Глава 10Пушки, кристаллы, соляные промыслы и скрипки профессора Чернова
Считаю своим долгом открыто и публично заявить в присутствии стольких знатоков и специалистов, что наши заводы и всё сталелитейное дело настоящим своим развитием и успехами обязано… трудам и исследованиям русского инженера Чернова, и приглашаю вас выразить ему нашу искреннюю признательность и благодарность от имени всей металлургической промышленности!
Чернов был провозвестником и главой новой школы; его… труды послужили фундаментом для последующего удивительного прогресса в области металлургии стали, для которой вторжение науки оказалось поистине революционным… Столь прекрасная жизнь, получившая мировую оценку, делает великую честь России.,,,,
1.В начале 1860-х годов все три новых сталепушечных производства, организованных в России, столкнулись с одной и той же проблемой – невозможностью обеспечения стабильного качества производимых орудийных отливок, особенно крупных. Первые научные исследования закономерностей и механизма процесса затвердевания стали были предприняты в 1866-1868 гг. на Князе-Михайловской фабрике Лавровым и Калакуцким. Эти исследования показали, что в крупных отливках наблюдается существенное различие в химическом составе стали по объёму.
2.Несмотря на то, что для изготовления пушек применялась литая сталь, обработка её производилась по схеме, используемой при работе с железом. Ключевую роль в этом процессе играла ковка. Для железа, получаемого различными способами в виде крицы – пропитанной шлаком губчатой массы, такой подход был вполне оправдан. Ковка позволяла «выжать» из крицы шлак и максимально сблизить и сварить между собой частицы железа, получив плотную металлическую заготовку, ковкой (или прокаткой) при нагреве соединялись между собой и отдельные части крупных изделий.
3.Такой же способ обработки, по аналогии, первоначально применялся и к литой стали, поскольку с ней работали те же мастера, что до этого с успехом обрабатывали железные крицы. Однако в случае со слитками литой стали, ввиду изначальной «сплошности» материала, проковка оказывалась гораздо менее эффективной – реальная польза от неё состояла лишь в заваривании части пузырей, образующихся в стальных слитках при застывании из-за выделения растворённых газов. Выделение газов, ликвация и усадка были принципиально новыми проблемами, с которыми до этого сталкивались при литье бронзы и чугуна, но не при работе с железом и сталью.
4.Наиболее сложной проблемой было отсутствие знания правильных режимов нагрева и охлаждения крупных стальных изделий. Нагрев заготовки считался лишь способом размягчить металл для дальнейшей ковки. Например, в случае остановки парового молота (а такое случалось довольно часто) заготовку помещали в печь при довольно высокой температуре, чтобы позднее продолжить ковку. В результате из-за увеличения размеров зёрен – кристаллов структурных составляющих стали (перегрев) и окисления их поверхности (пережог), резко снижалась прочность заготовки вплоть до последующего её разрушения при возобновлении ковки. Не проводился и отпуск – это тем более удивительно, что при производстве стального холодного орудия на Златоустовской оружейной фабрике эта операция была обязательной. В итоге, во второй половине 1860-х годов каждое шестое златоустовское орудие разрывалось при первых выстрелах, а каждое третье – при продолжительной стрельбе.
5.Поскольку теория процессов происходящих в стали при её термомеханической обработке практически отсутствовала, при производстве орудийных отливок оставалось полагаться только на накопленный опыт, однако при изменении условий, например, при увеличении массы орудия и, как следствие, отливки, приходилось сталкиваться с новыми проблемами.
6.Для решения «проблемы века» было необходимо собрать разрозненные факты и создать общую картину формирования внутренней структуры литой стали. Прорыв с открытием фундаментальных закономерностей удалось совершить Дмитрию Константиновичу Чернову.
Почему это актуально?
7.В современной российской высшей технической школе ярко выражена тенденция к уменьшению доли гуманитарных учебных дисциплин и переносу специальных предметов, необходимых для овладения профессиональными навыками, на старшие курсы. Данная тенденция идет вразрез с мировыми трендами, но может быть, она имеет национальные корни? Опыт выдающегося русского металлурга Дмитрия Константиновича Чернова, получившего мировое признание при жизни, свидетельствует о том, что для достижения результатов в фундаментальной науке необходимо широкое разностороннее образование. Кстати, Дмитрий Константинович был сторонником преподавания базовой специальности – металлургии начиная с первого семестра обучения студентов, и сам охотно преподавал первокурсникам.
