Опыты велись в широких масштабах. Аносов проверял влияние марганца, хрома, титана, серебра, золота и снова платины на внешний вид и свойства металла.

Семнадцать опытов записано в журнале за 1830 год и двадцать шесть опытов за 1831 год. Аносову удавалось получать сталь с различными узорами, но тщательно сличая полученные узоры с булатными, он делал в книге опытов все новые и новые примечания: Сталь с хромом «принимает хорошую полировку…», «узоры от хрома красивее, нежели от марганца, и по расположению своему более других приближаются к булатным…»

Но и это еще не булат. Аносов в этом уверен, и в сочинении он пишет: «…что, вероятно, и послужило поводом французскому химику Бертье почитать хромистую сталь за булат».

Одновременно Аносов вел тщательные наблюдения за тем, какое влияние оказывают добавки на другие свойства стали. Плавка, записанная в журнале под № 36, велась с однопроцентным добавлением марганца. Об этой стали Аносов сделал такую запись: «Несколько крепка, на ноже по вытравке обнаружились узоры, а грунт темнее, нежели на обыкновенной стали».

Во время тридцать седьмого опыта количество марганца было увеличено в полтора раза. Сталь получилась «лучше прежней, но зубила несколько выкрашиваются. На ноже узоры явственнее прежних».

При сороковом опыте Аносов увеличил количество марганца до 2 процентов (80 золотников на 40 фунтов рафинированной стали). «Зубила несколько выкрашивались, но сталь весьма хороша и по ковкости и по остроте. На ноже грунт темнее прежнего, узоры еще явственнее».

Затем Аносов проводит плавки с хромистым, а также с титанистым железом. Эти руды специально доставлялись с Ильменского и Поляковского рудников. Аносову удалось обнаружить новые, очень важные свойства этих сплавов.

О плавке железа с двухпроцентным добавлением титана (опыт сорок четвертый) Аносов писал: «Ковалось хорошо. Зубила несколько выкрашиваются. Узоры на ноже местами красивы, а местами продолговаты». Но Аносов остался недоволен этим результатом. Он пришел к выводу, что дал слишком много титана, и поэтому следующую плавку провел с однопроцентным добавлением титана (опыт сорок пятый).

Сталь получилась хорошая. «Ковалась хорошо. Зубила оказались стойки, следовательно лучше прежней».

Так Аносов выяснил влияние разных добавок на качество стали: серебро дает ковкость и придает металлу значительную твердость, оно «…неохотно вступает в химическое соединение со сталью», но «…такая сталь менее подвержена ржавчине». Прибавление золота делает сталь мягче обыкновенной, улучшает ее качества в ковке и закалке, но дает лишь желтоватый отлив, а узоров — никаких.

Опыты с платиной повторялись много раз (в журнале записан лишь один опыт, пятьдесят второй) и показали, что узоры находились в зависимости от флюса. Флюс с примесью железной окалины давал совершенно другой узор, чем тот же флюс без окалины. Платинистая сталь давала хорошую полировку. Она тверда, остра, пригодна для бритв, только некоторые сплавки при закалке получали трещины.

Результаты опытов привели смелого экспериментатора к логическому выводу: «Если прибавление посторонних металлов имеет видимое влияние на сталь, то свойства ее должны зависеть и от качества самого железа, в котором всегда остаются посторонние примеси в количестве более или менее значительном…»

Все эти тщательно проведенные опыты сплавления стали с другими химическими элементами являются началом качественной металлургии — науки об улучшении свойств железа.

Никто, ни один металлург ни в одной стране мира до Аносова не провел каких-либо опытов, чтобы установить влияние на сталь различных добавок, и никто, стало быть, не мог описать специфические свойства, которые сталь при этом приобретает.

Отмеченные Аносовым свойства стальных сплавов полностью соответствуют современным данным о влиянии тех или иных добавок на свойства стали.

