Князь Изгой
Шрифт:
Закалка, есть процесс нагрева стали до высокой температуры с резким последующим охлаждением. Главное, чтобы произошедшие фазовые превращения не успели вернуться к исходному состоянию. Разумеется, температуры нагрева, охлаждающая среда и прочие тонкости для каждой марки стали сугубо индивидуальны. Любой нагрев кузнец осуществляет в угольном горне с дутьём, а тот предотвращает выгорание углерода. Опытный мастер легко регулирует процесс, перемещая клинок выше или ниже в слое угля, угадывая температуру исключительно «на глаз», для чего в кузнице и стоял полумрак.
На деле не сложно. Умение приходит с опытом. В средние века профессия кузнеца считалась загадочной, окруженной многочисленными мистическими проявлениями, не зависящими от видимых реальных причин. Интуитивное чутье и элементарная удача всегда предъявляли большие права на конечный результат, нежели пунктуальное соблюдение технологической цепочки. Даже у легендарных японских мастеров, до половины клинков уходит в брак на стадии закалки, несмотря на талант, полувековой стаж и немыслимый опыт. Меня, как заводского технолога, такие цифры могли только насмешить. И не только клинков сие касается, тут каждая вторая поковка шла в утиль, и это считалось нормальным. На это вообще никто внимания не обращал. Продавали дешевле, и всего делов. Надо ли говорить, что такой подход мне претил. Оттого и не торопился. Хотел по уму сделать, ибо «поле чудес» с закалкой и отпуском достало до крайности.
Полный цикл термической обработки стали включает в себя целый ряд категорически обязательных процессов, каждый из которых решает свою задачу и совершенно необходим. Например, применительно к лезвиям рубанков и резцам цепочка выглядит следующим образом: ковка, отжиг, формообразующая обработка (обдирка), отжиг, правка остаточных искривлений, закалка, отпуск.
Отжиг — есть медленное охлаждение раскаленной детали, что выравнивает её кристаллическую структуру, снимает внутренние напряжения, измельчает зерно, ликвидирует последствия перегрева, улучшает механические свойства стали. Отжиг пока используем полный, неполный, изотермический и рекристаллизационный. [2] Для части поковок практикуем возврат, особой отжиг для уменьшения или снятия наклёпа.
2
Не видать, ни зги — в древнерусском языке слово «стьга» означало тропу (дорожку). При этом мягкий знак обозначал не смягчение согласной, а безударную слабо произносимую (в лингвистике это называется «редуцированную») гласную. Начиная примерно с XII века н. э. в древнерусском языке начался сложный процесс, который в лингвистике называется «падением редуцированных гласных». Например, «истьба» стала «избой», а «стьга» — «згой». Таким образом, не видно ни зги — не видно тропы впереди.
Закалка, наоборот, быстрое охлаждение, в ходе процесса измельчается кристаллическая структура, повышается твёрдость, прочность и износоустойчивость. Если проводить закалку в воде, то та очень быстро отбирает тепло у металла. Скорость охлаждения в воде высокая, а вот масло действует куда мягче. Опытные мастера, играющие на тонких оттенках процесса, регулируют скорость охлаждения посредством различных добавок. Уксус, сода или поваренная соль увеличивают теплообмен до двух раз, а растворы мыла, наоборот, снижают. Не спорю травы и жабьи лапки могут регулировать теплообмен, но с тем же раствором соды и близко не сравнятся. Соответственно, жидкое масло охлаждает заготовку интенсивнее, чем загущённое. Ох, как же не хватает термометра, ох как не хватает!
В итоге, для закалки основной части поковок использовали воду с мыльным или солевым раствором. Благо плотность раствора, благодаря весам и ареометру, я мог регулировать довольно точно. Для резцов же и лезвий больше подходило ледяное конопляное масло. Прежде, то охлаждали в леднике с рыбой до минус двадцати градусов. Фишка в том, что при минусовых температурах происходит более полное превращения остаточного аустенита в мартенсит. Механические свойства сталей значительно улучшаются, а твёрдость увеличивается, что особо важно для всяких там мелких щипчиков и штихелей. Не зря в древней Руси самый лучший харалуг ковали только в особо холодные зимы с температурами ниже тридцати градусов. Прежде чем погрузить деталь в воду, ту слегка «подстуживали» на воздухе, уменьшая внутреннее напряжение и коробление. Свёрла же, керны и пробойники подвергали двойной закалке: сперва охлаждали в воде, а после в масле, что ещё больше повышало их твёрдость.
