Отчего древние кузнецы даже под пытками не смогли бы выдать свои тайны современным учёным?

Сколько измерений в окружающем нас мире – три или не совсем?

Что такое вообще эта мерность, как её понять, увидеть в жизни, и даже прочувствовать?

1. Вступление

До рожденья света белого,

Тьмой кромешною был окутан мир.

(Песни птицы Гамаюн)

Не было ни свето-тени, ни границ. Да и границ чего?

Ведь только между неоднородными областями может появиться грань. Ясно, что неоднородность это основное свойство окружающего нас мира.

Наши предки об этом хорошо знали. Грамотность космического уровня помогала им быть настоящими творцам, не такими как мы сегодня.

Современные промышленные технологии больше похожи на хищно-помоечные – выкопать гору земли, основную часть раскидать по окрестностям, оставшееся сварить (сжигая при этом другую выкопанную гору), потом при механической обработке больше половины добытого перевести в стружку, а оставшуюся часть в виде готового изделия сгноить за 3 года, чтобы сделать и продать новое.

Сам я по профессии, знаток этих помойных производств. Поневоле задумаешься: - А можно ли всё-таки не пакостить?  Бережно изготавливать добротные вещи, которые служили бы не одно поколение. Похоже, в старые времена это умели, по крайней мере, в кузнечном деле.

2. Стальная гибкость

До нас постоянно доходят упорные слухи в виде преданий и легенд, о всяческих древних  мечах с завидными свойствами. Формы клинков тоже подтверждают прочность и вязкость древней стали.

Но как это могли делать, если многие легирующие (улучшающие свойства стали) металлы вошли в обиход в чистом виде только к середине 19 века?

Простыми комбинациями железо-углерод такой стали не получить. Или мягкая, но вязкая будет, или твёрдая но хрупкая.

Середина вам тоже не понравится. Топор ещё из углеродистой стали сделать можно, и нож, если не особо длинный. Но саблю…

Вот и рассказывают нам о кустарном производстве, где единицы (гении и экстрасенсы) могли по наитию подобрать нужный состав руды, которая (случайно!) содержит примеси марганца, никеля, хрома, да ещё в необходимых количествах (а там речь о считанных процентах).

Например, самая простая сталь с пружинящими свойствами марки 65Г, сама по себе ни за что не свариться. Требуется добавить 0,9…1.2% марганца. Чистого, металлического. Об этом как раз и говорит буковка Г в обозначении. А в чистом виде его получили только в 1774 году.

Применять  же в промышленности научились ещё позже. Кстати, сегодня именно эта сталь часто используется в народе для изготовления казачьих шашек, сабель и т.д.

Но извините, уважаемые, залежи подобных руд, со всякими интересными сопутствующими металлами, есть далеко не везде. А кузнецы работали повсеместно, очень часто используя для выплавки криц (заготовка под проковку), болотную ржавую землю. Какой никель, какой марганец, вы что?!  Но изделия их (даже мотыги) были очень неплохи. Это подтверждают и археологические находки. Так как же это им удавалось?

3. Неизбежная ковка

Давайте с точки зрения космической грамотности (которой наши предки, видимо, обладали) раскроем страшную тайну чудесных изменений свойств металлов при ковке.

Мне посчастливилось обучаться в Ижевском Механическом Институте, у замечательных преподавателей. Оружейная специальность и серьёзный подход.

Там на курсе металловедения нам прочно заложили азбучные истины теории металлов. Одна из них гласит, что как бы усердно мы не проковывали металл, это не изменит его удельного веса (то бишь плотности).

Однако, не смотря на это, прокованный металл всё же прочнее литого, катанного или штампованного.

Вообще, мало кто знает, что наиболее ответственные изделия принято изготавливать из прокованных заготовок. Это все штампы, множество металлообрабатывающего инструмента, и конечно почти все стволы стрелкового оружия.

Кроме, пожалуй, самых маленьких (пистолетных). Прокованы даже коленчатые валы в двигателе вашего автомобиля, и некоторые детали в подвеске.

То есть серьёзное упрочнение металла с помощью ковки вовсе не басня, а вполне заметное, и широко используемое явление. А вот убедительного объяснения этому, как водится, нет.

В институте нам говорили, что при ковке улучшается макроструктура (большая структура) - в теле металла

образуются «как бы волокна» расположенные вдоль формы, и они лучше сопротивляются деформации.

На рисунке как раз показан срез поковки. Поверхность заполирована и протравлена кислотой (запомните этот момент). Если этого не сделать, то волокна не проявятся.

А ещё объясняли прочность тем, что в процессе проковки устраняются микропоры, микротрещинки и другие дефекты сплошности, с которых обычно и начинается разрушение изделия.

