ТРУДЫ ЧЕРНОВА


ТРУДЫ ЧЕРНОВА

Петербургский сталепушечный завод, во главе которого находился Обухов, был построен по последнему слову техники. В кузнечном цехе были установлены мощные паровые молоты, в механических — металл обрабатывали самые совершенные станки. При заводе устроена была й лаборатория, оснащенная новейшими машинами для испытания металлов.

Прекрасными знатоками своего дела были рабочие завода, большей частью опытные златоустовцы, привезенные Обуховым с Урала в столицу. Дела нового завода, пошедшие вначале хорошо, вскоре, однако, начали разлаживаться. Большое число пушечных стволов разрывалось при первых же пробных стрельбах, как будто сделаны они были не из знаменитой обуховской стали, а из самого посредственного металла.

Причины этих разрывов были совершенно непонятны. Нередко из одной партии стали получались и отличные и негодные стволы. Значит, дело было не в составе металла.

В правительственных кругах кое-кто уже злорадствовал: «Не могут в России делать стальные пушки; пора, пока не поздно, закрывать завод», — таков был смысл шедших там разговоров.

Тщетно исследовав непонятное явление, взволнованный Обухов решил обратиться за консультацией в петербургский Технологический институт. Там он познакомился с Дмитрием Константиновичем Черновым (1839— 1921)—молодым ученым, успевшим уже показать себя сведущим металлургом. Ему Обухов и поручил поиски причин разрывов Стволов.

С увлечением принимается двадцатипятилетний Чернов за дело. Дни и ночи проводит он в кузнице и на заводском полигоне.

Сравнение металла разорвавшихся стволов с металлом, из которого получились отличные стволы, помогает ему найти путеводную нить. Металл осколков имеет крупное зерно, а у образцов, отрезанных от доброкачественных стволов, зерно мелкое. Значит, дело не в химическом составе металла. Причины разрывов скрыты в особенности его строения, структуры.

Молодой исследователь пытливо изучает весь путь металла — от сталеплавильной печи до готового ствола. Чернов проковывает образцы, нагретые до разных температур, и убеждается: в одних условиях металл приобретает желанное мелкозернистое строение, в других становится крупнозернистым, что и делает его менее прочным.

Двигаясь шаг за шагом, ученый находит наивыгоднейший режим нагрева слитков перед ковкой, наилучшие условия самой ковки.

Завод перестал выпускать негодные пушки. Больше того, Чернов так глубоко проник в тайны образования структуры металла, что возрождал, делал годными для дальнейшей обработки даже ранее забракованные заготовки.

Умело подбирая режим температурной и механической обработки стволов, он добивался того, что крупнозернистая структура металла поковок сменялась более прочной, мелкозернистой.

Данное Черновым решение оказалось гораздо более важным, цем это представлялось вначале, в первых его беседах с Обуховым.

В 1868 году Чернов доложил Русскому техническому обществу о результатах своей работы на Обуховском заводе.

Этот доклад, скромно названный «Критический обзор статей г.г. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому предмету», в скором времени б^л опубликован в «Записках» общества, а затем перепечатан многими иностранными журналами.

Идеи, раскрытые русским ученым в докладе, совершили настоящий переворот в металлургии. На свет появилась новая наука!

12 Рассказы

Все, что было известно о тепловой и механической обработке ста-, ли до Чернова, представляло собой собрание множества отдельных практических рецептов и сведений, накопленных металлургами за многие века. Рядом с действительно драгоценными, надежными, проверенными долголетним опытом сведениями о стали можно было встретить и ложные, порой полуфантасти-ческие представления о сути явлений, происходящих при получении стали и ее обработке.

И так же, как невозможно пользоваться коллекцией, подлинные экспонаты которой ссыпаны кучей вперемешку с поддельными, нельзя было в хаосе отрывочных и случайных знаний о тепловой обработке стали найти надежное руководство для практики. Металлурги, успешно справлявшиеся с простыми заказами, нередко заходили в тупик, когда надо было получать металл каких-либо особых качеств и свойств. А в годы Чернова запросы потребителей металла становились с каждым днем все разностороннее и сложнее: в то время бурно росло машиностроение, быстро развивался железнодорожный и водный транспорт.

Без науки о стали немыслимо было движение вперед всей этой машинной техники. Но чтобы создать такую науку, надо было разобраться в накопленных за века знаниях, отбросить неверные представления, упорядочить, привести в систему правильные.