Образование
8.Дмитрий Константинович Чернов родился в Санкт-Петербурге 1 ноября (20 октября) 1839 г. в семье фельдшера Монетного двора Константина Федотовича Чернова. В 1849 г. Дмитрий и его старший брат Михаил вместе поступили в Введенское уездное училище, а спустя два года скончался их отец.
9.В 1852 г. братья, также вместе, поступили в Санкт-Петербургский практический технологический институт – любимое детище министра финансов Егора Канкрина. Основан Технологический институт был в 1828 г. «чтобы приготовить людей, имеющих достаточные теоретические и практические познания для управления фабриками или отдельными частями оных». Институт имел в своём составе Горную техническую школу, где и учились Черновы. Братья были пансионерами (стипендиатами) и в течение пяти лет после выпуска не имели права выбора места службы. Поэтому в 1858 г. институтское руководство самостоятельно решило вопрос об их распределении. Михаил был направлен на алтайские горные заводы (через пять лет он скончался), а Дмитрий был определён на Санкт-Петербургский монетный двор.
10.На Монетном дворе Чернов проработал около полутора лет. Инспектор классов Технологического института Евгений Андреев – знаменитый педагог и публицист, будущий учредитель и почётный член Императорского Русского технического общества (ИРТО), высоко ценивший Дмитрия, приложил все усилия, чтобы вернуть его в стены Технологического института. В октябре 1859 г. он подал ректору вуза Илье Петровичу Чайковскому рапорт о целесообразности службы Чернова в институте. Чернов был «прикомандирован к Технологическому институту для занятий по составлению систематического каталога машинам, хранящимся в техническом музеуме, а также для преподавания черчения». Помимо преподавательской работы Чернов продолжал своё образование и в качестве вольнослушателя прошел курс физико-математического факультета Петербургского университета.
Увлечения
11.В период работы в Технологическом институте Дмитрий Чернов приобрёл увлечения, которые сопутствовали ему всю жизнь. Это были музыка и воздухоплавание, причём к обоим он подходил с научной точки зрения.
12.Обладая великолепными музыкальными способностями, Чернов участвовал в институтском хоре, а затем увлёкся игрой на скрипке. При этом почти сразу же занялся совершенствованием конструкции инструмента. Впоследствии, уже в зрелом возрасте, он добился выдающихся успехов в деле конструирования и изготовления скрипок.
13.Изучением подъёмной силы винта Чернов занимался вместе с однокашником по институту Петром Киреевым. Первой научной работой, которую Чернов опубликовал в 1863 г., стала статья «Винт», написанная в соавторстве с Киреевым.
14.Именно благодаря Петру Кирееву Дмитрий Чернов попал на Обуховский завод. После института Киреев был распределён на Златоустовские горные заводы, где познакомился с Павлом Матвеевичем Обуховым. После того, как Киреев из-за болезни он был возвращён в Санкт-Петербург, он смог воспользоваться знакомством с Обуховым и поступить на только что организованный Обуховский завод.
Обуховский завод
15.27 марта 1863 г. пятилетний срок обязательной службы закончился, и Дмитрий Константинович Чернов получил диплом, паспорт и звание инженера-технолога. Сразу же подав прошение об освобождении от преподавания черчения, он ещё три года проработал в должности помощника хранителя музея и библиотекаря, а 1 мая 1866 г. уволился из института и по рекомендации Киреева был принят на Обуховский завод на должность техника молотового цеха.
16.Уже к концу года молодой техник полностью освоился на предприятии. 30 января 1867 г. он был зачислен на службу по Морскому министерству. Вскоре Чернов впервые выступил на заседании ИРТО (созданного в мае 1866 г.) с докладом «О выделке стальных осей для подвижного состава железных дорог». В том же году он был командирован на Всемирную выставку в Париж, где заказал новейший микроскоп Гартнака.
17.Сверхзадача для молодого специалистаКак раз в это время было сделано официальное заключение о ненадёжности стальных орудий и одной из задач, поставленных перед начинающим специалистом, стало выяснение причин их брака.
