Home Статьи Рентгенофлуоресцентный анализ при экспертизе и атрибуции булатного оружия

ArtLab

JA slide show

Рентгенофлуоресцентный анализ при экспертизе и атрибуции булатного оружия

Сведения об истории, происхождении и технологии булата до сих пор предстают как фантастическая смесь древних легенд, таинственных слухов, немногочисленных научных исследований и преднамеренной дезинформации. Это, впрочем, не должно вызывать удивления, поскольку на протяжении многих столетий булатные клинки и доспехи играли роль «сверх-оружия», секреты которого тщательно охранялись.

Слово «булат» (от персидского «пулад» и арабского «аль-фулад» - оружейная сталь) вошло в русский язык в середине XV в. после возвращения из Индии русского путешественника Афанасия Никитина. До этого булат на Руси называли «красным укладом». В Европе и США булат принято называть «вутц-сталью» (Wootz Steel) или «настоящей дамасской сталью» (Genuine Damascus Steel). Последнее название возникло потому, что среди европейских оружейников долго бытовало убеждение, что дамасская сталь это всего лишь имитация, подражание «настоящему» булату.

Издавна самой главной, определяющей характеристикой булата считался его особый узор. Например, известный русский металлург П.П.Аносов так определял булат [1]: «Булатом называется сталь, имеющая узорчатую поверхность; на некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, на других – не прежде, как поверхность его подвергнется действию какой-либо слабой кислоты (вытравке)…азиатцы полагают: чем крупнее, явственнее узор, тем выше достоинство металла». На Востоке также именно по узору, в первую очередь, и судили о качестве булата, определяя цену клинка. Одной из загадок булата является чрезвычайное разнообразие узоров на булатных клинках. Однако, несмотря на это разнообразие, все типы узора булата можно разделить всего на шесть групп [2].

Самым распространенным узором булатного оружия в музейных собраниях является «сетчатый», или, как его часто называют, «персидский» узор, который украшает более 80% булатных клинков и доспехов. Этот узор образован сложным переплетением групп светлых линий, перемежающихся со структурами типа ониксов, напоминая бурный поток, стремящийся по клинку. Узор обычно светлый на сером или темно-сером фоне.

Подавляющее большинство булатного оружия с персидским узором в музейных собраниях относится к эпохе персидской династии Сефевидов (1502-1722), причем расцвет искусства булата в Индии и Персии, вероятно, пришелся на годы правления шаха Аббаса I (1587-1629) и шаха Сафи (1629-1642). К этому короткому периоду относится более 50% музейных булатных клинков. В это время столицей Персии был Исфахан, и поэтому почти 70% подписанных персидских булатных клинков носят имена мастеров Исфахана. Еще одним значительным центром производства дорогого булатного оружия был город Шираз, мастера которого оставили свои имена почти на 20% подписанных булатных клинков, хранящихся в музейных собраниях Ирана. Большинство булатных клинков из северо-западной Индии, которая в XVI-XVII вв. была вассалом Персидской империи, также украшает персидский сетчатый узор.

Интересные результаты принесли в конце ХХ в. металлографические исследования булатных клинков [3]. Оказалось, что если протравить поперечный или продольный срез булатного клинка, то вне зависимости от того каким узором он украшен, обнаружится одна и та же характерная слоистая структура. Макроструктура булатного клинка сложена регулярно чередующимися слоями достаточно однородного металла матрицы толщиной 40-120 мкм и слоями металла, обогащенного эллиптическими или почти сферическими конгломератами частиц цементита, толщиной обычно 25-60 мкм. Конгломераты цементита встречаются разной формы – от округлых диаметром 5-25 мкм до продолговатых с отношением осей 2-5. Количество цепочек конгломератов цементита, формирующих ширину высокоуглеродистого слоя в булате обычно 4-6, но может достигать 10. Микроструктура матрицы клинка чаще всего перлит, бейнит или закалочный мартенсит, в зависимости от характера заключительной термической обработки клинка. Достаточно часто встречаются и мягкие матрицы со значительным содержанием феррита. Таким образом, булат оказался двухкомпонентным железо-углеродным композитом с регулярной слоистой структурой, с плотностью обогащенных цементитом слоев 15-25 слоев на мм. Разница в содержании углерода в слоях структуры булата обычно 2-3,5% (здесь и в дальнейшем все проценты массовые), намного превышая этот показатель для типичных дамасских сталей: 0,7-1%. Соотношение объемов (или весовых частей) среднеуглеродистой (0,6-0,8% С) матрицы и металла с высоким (3-4% и более) содержанием углерода в булатах обычно 1(2):1.