Сделать это можно было, только проникнув в самую суть явлений, происходящих в металле при различных способах его обработки.

Дерзкую попытку вырвать у природы эти важные для человека тайны сделал, как мы знаем, Аносов. Он высказал замечательную мысль о связи качеств металла с его строением и указал способы изучения металлов. Но большего он сделать не мог. Слишком слабы были возможности тогдашней физики и химии.

Ко времени Чернова могущество этих наук неизмеримо возросло. Русский ученый умело применил их в своих исследованиях и раскрыл многие тайны металла.

О чем же говорил Чернов в своем докладе?

Он утверждал, что сталь при нагревании не остается неизменной, а претерпевает при определенных «критических» температурах структурные превращения. Они и влекут за собой изменения свойств стрли.

Поразительно, что в годы, когда еще и в помине не было рентгенографии, позволившей изучить атомно-молекулярное строение веществ, и в том числе металлов, Чернов связывал критические превращения в стали с изменением взаимного расположения молекул в кристаллах металла.

Дмитрий Константинович Чернов.

Микрошлифы одного и того же куска металла после различной обработки. Верхний — до ковки. Отчетливо видна хаотичность структуры металла. Второй и третий — после предварительной ковки. Нижний — после окончания ковки.

Повседневная практика руководимых Черновым обуховских металлургов еще задолго до открытия рентгенографии подтвердила мысли великого ученого. Чернов определил моменты, когда в стали происходят замечательные превращения, то есть нашел те самые «критические точки» а, Ъ, с, которые в наши дни известны металлургам всего мира как «точки Чернова».

«Сталь, как бы тверда она ни была, — сообщал он в своем докладе, — будучи нагрета ниже точки а, не принимает закалки, как быстро ее ни охлаждали; напротив, она становится значительно мягче и легче обрабатывается пилою». Это положение принесло металлургам научное понимание одного из самых важных процессов — закалки стали.

Пользуясь терминологией нашего времени, мы можем следующим образом представить себе процессы, протекающие в стали при нагревании.

Кристаллическая решетка железа, составляющего основу стали при обычной температуре, подобна кубу, в вершинах и в центре которого расположились атомы железа. При нагревании выше точки «&», при которой сталь приобретает темно-вишневый цвет, атомы в кубической ячейке меняют свое расположение. Теперь они занимают места в вершинах куба и центрах его граней.

Если металл после этого медленно охладить, то восстановится прежняя, кубоцентрированная кристаллическая решетка.

Но если охлаждение провести быстро, например окунуть раскаленный кусок стали в воду или в масло, атомы не успеют перестроиться. Они как бы застынут на своих местах. При цормальной температуре будут существовать кристаллы, свойственные раскаленному металлу.

В этом заключается секрет большей твердости закаленной стали. Очевидно, пока не произойдет нужной перестройки атомов с помощью нагревания, сталь, как бы близка ни была температура ее нагрева к точке а, не примет закалки.

Не менее важным оказалось для металлургии и значение точки Ь, открытой Черновым.

«Сталь, будучи нагрета ниже точки 6, не изменяет своей структуры... — заявил далее Чернов. —

Как только температура стали возвысилась до точки Ъу масса стали

Часть диаграммы состояния сплава Ьюе-лезоуглерод: справа — современный вид, слева — участки диаграммы,

определенные Черновым.

Структура стального слитка. Видны различные группы кристаллов, образовавшиеся в процессе затвердевания расплавленного металла. В верхней части слитка пустота — усадочная раковина.

быстро переходит из зернистого (или, вообще говоря, кристаллического) в аморфное (воскообразное) состояние». Говоря языком современных металлургов, в точке Ь происходит новая перестройка кристаллической решетки железа, приводящая к дроблению кристаллов металла на более мелкие.

Металл, имеющий мелкозернистое строение, обладает лучшими механическими свойствами. Поэтому нагреванием выше точки Ъ и последующим охлаждением можно добиться повышения качества металла. Этот широко используемый металлургами способ называется от-акигим.

При ковке так же важно знание этой критической точки. Ковку следует заканчивать при температуре точки Ь. Тогда, как писал Чернов, «...вместе с изменением куска в данную форму мы не дадим ему кристаллизоваться и по возможности приблизим структуру его к аморфной массе».

Говоря об аморфном состоянии металла, Чернов и здесь имеет в виду мелкокристаллическое строение.

