Русские металлурги. Часть V

«Рассказы о русском первенстве» — читайте интересные статьи из этой книги, с продолжениями! Вы узнаете о реальном вкладе русских ученых и изобретателей в развитие мировой науки и техники.

В историю металлургии русские люди вписали множество ярких страниц. Первое их знакомство с металлом произошло еще в глубокой древности. О выдающемся мастерстве русских литейщиков свидетельствуют современные им документы.

Изобретение  другого металлурга — златоустовского мастера Василия Степановича Пятова, относящееся к этому же времени и крайне важное для русского флота, было изменнически передано иностранным капиталистам.

В 1859 году Пятов разработал способ прокатки броневых плит. До этого времени такие плиты изготавливались ковкой паровыми молотами,  что было делом долгим. Пятовский проект появился в пору, когда на всех верфях мира рождался броненосный флот.

Пятов воплотил  свою идею, построив стан для прокатки толстых стальных листов. Он обратился в морское министерство, написав в прошении:  «…прошу допустить меня выполнить свой проект на счет правительства на одном из казенных заводов. Помимо технических преимуществ… представлялись бы миллионные сбережения для нашего государства».

Комиссия и великий князь, к которому также обратился Пятов, обещали «проверить» правильность проекта и «узнать мнение» о нем иностранных промышленников.

Вскоре великий князь посетил Англию, где рассказал об изобретении русского мастера тамошнему заводчику Брауну. Браун, мгновенно оценивший огромное значение изобретения, сделанного русским металлургом, легко уверил собеседника, что русскому проекту — грош цена, что все это будто бы и сложно и дорого. А через год в городе Шеффитльде в Англии заработал первый прокатный стан, из-под валов которого выползали толстые стальные плиты. Изобретателем стана был… Браун.

После того как идея прокатки брони была украдена англичанином, морское министерство за громадные деньги купило у него право использовать на русских заводах русское же изобретение!

Возмущение самого Пятова и других людей, знавших историю его изобретения, ни к чему, конечно, не привело.

В Петербурге по последнему слову тогдашней техники был построен сталепушечный завод, во главе которого встал П.М.Обухов. Прекрасными знатоками своего дела были рабочие завода, по большей части 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 обуховскои стали.

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

В правительственных кругах тем временем кое-кто уже злорадствовал: «Не могут в России делать стальные пушки; пора закрывать завод».

Обухов  пригласил к себе на завод Дмитрия Константиновича Чернова — молодого ученого, успевшего показать себя сведущим в металлургии человеком. Ему было поручено поиски причины разрывов стволов.

Дни и ночи Чернов проводит на заводском полигоне. Сравнение металла разорвавшихся стволов с металлом, из которого получились отличные стволы, дает ему путеводную нить. Металл осколков имеет крупное зерно, образцы, отрезанные от доброкачественных стволов, — мелкое зерно. Получается, что дело не в химическом составе металла. Причины разрывов скрыты в особенностях его структуры.

Исследователь, детально изучая весь путь металла от сталеплавильной печи до готового ствола, находит место, где металл подвергается обработке, определяющей его строение. Это кузница. Чернов проковывает образцы, нагретые до разных температур, и убеждается, что в одних условиях металл приобретает желанное мелкозернистое строение, в других — крупнозернистое, что делает его менее прочным.

Постепенно  ученый находит правильный  режим нагрева слитков перед ковкой, наилучшие условия самой ковки. Завод перестал выпускать негодные пушки. Чернов так глубоко проник в тайны образования структуры металла, что делал годными к дальнейшей обработке даже ранее забракованные заготовки.

Целая наука появилась на свет, когда в 1868 году Чернов доложил Русскому техническому обществу о результатах своей двухлетней работы на Обуховском заводе.

Идеи, раскрытые русским ученым в докладе «Критический обзор старей г. г. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому предмету», совершили настоящий переворот в металлургии.

Все, что было известно о стали до Чернова, представляло собой собрание множества отдельных практических рецептов и сведений, накопленных металлургами за многие века. Здесь рядом с действительно надежными и проверенными долголетним опытом сведениями о стали можно было встретить и ложные представления о сути явлений, происходящих при получении стали и ее обработке.

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.

Ещё Аносов  высказывал мысль о связи качества металла с его строением и указывал способы изучения металлов. Но большего он сделать не мог. Тому мешали слабые 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.

В своем докладе Чернов утверждал, что сталь при нагревании не остается неизменной, а претерпевает при определенных «критических» температурах структурные превращения. Они и влекут за собой изменения свойств стали.

Черновым были найдены «критические точки», которые в паши дни известны металлургам всего мира как «точки Чернова». Великий металлург объяснил значение этих точек: «Сталь, как бы тверда она ни была, будучи нагрета ниже точки «а», не примет закалки, как бы быстро ее ни охлаждали, напротив, она становится значительно мягче и легче обрабатывается пилой». Это положение принесло металлургам научное понимание одного из самых важных процессов закалки стали.

«Сталь, нагретая ниже точки «b», не изменяет своей структуры…— заявил далее Чернов. — Как только температура стали возвысилась до точки «b», масса стали быстро переходит из зернистого (или кристаллического) в аморфное (воскообразное) состояние». Так впервые было объяснено, почему, нагревая сталь до некоторой температуры и затем, охлаждая ее, можно придать ей более высокие механические качества, так впервые был раскрыт секрет термической обработки стали. Знание этой критической точки оказалось не менее важным и при ковке стали.

