Как делали мечи в Средневековье на примере нихонто (36 фото)

Руда: вывод

Сталь для нихонто, произведённых до прихода в Японию промышленной революции, делалась из грязной по современным меркам руды. Сталь для всех современных нихонто, даже тех, которые куются в самых дальних и аутентичных японских деревнях, производится из чистой руды.

При наличии достаточно совершенных технологий выплавки стали качество руды не имеет особого значения, так как примеси будут легко отделены от железа. Однако исторически в Японии, как и в средневековой Европе, таких технологий не было. Дело в том, что температура, при которой плавится чистое железо, равна примерно 1539° C. Реально нужно достигать ещё более высоких температур, с запасом. «На коленке» это сделать невозможно, нужна доменная печь.

Без сравнительно новых технологий достичь температуры, достаточной для расплавления железа, очень непросто. Лишь немногим культурам это было под силу. Например, качественные стальные слитки производились в Индии, а купцы уже везли их вплоть до Скандинавии. В Европе научились нормально достигать нужных температур где-то в районе XV века. В Китае первые доменные печи были построены аж в 5 веке до нашей эры, но за пределы страны технология не вышла.

Про историю чёрной металлургии можно читать долго и с интересом. Но это слишком большая и специфичная тема, выходящая за рамки статьи, поэтому затрагивать её всерьёз не будем.

Традиционная японская сыродутная печь, татара (鑪), была достаточно совершенным устройством для своего времени. С задачей – получением так называемой тамахагане (玉鋼), «алмазной стали» – она справлялась. Однако температура, которую можно было достичь в татаре, не превышала 1500° C. Этого более чем достаточно для восстановления железа из оксидов, но недостаточно для полного расплавления.

Полное расплавление нужно в первую очередь для отделения нежелательных примесей, неизбежно содержащихся в руде, добытой традиционным образом. Например, песок при нагреве отпускает кислород и превращается в кремний. Этот кремний оказывается заточен где-то внутри железа. Если железо становится полностью жидким, то нежелательные примеси вроде того же кремния просто всплывают на поверхность. Оттуда их можно вычерпать ложкой или оставить так, чтобы впоследствии удалить с остывшей чушки.

Плавка железа в татаре, как и в большинстве аналогичных старинных печей, не была полной. Поэтому примеси не всплывали на поверхность в виде шлака, а оставались в толще металла.

Нужно упомянуть, что не все примеси одинаково вредны. Например, никель или хром позволяют получить нержавеющую сталь, ванадий используется в современной инструментальной стали. Это так называемые легирующие добавки, польза от которых будет при очень малом содержании, обычно измеряемом в долях процента.

Кроме того, углерод вообще не следует считать примесью, когда речь идёт о стали, ведь сталь – это сплав железа и углерода в определённой пропорции, как было отмечено ранее. Однако при плавке в татаре мы имеем дело не только и не столько с легирующими добавками типа упомянутых выше. В стали остаётся шлак, в основном в виде кремния, магния и так далее. Эти вещества, равно как и их оксиды, значительно хуже стали по твёрдостно-прочностным характеристикам. Сталь без шлака всегда будет лучше стали со шлаком.

Выплавка стали: вывод

Сталь для нихонто, выплавленная традиционными методами из традиционно добытой руды, обладает значительным количеством шлака. Это ухудшает её качество по сравнению со сталью, полученной с помощью современных технологий. Если взять современную, чистую руду, то полученная «почти традиционная» сталь окажется заметно выше качеством, чем действительно традиционная.

Японский меч изготавливается из традиционным образом полученной стали, называемой тамахагане. Клинок в разных областях содержит углерод в различной концентрации. Сталь складывается в несколько слоёв и обладает зональной закалкой. Это широко известные факты, о них можно прочитать практически в любой популярной статье о катане. Попробуем выяснить, что же это значит и какое влияние оказывает.

Для получения ответов на данные вопросы понадобится экскурс в металлургию. Излишне углубляться не будем. Многие нюансы в данной статье не упоминаются, некоторые моменты намеренно упрощаются.

Получение тамахагане

Берём железную руду (сатецу-магнетит) и запекаем. Хотели бы полностью расплавить, но не получится – татара не справится. Но ничего. Нагреваем, доводим до аустенитной фазы и продолжаем греть до упора. Добавляем углерод, просто всыпая в печку уголь. Снова насыпаем сатецу и продолжаем запекать. Некую часть стали расплавить всё же удаётся, но не всю. Затем даём материалу остыть.

При остывании сталь пытается изменить фазу, превратившись из аустенита в феррит. Но мы же добавили значительное количество неравномерно распределённого угля! Атомы углерода, свободно перемещавшиеся внутри жидкого железа и нормально существующие внутри широкой аустенитной решётки, при сжатии и смене фазы начинают выдавливаться из более узкой ферритной решётки. С поверхности-то ладно, выдавиться есть куда, просто в воздух – и хорошо. Но в толще материала деваться особенно некуда.

В результате перехода железа из аустенита частью остывшей стали будет уже не феррит, а цементит, или карбид железа Fe3C. По сравнению с ферритом это очень твёрдый и хрупкий материал. Чистый цементит содержит 6,67% углерода. Можно сказать, что это «максимальный чугун». Если углерода в каком-то участке сплава окажется больше, чем 6,67%, то он не сможет разойтись в карбид железа. В этом случае углерод так и останется в виде вкраплений графита, не прореагировав с железом.

Когда татара остывает, на её дне образуется стальной блок весом около двух тонн. Сталь в этом блоке неоднородна. В тех областях, в которых сатецу граничит с углём, будет даже не сталь, а уже чугун, содержащий большое количество цементита. В глубине сатецу, вдали от угля, окажется феррит. В переходе от феррита к чугуну – различные структуры железоуглеродистых сплавов, которые для простоты можно определить как перлит.

Перлит – это смесь феррита и цементита. При охлаждении и фазовом переходе из аустенита в феррит, как уже говорилось, из кристаллической решётки выдавливается углерод. Но в толще материала выдавливать его особенно некуда, только из одного места в другое. Из-за различных неоднородностей при охлаждении получается, что часть решётки этот углерод выдавливает, превращаясь в феррит, а другая часть принимает, превращаясь в цементит.