Ученый-металлург блестяще иллюстрировал свой доклад фактами, рассказав собравшимся, что с тех пор, как на Обуховском заводе при обработке орудийных стволов начали руководствоваться его указаниями, разрывы стволов совершенно прекратились.

Открывая металлургии новые перспективы развития и совершенствования, основоположник науки о металлах закончил свой доклад пророческими словами:

«Что касается вообще до проводимых мною идей, то я уже получил упреки в том, что слишком смело высказываю свои выводы, но пусть же я покажусь еще смелее и выскажу окончательное заключение из своих наблюденией в следующих словах: вопрос о ковке стали при

движении его вперед не сойдет с того пути, на который мы его сегодня поставили».

Чернов определил, что у сталей с различным содержанием углерода различны и критические точки.

Он проследил изменения, происходящие в железных сплавах, содержащих разное количество углерода, и построил основы диаграммы состояния сплава железоуглерода.

Ныне эту диаграмму мы найдем в любом учебнике о металлах и увидим в любой лаборатории, которая хоть немного занимается черными металлами.

Но дорогой ценой заплатил новатор за свое великое открытие. Изучая раскаленные, ярко светящиеся образцы металла, Чернов безнадежно расстроил зрение. И тем не менее он не прекратил работы.

Открытия, сделанные Черновым, привлекли к себе внимание многих ученых, подхвативших и развивших его идеи.

Обширные исследования превращений в железе, стали и чугуне были проведены французским инженером Ф. Осмондом — одним из продолжателей Чернова.

Вооруженный термоэлектрическим пирометром — прибором, изобретенным французским ученым Ле Шателье, — Осмонд уточнил значение температур, при которых происходят превращения в железоуглеродистых срлавах. Французский исследователь определил микроскопическое строение отожженной и закаленной стали.

Прошло несколько лет с тех пор, как был опубликован труд о критических превращениях стали.

И снова Чернов докладывает Русскому техническому обществу. «Материалы для изучения бессемерования» — так названа была им работа, имевшая исключительно большое значение для металлургии.

В 1855 году англичанин Бессемер открыл новый способ передела чугуна в литую сталь.

Способ этот состоял в продувании сжатого воздуха сквозь толщу жидкого чугуна, налитого в огромную реторту — «бессемеровскую грушу». В кислороде воздуха, пронизывающего металл, происходило выгорание примеси чугуна, который превращался в сталь.

Изобретатель, однако, не смог придать открытому им способу нужное совершенство, и широко пользоваться в промышленности этим способом без значительных исправлений было невозможно.

Главная причина, заставлявшая металлургов вносить поправки в английское изобретение, крылась в неприспособленности процесса к переделу чугунов с различным составом примесей.

В мире нет в точности одинаковых руд. Поэтому одни чугуны богаче кремнием и марганцем, а другие беднее. Это и принудило металлургов разных стран переделывать способ Бессемера на свой лад.

На Обуховском заводе под руководством Чернова было разработано свое бессемерование. Об этом и докладывал Чернов.

Однако он не ограничился приспособлением метода Бессемера для русской металлургии. Чернов научно раскрыл сущность бессемерования, показал, что этот процесс распадается на четыре периода, дал признаки начала и конца каждого из них. Ученый разработал теоретически обоснованный режим сталеварения. В этом труде металлурга сталевары всего мира нашли прочную основу для успешной практики.

С проблемой сталеварения связан и другой замечательный научный труд Чернова — теория затвердевания, кристаллизация стальных слитков.

Рождению этой теории предшествовали тревожные годы в металлургии. Во всех странах металлурги были озабочены низким качеством стали, выплавляемой только что распространившимися бессемеровскими и мартеновскими печами. Сталь получалась неоднородной, рыхлой,1 пузырчатой. Огромные усадочные раковины и пустоты в толще слитков делали их непригодными для дальнейшей обработки.

Еще больше беспокоило сталеваров то обстоятельство, что с увеличением веса отливок росли и дефекты в них.

Напрасными оставались все попытки устранить эти пороки. Не помогали ни перестройки печей, ни другие ухищрения. Казалось, на пути сталеваров встала сама природа металла.

Своими трудами Чернов вывел металлургов из тупика.

Чернов показал, что причины низкого качества стальных слитков следует искать не в недостатках печей, а в неправильной разливке жидкой стали, в неправильном режиме ее затвердевания.

Он учил, что разливка стали не механическая операция, а сложный и важный для качества стали металлургический процесс.

