из первых японских кузнецов-«многостаночников» (ковал катаны, но освоил и ружейные стволы) разрубал катаной своей работы ствол своей же работы. А насчет «перерубить простую арматурину толще 12 мм не получается даже с двух рук» — а рубили мастера тамэси-гири? Почитайте «Поединок» Куприна — физически сильный, но нетренированный в рубке русский офицер прорубил глиняную «мишень» на четверть аршина (18 см) — а офицер-кабардинец, тренировавшийся в рубке с детства, разрубил ее пополам!
Записки генералов это 100% пересказ солдатских баек. Поскольку не сам же генерал перерубил ствол? Он слышал что кто то в какойто то части совершил этот подвиг. Причем это не та информация о которой официально докладывают, как например число убитых и раненых… Это просто похвальба, вот какие крутые у нас бойцы…
// Кавказская война — 7-линейка (17,78 мм) плюс 3-4 мм стенка — но трубка диаметром 24-26 мм со стенкой 3-4 мм — это далеко не то, что сплошной стержень диаметром те же 24-26 мм!
безусловно… но двуручнм ударом катаны удается перерубить только 12 мм прут. Рубят люди которые увлекаются этим делом, так что на счет поставленности удара можно не сомневаться. Может мастер и сможет чуть больше но уже не намного, физику не обманешь. А бОльший внешний диаметр резко увеличивает пятно контакта, как и тот факт что труба может смятся, опять же увеличив пятно контакта. так что толстостенную трубу разрубить даже сложнее чем вдвое более тонкую арматурину.
//«берданка с ее 10,6 мм калибром наружний диаметр ствола около 25 мм на дульном срезе» — сами замеряли? Точно 25, а не 15 ?
Так не из головы брал, а посмотрел по справочнику. 15 мм это у трехлинейки на дульном срезе. Там сталь и качество другие.
//При толщине 25 мм один лишь ствол весил бы больше 2,5 кг (в реале — не больше одного)
Вес пехотного семилинейного ружья- 4,5 кг, из них приклад (сухая деревяшка, орех, платан, береза…) врядли больше полутора кг. Так что вес ствола тут все 3 кг.
берданка весила почти столько же 4.2 кг. приклад в ней аналогичной формы…
Откуда у вас взялся килограмовый ствол для берданки непонятно.
на счет японского мастера не слышал, но глядя на разнообразие японских фитильных ружей (а кремнеевых и капсульных у них не было) можно предположить что какой то мастер сделал что то малокалиберное… потому что те 30 мм дуры которые там в основном попадаются не то что руками- станком гильотинным не перерубить.
//превращается из α-Fe холодного железа в β-Fe (вообще при дальнейшем нагревании есть еще два перестроения, но нас они не интересуют). Если сталь при этом быстро остудить — решетка останется в β-Fe и в напряженном состоянии, что и дает очень большую твердость стали//
Бета-железо — такого вообще нет, раньше так называли альфа-железо выше точки Кюри, уже немагнитное, но точно такой же структуры — то фазовое превращение 2 рода.
При нагреве альфа-железо (феррит) превращается в гамма-железо (аустенит) с потерей магнитности (для стали с 0.8%С и выше это происходит при 727).
В процессе закалки гамма-железо превращается обратно в альфа, но пересыщенное углеродом и с искаженной кристаллической ячейкой.
Соответственно, пользуясь магнитом, нужно понимать несколько важных моментов. Во-первых, он годится только для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей, с 0.8% углерода и выше. Для какой-нибудь ст.45 или 50 температура закалки существенно выше, около 850 .
Во-вторых, магнитные свойства пропадают мгновенно, а превращение альфа в гамма и перераспределение углерода около равновесной температуры требует времени, до нескольких минут.
Более простой и надежный метод
//Для закалки, насеченные напильники намазывают кашицей из ржаной муки с равным весом поваренной соли, высушивают, затем накаливают возможно равномерно, пока смазка не расплавится и не растечется по поверхности, как лак, — тогда погружают вертикально в воду. Смазка способствует отпадению окалины и уменьшает окисление поверхности, но ее главная цель: указать степень нагрева, так как поваренная соль плавится как раз при той температуре (776° Ц., по Карнели), которая нужна для закалки обыкновенных сортов стали//
Пользуют и сейчас и ранее — нагрев в расплаве. Расплав подбирается к марке стали. Тут и соль, и медные сплавы можно использовать.