На срезе перлит выглядит как шкура зебры: последовательность светлых и тёмных полосок. Чаще всего цементит воспринимается более белым по сравнению с тёмно-серым ферритом, хотя всё зависит от условий освещения и наблюдения. Если углерода в перлите достаточно мало, то полосатые области будут сочетаться с чисто ферритными. Но это всё тоже перлит, просто низкоуглеродный.

Стены печи разрушают, а стальной блок разбивается на куски. Эти куски постепенно дробятся до совсем небольших кусочков, придирчиво осматриваются, по возможности очищаются от шлака и лишнего углерода-графита. Затем они нагреваются до мягкого состояния и расплющиваются, получаются плоские слитки произвольной формы, напоминающие монетки. В процессе материал сортируется по качеству и содержанию углерода. Наиболее качественные кусочки-монетки идут на производство мечей, остальные – куда попало. С содержанием углерода всё достаточно просто.

Феррит, полученный из тамахагане, по-японски называется хочо-тецу (包丁鉄). Правильная англоязычная запись – “houchou-tetsu” или “hōchō-tetsu”, возможно без дефиса. Если искать как “hocho-tetsu”, то ничего хорошего не найдёте.

Перлит – это как раз и есть тамахагане. Точнее, словом «тамахагане» называется как вся полученная сталь в целом, так и её перлитная составляющая.

Твёрдый чугун из тамахагане называется набе-гане (鍋がね). Хотя названий для чугуна и его производных в японском несколько: набе-гане, сентецу (銑鉄), чутецу (鋳鉄). Если интересно, то вы сами можете разобраться, когда какое из этих слов правильно применять. Не самое важное в нашем деле, если честно.

Традиционный японский способ выплавки стали не является чем-то высокосовершенным. Он не позволяет полностью избавиться от шлаков, неизбежно присутствующих в традиционно добытой руде. Однако, с главной задачей – получением стали – вполне справляется. На выходе получаются маленькие кусочки железоуглеродистых сплавов, похожие на монетки, с различным содержанием углерода. В дальнейшем производстве меча участвуют различные сорта сплавов, от мягкого и пластичного феррита до твёрдого и хрупкого чугуна.

Элементы технологии

Общий принцип: берутся куски стали нужной формы, собираются тем или иным образом и свариваются ковкой. Для этого они раскаляются до мягкого, но не жидкого состояния, и вбиваются друг в друга кувалдой.

Сборка (piling)

Собственно формирование заготовки из кусков материала, чаще всего с различными характеристиками. Куски свариваются ковкой.

Обычно используются пруты или полосы во всю длину изделия, чтобы не создавать слабых мест по длине. А вот уже собрать можно по-разному.

Случайно-структурная сборка – самый примитивный способ, при котором куски металла произвольной формы собираются как попало. Случайно-структурная сборка обычно также является случайно-композиционной.

Случайно-композиционная сборка – у таких мечей не удаётся выявить осмысленную стратегию распределения полос материала с различным с содержанием углерода и/или фосфора.

О фосфоре ранее не упоминалось. Эта добавка одновременно и полезная, и вредная, в зависимости от концентрации и сорта стали. В рамках статьи свойства фосфора в сплавах со сталью особого значения не имеют. Но в контексте сборки важно, что наличие фосфора меняет видимый цвет материала, точнее – его отражающие свойства. Об этом позже.

Структурная сборка – противоположность случайно-структурной. Полосы, из которых собирается заготовка, имеют чёткие геометрические очертания. Наличествует определённый замысел в формировании структуры. Однако, такие клинки всё ещё могут быть случайно-композиционными.

Композиционная сборка – попытка разумно расположить различные сорта стали в разных областях клинка – например получив твёрдое лезвие и мягкую сердцевину. Композиционные сборки всегда структурны.

Следует упомянуть о том, какие именно структуры обычно формировались.

Самый простой вариант – три и более полосы складываются стопкой, при этом верхняя и нижняя полосы формируют поверхность клинка, а средняя – его сердцевину. Но была и полная его противоположность, когда заготовка собирается из пяти и более прутов, лежащих рядом. Крайние пруты формируют лезвия, а всё, что между ними – сердцевину. Промежуточные, более сложные варианты, тоже встречались.

Для японских мечей сборка является весьма распространённым приёмом. Хотя не все японские мечи были собраны одинаково, да и не все они вообще были собраны. В современности самым распространённым является следующий вариант: лезвие – твёрдая сталь, сердцевина и спина – мягкая сталь, боковые плоскости – средняя сталь. Этот вариант называется санмай или хонсанмай, и он может считаться своего рода стандартом. Говоря в дальнейшем о структуре японского меча, будем иметь в виду именно такую сборку.

Но, в отличие от современности, большинство исторических мечей имеют структуру кобусе: мягкая сердцевина и спина, твёрдые лезвие и боковые плоскости. За ними действительно следуют мечи санмай, далее с большим отрывом – мару, то есть мечи не из композитной стали, просто твёрдые. Остальные хитрые варианты, типа орикаещи санмай или сосю китае, приписываемого легендарному кузнецу Масамуне, существуют в гомеопатических дозах и в основном просто являются продуктами экспериментов.

Складывание (folding)

Представляет собой складывание пополам достаточно тонко расплющенной заготовки, раскалённой до мягкого состояния.

Этот элемент технологии вместе с его проявлением из следующего пункта, наверное, пиарится сильнее прочих как основа совершенства японских мечей. Все наверняка слышали про сотни слоёв стали, из которых японские мечи состоят? Так вот. Берём один слой, складываем вдвое. Уже два. Ещё раз вдвое – четыре. И так далее, по степени двойки. 27=128 слоёв. Ничего особенного.

Пакетирование (faggoting)

Гомогенизация материала посредством многократного складывания.

Пакетирование необходимо, когда материал далёк от совершенства – то есть при работе с традиционным образом полученной сталью. На самом деле под «особым японским складыванием» имеют в виду именно пакетирование, потому что именно для очистки от примесей и гомогенизации шлака заготовки японских мечей складывают около 10 раз. При десятикратном складывании получается 1024 слоя, настолько тонких, что их уже как бы и нет – металл становится однородным.