Возможно, что одним из факторов, сдерживающих прогресс в исследовании булата, является давно укоренившееся, но ошибочное мнение о том, что узор на булатном клинке отражает и физико-механические характеристики, и внутреннюю макроструктуру булата. В действительности узор булатного клинка это только элегантное украшение и не слишком прочная декорация на поверхности, толщиной всего в несколько десятых долей миллиметра. Давно известно загадочное свойство булата – булатные клинки не переносят повторной ковки. Чаще всего нагретый в кузнечном горне клинок рассыпается на куски после первых же ударов молота. Если все-таки удается перековать клинок, то, увы, его красивый узор исчезает навсегда. И это не удивительно – поверхностный слой металла с узором толщиной в несколько десятых долей миллиметра за время кузнечной обработки неизбежно превращается в невзрачную окалину. При исследовании булатного оружия важно понимать, что один и тот же булатный клинок со слоистой макроструктурой описанного типа, может быть украшен совершенно разными узорами.

Таким образом, при экспертизе и атрибуции булатного оружия его узор хотя и должен приниматься во внимание, но не может служить единственным и определяющим признаком атрибуции. Изучение макроструктуры булата, к сожалению, может применяться ограниченно, так как предполагает анализ поперечного среза металла, то есть относится к «разрушающим» методам исследования. В связи с этим с начала ХХ в. особое внимание стало уделяться исследованию неразрушающими методами особенностей химического состава булата.

В 1990-е годы американские металлурги Дж.Верховен и Д.Петерсон, используя лазерную спектроскопию, провели исследование нескольких клинков из коллекции американского собирателя Лео Фигеля и опубликовали сводку всех проведенных к тому времени исследований состава булата [4]. Современные знания о химическом составе булата и его макро- и микроструктуре основаны на исследованиях всего неполного десятка клинков XVII в. Химический состав булатов оказался очень разнообразным (в %): С (1,0-1,8); S (0,001-0,015); Р (0,03-0,14); Mn (0,01-0,05); Si (0,02-0,1), остальное железо. В образцах булата нашли также небольшие количества легирующих элементов: Cu (0,03-0,18); Ni (0,01-0,09); Cr, Mo, V до 0,01.

Для разработки надежных физико-химических критериев для экспертизы и атрибуции булатного оружия необходимо значительное увеличение количества исследований химического состава булата. В нашем исследовании мы использовали три образца булатных клинков из собрания Русского географического общества: «тальвар» - вид самого распространенного в Индии в XVI-XIX вв. слегка изогнутого меча с относительно широким клинком. Шамшир столь же популярный в Индии и Персии тип боевого меча, отличающийся от тальвара большей изогнутостью и меньшей шириной клинка.

В нашей работе для исследования химического состава булатов применялся неразрушающий метод анализа, использующий сканирующий кристалл-дифракционный вакуумный рентгеновский спектрометр «СПЕКТРО-СКАН МАКС-GV», производства НПО «Спектрон» (г. Санкт-Петербург). Спектрометр позволяет определять содержания элементов от натрия до урана. Использовалась рентгеновская трубка БХВ-17 (Pd) с толщиной бериллиевого окна 0,145 мм при напряжении на аноде 40 кВ, анодный ток рентгеновской трубки 4мА. Пределы обнаружения элементов в сталях на этом спектрометре составляют: для кремния 50 ppmw, для остальных элементов 1-10 ppmw.

Для градуировки спектрометра использовались комплекты Государственных стандартных образцов (ГСО, разработка «Института стандартных образцов»

г. Екатеринбург) углеродистых и легированных сталей РГ24а-РГ31а и легированных чугунов ЧГ12а-ЧГ17а. Содержания химических элементов в этих ГСО перекрывают возможные пределы содержания элементов в булатах.

Анализ проводился с участка поверхности образца диаметром 10 мм. Исследовались как внешние поверхности клинка с узором, так и поверхности у края лезвия, где узор отсутствовал (массив булата).

Для определения углерода и серы использовался анализатор углерода и серы CS-230 фирмы «LEСO» (USA), в котором применяется сжигание металлических опилок или стружки образца в потоке кислорода в индукционной печи с последующим определением концентрации образовавшихся газов (CO2 и SO2) путем измерения поглощенной ими инфракрасной радиации.