18.Чернов провёл химический анализ состава металла годных и бракованных пушек. Металл, выплавляемый под личным контролем Обухова, имел отличное качество. Лишь небольшая часть орудий браковалась из-за раковин, пузырей и тому подобных дефектов. Однако при этом некоторые пушки без малейших повреждений выдерживали тысячи выстрелов, в том числе увеличенными зарядами, в то время как другие пушки разрывались при малейшем увеличении заряда. По этому поводу Чернов писал: «Генерал Обухов умел хорошо лить тигельную сталь, но обрабатывать её не умел. Мне пришлось заняться этим вопросом единолично, так как идеи ген. Обухова были недостаточно ясны и неверны, а помощники были полуобразованные мастера, которые с большим недоверием относились к моим распоряжениям».
Внутренний процесс
19.В чём же заключалась идея, высказанная Черновым? Была она довольно простой и даже удивительно, что за то время когда завод испытывал проблемы, никто не пытался двигаться в этом направлении. Вероятно, это было обусловлено тем, что в заводских условиях большое значение придавалось регламенту, технологии, которая априори считалась верной и отступление от которой считалось главной причиной брака. Чернов же, представитель «чистой» науки, человек, абсолютно не заводской и свободный благодаря этому от шаблонов, существенно расширил поле исследований. Успеху способствовали его широкий кругозор и феноменальная наблюдательность.
20.Изучая с помощью лупы изломы бракованных пушек и качественных орудий, намеренно доведённых до разрыва, Чернов обнаружил, что их металл существенно различается по структуре – изломы качественных орудий были мелкозернистыми, бракованные орудия характеризовались крупнозернистым изломом. То, что мелкозернистый металл является более прочным, было хорошо известно (например, на той же Златоустовской оружейной фабрике сталь сортировалась по виду излома), однако размер зерна считали зависящим от ковки – якобы при хорошей ковке зерно подвергается дроблению.
21.Чернов сделал ещё одно важное наблюдение: он обнаружил, что при частичном нагреве болванки перед ковкой (если например, ковался только один конец, и болванка помещалась в печь не целиком) на её поверхности появляется матовая лентообразная область. Заинтересовавшись этим эффектом, Чернов установил, что лента появляется на пограничной области между нагретой и холодной частью. При повторном нагреве лента пропадала.
22.Вывод мог быть только один – при некоторой определённой температуре в стали происходит некий внутренний процесс.
Наблюдения и выводы
23.Для того чтобы ответить на вопрос о роли ковки в формировании структуры стали, Чернов провёл следующий эксперимент: он проковал стальную болванку в двух частях с разной интенсивностью, а третью часть оставил нетронутой. Проведённое изучение структуры металла, в том числе с помощью микроскопа, показало, что она совершенно идентична во всех трёх областях.
24.Еще одно наблюдение, окончательно определившее направление исследований Чернова, было сделано случайно. При исследовании влияния степени нагрева стали на её закалку, Чернов хотел нагреть заготовку до тёмно-красного цвета. Однако мастер, осуществлявший нагрев, случайно нагрел болванку до светло-красного цвета. Подождав, пока заготовка остынет до необходимой температуры, Чернов погрузил её в воду, однако с удивлением обнаружил, что углеродистая сталь, которая обычно хорошо принимала закалку, на этот раз осталась мягкой.
25.Сделанные наблюдения послужили основой для дальнейших экспериментов, которые закончились выводами, совершенно изменившими представление о способах обработки литой стали и положившими начало новому научному направлению. Выводы эти были следующие:
- ковка не меняет микро- и макроструктуру литой стали и не повышает её плотность.
- структура (и, как следствие, свойства) стали зависит от температуры, до которой нагрет металл и от скорости его охлаждения.
- у стали существуют характерные температурные точки, в которых происходит резкое изменение её свойств. Принимать закалку сталь может только при нагреве выше точки, обозначенной Черновым буквой a. При нагреве выше точки b происходит превращение зернистой структуры в мелкокристаллическую, воскообразную (Чернов назвал её «аморфной»). В точке с происходит плавление.