Не могу войти в форум и сделать там тему. (Да и с админом традиционно не связаться ни как)
Так что спрошу сюда. Насколько это реально?
======================================================
Высоко технологичная углежоговая канава.
КАРТИНКА http://samlib.ru/img/g/gera_g/koganat-1/koganat-1-38.jpg
Очень трудоемка в изготовлении и требует принудительного наддува, но многоразовая и не требует тяжелого ручного труда.
Большой выход качественного древесного угля — не менее 50% от веса используемого сырья. Легко контролируется и в ней легко регулируется процесс пережога. Длина цикла примерно сутки + сутки остывание
Технологичность обеспечивается разделением в разных секциях — теплопроизводящей низкосортовой и строевой трансформируемой древесины.
Одновременно с получением древесного угля, такая углежоговая канава обеспечивает подготовку лимонита к переделу в железо.
Процесс выполняется в яме, стенки которой термо и гидро изолированы пористой глиной (гончарная глина, в которую внесено большое количество рубленной рисовой ветоши и пера птицы.)
Канава, выкапывается в сухом, песчанно-глинистом грунте и обмазывается изнутри песчано-глиняной смесью. Затем, канава сушится и предварительно обжигается разведенным в ней костром.
0x01 graphic
На дне канавы, дренажная канавка со сборником смолы.
В процессе работы, воздух для горения подается от мехов в дренажную канавку и из нее между глиняными колосниками распределяется по секциям.
В канаве три секции — центральная, с трансформируемой сортовой древесиной (дуб, граб, береза) и две боковые с теплотворным «дровяным» лесом (сосна, ель и т. д.).
Секции разделены зигзагообразными глиняными стенками из армированной плетенками гончарной глины (плетенки и столбики выгорают после запуска процесса.).
Центральная секция накрыта примазанной керамической крышкой.
Большая часть воздуха распределяется колосниками в боковые секции. После начала пиролиза, продукты пиролиза исключают попадания воздуха в центральную секцию (в ней идет «сухая» возгонка).
Продукты пиролиза смешиваются с воздухом и частично сгорают вместе с «дровяным» лесом в боковых секциях.
В процессе работы, температура в центральной секции контролируется по степени обугливания ваг, вставленных, через специальные отверстия и поддерживаются регулировкой дутья на уровне 400-500*С.
Температура в боковых секциях — 900-1100*С.
Температура газов, проходящих через лимонит — 500-700*С.
Газы по своему составу восстановительные — с большим содержанием СО и «водяного газа» (неочищенного водорода).
В процессе прохождения, газ восстанавливает лимонит до дисперсного железа; окисляет, связывает и переводит в растворимую форму или выжигает вредные примеси.
Восстановительное обжигание имеет целью полное отнятие кислорода, переведение металла в свободное состояние и подготовку рудного концентрата к вторичной отмывке и флотации.
Форум давно сдох.
Звучит как вариант простейшей траншейной печи Гофмана http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/pech-gofmana/ , в применении к обжигу древесного угля звучит разумно.
А вот восстановление железа — хз будет ли работать.
ИМХО, в приведенной схеме две ключевые ошибки — длинная траншея заведомо предполагает большие теплопотери, а равномерный ход газов в принципе недостижим — большая часть воздуха будет проходить там, где сопротивление меньше. Там и будет основной очаг горения, и по мере выгорания сопротивление газу будет еще уменьшаться.
А по деталям:
Принудительная подача воздуха достаточно трудо- и энергозатратна.
Выход угля в 50% и выше это фантастика, даже при сухой перегонке в ретортах получается 30-35%. Смысл выжигания только дубового/березового угля не очевиден. Если под металлургию, хвойный уголь ничем не хуже, а в некоторых аспектах превосходит дубовый.
Глиняные стенки, с остаткаи угля внутри, крайне прохой передатчик тепла. Сечение центральной секции сильно ограничено теплопередачей, поэтому производительность погонного метра траншеи будет невысока. Вся конструкция — по сути одноразовая.
Восстановление железа о металла начинается от 600-650, с учетом большого количества со2 и воды в газах нужно еще выше. Все примеси, мешающие дальнейшему переделу в металл, никуда не денутся, получится только удалить воду и выжечь органику, ну и может слегка подвосстановить до fe3o4. Смысл именно восстановления до металлического железа не ясен — если дальше промывать, железо быстро окислится обратно. И как из полученного продукта сделать собственно металл?
СПасибо. Очень дельные замечания.