Пакетирование позволяет избавиться от примесей. При каждом истончении заготовки всё больше его содержимого оказывается частью поверхности. Температура, при которой всё это дело происходит, весьма высока. В результате часть шлаков выгорает, связываясь с кислородом воздуха. Не выгоревшие куски от многократной обработки кувалдой распыляются в сравнительно ровной концентрации по всей заготовке. А это лучше, чем иметь одну конкретную крупную слабину где-то в определённом месте.

Однако, у пакетирования есть и негативные стороны.

Во-первых, шлак, состоящий из оксидов, не выгорает – он уже сгорел. Такой шлак частично так и остаётся внутри заготовки, избавиться от него нельзя.

Во-вторых, вместе с нежелательными примесями при складываниях из стали выгорает углерод. Это можно и нужно учитывать, используя в качестве сырья для будущей твёрдой стали чугун, а для будущей мягкой стали – твёрдую сталь. Однако, уже здесь понятно, что бесконечно пакетировать нельзя – получится железо.

В-третьих, помимо шлака, при температурах, на которых идёт складывание и пакетирование, горит, то есть окисляется, и само железо. Необходимо удалять появляющиеся на поверхности чешуйки оксида железа, прежде чем складывать заготовку, иначе получится брак.

В-четвёртых, железа при каждом последующем складывании становится всё меньше. Часть сгорает, уходя в оксид, а часть с краёв просто отваливается, либо нуждается в отрезании. Поэтому необходимо сразу же рассчитать, на сколько больше понадобится материала. А он не бесплатный.

В-пятых, поверхность, на которой производится пакетирование, не может быть стерильной, да и воздух в кузнице тоже. С каждым складыванием в заготовку попадают новые примеси. То есть до какого-то момента пакетирование снижает процент загрязнения, но затем начинает его повышать.

Принимая во внимание вышесказанное, можно понять, что складывание и пакетирование – это не какая-то супертехнология, позволяющая получить от металла какие-то невиданные свойства. Это всего лишь способ до известной степени избавиться от дефектов материала, присущих традиционным способам его получения.

Композитная сталь: вывод

Технологические элементы производства композитной стали не являются чем-то сложным или секретным. Главное преимущество применения этих технологий – компенсация недостатков исходного материала, позволяющая получить вполне годный меч из низкокачественной традиционной стали. Существует много вариантов сборки меча, более и менее удачных.

Разновидности композитной стали

Композитная сталь – это отличное решение, позволяющее из посредственных исходных материалов собрать весьма качественный меч. Существуют и иные решения, но о них поговорим позже. Сейчас разберёмся, где и когда применялась композитная сталь, и насколько эта технология эксклюзивна для японских мечей?

До современности дошло достаточно много образцов древних стальных мечей из Северной Европы. Речь о действительно старинном оружии, изготовленного за 400-200 лет до нашей эры. Это времена Александра Македонского и Римской республики. В Японии начинался период Яёй, в ходу были бронзовые клинки и копейные наконечники, появлялась социальная дифференциация и возникали первые протогосударственные образования.

Исследование этих древних кельтских мечей показало, что сварка ковкой использовалась уже тогда. При этом распределение твёрдого и мягкого материала было достаточно разнообразным. По видимому, это была эпоха эмпирических экспериментов, так как не совсем ясно было, какие варианты более полезны.

Например, один из вариантов совершенно дик. Центральная часть меча представляла собой тонкую полосу стали, на которую со всех сторон приковывались полоски железа, формирующие плоскости поверхности и сами лезвия. Таки да, твёрдая сердцевина с мягкими лезвиями. Объяснить это можно разве что тем, что мягкое лезвие легко выправить молотком на привале, а твёрдая сердцевина, сделанная из стали со всё ещё не слишком большим содержанием углерода, удерживает меч от деформации. Или тем, что кузнец был не в себе.

Но чаще кельтские кузнецы просто как попало складывали полосы железа и мягкой стали, или же вообще не заморачивались многослойностью. В те времена было накоплено слишком мало знаний для формирования конкретных традиций. Например, не обнаружено следов закалки, а это очень важный момент в производстве качественного меча.

В принципе, по вопросу эксклюзивности композитной стали для японских мечей можно было бы тут и заканчивать. Но продолжим, тема-то интересная.

Римские мечи

Римские писатели насмехались над качеством кельтских мечей, утверждая, что их отечественные гораздо круче. Наверняка не все эти утверждения базировались только лишь на пропаганде. Хотя, конечно, успехи военной машины Рима в основном были обязаны не качеству снаряжения, а общему превосходству в подготовке, тактике, логистике и так далее.

Композитная сталь в римских мечах, разумеется, использовалась, при этом гораздо более упорядоченно, чем в кельтских. Уже имелось понимание того, что лезвие должно быть скорее твёрдым, а сердцевина – скорее мягкой. Кроме того, многие римские мечи были закалены.

Как минимум один из кузнецов, работавший около 50 года нашей эры, использовал в своём производстве все компоненты совершенной композитной стали. Он отбирал различные сорта стали, гомогенизировал их многослойной отбивкой, разумным образом собирал полоски твёрдой и мягкой стали, хорошо сковывал её в одно изделие, умел закаливать и либо применял отпуск, либо закаливал очень точно, не перебарщивая.

В Японии продолжался период Яёй. До появления там самобытных традиций производства стальных мечей известного нам японского типа прошло ещё около 700-900 лет.

Традиции же производства римских мечей, несмотря на наличие всех необходимых знаний, в начале нашей эры не были совершенны. Не хватало некоей системности, объяснения результатам эмпирических наблюдений. Это была не инженерная работа, а почти биологическая эволюция с мутациями и отбраковыванием неудачных результатов. Тем не менее, принимая всё это во внимание, римляне несколько веков подряд производили весьма качественные мечи. Варвары, покорившие Римскую Империю, переняли и впоследствии улучшили их технологии.

Где-то между 300 и 100 годами до нашей эры кельтские кузнецы разработали технологию так называемой узорной сварки, pattern welding. До нас дошло множество мечей из Северной Европы, изготовленных в 200-800 годах нашей эры в Северной Европе с применением этой технологии. Узорной сваркой пользовались как кельты и римляне, так и, позже, практически все жители Европы. Лишь с наступлением эпохи «викингов» данная мода закончилась, уступив место простым и практичным изделиям.