Это всё так. И оно было бы достаточно убедительно, если бы я уже тогда не понимал, что даже микроскопические поры и трещинки в металле имеют свой объём. Когда мы этот объём из металла вывели (проковали), то хочешь не хочешь, а плотность его по любому увеличивается. И даже лукавое словечко «микро» ничего не меняет, весы-то своё покажут. Уже одно это способно зародить сомнения.

Тем не менее, преподаватель строго предостерегал нас, неопытных студентов, чтобы мы, даже мысленно не в падали в антинаучную ересь. Чтобы даже не смели подумать, что кованый металл становиться плотнее. А я, как видите, всё-таки впал.

Но в жизни всё оказалось ещё интереснее, чем воображалось на лекциях. Металл, в процессе ковки, не только становиться плотнее, он изменяет и свой химический состав (трансмутирует). Правда, для этого надо потрудиться.

4. Уплотнение и ещё раз уплотнение.

Чтобы пояснить, как это получается, я зайду с неожиданной стороны. Вы уже не раз убеждались насколько точный, и глубокий смысл заложен в корнях слов нашего языка. Например, если мы говорим, что пойдём в лес собирать хворост, то мы подразумеваем, что часть деревьев болела (хворала) и посохла. Те сучья, что мы собираем в этом случае, как раз и происходят от хворых деревьев, потому и называются ХВОРост. Предельно точное и функционально значимое слово.

Также и с ковкой. Есть такие слова: ГАРТОВАТЬ, ГУРТОВАТЬ, КЛЕПАТЬ, НАКЛЁП.

И всё это на русском, английском, и немецком языках имеет отношение к уплотнению (собиранию) и прочности одновременно.

Так НАКЛЁП это cold hardening (английский). То есть холодное упрочнение. В современной металлургии и машиностроении поверхностный слой металла упрочнённый многократным механическим обжатием или ударом без нагрева. А по-русски клепать значит к чему-то лепить (К-ЛЕПать) или по другому - сборка, присоединение способом пластической деформации.

Но нас интересует в данном случае именно наклёп, так как это особое действие. Холодной ковкой производиться упрочнение слоя металла. Так, например, молоток делается из обычной стали, но его ударная поверхность бывает весьма твёрдой, так как там этот самый наклёп получается сам собой о шляпки гвоздей. И это несомненно ковка. А в английском варианте корень звучит как ГАРТ, и имеет смысл упрочнения.

В словаре Даля ГАРТОВАТЬ железо, сталь, немецк. южн. закаливать или закалять…, тоже имеет отношение к упрочнению, но я не согласен, что это слово немецкого происхождения, так как в русском языке имеется много исконных слов с подобным корнем и смыслом. Например:

ГУРТ м. (немецк. Heerde?) стадо скота или птицы … | В гурте каша естся, в артели, в семье. | …Гуртить стадо, скот, собирать в кучу, сгонять в толпу. | …Взяться за что гуртовым делом, гуртом, вместе, сообща или поголовно, общим согласием, за круговою порукой.…Гурьба ж. гурма кур. толпа, ватага, куча народа; гурьбой, гуртом, общими силами, дружно или сообща, всею толпою, все вместе. Гурьбиться, собираться в толпу, в кучу, сходиться гурьбой.

Тут уж происхождение от немецкого Heerde явно русское. Зато смысл корня можно выразить однозначно –уплотнение. Переход звучания в некоторых языках ГУРТ на ГАРТ или ХАРД вполне объясним, и налицо даже сегодня:

Hard - жёсткий твёрдый негнущийся

Hart - твёрдый крепкий

Horten - копить, собирать

           И опять твёрдость происходит от собирания или иначе уплотнения. Получается, мы всегда связывали упрочнение металла с УПЛОТНЕНИЕМ. Имеет ли такое убеждение кузнецов всех времён и народов физический смысл? Конечно имеет.

           В момент удара молотом о поверхность металла вещество испытывает не просто какое-то изменение формы, а самое настоящее сжатие. Как упругое, так и пластическое. Импульс при этом передаётся весьма большой, и может выражаться в тоннах на квадратичные миллиметры. Вещество сжимается, и мерность его повышается, что выражается в нагреве. Вспомните, как от сжатия нагревается воздух. И как он снова охлаждается при расширении не забудьте.

Даже то, что прокованный в холодном состоянии металл после ковки остаётся горячим показывает, что вещество не вернулось в прежний объём, а осталось сжатым. В случае упругого восстановления прежнего объёма температура (как показатель изменения мерности) вернулась бы в исходное состояние.