Химический состав трех булатных клинков с персидским сетчатым узором из собрания Русского географического общества исследованных нами представлен в таблице 1.

В таблице содержание углерода в %. Содержание всех остальных элементов в «массовых частях на миллион» (ppmw), при этом 100 ppmw = 0,01%. В скобках указана величина стандартного отклонения по всем исследованным клинкам (в последних цифрах среднего значения), например, обозначение для углерода 1,51 (25) означает %.

Анализ химического состава наших образцов, как и всех исследованных к настоящему времени булатов, приводит к уже отмечавшемуся в литературе заключению, что булаты содержат значительно больше углерода (1,0-1,8%), по сравнению с другими, синхронными по эпохе, оружейными сталями (0,6-1,0%). Новым результатом наших анализов химического состава булатов мы считаем открытие значимой корреляции между содержанием углерода и фосфора в булатах.

Содержание фосфора является одной из важнейших характеристик сталей. Фосфор в сталях образует стеадит – хрупкую трехкомпонентную эвтектику с низкой температурой плавления (около 970 градусов Цельсия). Концентрация фосфора свыше 0,07% значительно ухудшает физико-механические свойства сталей, повышая их хрупкость и снижая динамическую вязкость. При содержании фосфора свыше 0,15% большинство сталей становятся «красноломкими», рассыпаясь при попытке их ковать. Об этом хорошо знали опытные кузнецы, никогда не соглашавшиеся перековывать старые булатные клинки.

Таким образом, можно рекомендовать при экспертизе и атрибуции индийского и персидского булатного оружия XVII в., принимать во внимание:

  1. Все исследованные образцы булатных клинков этой эпохи обнаруживают содержание углерода, превышающее 1%.
  2. Содержание фосфора в булате растет с увеличением в нем концентрации углерода, возрастая на 0,02-0,03%, при увеличении содержания углерода на каждые 0,1%. 

 

Примечания:

1. Аносов П.П. О булатах. Собрание сочинений. М., 1954. С.272.

2. Таганов И.Н., Иванов В.А., Забелин Д.П. Загадка узоров булата // Мир металла. 6 (33), 2006. С.64.

3. Verhoeven J.D., Peterson D.T. What Is a Damascus Stee l// Materials Characterization. 29, 1992. Р.335.

4. Verhoeven J.D., Pendray A.H., Dauksch W.E. The Key Role of Impurities in Ancient Damascus Steel Blades //Journal of Metallurgy. 50 (9). 1998. Р.58.

 

Таблица 1

Химический состав трех булатных клинков

 

 

 Образец

 

   C

 

  

   P

  

   S

  Mn

 

 

  Si

 

  Cu

 

  Ni

 

  Cr

  Mo

  

   V

 

  Co

 

  Ti

Тальвар (Индия, XVII в.)

1,55 (1)

1550 (20)

60-250

170 (10)

3400 (40)

2800 (90)

1060 (20)

160 (5)

50 (20)

15 (5)

1820 (70)

40 (10)

Шамшир (Персия, XVII в.)

1,70 (1)

3130 (25)

100-900

70 (10)

8310 (70)

770 (70)

480 (20)

265 (10)

40 (20)

105 (5)

990 (60)

70 (10)

Заготовка булатного клинка тальвара (Индия, XVII в.)

1,25 (1)

1400 (20)

50-230

40 (10)

1060 (20)

780 (75)

380 (10)

150 (5)

45 (20)

80 (5)

670 (60)

30 (10)

Среднее содержание элемента

1,50 (1)

2030 (20)

265

95 (10)

4260 (50)

1450 (80)

640 (20)

190 (10)

45 (20)

70 (5)

1160 (70)

50 (10)

Б.Д.Калинин
НПО «Спектрон», Санкт-Петербург
И.Н.Таганов
Русское географическое общество, Санкт-Петербург

 

Партнеры



 

 
 
 
 
 

 




Эксперты-консультанты


Живопись | Графика | Реставрация | 
ДПИ 

Популярные статьи

Контакты

БНТЭ Арт-Лаб
Tел: +38 (044) 2723745
Email: info@art-lab.com.ua

Сайт: www.art-lab.com.ua

 

Время работы : 

понедельник-четверг - с 10.00 до 18.00

пятница - с 10.00 до 17.00

суббота, воскресенье - выходной 

 

Рекомендуется предварительная запись.