Выглядят мечи, скованные узорной сваркой, очень необычно. Достаточно легко в принципе понять, как добиться подобного эффекта. Берём несколько (много) тонких прутьев, состоящих из различных сортов стали. Они могут различаться по количеству углерода, но лучший визуальный эффект даёт добавление фосфора в некоторые из прутьев: такая сталь получается белее обычной. Собираем это дело в пучок, нагреваем и скручиваем его в спираль. Затем делаем второй такой же пучок, но спираль запускаем в другую сторону. Обрезаем спирали до параллелепипедных брусков, свариваем их ковкой и придаём нужную форму, сплющивая. В результате после полировки на поверхности меча будут выходить части прутьев то одного сорта, то другого – соответственно, разного цвета.

А вот на самом деле сделать такую штуку – очень сложно. Особенно если вас интересует не хаотичная полосатость, а какой-нибудь красивый орнамент. На самом деле используются не какие-то там прутья, а предварительно пакетированные (с десяток раз сложенные и прокованные) тонкие слои разносортной стали, аккуратно собранные в эдакий слоёный пирог. По бокам итоговой конструкции приковываются прутья из обычной твёрдой стали, формирующие лезвия. В особо запущенных случаях делалось несколько плоских пластин с орнаментом, которые приковывались к сердцевине клинка из средней стали. И так далее.

Выглядело это весьма пёстро и радостно. Технических нюансов, не важных для понимания общей сути, но необходимых для производства реального изделия – очень много. Одна ошибка, один элемент металла не в нужном месте, один лишний удар молотком, портящий рисунок – и всё пропало, художественный замысел загублен.

Но полторы тысячи лет назад как-то справлялись.

Влияние узорной сварки на свойства меча

Сейчас считается, что эта технология не даёт никаких преимуществ по сравнению с обычной качественной композитной сталью, помимо эстетических. Однако, существует один существенный нюанс.

Очевидно, что создание меча, украшенного узорной сваркой, значительно более дорого и трудоёмко, чем изготовление просто обычного меча, пусть даже обладающего полноценной композиционной сборкой, но без всех этих декоративных наворотов. Так вот, это усложнение и удорожание изделия приводило к тому, что кузнецы при изготовлении оружия с узорной сваркой вели себя гораздо более осторожно и вдумчиво. Сама по себе технология никаких преимуществ не несёт, но факт её применения приводил к повышенному контролю на всех стадиях процесса.

Испортить обычный меч не особенно страшно, на производстве всякое бывает, какой-то процент брака допустим и неизбежен. А вот запороть работу, ушедшую в клинок с узорной сваркой – это обидно. Именно поэтому мечи с узорной сваркой в среднем были более качественными, чем обычные мечи, и сама технология узорной сварки к качеству имела лишь косвенное отношение.

Этот же нюанс следует держать в уме, когда речь идёт о любой подобной навороченной технологии, волшебным образом улучшающей качество оружия. Чаще всего секрет не в декоративных хитростях, а в повышенном контроле качества.

Не секрет, что люди часто употребляют те или иные слова, не понимая их смысла. Например, так называемая «дамасская» или «дамаскская» сталь не имеет ничего общего со столицей Сирии. Кто-то неграмотный когда-то что-то для себя решил, а другие повторили. Версия «клинки из стали такой разновидности пришли в Европу из Сирии» не выдерживает критики, так как сталью такой разновидности в Европе никого не удивишь.

Что же имеется в виду под «дамаском»?

В большинстве случаев – вариации на тему узорного плетения. Совсем необязательно останавливаться на «слоёном тесте» из тонких слоёв стали с различным содержанием углерода и фосфора. Кузнецы в разных частях света придумывали весьма разнообразные способы добиться красивого визуального эффекта на поверхности дорогих клинков. Например, в современности, когда хотят получить «дамаск», обычно не используют фосфорную сталь и мягкое железо, так как эти материалы не слишком-то хороши. Вместо них можно взять нормальную углеродистую сталь и подмешать туда марганец, титан и другие легирующие добавки. Сталь, легированная с пониманием дела и/или по грамотному рецепту, не будет хуже обычной углеродистой, но может отличаться визуально.

Говоря про качество оружия, сделанного из такой стали, вспоминаем про причины высокого качества мечей с узорной сваркой. Дорогие красивые мечи делались внимательно и осторожно. Можно было бы сделать такой же качественный меч из «обычной» стали, без всех этих красивых узоров, но его было бы сложнее продать за очень большие деньги.

Булат

С булатной сталью связано, наверное, не меньше легенд, чем с японскими мечами. А то и больше. Ей приписываются совершенно немыслимые свойства, и считается, что никому не известны секреты её изготовления. Неподготовленный разум при столкновении с подобными россказнями затуманивается и начинает мечтательно блуждать, в особо тяжёлых случаях доходя до идей из разряда «а вот бы научиться делать булатную сталь и изготовить из неё танковую броню!»

Булат – это тигельная сталь, изготовленная в стародавние времена с применением различных хитростей, позволяющих довести железоуглеродную смесь до расплавления и не превратить её в чугун. Тигельная – значит полностью расплавленная в тигеле, керамическом горшке, изолирующем её от продуктов разложения топлива и прочих загрязнений внутри печи.

Это важно. Булатная сталь, в отличие от «обычной», не просто является кое-как восстановленной из оксидов длительным запеканием, как то же тамахагане и прочие старинные разновидности стали из сыродутных печей, а именно доведённая до жидкого состояния. Полное расплавление позволяет легко избавиться от нежелательных примесей. Почти всех.

Здесь не обойтись без диаграммы железо-углерод. Вся она нас сейчас не интересует, смотрим только на верхнюю часть.

Это и есть булатная сталь – очень твёрдая, весьма хрупкая, но гораздо более прочная, чем чугун. Не содержащая практически никаких излишних примесей. В сравнении с сыродутной сталью типа той же тамахагане – да, булат обладал определёнными интересными свойствами, и специально обученный кузнец мог создать из него впечатляющее оружие. Причём это оружие, как и практически все мечи с кельтских времён, было композитным, включало в себя не только тигельную булатную сталь, но и старые добрые полоски сравнительно мягкого материала.