И нет смысла с пеной у рта рассказывать о смещении каких-то слоёв, трущихся друг о друга как пёс при линьке. И о разрыве каких-то загадочных связей, которые никто в глаза не видел. А про волшебную «енергию» (якобы выделяющуюся при этом) я вообще молчу. Что это за «енергия» такая, совсем никто рассказать не может. Это всё попытки примирить своё незнание с действительностью.

На самом деле нужно просто перестать ломать свои врождённые представления о мире, в угоду всяким нездоровым абстракциям. Сжал - нагрелось, расширил – остыло. Это основное действие. Причём я не отрицаю значительной роли трения, но в объёме металла происходят не те явления, что снаружи. Повышенная плотность в итоге приводит к увеличению удельного веса и к укреплению общности всех атомов – к прочности.

На картинке вы видите иллюстрацию того, что эти рассуждения здравы, и имеют право на существование. Так представляют себе металловеды кристаллические решётки сплавов. На рисунке а твёрдый раствор  замещения (металл с примесями), в случае когда радиус инородного атома больше основных. На рисунке б тоже самое, только на этот раз размер инородного атома меньше остальных. А на рисунке в инородный атом не связан с остальными. Его просто впихнули туда, и это называется твёрдый раствор внедрения.

Разве не заметно, что промежутки между атомами в некоторых случаях сжаты, а в некоторых растянуты? Заметно. Значит устойчивые изменения расстояний между атомами в кристаллической решётке всё таки возможны? Разумеется возможны. И третий шажок к здравомыслию – если расстояния между атомами сжать по всему объёму, то плотность (удельный вес) увеличиться? Да. И спорить тут не о чем. Правы кузнецы всех времён и народов, и неправы современные металловеды.

Так же просто вопрос решается и с закалкой. Только там добиваются фигурного перераспределения плотности по объёму. Во время охлаждения (кристаллизации) появляются сжатые области, а между ними растянутые. Этим создаются взаимные напряжения.

А получается это потому, что сильно нагретый (расширенный) металл здорово осаживается в объёме при охлаждении. В данном случае уплотнённые области рождаются не от ударов, а от сильного давления на них уже затвердевшими кристалликами в сжимающихся слоях. Здесь много зависит от формы этих кристалликов и от момента начала их роста. Для общего представления можно посмотреть короткий ролик о структуре металлов.

А этот рост определяется, прежде всего, достаточным количеством частичек углерода. Ведь сталь это и есть сплав железа с углеродом. Одни стали (при его содержании более 0,45%) способны образовывать нужную форму кристалликов, а другие нет. Одни можно закалить, другие не получится. А ключ к пониманию явления закалки – объёмное уплотнение.

Обычная ковка и закалка сегодня применяется сплошь и рядом. Без глубокого понимания. Работает, да и ладно. Все довольствуются наукообразными, безсодержательными объяснениями. А если кто-то на этот счёт сомневается, то я попрошу внятно и образно (без мутных терминов) пояснить вот эту диаграмму состояний металлов.

Именно в такую диаграмму тычут людям, когда те начинают задавать вопросы по закалке сталей. Но почему именно так ведут себя кристаллические решётки при изменении мерности (нагреве-охлаждении) всё равно остаётся загадкой. Мне пока знатоки, владеющие этой «тайной», не встречались ни среди термистов, ни среди металловедов. Однако, эта схема только потому и сложна, что в ней главное не показано. То о чём я вам толкую.

5. КУФЬ – КОВали, в землю зарывали

В отличие от обычной ковки и закалки, технология получения великолепной скифской стали в промышленности совсем не используется, в отличие от многих других, доставшихся современным металлургам «по наследству» от более грамотных предков. Не из-за её секретности, а по причине полного (и даже враждебного) непонимания современными металловедами настоящих явлений, происходящих при ковке.

Даже если бы нашим учёным удалось воскресить и снова насмерть запытать скифского кузнеца, он не смог бы поведать ничего, что показалось бы им правдоподобным.

Потому, что они уверены - металл при ковке уплотняться не может, а изменение атомного состава (уплотнение самих атомов) это бред вообще. Не верят они, что из болотной железной руды можно выковать отливающий синевой, содержащий, кобальт и никель, клинок. А про то, что Земля-матушка напитает его «силой», сами понимаете, и заикаться не стоит.

Тем не менее, делается это так. Берётся самое обычное (нелегированное другими элементами) железо, и проковывается с нагревом. В этот момент рыхлая структура металла, включая кристаллическую решётку, уплотняется (те самые поры и дефекты тоже уходят). А некоторые атомы, (получившие наиболее солидные сжатия при ударах) уплотняются сами и приобретают больший атомный, а правильнее сказать, удельный вес (Fe26, Co27, Ni28). Они становятся уже атомами не железа, а кобальта, никеля и других, более плотных металлов. Заметьте, удельный вес (или та же самая плотность) железа всего 7,8 грамма на кубичный сантиметр, а плотность кобальта уже 8,9 гр/см3.

