Владислав Артёмов - Русские учёные и изобретатели

Изготовление ствола тяжелого артиллерийского орудия было делом трудным. Прежде всего требовалась тяжелая стальная отливка. Однако тогда еще не было мартеновских печей и тем более печей электроплавильных, дающих возможность получать расплавленный металл сразу в больших количествах. Лучшая сталь, предназначенная для производства пушек и снарядов, варилась в тиглях старым способом. Тигель представлял собой сосуд, изготовленный из огнеупорного материала. Он вмещал, самое большее, несколько десятков килограммов металла. Чтобы отлить огромную болванку для ствола орудия, приходилось вести плавку одновременно во многих тиглях.

Тигельная плавка требовала большого мастерства. Нужно было правильно подобрать состав шихты, смешав в строго определенных пропорциях железо, чугун и железную руду. Процесс плавки требовалось вести таким образом, чтобы сталь поспела в одно и то же время в десятках тиглей.

Сталелитейный завод, построенный Обуховым на берегу Невы, считался в те времена технически совершенным предприятием. Его цехи были хорошо оснащены. Тяжелые стальные слитки проковывались под мощными молотами. Для механических испытаний металла из Англии была привезена новинка — громадная разрывная машина Киркальди. Русские инженеры уже тогда имели отличные рецепты для выплавки стали. Знаменитые сталевары, привезенные Обуховым из Златоуста, где в это время было налажено производство стального литья, умели давать металл хорошего качества. И все же дело не ладилось. Химический состав стали был безукоризненным, однако ее механические качества оставляли желать много лучшего. Нередко пушки разрывались при первых же выстрелах, причиняя тяжелые увечья артиллеристам.

Много и долго работали специалисты над тем. чтобы установить причины плохого качества орудий. Но все их искания оставались безуспешными. В высших кругах все настойчивее стали говорить о прекращении производства в России стальных пушек. Как раз в это время на Обуховский сталелитейный завод пришел молодой инженер Дмитрий Константинович Чернов. Его упорная исследовательская работа вскоре увенчалась блестящим успехом. Д. К. Чернов не только разрешил загадку плохого качества стальных орудий, но совершил настоящий переворот в области металлургии.

Д. К. Чернов родился в Петербурге 2 ноября 1839 года в семье мелкого чиновника. В девятнадцать лет он с отличием окончил Петербургский технологический институт, проявляя особую склонность к математическим наукам.

Способности Д. К. Чернова обращают на себя внимание профессоров. Его оставляют при институте преподавать математику. Однако он не только обучает студентов, но неустанно учится сам. В течение трех лет вольнослушателем молодой педагог проходит курс физико — математического факультета Петербургского университета.

Преподавательскую деятельность Д. К. Чернов совмещает с исполнением обязанностей помощника заведующего большой научно — технической библиотекой института. Жадно читает он техническую литературу, особенно книги, относящиеся к металлургическому производству.

Но увлекательная наука о металле делает свои первые робкие шаги. Может быть, это заставило молодого Д. К. Чернова временно оставить преподавательскую деятельность и прийти в темный сталеплавильный цех Обуховского завода, где искрился расплавленный металл, где, изнемогая от жары, рабочие и инженеры отливали пушки.

Сутками не выходит Д. К. Чернов из закопченных цехов огромного завода, из химической и механической лабораторий. Его часто можно встретить на артиллерийском полигоне. Тщательно изучает он выпускаемую заводом продукцию и вскоре приходит к выводу, что не все пушки одинаково плохи. Некоторые из них отличаются высокой прочностью и долговечностью, а другие разрываются при первых же выстрелах.

Внимательно исследует Д. К. Чернов места разрывов и убеждается в том, что сталь имеет крупнозернистое строение, в то время как орудия, показавшие продолжительный срок службы, отличаются мелкозернистой структурой металла при одинаковом химическом составе. Выходит, что из одного и того же металла можно получить разную по качеству продукцию. Все это заставляет молодого исследователя глубоко задуматься. «Если некоторые пушки получаются хорошими по качеству, — решает он, — значит, можно и нужно подобрать такие условия, при которых все пушки будут хорошими».

Шаг за шагом наблюдает Д. К. Чернов многочисленные звенья сложного процесса производства стального орудия. Сталелитейный цех выпускает тяжелые слитки. Химический анализ показывает, что полученная сталь полностью соответствует своему назначению. Затем слитки поступают в кузницу, нагреваются в печи до ярко — желтого цвета и, обжимаясь под мощными молотами, принимают вытянутую форму заготовок артиллерийского ствола. После остывания заготовки передаются в механический цех, где на металлорежущих станках производится их окончательная обработка.

Особое внимание уделяет Д. К. Чернов ковке металла, тогда наименее исследованной области металлообработки. Он наблюдает за цветом нагреваемых в печи слитков. В то время еще не было приборов, позволяющих измерять высокие температуры. Старые, опытные кузнецы научили Д. К. Чернова определять температуру металла «на глаз». Каждой температуре свойственен определенный цвет стали. При нагревании она последовательно принимает все цвета каления — от темно — красного до ослепительно белого, при котором металл начинает плавиться. Д. К. Чернов кует сталь, нагретую до различных температур, т. е. до различного цвета каления. Откованные образцы он испытывает на разрывной машине. Таким образом, ему удается установить, при каком температурном режиме ковки стальное изделие отличается наилучшими механическими качествами.

Проходит два года напряженной работы. В апреле 1868 года Д. К. Чернов докладывает Русскому техническому обществу о своих наблюдениях и выводах. Его сообщение сводится к следующему: при нагревании сталь не остается неизменной; в определенные, критические моменты она претерпевает особые превращения, изменяющие ее строение и свойства. Д. К. Чернов практически устанавливает критические точки, характеризующиеся внутренними превращениями в стали при нагревании. Эти точки известны теперь в науке под названием «точек Чернова».

Если нагреть стальное изделие до высокой температуры и затем быстро охладить его, опустив в воду или в масло, то изделие закалится, т. е. твердость его значительно возрастет. Калить сталь умели и раньше, однако Д. К. Чернов впервые подошел к этому процессу научно.

Если внимательно рассмотреть излом стального изделия, нетрудно убедиться в том, что сталь имеет кристаллическое (зернистое) строение. При нагревании стали величина зерен не остается постоянной. При повышении температуры наступает момент, когда изменяются и строение стали, и ее свойства. Д. К. Чернов проделывает многочисленные опыты. Он берет стальные образцы заведомо крупнозернистого строения, постепенно нагревает их до различных температур и затем быстро охлаждает. После этого ударом молота он ломает образцы и на изломе определяет величину зерна. Он наблюдает замечательное явление: оказывается, любая сталь, какую бы начальную величину зерна она ни имела, приобретает при нагревании до определенной температуры мелкозернистое строение.