Более совершенные процессы плавки, с помощью которых можно разогреть печь до 1540° C и выше, просто убирают нужду в булате. Ничего мифического в нём нет. В XIX веке в России его какое-то время производили, из исторической ностальгии, а потом забросили. Сейчас тоже можно его производить, но никому особенно не нужно.

Мечи каролингского типа, часто называемые мечами викингов, были распространены по всей Европе в период с 800 до примерно 1050 года. Название «меч викингов», ставшее общеупотребительным термином в современности, не верно передаёт происхождение данного оружия. Викинги не являлись авторами дизайна данного меча – он логичным образом эволюционирует от римского гладиуса через спату и так называемый меч вендельского типа.

Викинги не являлись единственными пользователями оружия этого типа – оно было распространено по всей Европе. И, наконец, викинги не были замечены ни в массовом производстве таких мечей, ни в создании каких-то особо выдающихся экземпляров – лучшие «мечи викингов» ковались на территории будущей Франции и Германии, и викинги предпочитали как раз импортные мечи. Импортировали, понятное дело, грабежом.

Но термин «меч викингов» распространён, понятен и удобен. Поэтому и мы будем им пользоваться.

Узорная сварка в мечах этой эпохи не использовалась, так что композиционная сборка стала проще. Но это была не деградация, а наоборот. Викингские мечи целиком производились из углеродистой стали. Не использовалось ни мягкое железо, ни сталь с большим содержанием фосфора. Технологии ковки уже в период узорной сварки уже достигли совершенства, и в этом направлении развиваться было некуда. Поэтому развитие пошло в сторону улучшения качества исходного материала – развивались технологии получения самой стали.

В эту эпоху получила повсеместное распространение закалка оружия. Ранние мечи тоже закаливались, но не всегда. Проблема была в материале. Цельностальные клинки из качественно подготовленного металла уже могли гарантированно выдержать закалку по каким-то разумным рецептам, тогда как в более ранние времена несовершенство металла могло подвести кузнеца в самый последний момент.

Клинки мечей викингов отличались от более старого оружия не только материалом, но и геометрией. Повсеместно использовался дол, облегчающий меч. Клинок имел латеральное и дистальное сужение, то есть он был уже и тоньше возле острия и, соответственно, шире и толще вблизи крестовины. Эти геометрические приёмы в совокупности с более совершенным материалом позволяли сделать твёрдый цельностальной клинок достаточно прочным и при этом лёгким.

В дальнейшем композитная сталь в Европе никуда не девалась. Более того, периодически из небытия всплывала давно забытая узорная сварка. Например, в XIX веке возник своего рода «ренессанс раннего средневековья», в рамках которого узорной сваркой выполнялось даже огнестрельное оружие, не говоря о клинковом.

Так что же в Японии? Да ничего особенного.

Из кусочков-монеток стали с различным содержанием углерода пакетируются фрагменты будущей заготовки. Затем собирается заготовка той или иной композиции, ей придаётся нужная форма. Далее клинок закаливается, а потом полируется – об этих шагах мы поговорим позже. Более того, если меряться технологичностью, то по «технологическому уровню» материала булатная сталь уделывает всех, включая японцев. По совершенству сборки узорная сварка выступает не хуже, а то и лучше.

На этапе сборки и собственно ковки меча нет никакой специфики, позволяющей выделить японские клинки на фоне оружия прочих культур и эпох.

Композитная сталь: ещё один вывод

Пакетирование стали, позволяющее добиться однородного материала с приемлемым количеством и распределением шлака, применялось во всём мире чуть ли не с самого начала железного века. Продуманная композиционная сборка клинка в Европе появилась не позднее двух тысяч лет назад. Именно сочетание этих двух приёмов и даёт легендарную «многослойную сталь», из которой, конечно, сделаны японские мечи – как и многие другие мечи со всех концов света.

В современных условиях измерить температуру заготовки достаточно легко – есть термометры. Кроме того, аустенит, в отличие от феррита, не магнитит, поэтому можно просто прикладывать к заготовке магнит и, когда он перестанет прилипать, станет ясно, что перед нами сталь в аустенитном состоянии. Но в средние века кузнецы не обладали ни термометрами, ни достаточными знаниями о магнитных свойствах различных фаз стали. Поэтому приходилось измерять температуру на глаз в буквальном смысле слова. Тело, разогретое до температуры выше 500° C, начинает излучать в видимом спектре. По цвету излучения вполне можно приблизительно определить температуру тела. Для стали, разогретой до аустенита, цвет будет оранжевым, подобно солнцу во время заката. В связи с этими тонкостями, закалка, включающая в себя предварительное нагревание, часто проводилась ночью. В отсутствии лишних источников освещения легче на глаз определить, достаточна ли температура.

Про то, чем отличаются кристаллические решётки аустенита и феррита, уже говорилось в одной из предыдущих статей цикла. Вкратце: аустенит – гране-центрированная решётка, феррит – объёмно-центрированная. С учётом теплового расширения аустенит позволяет атомам углерода путешествовать внутри своей кристаллической решётки, тогда как феррит – нет. Также уже обсуждалось, что происходит при медленном охлаждении: аустенит спокойно переходит в феррит, при этом имеющийся внутри материала углерод расходится полосками цементита, в результате получается перлит – обычная сталь.

И вот мы наконец добрались до закалки. Что же произойдёт, если не дать материалу времени на медленное охлаждение с обычным расходом углерода на полоски цементита в перлите? Возьмём, значит, нашу раскалённую до аустенита заготовку, и опустим в ледяную воду, прям как в кино!..

…Скорее всего, результатом будет расколотая заготовка. Особенно если мы используем традиционную сталь, то есть несовершенную, с кучей примесей. Причина – экстремальные напряжения в результате теплового сжатия, с которыми металл просто не справится. Хотя, конечно, если материал достаточно чист, то можно и в ледяную воду. Но традиционно чаще использовали либо кипящую воду, чтобы не опускать температуру слишком низко, либо вообще кипящее масло. Температура кипящей воды – 100° С, масла – от 150° до 230° C. И то и другое весьма прохладно по сравнению с температурой аустенитной заготовки, так что ничего парадоксального в охлаждении такими горячими субстанциями нет.

