- Чутье часто обманывает человека. Да и у каждого по-разному оно развито, - пояснил Дмитрий Константинович.
- Это верно! - согласились кузнецы. - Хоть и сказывают, глаз - алмаз, а и в нем бывает помутнение...
Чернов не удовлетворился рассмотрением образцов стали. Он испытал их на разрывной машине. Всё было так, как он и предполагал. Тайны не стало, причины разрыва пушек были выяснены. Но тут возникла новая тайна.
"При какой же температуре нужно ковать металл, чтобы он был прочен?" - озабоченно думал Чернов. И снова долгими часами он наблюдал работу кузнецов. Молодой ученый как бы погружался в таинственный мир, в котором происходили интересные загадочные явления. И вот, наконец, он уловил нечто странное, что происходило со сталью при медленном охлаждении. Это явление повторялось каждый раз, но даже опытные златоустовские сталевары не замечали его. Чернов обнаружил, что при медленном охлаждении постепенно темнеющая масса металла в какой-то критический момент остывания внезапно раскалялась, вспыхивала, а затем снова начинала темнеть и далее уже ровно охлаждалась до конца.
- Что же это такое происходит? - спросил кузнецов Дмитрий Константинович.
- Это не всегда бывает. Когда быстро охлаждаем сталь, этого николи не случалось. Может, это совсем пустое дело! Издавна так ведется раскаленный металл быстро опускаем в воду, и вот закалка есть! - пояснил Чернову седобородый кузнец.
"Нет, здесь не так просто всё происходит, - в раздумье решил исследователь. - Вспышка не возникает сама по себе, без всякой причины. Очевидно, в этот момент происходит какое-то преобразование внутри металла".
Новая тайна увлекла его. Он неутомимо стал искать разгадку. Кузнецы при нем отковали и по-разному закалили стальные болванки. Одни были откованы, когда уже прошли замеченную технологом критическую точку; другие - до этого момента.
Дмитрий Константинович подверг их испытаниям, и вновь открылось "оконце в неизвестное". Болванка, которая прошла критическую точку, закалки не приняла, осталась мягкой.
Технолог много раз повторял свои опыты, и они проходили, как и предыдущие. Значит, это не случайность, выходит, что в этом явлении есть какой-то закон. Опять он стоял перед новой "тайной" и опять не падал духом, а весь уходил в свои кропотливые наблюдения. Ничто не ускользало от внимания настойчивого исследователя.
При нагреве металла существует еще одна критическая точка, которая соответствует определенной температуре. Эти точки, при которых происходит внутренняя перестройка стали, Чернов назвал критическими точками a и b.
Взволнованные инженеры спрашивали его:
- Как же вы смогли заметить почти неуловимые признаки?
- При известном навыке их легко обнаруживает глаз, - ответил он. Это различие можно сравнить с различием во внешнем виде белого мрамора и гипса. Когда вы бываете в музее, вы легко отличите мраморные статуи от гипсовых. И те и другие белого цвета, но мраморные статуи имеют как будто блестящий, маслянистый вид, тогда как у гипсовых статуй вид матовый, тусклый. Точно так же и стальная болванка. Выше точки b она имеет накаленную красную, как бы маслянистую, блестящую мраморовидную поверхность. Когда же она охладится ниже точки b, она сохраняет тот же красный цвет, но поверхность ее тускнеет, утрачивает блеск и становится матовой, напоминающей гипс.
...Причины разрыва пушек были не только раскрыты, но и устранены. Мало того, Дмитрий Константинович научился исправлять бракованные стали, подвергая их дополнительной тепловой обработке.
Обухов крепко пожал руку молодому инженеру:
- Вы сделали большое научное открытие. Я чувствую, что вы еще только в начале пути и вам суждено многое сделать. А я уже старик... Меня измучили... - Голос его звучал печально. Он прикрыл на секунду ладонью глаза, испытывая слабость, а потом безнадежно махнул рукой: - Ну, да мое дело кончено!
- Не говорите так, Павел Матвеевич! - с жаром сказал Чернов. - Вы сделали для России большое дело, и опускать руки нельзя!
- Э-эх! - горестно вздохнул Обухов.
Было известно, что у него большие нелады с администрацией завода. С тех пор как завод перешел в Морское ведомство, вновь назначенный директор стал притеснять Обухова. Чтобы забыться, Павел Матвеевич всё чаще и чаще прикладывался к чарке. Оскорбленный, обиженный, он, наконец, отстранился от дел и уехал из Петербурга. А в 1869 году в столицу пришла весть, что Обухов скончался...