Лишенный возможности непосредственно наблюдать и изучать ёо всех деталях кристаллизацию расплавленной стали, ученый прибегнул к своеобразному моделированию.

Знаменитый «кристалл Чернова».

Он тщательно, во всех деталях, лабораторно исследовал этот процесс на примере кристаллизации различных солей.

Схему затвердевания, режим охлаждения, найденные таким образом, он приложил затем к металлу. И практика показала абсолютную правильность пути, по которому шел гениальный русский ученый.

Предложенный Черновым метод разливки металла до сего дня служит надежнейшим средством получения металла высшего качества.

Затвердевание, по теории Чернова, начинается с появления так называемых центров кристаллизации, из которых затем выбрасываются оси будущих кристаллов. Раньше всего рождаются кристаллы там, где металл соприкасается с охлаждающими его стенками изложницы.

Другими словами, жидкий металл покрывается тонкой коркой. Это замедляет остывание, и кристаллы, образовавшиеся позднее, получаются больших размеров. Они теснят друг друга, переплетаются и искривляются.

Но сверху слитка, в пустой полости, образовавшейся из-за сокращения объема металла, — в усадочной раковине — иногда вырастают огромные кристаллы правильной формы.

Чернову, собиравшему коллекцию таких свободно выросших кристаллов, посчастливилось найти в усадочной раковине стотонной отливки замечательный стальной кристалл весом в 3,45 килограмма. Изображение этого кристалла, известного под именем «кристалла Чернова», можно встретить почти в каждой и русской и иностранной книге, посвященной металлографии.

Научное наследие Д. К. Чернова включает еще ряд исследований труднейших вопросов металлургии. Он определял и изучал напряжения, возникающие при остывании слитков, при ковке, в стволах артиллерийских орудий. Это исследование и поныне служит отправным моментом для всех проектировщиков пушечных стволов.

Значение новаторской деятельности Д. К. Чернова неисчерпаемо. Глубокий ум, исключительная наблюдательность, умение проникнуть в суть явлений, направленные стремлением принести как можно больше пользы родине, дали ему возможность блестяще решить важнейшие проблемы металлургии.

Труды Чернова нашли заслуженное признание.

«Дар наблюдательности, проникновенность в анализ явлений, широта -обобщений — отличительные черты трудов Чернова, черты, изобличающие в нем ум необыкновенный», — писал о Чернове французский ученый-'металлург Монгольфье.

* н* *

Замечательный вклад в сокровищницу отечественной металлургии внёс Михаил Константинович Курако (1872—1920) — человек, которого по праву можно назвать великим доменщиком.

Прекрасное знание сложнейшего доменного процесса, редкое умение управлять работой огромных печей, подлинная чудесная способность «йсцелять» домны — характерные черты Курако как инженера.

Став в 1903 году начальником доменного цеха Краматорского завода, Курако начинает и свою плодотворную конструкторскую деятельность. Он прославился созданием оригинальных устройств и механизмов

доменной печи Все южные заводы тех времен, а также и наши советские домны оборудованы фурмами, горнами, желобами и холодильниками конструкции Курако.

Курако изобрел колошниковый прибор, позволивший правильно распределять загружаемые в печи материалы — руду, топливо и флюсы. За границей же автором этого прибора несправедливо называют американца Макки.

Первым из металлургов Курако доказал преимущества домен с широким горном. Им был составлен проект автоматизированной домны, осуществить который ему в условиях царской России не удалось.

Курако много сил и энергии вложил в создание отечественных высококвалифицированных кадров доменщиков. Его учениками являются многие из выдающихся советских металлургов.

Михаил Константинович Курако.

Дело, начатое Аносовым и Черновым, было продолжено их учениками и последователями.

В 1876 году вышла в свет первая работа выдающегося металлурга Альфонса Александровича Ржешотарского (1847— 1904), творчество которого было связано с тем же Обуховским заводом, где работал Д К. Чернов.

Ржешстарский основал первую микрофотографическую лабораторию, послужившую прообразом подобных лабораторий, которые стали появляться затем на многих русских и заграничных заводах.

Важнейшим достижением металлургии явилось налаженное Ржешо-тарским на заводе научное исследование микроструктуры стали и процесса ее закалки в соответствии с черновской теорией.

Ученый немедленно прилагал свои открытия к практике завода. В результате завод давал металл замечательно высокого качества.