Так вот, представим, что всё у нас хорошо с качеством материала, да и вода не слишком холодная. В этом случае произойдёт следующее. Аустенит, внутри которого путешествует углерод, немедленно превратится в феррит, при этом никакого расслоения на перлитные полосы не произойдёт, углерод на микроуровне будет распределён достаточно равномерно. Но кристаллическая решётка получится не обычной для феррита ровной кубической, а дико изломанной из-за того, что она одновременно формируется, сжимается от охлаждения и имеет внутри углерод.

Полученная разновидность стали называется мартенсит. Этот материал, полный внутренних напряжений из-за особенностей формирования решётки, более хрупок, чем перлит с таким же содержанием углерода. Но мартенсит значительно превосходит все остальные разновидности стали по твёрдости. Именно из мартенсита делается инструментальная сталь, то есть инструменты, предназначенные для работы по стали.

Если присмотреться к цементиту в составе перлита, то можно заметить, что его вкрапления существуют отдельно и не касаются друг друга. В мартенсите же линии кристаллов перепутаны как провода от наушников, пролежавших в кармане целый день. Перлит обладает гибкостью, потому что области твёрдого цементита, растворённые в мягком феррите, при изгибе просто сдвигаются относительно друг друга. Но в мартенсите ничего подобного не происходит, области цепляются друг за друга – поэтому он не склонен к изменению формы, то есть обладает высокой твёрдостью.

Твёрдость – это хорошо, но хрупкость – это плохо. Существует несколько способов компенсации или снижения хрупкости мартенсита.

Зональная закалка

Даже если закалять меч в точности как описано выше, то клинок не будет весь целиком из однородного мартенсита. Лезвие (или лезвия, для обоюдоострого меча) остывают быстро из-за своей тонкости. Но клинок в более толстой части, будь то спина или середина, не может остыть с той же скоростью. Поверхность – вполне, а вот внутри уже нет. Впрочем, одного этого мало, всё равно оружие, закалённое таким образом без дополнительных хитростей, получается излишне хрупким. Но, раз уж охлаждение идёт неоднородно, то можно попробовать контролировать его скорость. И именно это делали японцы, применяющие зональную закалку.

Берётся заготовка – понятно, уже с правильной композиционной сборкой, сформированным лезвием и так далее. Затем, перед нагревом для дальнейшей закалки, заготовка обмазывается специальной термостойкой глиной, то есть керамическим составом. Современные керамические составы выдерживают в твёрдом состоянии температуры в тысячи градусов. Средневековые были попроще, но и температура нужна пониже. Никакой экзотики не требуется, это почти обычная глина.

Глина наносится на клинок неравномерно. Лезвие либо остаётся вообще без глины, либо покрывается очень тонким слоем. Боковые плоскости и спина, которым не нужно превращаться в мартенсит, напротив, обмазываются от души. Далее всё как обычно: раскаляем и охлаждаем. В результате лезвие без термоизоляции остынет очень быстро, превратившись в мартенсит, а всё остальное спокойно сформирует перлит или даже феррит, но это уже зависит от применённых в сборке развновидностей стали.

Получившийся клинок обладает очень твёрдым лезвием, таким же, как если бы он весь был сделан из мартенсита. Но, благодаря тому, что большая часть оружия состоит из перлита и феррита, оно значительно менее хрупко. При неточном ударе или при столкновении с чем-то чрезмерно твёрдым чисто мартенситовый клинок может разлететься напополам, ведь внутри него слишком много напряжений, и если слегка переборщить, то материал просто не выдержит. Меч же японского типа просто согнётся, возможно с появлением выщербины на лезвии – кусочек мартенсита всё-таки сломается, но клинок в целом сохранит свою структуру. Согнувшимся мечом сражаться не очень удобно, но лучше, чем сломанным. А потом его можно выправить.

Развеем миф об эксклюзивности зональной закалки: она встречается ещё на древнеримских мечах. Эта технология была известна вообще повсеместно, но пользовались ей не всегда, потому что была альтернатива.

Хамон

Отличительной особенностью японских мечей, изготовленных и отполированных традиционным образом, является линия хамон, то есть видимая граница между различными сортами стали. Профессионалы зональной закалки умели и умеют делать хамон различной красивой формы, даже с орнаментами – вопрос лишь в том, как налепить глину.

Отпуск и пружинная сталь

В мартенсите из-за его структуры имеется большое количество внутренних напряжений. Есть способ сбросить эти напряжения: отпуск. Отпуск – это разогрев стали до гораздо меньшей температуры, чем та, при которой она превращается в аустенит. То есть примерно до 400° C. Когда сталь становится синей, она разогрета достаточно, отпуск произошёл. Далее ей дают медленно остыть. В результате напряжения частично уходят, сталь приобретает пластичность, гибкость и пружинистость, но теряет твёрдость. Поэтому пружинная сталь не может быть такой же твёрдой, как инструментальная сталь – это уже не мартенсит. И, кстати, поэтому перегретые инструменты теряют свою закалку.

Пружинная сталь называется таковой из-за того, что из неё делают пружины. Её главное отличительное свойство – упругость. Клинок, сделанный из качественной пружинной стали, при ударе гнётся, но тут же возвращает свою форму.

Гибкие, пружинящие мечи являются моностальными – то есть они целиком состоят из стали, без вставок чистого феррита. Более того, они целиком закаляются до состояния мартенсита, а затем целиком отпускаются. Если в структуру клинка до закалки входят фрагменты не из мартенсита, то пружину сделать не получится.

У японского меча такие фрагменты обычно есть: перлит по плоскостям и феррит в середине клинка. Он вообще в основном сделан из железа и мягкой стали, мартенсита там достаточно мало, только на лезвии. Так что как катану ни закаливай и не отпускай, пружинить она не будет. Поэтому японский меч либо гнётся и остаётся согнутым, либо ломается, но не пружинит, подобно европейскому моностальному клинку из отпущенного мартенсита. Слегка согнутую катану можно разогнуть без значительных последствий, но нередко куски мартенситового лезвия просто откалываются при изгибах, образуя зазубрины.

Катана, в отличие от европейского клинка, не подвергается по крайней мере полному отпуску, поэтому на её лезвии сохраняется твёрдая мартенситовая сталь, твёрдостью эдак 60 по Роквеллу. А сталь европейского меча может быть в районе 48 по Роквеллу.