Великому русскому ученому Павлу Петровичу Аносову удалось сделать огромный вклад в мировую науку, и он по праву считается родоначальником высококачественной металлургии.

Но вопрос об «отношении железа к другим металлам» — лишь одна из сложнейших проблем, которые Аносов должен был разрешить, чтобы добраться до тайны булата.

Откроем следующие страницы журнала. Очередная серия опытов касается кристаллизации стали.

Природа этого процесса тогда еще не была ясна.

Плавка, записанная в журнал под № 74, не была вылита в форму, а охлаждена в тигле, в котором она плавилась. После этого тигель разбили и полученный металл проковали под молотом. Сначала он ковался хорошо, но вскоре получил трещину.

Чтобы лучше исследовать внутреннее строение, или, как говорят теперь, структуру полученного металла, Аносов решил рассмотреть его в лупу или микроскоп. Но он понимал, что поверхность металла не гладкая, какой она кажется, а состоит из громадного количества выступов и впадин. Если смотреть на необработанную поверхность в микроскоп, то выступы и впадины исказят истинную картину строения металла. Кроме того, поверхность металла почти всегда покрыта тончайшей пленкой окислов (соединений металлов с кислородом) и загрязнена.

Поэтому, прежде чем начать рассматривать металл в микроскоп или лупу, Аносов тщательно отшлифовал поверхность стальной пластинки.

На шлифе с зеркальной поверхностью можно было уже с большей степенью вероятности увидеть строение металла. Сверх того Аносов обработал шлиф кислотой. Лишь после такой подготовки создавалась возможность увидеть макроструктуру и микроструктуру[22] стали. Интересно, что примененный Аносовым способ приготовления и травления шлифов в основных чертах сохранился и до сих пор.

Аносов тщательно разработал методику травления. Для этой цели он стал применять различные реактивы — соляную и серную кислоты, железный купорос, лимонный сок, пивной уксус…

В своем сочинении «О булатах» Аносов замечает, что «не все кислоты могут быть употреблены для вытравки с равным успехом, ибо действие их на булат не одинаково. Главное различие заключается в том, что одне из них более обнаруживают действия на железо, а другие — и на железо и на углерод».

После обработки реактивами Аносов стал рассматривать металл в лупу. Однако открывшиеся узоры были слишком мелкими, тогда он прибег к микроскопу и увидел «узоры, подобные по расположению булатным».

Это был первый в истории мировой металлургии пример использования микроскопа для изучения структуры металла.

С этого времени, то-есть с 1831 года, Аносов систематически прибегает к микроскопу для изучения строения стали и шлаков. Так, в сочинении «О булатах», в разделе «О наружных признаках булатов», Аносов пишет: «…внимательное наблюдение шлаков в микроскоп…»

Естественно возникает вопрос, почему же никто раньше не догадался сделать этого? Но такой вопрос всегда напрашивается, когда мы узнаем о гениальных и одновременно простых средствах, примененных при решении новых научных задач.

Опыты «кристаллования» привели Аносова к замечательному выводу, который лежит в основе всего современного металловедения, — механические свойства изделий тесно связаны со структурой металла. Только структура может явиться средством действительного контроля свойств и пригодности металла для тех или иных целей.

Структура металла — важнейший показатель его качества. Так Аносов по-новому расценил значение узоров на булате.

Этим закончилась вторая фаза опытов.

…На некоторое время Аносову пришлось приостановить свою научно-исследовательскую работу. В 1831 году он вступил в исполнение обязанностей начальника горного округа.

Наблюдавшийся в конце XVIII и начале XIX века любительский интерес к булатному оружию и к булату как к стали особого рода к тридцатым годам приобрел иной характер. Металлурги многих стран стремились раскрыть «тайну булата» и тем самым найти путь к изготовлению лучших сортов стали для наиболее ответственных машинных частей. В двадцатые годы XIX столетия началось строительство железных дорог. Для того чтобы обеспечить безопасность движения на них, также нужна была сталь повышенного качества.