Тиграми не рождаются
читать дальше Прототипом для брони новых линейных кораблей послужила крупповская хромо-никелевая KNC (Krupp Non Cemented), 'мягкий Крупп' или 'Qualitat 420', как ее маркировал изготовитель. Этот добротный броневой материал начали производить в Эссене (Германия) в 1894 г. При его изготовлении использовалось легирование никелем в размере 3 - 3,5% при содержании углерода 0,35 - 0,4%. Подобная рецептура была применена французской компанией 'Shneider' еще в 1889 г. От себя Фридрих Крупп внес увеличенную добавку хрома - 1,75 - 2%.
Поверхностно укрепленный вариант этой брони, КС (Krupp Cemented), появился в 1898 г., и вскоре завоевал весь мир. В 1920-х гг. его стали называть старым типом Крупна или КС а/А (в отличие от нового КС n/А). Вот основные характеристики этой брони: пределы прочности и текучести 64,7 - 73,8 кг/кв.мм и 42,9 - 47,8 кг/кв.мм, относительное растяжение 18 - 22%, твердость - 680/225ВН (лицо/тыл). Толщина упрочненного слоя составляла 30 - 35%. На первых 20% твердость была высокой. Она плавно уменьшалась от поверхности вглубь металла. На следующих 10 - 15% толщины происходил резкий спад твердости к уровню тыльной стороны ('лыжный спуск'). Технология цементации лицевой поверхности такой брони совместила в себе положительные решения американца Гарвея (Харви) и германской компании 'Gruson'. Первый в 1890 - 1892 гг., используя никелевую рецептуру фирмы 'Shneider', наладил в Нью-Джерси производство цементированных бронеплит. Гарвей придавал значение не толщине поверхностно-укрепленного слоя, а лишь его твердости; эта технология была простой и дешевой, без длительного насыщения стали углеродом. В результате получались 'тонколицые' (укрепленный слой не более дюйма) и очень твердые бронеплиты, намного превосходившие прочностью сварной стале-железный 'Compound'.
Компания 'Gruson' была куплена Круппом в 1890-м. Но задолго до этого, примерно с 1868 г., она начала применять процесс глубокой поверхностной цементации нелегированной стали при длительном насыщении и очень резком ('шоковом') режиме охлаждения. Укрепленный слой был необыкновенно толстым (55 - 65% общей толщины). Получалась так называемая чугунная броня, твердая и одновременно очень ломкая, нашедшая применение при изготовлении литых бронеколпаков для фортификационных сооружений.
Крупповская технология была намного более сложной, длительной и дорогой, чем у компании 'Harvey Steel Co'. Использовалось многонедельное (в зависимости от необходимой толщины 'лица') насыщение раскаленных бронеплит углеродом. В герметичных печах над их поверхностью пропускали метан. Тыл и торцы при этом тщательно защищались глиноземом. Затем производилась закалка - относительно быстрое управляемое охлаждение. Его скорость и конечная температура варьировались в зависимости от толщины и требуемых свойств брони. Для этого использовались водяной аэрозоль, вода (от холодной до кипящей), масло и другие охладители (вплоть до расплавленного свинца!). Таким способом задавалась толщина цементированного слоя. Последующим отжигом, отпуском и механической обработкой добивались желательной комбинации твердости и пластичности.
Собственно, человечество уже много веков применяет все эти приемы, выработав их опытным путем. Мастера дамасской стали или японские оружейники многократно нагревали заготовки своих будущих мечей, насыщали их углеродом в древесном угле и ковкой перемешивали это стальное 'тесто'. Температуру выбиралась на глаз: раскаленная сталь должна была иметь цвет 'утреннего солнца', что соответствует температуре 1000- 1100®С. На финальном этапе выкованную по форме меча полосу со стороны обуха обмазывали глиной. После того, как такая заготовка в последний раз разогревалась в печи, ее окунали в холодную воду. После улучшающей форму и свойства ковки, низкотемпературного отжига и отпуска можно точить, шлифовать, полировать, одевать клинок эфесом - меч будет твердым и прочным.
В XIX столетии наука смогла объяснить, что происходит с металлом. Все свелось к роли примеси углерода и полиморфизму железа, т.е. его способности менять кристаллическую решетку в зависимости от температуры.