Самые ответственные, а также ударные детали, например, головки кувалд, закаливали в солевом расплаве, что давало выравнивание температуры от поверхности к сердцевине детали и уменьшало напряжения. Правда, солей в ассортименте не густо: калиевая селитра и обычная соль. Работать с солями умею, ибо тему знаю на зубок. Даже как-то писал научную статью. Исключительно простая технология. Судите сами, скорость нагрева солей в пять раз выше, чем в пламенных печах, что позволяет уменьшить размер аустенитного зерна [2] и повысить пластичность, да снизить порог хладноломкости. Температура расплава постоянна, а значит поковка не может нагреться выше массы соли в ванной. Зная весовой процент соли, можно с точностью до градуса регулировать процесс закалки без всякого термометра. Температура плавления соли восемьсот градусов, а селитры триста тридцать четыре, чем больше обычной соли в смеси, тем выше температура. Таблицу раз плюнуть составить. Большая теплопроводность раствора солей даёт возможность избежать локальных недогревов и перегревов и, как следствие, существенно снизить уровень закалочных деформаций. Ко всему, солевая закалка защищает поверхность от окисления и обезуглероживания.
2
Не видать, ни зги — в древнерусском языке слово «стьга» означало тропу (дорожку). При этом мягкий знак обозначал не смягчение согласной, а безударную слабо произносимую (в лингвистике это называется «редуцированную») гласную. Начиная примерно с XII века н. э. в древнерусском языке начался сложный процесс, который в лингвистике называется «падением редуцированных гласных». Например, «истьба» стала «избой», а «стьга» — «згой». Таким образом, не видно ни зги — не видно тропы впереди.
Многие процессы и Новосильским кузнецам ведомы, но они совершено не понимают закономерности. Оттого у них процесс лотерею напоминает и сильно зависит от загрязненности железа, угля и физического состояния кузнеца. Сегодня он с одной скоростью бубнит заговор, завтра с другой, послезавтра отвлёкся на птичку-невеличку. Чтобы сию угадайку свести к минимуму понадобилось аккурат четыре составляющих: песочные часы, контроль температуры стали по цветам каления, а отпуска по цветам побежалости, примитивный склерометр Тёрнера, да методики определения углерода в укладе по цвету высекаемой искры и подсчёта через лупу зёрен и прослоек угля на срезе. У нас на это дело Прошка поставлен. Ох и глазастый парень, часами сидел скрючившись, с линейкой и высчитывал количество и размеры «угольных пятен».
Получив более-менее точные данные, сумел вычислять точки Чернова и выстраивать технологические карты, привязанные к типу уклада и изготавливаемому изделию: цикл обработки, время закалки, время отпуска, отжиг и прочие параметры.
Диаграмму читать не трудно, по оси ординат — температуры, по оси абцисс — химические составы. Слева феррит, справа углерод. Количество углерода растёт слева направо. Зная количество углерода в стали и температуру элементарно вычислить фазовый состав и режим термической обработки. Просто как дважды два. Микроструктура закаленной стали напрямую зависит от её химического состава и условий закалки, то есть температуры нагрева и режима охлаждения.
Новации сии объяснял ковалям простыми словами. Конечно, насколько это было возможно. Например, ту же диаграмму железо-углерод, никто так и не понял. С кристаллами же, наоборот быстро сообразили, что к чему. Тут как дело вышло. Чтобы сделать нормальную линзу пришлось городить оптический стол, уж извините формулы из головы выветрились. Когда же с ней всё получилось, подумал, а что мне мешает сделать микроскоп? Помнится, мы его в школе мастерили из подручных материалов. Тем более прозрачных кусочков стекла для линз всего ничего требуется, на порядок меньше, чем для подзорной трубы. Единственное, схему подсветки изменить чтобы наблюдать непрозрачные материалы.
Как тубус изготовили, так в кузне и прописался. Отшлифовали образец, протравили, чтобы проявить структуру распределения углерода и смотрим с подсветкой. Ежели на изломе узор морозный, то ледебурит. Угля в такой поковке до шести частей на сотню, а металл негодный, так как обладает высокой твёрдостью и хрупкостью. Ежели завитки, словно узор на пальцах, то перлит тот обрабатывать куда легче. Зёрна мелкие, словно просо, это сорбит. Цементит, похож на растрескивающуюся при жаре землю. Потихоньку, помаленьку составили альбом. Микроскоп, вкупе с неплохой точностью определения процента углерода по слоям давал уникальный механизм коррекций режимов закалки и отпуска. Куда лучше, чем проводить те на глазок.