- точки а, b и с не имеют постоянного места на температурной шкале, а перемещаются по ней в зависимости от процентного содержания в стали углерода.
Научная технология
26.Поскольку «производственной» задачей исследователя было обеспечение качества производимых стальных орудий, Чернов подошёл к своему открытию с практической стороны. Точку а (тёмно-вишнёвое каление) он охарактеризовал как температуру, нагрев выше которой необходим для закалки стали, а точку b (красное неблестящее каление) как температуру, нагрев выше которой приводит к исправлению крупнозернистой структуры.
27.Полученные результаты позволили Чернову разработать новую технологию обработки пушечных болванок, уже не эмпирическую или умозрительную, а основанную на результатах научных опытов. Следуя ей, болванку нагревали до температуры выше точки b, после чего резко охлаждали до температуры, чуть более низкой, чем b, а затем медленно охлаждали «чтобы не осталось внутренних напряжений в металле». Целью такого подхода было сохранение «аморфного» состояния металла.
28.Для реализации нового способа на заводе была построена нагревательная печь и водоохлаждаемый резервуар с маслом. Подогретую болванку помещали в печь и доводили до красного каления. После этого её вынимали из печи и ненадолго, на полминуты, помещали в резервуар с маслом, чтобы быстро охладить ниже точки b. Затем болванку, имевшую тёмно-бурый цвет помещали в песок, где она окончательно остывала.
29.Зачем нужно было масло? При применении горячей воды образовывалось большое количество пара, который затруднял работу, а при использовании холодной воды, помимо пара существовала опасность охладить металл слишком быстро и закалить его, а, следовательно, получить хрупкую сталь. Позднее вместо масла часто использовали легкоплавкие металлы, чтобы случайно не допустить закалки орудийного ствола.
Фундаментальные закономерности
30.Обеспечение стабильного качества стальных орудий было делом огромной важности, однако это была лишь частная производственная задача. Сам Чернов упоминал о том, что один из его друзей, посетивший в это время Вулвичский арсенал, наблюдал там охлаждение в масле для придания стали большей вязкости. Гораздо более важной задачей было установление фундаментальных закономерностей изменения структуры стали.
31.Поэтому Чернов не только определил эти точки для разных сортов стали, но попытался объяснить происходящие в них процессы с точки зрения бытовавших тогда химических и физических представлений. Чернов применил для описания процесса кристаллизации, как сказали бы сейчас, метод подобия – он изучал кристаллизацию квасцов и по аналогии с ней пытался объяснить ход процесса кристаллизации стали.
32.По современным представлениям, точка а (обозначаемая теперь A1) соответствует температуре эвтектоидного превращения в стали. Точка b, как правило, соответствует температуре, обозначаемой теперь A3, при которой в процессе нагревания стали заканчивается растворение феррита в аустените. Поскольку в ряде случаев нагрев выше точки A3 не сопровождается измельчением крупнокристаллической структуры (это было установлено позже), отождествление точек b и A3 является неправильным. Точка d, которую Чернов определил в 1878 г., известна теперь как температура мартенситного превращения при закалке стали. Она обозначается обычно как Мн.
«На глаз»
33.Необходимо отметить, что поскольку термоэлектрический пирометр, давший начало масштабным исследованиям превращений в сталях, Анри Луи Ле-Шателье разработал только в 1886 г. (в ходе изучения процессов, протекающих в доменной печи), Чернову приходилось определять температуры стальных слитков «на глаз». И задача эта была далеко не простая – различие в оттенках стали с разным содержанием углерода в критических точках мог уловить только хорошо тренированный глаз. Задача усложнялась тем, что, если в точке a происходила достаточно заметная вспышка, то для определения «на глаз» точки b требовалась недюжинная наблюдательность.
34.Сам Дмитрий Константинович описывал этот процесс так: «Превращение в точке b действительно с внешней стороны ничем не проявляется, но оно сопровождается характерными признаками, которые могут быть наблюдаемы привычным и опытным глазом во время ковки стали. Таких признаков два: первый признак в том, что во время перехода стали через точку b поверхность её, нагретая до красного цвета каления, начинает как бы морщиться и лущиться. Это происходит оттого, что лёгкий слой окалины на поверхности металла начинает растрескиваться и отделяться от металла в виде мельчайших чешуек. Второй признак такой: хотя температура стали при переходе через точку b почти не меняется и болванка, подвергающаяся ковке, сохраняет свой красный цвет почти неизменным, всё же внешний вид поверхности её выше и ниже точки b не одинаков.
