Собрав несколько образцов, я старался определить относительное их достоинство различными испытаниями, посредством которых я скоро мог заметить, что при некоторых видоизменениях узоров булат очевидно твёрже, но не хрупче стали, следовательно лучшее. С тех пор я принял намерение опытами доискаться тайны приготовления булатов...»

В начале XIX в. в научном мире не было единодушия в оценке булата. Шведский металлург Ринман утверждал, что узоры булата происходят единственно от сваривания стали и железа разной твёрдости, а различие узоров зависит от способа сваривания.

Исследования старинных дамасских клинков позволили учёным узнать химический состав и познакомиться со структурой этой стали. Оставались непонятными лишь происхождение тонких узоров на поверхности булатного клинка и влияние их на свойства металла. Некоторые учёные полагали, что наличие узоров на булате объясняется тем, что булат был образован сваркой двух полос металла — твёрдой стали и мягкого железа.

Немецкие инженеры получали такой слоистый, сваренный металл. Он часто имел очень красивые узоры на поверхности, но его механические качества не шли ни в какое сравнение с булатом. Другие исследователи совершенно обоснованно считали, что узоры на булатной стали являются следствием кристаллического строения металла. Однако они не смогли установить зависимости свойств металла от узоров на его поверхности.

Француз Бертье принимал за булат хромистую сталь. Другой французский учёный — Бреан склонен был отнести причины появления узоров на булате за счёт того, что этот род стали содержит повышенное количество углерода.

Аносов начал свои опыты над булатом, когда ему ещё не было тридцати. И вскоре пришёл к убеждению, что за узорами булата кроется целый мир. Проводя опыты по изготовлению литой стали, Аносов думал о булате, но даже самому себе боялся в этом признаться. Лишь после успехов, достигнутых в 1827—1828 гг. в производстве литой стали, у Аносова появилась уверенность в том, что ему удастся разработать и технологию выплавки булата.

Прежде всего Аносов решил узнать, какие бывают булаты, чем отличаются один от другого, какие из них лучше. Аносов начал «охотиться» за булатами, искать образцы разных клинков.

По узору, грунту, отливу Аносов легко мог отличать индийский вуц от табана и кара-табана, и тем более от сирийского шама. Данные о всех известных ему видах булата Аносов занёс в таблицу, каждому сорту его дал точную характеристику. Также он дал точное определение булата.

«Булатами, — писал он, — называется всякая сталь, имеющая узорчатую поверхность; на некоторых булатах узор виден непосредственно после полировки, а на других не прежде, как поверхность её подвергается действию какой-либо слабой кислоты. Сок растений или уксус, приготовляемый из пива, может заменить кислоту. Обнаруживание узоров называется вытравкою.

Узоры на стали могут быть весьма различны; но не всякая сталь с узорами должна быть названа булатом. На обыкновенной стали рисовкою и травлением наводят иногда узоры, подобные булатным; но как бы тщательно они ни были сделаны, опытный глаз не затруднится распознать искусство, не зависящее от свойства стали. Такие булаты называются ложными.

Другой вид булатов имеет хотя искусственные узоры, но заключающиеся в самом металле, так что, сколько бы раз ни повторять полировки и вытравки, они снова появляются. Эти булаты известны под именем искусственных или сварочных. Они получаются через многократную сварку как различного рода стали между собою, так и с железом. Достоинство сих булатов может быть различно и зависит частию от качества первых материалов, частию от искусства мастеров».

Лучшими по своим качествам считались булаты со сложными, переплетающимися рисунками на тёмном, иссиня-чёрном грунте. При наклонном падении лучей такие клинки давали явственно золотистый отлив.

У Аносова уже не было сомнений в том, что между внешним видом этих булатов и внутренним строением металла имеется органическая связь. Аносов отдавал себе отчёт в том, как труден будет его поиск. Он писал, что предпринятое им дело напоминает «океан, который надлежало переплывать многие годы, не приставая к берегу и подвергаясь различным случайностям».