Если вы сомневаетесь в возможности такого мощного воздействия на металл обычным молотом, то рекомендую посмотреть этот ролик, где молодой исследователь популярно объясняет, что происходит с веществом при больших давлениях. Вы узнаете, что при давлении в десятки тысяч атмосфер вещество начинает чудить - ведёт себя не по научному.

А потом можно взять в руки калькулятор и убедиться, что десятки тысяч атмосфер удельного давления на квадратный миллиметр при ударе молота вполне достигаются. Даже если считать по неправильной общепринятой методике.

Следует принять во внимание и непонятные современной науке свойства такого привычного ИМПУЛЬСА (удара). Так, например, наблюдается странное поведение металла при высокоскоростном резании (это явление используется сегодня в технике), когда трение почему-то пропадает, а резание происходит фантастически быстро и с меньшими усилиями. Тогда не трудно будет убедиться, что сжатия, которые получают исследователи на алмазных пирамидках с лазерными ударами, могут получаться и в теле металла при ковке.

Итак, после проковывания куфь (по-русски кованое, так же как ДУРЬ – ДУРное, а ЖУТЬ - ЖУТкое) зарывают во влажную почву, где она ржавеет несколько лет. В это время ржа окисляет значительное количество атомов обычного железа (с любым содержанием углерода и без разницы какой решёткой). Но она не способна сожрать то, что стало никелем, кобальтом, как и участки кристаллической решётки, где эти уплотнённые атомы достигли такой густоты, при которой сплав приобретает нержавеющие свойства.

Именно это вы и видели на картинке показывающей макроструктуру поковки. Часть металла потемнела (окислилась), а часть нет. С чего бы это? К сожалению, у самих металловедов вы внятного объяснения так и не получите. А если лаборанты и найдут следы никеля, кобальта и т.д., то поверьте, легко спишут это на загрязнение образца металлами от прошлых плавок. Тем более, что при однократной проковке, количество этих атомов будет очень мало.

Но это ещё не всё. Земля - гигантская ёмкость, содержащая несметное количество свободных электрических зарядов. Эти заряды лечат металл. Они встраиваются в места, где структура атомов нарушена, заполняют недостающее,  медленно восстанавливают равновесие и тем самым снимают лишние напряжения. Отчасти в металлургии это используется и сегодня. По-научному называется старение. Как это работает, тоже не знают, но добросовестно выставляют чугунные заготовки станин под открытое небо на несколько лет. Чтобы потом в процессе работы их не покоробило.

Нечто подобное тому, что творит с металлом земля, осуществил Юрий Степанович Рыбников, когда подавая на рабочие поверхности прокатных валов мощные импульсы тока (электровещества), добился проката с полностью восстановленной поверхностью, без наклёпа. Это позволило не отжигать металл после каждого прокатывания. Бешеная экономия. Изобретение внедрено в Канаде. В России научная братва смогла от него отбиться.

Однако, вернёмся к скифам. В очистке не могут участвовать внутренние слои куфи. До них ржа не добирается. Поэтому куфь откапывают и снова проковывают. Чтобы ещё больше науплотнять новых тяжёлых атомов, и выровнять состав по объёму. Потом позволяют ржавчине вновь испытать на стойкость тело металла. И так повторяют не меньше 3 раз. После этого куют клинки с превосходными свойствами.

Подчёркиваю, именно содержание кобальта придаёт металлу синеватый отлив. И именно так мы интуитивно представляем хорошую сталь.

Но разве мы такие клинки держали в руках? Нет. Это яркие, неизгладимые воспоминания из глубин родовой памяти.

Сегодня, лучшие стволы для авиационных пушек делаются на основе не железа, а именно кобальта в сплаве с углеродом и другими элементами. Например, сплав ЭП131 имеет такой состав: кобальт 55%, хром 17,4%, вольфрам 13%, никель11,75%, марганец 1,4%. Железа там совсем нет, а превосходные механические свойства есть.

И самое главное, только при наличии трансмутации (превращения одних атомов в другие), скифская технология ковки имеет смысл! Иначе это была бы простая порча металла и потеря времени.

Возможно, на этом месте Вам следует прекратить чтение.  Дальше я буду пояснять, как именно это всё работает, и почему таким свойствам вещества не стоит удивляться. Но это потребует пересмотра некоторых укоренившихся представлений. Такое нравиться не всем.

продолжение дальше...

Оригинал записи и комментарии на LiveInternet.ru