Остается, правда, один важный нюанс - борьба с ломкостью во имя ударной прочности. Кристаллический цементит очень хрупок. Он как бы представляет собой ящик, наполненный стеклянной посудой. Если переложить стекло всего лишь тонкими листами бумаги, то вероятность боя заметно снизится. Не секрет, что большие плафоны для светильников бьются гораздо легче, чем маленькие кофейные чашечки. Важно также максимально 'склеить' хрупкие компоненты между собой. Если опять поискать аналогию, то подходит замок-молния. Его трудно разорвать, но потяните легонько, где надо - и монолит распадется. Теперь представьте, что при застегивании в замок попал кусочек ткани. Расстегнуть такую молнию не просто. У японских и сирийских оружейников роль смягчающей прокладки и 'заклинивающей ткани' играли естественные примеси, например, кремний, да и сам углерод. Они же обеспечивали мелкозернистость стали. Необходимые свойства булата подбирались путем проб. После закалки нежелательные, неоднородные, крупные или слишком мелкие, хрупкие или мягкие кристаллические формы сводились к минимуму путем отжига, отпуска (чуть выше и чуть ниже критических температур) и нормализации (медленное остывание). Ту же роль играла ковка. Механическое воздействие, как и термическое, приводило к перекристаллизации в нужном направлении. Таким путем средневековым мастерам удавалось выделить из аустенита цементит, сформировать из него кристаллы оптимального размера и наилучшим образом вкрапить их в конгломераты железа различных аллотропных форм. Кроме того, нужно было убрать вредные примеси (серу, фосфор), ослабляющие сталь. Сложное искусство. Но неудавшийся клинок просто шел на переплавку....
Создание высококачественного булата веками оставалось искусством. Солнце, поднимающееся над сирийской пустыней или Тихим океаном, или сияющая вершина Фудзиямы, душевная гармония с самим собой и окружающей природой, творческое вдохновение и заветы предков... Для металлургической промышленности конца XIX это не годилось: вместо 'гармонии' все же требовалась 'алгебра'. Другим словом - технология. Разумеется, термометры, таймеры и прочие измерительные приборы внесли свою существенную лепту. Однако краеугольным камнем являются легирующие добавки, которых Средневековье не знало. Хронологически первой из них был никель (2 - 3% - идея компании 'Shneider'). Он расширяет область аустенита, входит в твердый раствор с железом и увеличивает его ударную вязкость или прочность (играет роль ткани, попавшей в замок-молнию). Это одинаково важно как для гомогенной, так и для поверхностно-укрепленной брони. Крупп изменил французскую рецептуру, доведя до 1,5 - 2% содержание другой важнейшей примеси - хрома, который сильно влияет на скорость фазовых переходов. Его добавка заметно упростила процесс глубокого насыщения железа углеродом. Хром тормозит переход аустенита в феррит при снижении температуры, что позволяет уменьшить скорость охлаждения, и делает процесс глубокой цементации достаточно простым. Никель и хром, кроме того, увеличивают коррозионную стойкость, что всегда полезно. Стандартная термическая (отжиг, отпуск, нормализация) и механическая обработка (ковка, штамповка, чаще прокатка) - вот, пожалуй, и все. История крупповской стали, прототипа брони быстроходных линкоров, наконец, закончена.
Поверхностно укрепленный вариант этой брони, КС (Krupp Cemented), появился в 1898 г., и вскоре завоевал весь мир. В 1920-х гг. его стали называть старым типом Крупна или КС а/А (в отличие от нового КС n/А). Вот основные характеристики этой брони: пределы прочности и текучести 64,7 - 73,8 кг/кв.мм и 42,9 - 47,8 кг/кв.мм, относительное растяжение 18 - 22%, твердость - 680/225ВН (лицо/тыл). Толщина упрочненного слоя составляла 30 - 35%. На первых 20% твердость была высокой. Она плавно уменьшалась от поверхности вглубь металла. На следующих 10 - 15% толщины происходил резкий спад твердости к уровню тыльной стороны ('лыжный спуск'). Технология цементации лицевой поверхности такой брони совместила в себе положительные решения американца Гарвея (Харви) и германской компании 'Gruson'. Первый в 1890 - 1892 гг., используя никелевую рецептуру фирмы 'Shneider', наладил в Нью-Джерси производство цементированных бронеплит. Гарвей придавал значение не толщине поверхностно-укрепленного слоя, а лишь его твердости; эта технология была простой и дешевой, без длительного насыщения стали углеродом. В результате получались 'тонколицые' (укрепленный слой не более дюйма) и очень твердые бронеплиты, намного превосходившие прочностью сварной стале-железный 'Compound'.
Компания 'Gruson' была куплена Круппом в 1890-м. Но задолго до этого, примерно с 1868 г., она начала применять процесс глубокой поверхностной цементации нелегированной стали при длительном насыщении и очень резком ('шоковом') режиме охлаждения. Укрепленный слой был необыкновенно толстым (55 - 65% общей толщины). Получалась так называемая чугунная броня, твердая и одновременно очень ломкая, нашедшая применение при изготовлении литых бронеколпаков для фортификационных сооружений.