Более десяти лет он изучал изменения, происходящие в металле под влиянием разных видимых и невидимых причин. Он изучал металл всеми способами, которые только были в его распоряжении. Чтобы лучше рассмотреть структуру металла, он вооружался лупой и микроскопом.

Открытия Аносова не были похожи на рецепты средневековых мастеров, получаемые ими вслепую. Аносов разработал не только практические способы получения высококачественных сталей, но и строгую научную теорию. Он обосновал влияние химического состава, структуры сплава и характера его обработки на свойства металла.

Аносов провёл тысячи экспериментов, исследуя влияние на сталь кремния, марганца, хрома, углерода, алюминия, титана, алмаза, золота, платины, а также многих других добавок. Многочисленные опыты Аносова увенчались полным успехом. Он получил сталь, не уступающую по качеству прославленной дамасской, замечательный металл, сочетающий твёрдость и остроту лезвия, невиданную ранее упругость и вместе с тем вязкость внутренних слоев изделия, предохраняющую его от поломок.

В результате своих многолетних исследований он дал подробное описание четырёх способов получения булата, а также точное определение качеств, характерных для каждого из них.

Первое, основное свойство булата: совершенная ковкость и тягучесть: «Он может быть кован в холодном состоянии», — пишет Аносов. Свойства булата — это «наибольшая твёрдость по закалке», «наибольшая острота и нежность лезвия», «Наибольшая упругость и стойкость при соответствующих степенях закалки».

В итоге Аносов отказался от устаревших и потерявших своё значение азиатских названий булатов.

Он ввёл название «русский булат», и у него для этого были все основания.

В зависимости от внешнего вида и качества Аносов делил «русский булат» по видам: полосатый, струистый, волнистый, сетчатый и коленчатый. Булаты, указывал Аносов, могут быть с крупными, средними и мелкими узорами; серого, бурого и чёрного цветов; без отлива, с отливом красноватым и золотистым.

В производстве булата не осталось никаких тайн. Подготовленное Аносовым описание методов производства его представляло собой чёткую и ясную технологическую инструкцию, в которой указаны «точные пропорции и качество материалов, необходимые для выплавки булата, время для тех или иных операций, каким «духомером» пользоваться для контроля за температурой».

«Совершенство булатов, — писал Аносов, — кроме состава, зависит от огнеупорности тиглей и стен самой печи. Итак, для получения совершенного булата необходимы следующие условия:

1. Лучший уголь, дающий наименее шлаку, как, например, чистый сосновый. 2. Плавильная печь, устроенная из самых огнеупорных кирпичей. 3. Огнеупорные тигли, не дающие ни малейших трещин. 4. Лучшее железо. 5. Чистый самородный графит. 6. Пожжённый кварц или доломит. 7. Сильнейший жар во время плавки. 8. Наибольшее время плавления. 9. Медленное охлаждение тигля. 10. Наименьшее нагревание при ковке».

Аносовская инструкция простиралась на все последующие процессы — отковку, закалку и т. д. «...при проковке булатов ни один нагрев не должен быть оставлен без внимания и точного доведения до степени жара, при которой узор теряется».

Научные выводы Аносова легли в основу науки о качественных сталях.

Своими опытами Аносов доказал, что узоры на металле отражают его кристаллическое строение, а это последнее зависит от многих причин, прежде всего от химического состава металла, способа выплавки, условий затвердевания и характера последующей механической обработки. Аносов первый установил влияние так называемой макроструктуры металла на его механические качества. Исследуя литой и кованый металл, Аносов указал на несколько типов макроструктур.

Иногда кристаллы металла представляли вытянутые прямые или волнистые полосы. В других случаях узоры покрывали поверхность сплошной сеткой или имели коленчатую форму. Аносов доказал, что при сетчатом или коленчатом расположении узоров обеспечиваются наиболее высокие механические качества стальных изделий.