К ЧЕМУ ПРИВЕЛО ЧЕРНОВА ИЗУЧЕНИЕ ТРУДОВ АНОСОВА
Научное открытие Чернова о превращениях стали при накаливании дало возможность проникнуть во многие тайны металлургии и в том числе окончательно выяснить тайну булата. Дмитрий Константинович повторил последние опыты Аносова, изготовил булатную сталь и отковал из нее два клинка. После протравки на металле заструился приятный волнистый узор. Откуда появился он? Исследователь на опыте показал, что узор булата не что иное, как рисунок крупнозернистой структуры чистой углеродистой стали. Ясность и рельефность его получаются в результате травления клинка. Перед мысленным взором Чернова предстала работа оружейного мастера. Вот он берет накаленный стальной клинок и, постепенно замедляя охлаждение, творит чудо. Сталь становится крупнозернистой. Продолжая ковку при температуре ниже точки b, он изменяет форму кристаллов, вытягивая их. При искусной работе мастера металл не теряет своей крупнозернистой структуры.
Каждый день упорного вдохновенного труда приносил новые открытия, но работа в угарных цехах, постоянное разглядывание раскаленных, ослепительных образцов стали расстроили зрение исследователя. Нависла страшная угроза потерять зрение, но Дмитрий Константинович продолжал исследования.
В 1880 году летом Чернов поехал в Златоуст - на родину русского булата. Много лет прошло с тех пор как отсюда уехал Аносов, многое изменилось, но живы и неприкосновенны остались старые добрые традиции. Среди литейщиков работали еще сподвижники Павла Петровича. И как билось сердце Дмитрия Константиновича, когда он слушал душевные рассказы Швецова-младшего об Аносове!
Павел Швецов, широкоплечий, с густой окладистой бородой, был кряжист, крепок и вдумчив. Он с любовью рассказывал об Аносове:
- Павел Петрович был особый человек, его верный глаз примечал всё, а уши слышали самое тайное в металле. Стоит вот тут и смотрит, как металл накаливается в горне. По еле уловимому, только что рожденному цвету он уже понимал, в каком положении сталь. Всё слышал, что шепчет металл. Правда, и батюшка мой Микола Миколаевич большой мастак был, ну, прямо-таки, колдун по стали, а только всё колдовство его ничто было перед силой Аносова. Тот всё учтет. Нагреет до мясно-красного цвета, а потом моргнет глазом, - мол, живей к молоту, и пока перекидываешь накаленную болванку, она уже вишнево-красного цвета, - доспела под удар!
В Златоусте Чернов проследил весь процесс изготовления булата. Долго и взволнованно наблюдая за остыванием булата, он, в конце концов, уловил момент, который подсказал новое. Дмитрий Константинович сделал свои выводы: "Остывание должно происходить как можно спокойнее и медленнее... Тогда сталь находится при условиях, весьма благоприятствующих ее кристаллизации, так что образуются довольно сильные оси древовидных кристаллов и довольно большие группы параллельных осей; группы эти потом срастаются".
Что же такое остывание металла?
Чернов первый дал верный и точный ответ: сталь (и вообще металлы) имеет кристаллическое строение, и процесс затвердевания металла есть не что иное, как процесс кристаллизации.
Это подсказывали ему опыты с проведением кристаллизации различных солей. Вот и сейчас он еще раз убедился в этом, изучая условия затвердевания, при которых в сплаве происходят химические изменения. Именно в это мгновение прекращается падение температуры, и она остается постоянной до тех пор, пока не завершится перестройка сплава, после чего остывание продолжается.
Он хорошо помнил свой первый опыт с охлаждением раствора поваренной соли, который помог ему наглядно показать значение критических точек.
В маленькой тесной лаборатории на Обуховском заводе перед ним стоял десятипроцентный раствор соли. Дмитрий Константинович наблюдал постепенное равномерное падение температуры до -8°. Дойдя до этой точки, падение температуры вдруг прекратилось, и некоторое время она держалась на одном уровне. Что же происходило в растворе? В нем в эти минуты замерзла часть воды, отчего насыщенность раствора повысилась. Когда это произошло, температура вновь стала равномерно падать, и так продолжалось до -22°. При этой температуре весь оставшийся раствор застыл, и дальнейшее охлаждение раствора уже никаких новых критических точек и остановок в падении температуры не принесло.
Проведенные многократно опыты с соляными растворами различной насыщенности подтвердили это правило.
Тогда же Чернов перенес изучение на металл и установил, что подобное перемещение критических точек происходит и в стали.
Много раздумий и наблюдений осталось позади. Теперь он знал, что перемещение критических точек в металле тесно связано с процентным содержанием углерода, и записал:
"Сталь, до сих пор употребляемая в промышленности и в искусствах, по преимуществу есть соединение железа и углерода. Чем чище это соединение в данном куске стали, тем лучше, тем выше ее качество. Самая лучшая сталь, какую когда-либо, где-либо делали, есть, без сомнения, булат...