Крупповская технология была намного более сложной, длительной и дорогой, чем у компании 'Harvey Steel Co'. Использовалось многонедельное (в зависимости от необходимой толщины 'лица') насыщение раскаленных бронеплит углеродом. В герметичных печах над их поверхностью пропускали метан. Тыл и торцы при этом тщательно защищались глиноземом. Затем производилась закалка - относительно быстрое управляемое охлаждение. Его скорость и конечная температура варьировались в зависимости от толщины и требуемых свойств брони. Для этого использовались водяной аэрозоль, вода (от холодной до кипящей), масло и другие охладители (вплоть до расплавленного свинца!). Таким способом задавалась толщина цементированного слоя. Последующим отжигом, отпуском и механической обработкой добивались желательной комбинации твердости и пластичности.
Собственно, человечество уже много веков применяет все эти приемы, выработав их опытным путем. Мастера дамасской стали или японские оружейники многократно нагревали заготовки своих будущих мечей, насыщали их углеродом в древесном угле и ковкой перемешивали это стальное 'тесто'. Температуру выбиралась на глаз: раскаленная сталь должна была иметь цвет 'утреннего солнца', что соответствует температуре 1000- 1100®С. На финальном этапе выкованную по форме меча полосу со стороны обуха обмазывали глиной. После того, как такая заготовка в последний раз разогревалась в печи, ее окунали в холодную воду. После улучшающей форму и свойства ковки, низкотемпературного отжига и отпуска можно точить, шлифовать, полировать, одевать клинок эфесом - меч будет твердым и прочным.
В XIX столетии наука смогла объяснить, что происходит с металлом. Все свелось к роли примеси углерода и полиморфизму железа, т.е. его способности менять кристаллическую решетку в зависимости от температуры.
Остается, правда, один важный нюанс - борьба с ломкостью во имя ударной прочности. Кристаллический цементит очень хрупок. Он как бы представляет собой ящик, наполненный стеклянной посудой. Если переложить стекло всего лишь тонкими листами бумаги, то вероятность боя заметно снизится. Не секрет, что большие плафоны для светильников бьются гораздо легче, чем маленькие кофейные чашечки. Важно также максимально 'склеить' хрупкие компоненты между собой. Если опять поискать аналогию, то подходит замок-молния. Его трудно разорвать, но потяните легонько, где надо - и монолит распадется. Теперь представьте, что при застегивании в замок попал кусочек ткани. Расстегнуть такую молнию не просто. У японских и сирийских оружейников роль смягчающей прокладки и 'заклинивающей ткани' играли естественные примеси, например, кремний, да и сам углерод. Они же обеспечивали мелкозернистость стали. Необходимые свойства булата подбирались путем проб. После закалки нежелательные, неоднородные, крупные или слишком мелкие, хрупкие или мягкие кристаллические формы сводились к минимуму путем отжига, отпуска (чуть выше и чуть ниже критических температур) и нормализации (медленное остывание). Ту же роль играла ковка. Механическое воздействие, как и термическое, приводило к перекристаллизации в нужном направлении. Таким путем средневековым мастерам удавалось выделить из аустенита цементит, сформировать из него кристаллы оптимального размера и наилучшим образом вкрапить их в конгломераты железа различных аллотропных форм. Кроме того, нужно было убрать вредные примеси (серу, фосфор), ослабляющие сталь. Сложное искусство. Но неудавшийся клинок просто шел на переплавку....
Создание высококачественного булата веками оставалось искусством. Солнце, поднимающееся над сирийской пустыней или Тихим океаном, или сияющая вершина Фудзиямы, душевная гармония с самим собой и окружающей природой, творческое вдохновение и заветы предков... Для металлургической промышленности конца XIX это не годилось: вместо 'гармонии' все же требовалась 'алгебра'. Другим словом - технология. Разумеется, термометры, таймеры и прочие измерительные приборы внесли свою существенную лепту. Однако краеугольным камнем являются легирующие добавки, которых Средневековье не знало. Хронологически первой из них был никель (2 - 3% - идея компании 'Shneider'). Он расширяет область аустенита, входит в твердый раствор с железом и увеличивает его ударную вязкость или прочность (играет роль ткани, попавшей в замок-молнию). Это одинаково важно как для гомогенной, так и для поверхностно-укрепленной брони. Крупп изменил французскую рецептуру, доведя до 1,5 - 2% содержание другой важнейшей примеси - хрома, который сильно влияет на скорость фазовых переходов. Его добавка заметно упростила процесс глубокого насыщения железа углеродом. Хром тормозит переход аустенита в феррит при снижении температуры, что позволяет уменьшить скорость охлаждения, и делает процесс глубокой цементации достаточно простым. Никель и хром, кроме того, увеличивают коррозионную стойкость, что всегда полезно. Стандартная термическая (отжиг, отпуск, нормализация) и механическая обработка (ковка, штамповка, чаще прокатка) - вот, пожалуй, и все. История крупповской стали, прототипа брони быстроходных линкоров, наконец, закончена.