Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 4 2019 115 MATERIAL SCIENCE данный класс материалов ни по узору карбидной неоднородности, ни по уровню механических свойств не соответствует булатным сталям. В России аналогами UHC steels являются низколегированные инструментальные стали. При изготовлении подшипников качения при- меняют сталь Ш Х15 по ГОСТ 801–78. При из- готовлении инструмента для огранки алмаза применяют сталь ХВ5 по ГОСТ 5950–2000. При изготовлении режущего инструмента при- меняют сталь глубокой прокаливаемости 12Х1 по ГОСТ 5950–2000. При изготовлении изме- рительного инструмента применяют сталь 13Х по ГОСТ 5950–2000. Такие высокоуглеродистые инструментальные стали обладают хорошей из- носостойкостью в закаленном состоянии, твер- достью не менее 61 HRC (при отпуске 180  С) и прочностью на разрыв более 1500 МПа. Однако еще профессор Голиков (1958) [10] не относил данные материалы к восточным булатам, считая образуемую ими узорчатую поверхность, не со- ответствующей булатным узорам. Ученые под руководством академика Ф.Н. Та- вадзе (1984) [11–12] провели работу не только по построению кинетической диаграммы состо- яния булатной стали, но и исследовали влияние структуры на механические свойства. Объекта- ми исследования были выбраны четыре образ- ца из древних узорчатых клинков, содержащих от 1,17 до 1,47 % углерода и от 0,11 до 0,21 % фосфора. Для сравнения результатов они ис- пользовали высокочистую сталь, полученную в лабораторных условиях, которая содержала 1,5 % углерода без примеси фосфора и других химических элементов. Выводы оказались не- утешительными. Практически все образцы из старинной булатной стали показали более низ- кие прочностные свойства, чем сталь, получен- ная современным способом выплавки, содержа- щая 1,5 % углерода. Используя современные методы исследова- ния структуры и свойств материалов, американ- ские ученые Verhoeven c соавторами (1987–2007) [13–16], подробно изучили влияние примеси фосфора на формирование морфологии карби- дов в процессе плавки genuine Damascus steel (булатной стали), содержащих от 1,2 до 1,8 % углерода и от 0,06 до 0,16 % фосфора. Они на- глядно показали возможность формирования карбидных полос при ковке, которые образуют характерный для булатных сталей узор. В ре- зультате коллективу авторов из США удалось разработать методику воспроизводства совре- менных булатных клинков без вредной примеси фосфора, тем самым значительно улучшив меха- нические свойства при статических и динамиче- ских испытаниях. Огромную работу для понимания структуры и свойств старинных булатных сталей выполнил профессор Таганов (2009) [17], исследовав де- сятки индо-персидских клинков, собранных экс- педициями Русского географического общества. Образцы, содержащие около 1,2…1,7 % углеро- да и 0,09…0,19 % фосфора, представляли собой хрупкую сталь, вдвое уступающую по ударной вязкости современным инструментальным ста- лям с таким же содержанием углерода. Значе- ния статических механических характеристик булатных клинков достигают не более 75 % от свойств современных углеродистых инстру- ментальных сталей, имеющих в своем составе не более 0,01 % примеси фосфора. По их мне- нию, именно аномально высокое содержание фосфора в булатной стали объясняет низкие механические свойства. Материалы и методы исследования В качестве материалов для исследований были выбраны фрагменты старинного узорча- того клинка (маркировка Ds15P) длиной около 50 мм (рис. 1, а ) и лезвие современного ножа (рис. 1, б ), изготовленного из высокоуглеро- дистой инструментальной стали, содержащей 1,5 % углерода (для удобства упоминания в дальнейшем такую сталь по аналогии с марки- ровкой углеродистых инструментальных сталей промаркировали как У15А). Химический состав стали У15А и булатной стали Ds15P определяли с помощью оптико-эмиссионного спектрометра типа ARL 3460 (см. таблицу). По форме и крупности узора можно пред- положить, что старинный узорчатый клинок принадлежал к булатным сталям с узором типа «Кара-Табан», что буквально означает «блестя- щий-черный» (рис. 2). По современной класси- фикации инструментальных сталей восточный клинок является высокоуглеродистой инстру- ментальной сталью с повышенным содержани- ем фосфора.