Существует несколько традиционных способов формирования слоёной структуры японского меча. В двух из них феррит не используется. Первый – мару, просто твёрдая высокоуглеродистая сталь по всему клинку. Конечно, для такого меча необходима местная закалка, иначе он сломается при первом же ударе. Второй – вариха тецу, где тело клинка, за исключением острия, состоит из стали средней твёрдости, то есть из перлита.

Почему мару и вариха тецу не делали пружинистыми? Точно неизвестно. Может быть, в Японии вообще не знали про свойства отпуска стали. Или просто не считали нужным делать мечи пружинистыми. Не стоит забывать, что для Японии даже больше, чем для всего остального мира, было важно следование традициям. Значительное количество вариаций в конструкции японских (и не только) мечей не имеет никакого смысла с практической точки зрения, чистая эстетика. Например, широкий дол на одной стороне клинка и три узких дола на другой стороне, или вообще мечи с асимметричной геометрией на срезе. Не всё можно и нужно объяснять рационально, применительно сугубо к битве.

Современные кузнецы делают мечи японского типа с пружинной основой клинка и мартенситовым лезвием. Наиболее известен американец Говард Кларк, использующий сталь L6. Основа его мечей состоит из бейнита, а не из перлита и феррита. Лезвие, конечно, мартенситовое. Бейнит – не выявленная до 1920 года структура стали, имеет высокую твёрдость и прочность при высокой пластичности. Пружинная сталь – это бейнит или что-то близкое к нему. При всей внешней схожести с нихонто такое оружие уже нельзя считать традиционным японским мечом, оно значительно качественнее, чем исторические прототипы.

В моностальном мече также можно получить дифференциацию по зонам твёрдости. Если после закалки мартенситовую заготовку подвергнуть отпуску не равномерно, а разогревая только плоскость клинка напрямую, то тепло, дошедшее до граней, будет недостаточным для превращения мартенситовых лезвий в пружинную сталь. По крайней мере в современном производстве ножей и некоторых инструментов подобные трюки применяются. Неизвестно, как скажется на практике увеличение хрупкости лезвий такого оружия.

Что же лучше: высокая твёрдость без гибкости или снижение твёрдости с приобретением гибкости?

Главным преимуществом твёрдого лезвия является то, что оно лучше держит заточку. Главным преимуществом гибкого клинка является повышенная вероятность его выживания при деформациях. При ударе по слишком твёрдой цели лезвие катаны с большой вероятностью отколется, но благодаря мягкости остальной части клинка меч не сломается, скорее просто согнётся. Моностальной гибкий клинок если уж ломается, то обычно напополам – но сломать его при адекватной эксплуатации весьма непросто.

Теоретически твёрдая сталь должна иметь возможность прорубить больше материалов, чем мягкая, но на практике кости нормально рубятся и европейскими мечами, а сталь доспехов никаким рубящим мечом пробить всё равно не получится.

Если говорить о работе клинком против латных доспехов, то рубить там никто ничего не будет: будут колоть в незащищённые латами участки тела, которые всё равно прикрыты как минимум гамбезоном, а то ещё и кольчугой. Для укола очень высокая гибкость пружинного клинка не годится, но специальные европейские мечи для борьбы против латных доспехов не были гибкими. Их, наоборот, снабжали дополнительными рёбрами жёсткости. То есть специальные противодоспешные мечи всегда были негибкими, неважно из какой стали их делали.

На мой взгляд, в бою лучше иметь более прочный меч, который трудно испортить. Не так важно, что он рубит чуть хуже более твёрдого. Твёрдый клинок с зональной закалкой может быть более удобным в спокойных, управляемых ситуациях, например при тамесигири, когда есть достаточно времени для прицеливания и никто не пытается ударить в меч со слабой стороны.

Закалка и отпуск: вывод

Японцы обладали технологией закалки, которая также была известна в Древнем Риме с начала нашей эры. Ничего экстраординарного в зональной закалке нет. В средневековой Европе использовали иную технологию борьбы с хрупкостью стали, сознательно отказавшись от зональной закалки.

Лезвие японского меча твёрже, чем у большинства европейских – то есть его не надо так часто точить. Однако, при активной эксплуатации с большой вероятностью японский меч придётся ремонтировать.

Эффективность рубящего удара

Катана славится тем, что она хорошо рубит предметы. Разумеется, на основе этого простого факта фанатики накручивают целую мифологию, но мы им уподобляться не будем. Да, правда – катана хорошо рубит предметы. Но что вообще значит это «хорошо», почему нихонто рубит предметы хорошо, в сравнении с чем?

Начнём по порядку. Что такое «хорошо» – вопрос в чём-то философский, от него веет субъективизмом. На мой взгляд, вот из чего складываются хорошие рубящие качества:

Оружием достаточно просто нанести результативный удар, даже человек без подготовки сможет разрубить цель невысокой сложности.
Разрубание не требует огромной силы и/или энергии удара, оно основано на остроте боевой части и именно на разделении цели на две части, а не на разрыве.
При правильной эксплуатации выход оружия из строя маловероятен, то есть оно достаточно прочное. Желательно, конечно, иметь запас прочности и на не слишком правильную эксплуатацию. Когда с мечом носятся как с писаной торбой – это не так впечатляет, как когда с его помощью несколькими небрежными ударами срубают дерево.
Японским мечом действительно очень просто рубить. Причины будут рассмотрены ниже, а пока что лишь запомним этот факт. Замечу, что значительная доля мифологизации японских мечей проистекает именно из него. Неопытному, но старательному человеку при прочих равных будет проще разрубить цель катаной, чем европейским длинным мечом, просто потому, что катана более терпелива к небольшим ошибкам. Опытный практик не заметит особенной разницы.