Западу понадобилось 20 лет, чтобы понять всю грандиозность открытия Чернова. Лишь в 1888 году швед Осмонд первым из ученых Европы принялся за изучение критических превращений стали.

Величайшая заслуга Чернова состоит еще и в том, что он не ограничился изучением одних лишь орудийных сталей, а распространил свое учение о критических превращениях на все многообразие сортов стали.

Чернов определил, что у сталей с различным содержанием углерода различны и критические точки. Он проследил все критические изменения, происходящие в железных сплавах, содержащих разное количество углерода, и построил диаграмму состоянии сплавов железо-углерод.

Прошло десять лет с тех пор, как был опубликован труд о критических превращениях стали. Чернов докладывает Русскому техническому обществу работу под названием. «Материалы для изучения бессемерования». Эта работа имела большое значение и для русской и для мировой металлургии.

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

Используя этот способ, сквозь толщу жидкого чугуна, налитого в огромную реторту — «бессемеровскую грушу», продували  сжатый воздух. Обилие кислорода и высокая температура, при которой проходил процесс, приводили к тому, что выгорание примесей проходило очень быстро. Только опытные металлурги могли управлять такой плавкой.

Из рук изобретателя этот способ вышел весьма несовершенным, и широко пользоваться им без значительных исправлений было невозможно.

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

Давая удовлетворительные результаты при работе с чугуном одного качества, «бессемеровская груша» неизменно портила металл, если в нее заливали чугун, выплавленный из других руд, а значит, содержащий другой «набор» примесей.

Это и принудило металлургов разных стран переделывать способ Бессемера на свой лад. Сделала свой вклад и Россия. На Обуховском заводе под руководством Чернова был разработан свой способ бессемерования.

Об этом и докладывал Чернов. Изучая доклад Чернова, можно видеть, что русский металлург не ограничился тем, что приспособил метод Бессемера для русских условий. Чернов научно разработал сущность процесса, происходящего при бессемеровании, показал, что он распадается на четыре периода, дал признаки начала и конца каждого из них и указал теоретически обоснованный режим сталеварения.

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

Рождению этой теории предшествовала озабоченность металлургов всех стран низким качеством стали, выплавляемой только что распространившимися бессемеровскими и мартеновскими печами.

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

Гений Чернова 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 первым в мире установил, что сталь и металлы вообще имеют кристаллическое строение и что процесс затвердевания металла — это процесс кристаллизации.

Теория кристаллизации металлов, столь важная для металлургической практики, создана русским ученым. Но этот совершенно бесспорный факт на Западе пытаются оспаривать. Зарубежного ученого Таммана, выступившего со своей теорией кристаллизации (полностью схожей с теорией Чернова) через 12 лет, буржуазная история техники считает обладателем приоритета в этой области.

С исследованиями процессов кристаллизации связано также инженерное изобретение Чернова. Раскрыв тайну рождения кристаллов в слитках, выдающийся ученый немедленно применил свою теорию на практике. Он предложил новый способ получения слитков — во вращающихся изложницах. По мысли Чернова центробежные силы отбросят народившиеся в центре слитка кристаллы к его периферии, откуда и пойдет весь процесс затвердевания металла, принимая более стройный, упорядоченный характер.

Научное наследие «отца металлографии» включает в себя еще целый ряд исследований труднейших вопросов металлургии. Чернов плодотворно работал над определением напряжений, возникающих при остывании слитков, при ковке, при расстреле артиллерийских орудий.

Значение новаторской деятельности Чернова неисчерпаемо. Его глубокий ум, исключительная наблюдательность, умение проникнуть в суть явлений дали ему возможность блестяще решить важнейшие проблемы металлургии.

Дело, начатое Аносовым и Черновым, нашло своего продолжателя в лице гениального ученого-кристаллографа Евграфа Степановича Федорова и создателя физико-химического анализа академика Н. С. Курнакова.

Вся творческая жизнь Федорова была посвящена изучению кристаллов. Автор 398 научных работ, среди которых многие посвящены и геологии, Федоров больше всего уделял внимание геометрической кристаллографии.

Геометрическая кристаллография Федорова, наука, основанная им и вышедшая из его рук изумительно стройной и математически совершенной — ключ к познанию структуры кристаллов, структуры, а вместе с тем и свойств вообще всех твердых тел.

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

Яркий след в истории металлургии оставил и академик Н. С. Курнаков, посвятивший свою деятельность изучению влияния химического состава вещества на его физические свойства.

Современные исследователи, инженеры-производственники, инженеры-конструкторы в своей повседневной работе сталкиваются с необходимостью определить важные для них свойства того или иного металла и сплава.

На помощь им приходят десятки диаграмм, составленных академиком Курнаковым для множества сплавов. Диаграммы Курнакова рассказывают инженеру о твердости, вязкости, плотности, упругости, электропроводности и других свойствах сплавов.

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

Источник: Болховитинов В. и др. Рассказы о русском первенстве. Москва: Изд-во ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1950. 424 с. С.156-164.