Особенности булата, а именно узоры на нем, сбивали многих с толку; все хотели искать эти высокие качества булата в каких-то особенных примесях, делали весьма тщательный анализ и не находили, к удивлению, никакого заметного элемента, присутствие которого могло бы объяснить эти узоры. Так как узоры в булате тесно связаны с качеством самой стали, то нападали на мысль найти такое вещество, которое, будучи сплавлено со сталью, давало бы узоры; сплавляли стали с разными металлами: с платиной, с серебром и т. д. - и, действительно, получали узоры, но, во-первых, они далеко не имели ни той правильности, ни той красоты, и, во-вторых, и самое главное, полученная сталь всегда уступала в качестве булату.
Особенность узоров булата заключается еще и в том, что если вы нагреете кусок хорошего булата с ясно развитыми узорами до светло-красного каления, то после охлаждения уже не получите на нем узоров, как бы долго вы ни травили его поверхность; узоры же, получаемые от сплавления с другими металлами, не исчезают, как бы ни нагревали такой сплав. Если же булатный кусок с исчезнувшими узорами вновь переплавить, то при известных условиях остывания полученного слитка узор появляется опять, хотя и несколько измененного рисунка; таким образом можно вызывать и уничтожать узоры несколько раз.
Исследования Аносова показали ясно, что загадка разрешается чистотой стали, и ему, как известно, удалось приготовить самые высокие сорта восточного булата".
Поездка в Златоуст и глубокое изучение булата позволили Чернову с уверенностью ответить на самый наболевший вопрос о качестве булата. В своей статье о булатной стали, опубликованной в 1899 году, он утверждал:
"Состав и качество булата весьма много зависят от качества положенного в тигель графита; если графит не чист, не промыт, то сталь выходит гораздо хуже. Аносов доказал, что булат есть высший сорт стали и по своему составу приближается к соединению железа лишь с углеродом; распадание же стали на два различных соединения при кристаллизации играет очень важную роль при назначении такой стали на клинки; при закалке более твердое вещество сильно закаливается, а другое вещество остается слабо закаленным; но так как оба вещества в тонких слоях и фибрах тесно перевиты одно с другим, то получается материал, обладающий одновременно и большой твердостью, и большой вязкостью. Таким образом, оказывается, что булат несравненно выше лучших сортов стали, приготовленной иными способами; высокие качества ее доказаны вековым опытом и вызвали целый ряд подражаний искусственным воспроизведением узоров на изделиях..."
Чернов всю свою жизнь отдал любимому делу и упорными трудами создал лучшие способы сталеварения. Не менее важной оказалась его теория затвердевания и кристаллизации стальных слитков.
Металлургия за последние десять лет далеко ушла вперед, получили распространение бессемеровские и мартеновские печи, сталь варилась тоннами. И тут возникли странные и тревожные явления. Несмотря на всю тщательность выплавки, сталь получалась неоднородной, рыхлой, пузырчатой. Усадочные раковины и пустоты в металлах делали отливки непригодными. И чем больше увеличивался вес отливок, тем больше обнаруживалось пороков в слитках стали. Металлургические заводы отыскивали знатоков и специалистов по литью стали, но те не могли установить причин возникновения раковин и пустот. Перестраивали печи, строго проверяли режим сталеварения, но какая-то таинственная непреодолимая сила стояла на пути, - слитки получались с дефектами.
Чернов заинтересовался странным явлением. Он проследил весь путь рождения стали. При разливке расплавленного металла он подметил то особенное, что влияло на его качество. Брак получался от неправильной разливки. Во время этого процесса происходило затвердевание металла, его кристаллизация.
Из центров кристаллизации, которые образуются при этом, выбрасываются, как древесные побеги, оси будущих кристаллов. И там, где жидкий металл соприкасается с охлаждающей стенкой изложницы, там в первую очередь рождаются кристаллы. Постепенно сплав покрывается твердой коркой. Закрытый ею жидкий металл остывает медленнее, и кристаллы здесь образуются позднее, но зато они имеют более крупные размеры. Они теснят друг друга, переплетаются, искривляются. Иногда в пустой полости, которая образуется сверху слитка из-за сокращения объема металла, вырастают огромные, правильной формы кристаллы...
В одной усадочной раковине стотонной отливки Чернову удалось обнаружить громадный стальной кристалл. Он оказался весом 3,45 килограмма. Этот кристалл сохранился до сих пор и известен под именем "кристалла Чернова".
Так появилась и была разработана Черновым теория кристаллизации металлов, чрезвычайно важная для металлургии.
СОВЕТСКИЕ СТАЛЕВАРЫ
В XVIII веке Россия являлась первой металлургической державой в мире. Швеция и Англия были оттеснены на второй план. В XIX веке произошел застой, и Россию в области металлургии отодвинули на одно из последних мест...