Для самого разрубания, а не разрыва цели, нужно иметь достаточно острую режущую кромку. Здесь у японского меча всё в полном порядке. Заточка традиционными японскими методами весьма совершеннна. К тому же мартенситовое лезвие, будучи заточенным, сохраняет свою остроту достаточно долго, хотя это скорее относится уже к следующему пункту. Однако, надо заметить, что меч даже без мартенситового лезвия можно наточить и сделать его очень острым. Просто затупится он быстрее, то есть перезатачивать понадобится раньше. В любом случае, количество ударов, после которых меч нужно затачивать, измеряется десятками и сотнями, поэтому с практической точки зрения в отдельно взятом эпизоде твёдость мартенситового лезвия ничего особенного не даёт, так как на гипотетическое сравнение пойдут два свежезаточенных меча.

А вот с прочностью у японского меча дела обстоят значительно хуже, чем у европейских аналогов. Во-первых, от достаточно сильного удара по чрезмерно твёрдой поверхности мартенситовое лезвие просто отломится, оставив на клинке зарубку. Во-вторых, при сочетании чрезмерной силы и невысокой точности удара можно без особых проблем погнуть меч даже при ударе по достаточно мягкой цели. В-третьих, напряжения внутри материала таковы, что японский меч имеет всё-таки высокую прочность при ударе лезвием вперёд, но вот при ударе в спину имеет все шансы сломаться, даже если удар будет казаться очень слабым.

Напряжения

Чтобы понять, что такое напряжения, проведём мысленный эксперимент. Можно также посмотреть на его схематическое отображение на иллюстрации. Представим себе прут из не очень важно какого материала – пусть это будет упругое дерево. Расположим его горизонтально, закрепим концы и оставим середину висеть в воздухе. Эдакая буква «Н», где горизонтальная перемычка – наш прут. Вертикальные колонны при этом закреплены не слишком жёстко, они могут нагибаться в сторону друг друга. (Позиция 1).

Опять эффективность рубящего удара

Вернёмся к предыдущей теме. Попробуем теперь разобраться, что в принципе нужно для разрубания цели.

Необходимо нанести правильно ориентированный удар.
Лезвие меча должно быть достаточно острым, чтобы рассечь цель, а не просто промять и сдвинуть её.
Нужно придать клинку достаточное количество кинетической энергии, иначе придётся не рубить, а именно резать.
Нужно вложить в удар достаточно силы, что достигается как ускорением клинка, так и его утяжелением, в том числе и через оптимизацию баланса для рубки, возможно даже в ущерб прочим качествам.

Заточка лезвия

Острота лезвия зависит от того, под каким углом сформирована режущая кромка. И здесь японский меч имеет потенциальное преимущество над европейским обоюдоострым – впрочем, как и любой другой односторонний клинок.

Взгляните на иллюстрацию. На ней изображены срезы профилей различных клинков. Все они (за очевидными исключениями) могут быть вписаны в прямоугольник 6х30 мм, то есть клинки в месте среза и анализа имеют максимальную толщину в 6 мм и ширину в 30 мм. В верхнем ряду расположены срезы односторонних клинков, например – нихонто или какой-нибудь сабли, а в нижнем – обоюдоострых мечей. Теперь давайте вникать.

Кинетическая энергия

E=1/2mv2, то есть кинетическая энергия линейно зависит от массы и квадратично от скорости удара.

Масса у катаны обычная, может быть, чуть выше, чем у европейских мечей таких же габаритов (а не наоборот). Конечно, при общей внешней схожести, существуют японские мечи очень разной массы, чего на картинках не видно. Но катана – преимущественно двуручное оружие, поэтому повышенная масса не особенно мешает разгонять клинок до высокой скорости.

Кинетическая энергия – вопрос не меча, а его владельца. При наличии хотя бы базовых навыков работы с оружием всё будет в порядке. Здесь японский меч не имеет никаких ощутимых преимуществ или недостатков по сравнению с европейскими аналогами.

Сила удара: баланс

F=ma, то есть сила линейно зависит от массы и от ускорения. Про массу уже говорилось, но нужно добавить кое-что про баланс.

Эфес

У японского меча очень плохая гарда. Фанатики начинают кричать «но ведь техника работы не подразумевает защиту гардой, надо парировать удары клинком» – ну да, конечно не подразумевает. Точно так же отсутствие бронежилета не подразумевает готовность к принятию пули в живот. Техника такова, потому что нет нормальной гарды.

Если взять катану и прикрутить вместо традиционной приблизительно овальной цубы эдакую «цубовину», с выступами-кийонами, то уже получится лучше, проверено.

Во-первых, отвечу вопросом на вопрос: а почему в Европе развитые эфесы появились так поздно, лишь в XVI веке? Мечами-то там махали значительно дольше, чем в Японии. Кратко – не успели раньше додуматься, просто не было сделано соответствующего изобретения.

Во-вторых, традиционализм и консерватизм. Японцы видели европейские мечи, но не сочли нужным копировать идеи этих круглоглазых варваров. Национальная гордость, символизм и всё такое. Правильный меч в понимании японца выглядел как катана.

В-третьих, нихонто, как и большинство других мечей – оружие вспомогательное, вторичное. В бою меч использовался в мощных перчатках. В мирное же время, когда катана как раз появилась из более древних тати – смотрите пункт два. Самурай, додумавшийся бы до развитого эфеса, был бы не понят собратьями по сословию. Последствия можно додумать самостоятельно.

Интересно, что после короткой эпохи кю-гунто, конструктивно более совершенного оружия, чем обычные нихонто, японцы вернулись к мечам традиционного типа. Вероятно, причиной этому был всё тот же второй пункт. Страна с крепнущим нездоровым национализмом и империалистическими замашками не могла позволить себе отказ от столь значимого символа, как традиционная форма меча. К тому же в эту эпоху меч на поле боя уже ничего не решал.

Ещё раз: у японского меча очень плохая гарда. Против этого факта объективно нельзя возражать.

Дизайн и геометрия: вывод

Японский меч обладает весьма неплохими характеристиками, обусловленными его дизайном. Он отлично и легко рубит цели, более терпим к небольшим несовершенствам ударов. Рубящий баланс, мартенситовое лезвие и кривизна клинка – отличная комбинация, позволяющая при контролируемом ударе достигать очень высоких результатов.

К сожалению, в конструкции японского меча также имеется несколько ощутимых недостатков. Цуба защищает руку лишь немногим лучше полного отсутствия гарды. Прочность клинка при отклонениях от идеального удара оставляет желать лучшего. Баланс таков, что именно фехтовать японским мечом не слишком удобно.