В 1898 году Ржешотарский обобщил результаты работы лаборатории и издал научный труд и атлас «Микроскопические исследования железа, стали и чугуна». Об этой работе академик А. А. Байков писал впоследствии: «Можно смело сказать, что не только в нашей, но и в европейской литературе нет другого труда, столь полного исследования этого вопроса и притом примененного непосредственно к практическим целям, и в этом отношении исследование это навсегда остается классическим».

Теоретическую металлургию развивали и гениальный ученый-кристаллограф Евграф Степанович Федоров и создатель физико-химического анализа академик Николай Семенович Курнаков.

Вся многолетняя творческая жизнь Федорова была посвящена изучению кристаллов. Автор 480 научных трудов, Федоров особенное

внимание уделял геометрической кристаллографии — науке, изучающей формы кристаллических решеток и законы их построения. Геометрическая кристаллография Федорова, наука, основанная им, дала надежный ключ к познанию структуры кристаллов, а вместе с тем структуры и свойств вообще всех твердых тел.

Родоначальник и другой науки — кристаллохимического анализа, Федоров своими трудами неизмеримо расширил и углубил наше понимание молекулярного и атомного строения вещества. Его открытия имели решающее значение для развития множества специальных наук.

Академик Н. С. Курнаков посвятил свою плодотворную деятельность изучению влияния химического состава вещества на его физические свойства. Его труды оставили яркий след в истории металлургии.

Современные исследователи, инженеры-производственники и инженеры-конструкторы повседневно сталкиваются с необходимостью определить те или иные свойства металлов и сплавов. Помогают им десятки диаграмм, составленных академиком Курнаковым. Диаграммы рассказывают инженеру о твердости, вязкости, плотности, упругости, электропроводности и других физических свойствах сплавов.

Богатейшее научное наследие Курнакова и работы его учеников завоевали русской физико-химической науке мировое признание.

Большой вклад в металлургию внес и Д. И. Менделеев. Великий ученый был страстным поборником индустриального прогресса родины. Две стороны деятельности Менделеева взаимно связаны. «... Науки, так сказать, дружат с промышленностью, и они совокупными усилиями хлопочут, как могут, об «общенародном благе», — писал сам Менделеев.

Примером хлопот ученого об «общенародном благе» может служить замечательный прогноз развития металлургии. Этот прогноз он выдвинул в связи со своим другим предначертанием будущего техники — проблемой подземной газификации углей. (Подробней об этой работе Менделеева мы будем говорить в главе «Науки о земле».)

Рисуя грандиознейшие перемены, которые принесет всей промышленности подземная газификация углей, Менделеев писал, что «можно было бы этим способом сделать много промышленных, особенно металлургических дел». «Я полагаю, — провозглашал он, — что придет со временем опять пора искать способов прямого получения железа и стали из руд, обходя чугун».

Свет русского гения озарил будущее двух важнейших отраслей промышленности — угледобывающей и металлургической.

Но ни угледобывающая, ни металлургическая промышленность не смогли в то время отказаться от старых методов работы, двинуться по новому, указанному Менделеевым пути.

Только советской социалистической промышленности оказались по плечу и прямое восстановление руд и подземная газификация угля.

Уже заложены и действуют шахты без шахтеров, отдающие нам высококалорийное топливо и ценнейшее химическое сырье в виде газа.

На очереди осуществление гениального предвидения Менделеева о получении стали и железа прямо из руд.

❖ ❖ *

Огромный исторический путь прошла металлургия от примитивных сыродутных горнов до мощных доменных и мартеновских печей.

Великая Октябрьская социалистическая революция, направившая все силы науки и техники на службу народу, позволила далеко вперед продвинуть и научную и прикладную металлургию.

В условиях социалистического планового хозяйства металлургия имеет все возможности для своего расцвета. Мы уверенно планируем будущее нашей могучей металлургии, крепнущей с каждым годом.

В нашей стране выросла новая, технически высокосовершенная, мощная металлургическая промышленность. Наука о металле получила прочную опору во вновь созданных научно-исследовательских институтах и лабораториях. Труды советских ученых-металлургов М. А. Павлова, И. П. Бардина, А. А. Байкова, Н. Т. Гудцова, А. А. Бочвара и десятков их учеников и последователей прокладывают новые путй в науке о металле.

Трудясь на благо Родины, советские металлурги — доменщики, сталевары, прокатчики — добиваются невиданной производительности агрегатов.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957