35.Это различие при известном навыке привычный глаз легко обнаруживает. Это различие можно сравнить с различием во внешнем виде белого мрамора и гипса. Когда вы бываете в музее, вы легко можете по одному взгляду различать мраморные и гипсовые статуи. И те и другие белого цвета, но мраморные статуи своеобразнее, они имеют как будто блестящий, маслянистый вид, тогда как у гипсовых статуй вид матовый, тусклый. Точно так же стальная болванка. Выше точки b она имеет накалённую, красную, как бы маслянистую, блестящую мраморовидную поверхность. Когда же она охладится ниже точки b, она сохраняет тот же красный цвет, но поверхность её тускнеет, утрачивает блеск и становится матовой, напоминающей вид гипсовых статуй».
Окончательное заключение
36.Полученные результаты Чернов доложил на заседаниях ИРТО в начале 1868 г. в своём знаменитом докладе «Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д.К. Чернова исследования по этому же предмету». Доклад этот произвёл двойственное впечатление на слушателей. С одной стороны, он был принят благожелательно, нельзя было отрицать достигнутых успехов – имелась показавшая свою эффективность технология. С другой стороны, выводы многим казались слишком смелыми, а в теоретической части небесспорными. Так, подытоживая обсуждение, известный учёный-артиллерист Аксель Гадолин сказал: «Те факты, которые сообщил нам теперь г. Чернов, особенно важны, они красноречиво сами за себя говорят. Но, по моему мнению, отвергая значение ковки, которая многими людьми и в течение веков почиталась средством, улучшающим качество стали, г. Чернов сделал слишком поспешное заключение».
37.В итоге Общество постановило создать комиссию для проведения дальнейших испытаний совместно с Черновым. Работа комиссии под председательством Гадолина (в комиссию входили так же авторитетные учёные Вышнеградский, Лавров, Калакуцкий, Чебышев) продолжались около двух лет, и полностью подтвердила результаты полученные Черновым.
38.В конце прений по своему докладу Дмитрий Константинович произнёс слова, ставшие в итоге пророческими: «Что касается вообще до проводимых мною идей, то я уже получил упрёки в том, что слишком смело высказываю свои выводы. Но пусть же я покажусь ещё смелее и выскажу окончательное заключение из своих наблюдений в следующих словах: вопрос о ковке стали при движении его вперед не сойдёт с того пути, на который мы его сегодня поставили».
Мировое признание
39.Достоянием мировой общественности доклад Чернова стал спустя почти 10 лет. В 1876 г. он был опубликован в британском журнале «Engineering», в 1877 г. – во французском «Engineer», а в июле того же года был прочитан на съезде Союза немецких металлургов в Берлине. На следующий год Дмитрий Константинович был приглашён в качестве международного эксперта на Всемирную выставку в Париж.
40.Выводы Чернова были подтверждены и развиты в 1880-1890-х годах видными зарубежными учёными Осмондом, Робертсом-Аустеном, Ледебуром, Мартенсом и другими, чему способствовало использование появившихся точных приборов для измерения высоких температур. Со знаменитым французским учёным Флорисом Осмондом (правильнее Осмоном – Osmond) Чернов вёл длительную научную дискуссию по поводу точки b. Дело в том, что Осмонд использовал термоэлектрический пирометр, определил точные температурные значения критических точек Чернова и в 1888 г. построил часть фазовой диаграммы «железо-углерод». Поэтому в итоге общепринятыми стали обозначения, данные Осмондом.
Бессемерование
41.Не только работа и научные исследования занимали Дмитрия Чернова, он находил время для занятий музыкой, посещения театра и оперы, занимался разведением цветов, читал в Инженерном замке организованные ИРТО научно-популярные лекции. В 1870 г. Чернов обвенчался с Александрой Николаевной Сахановой, подругой своей сестры. В начале 1874 г. у молодожёнов появился первенец Дмитрий, а незадолго до этого Чернов был назначен помощником начальника Обуховского завода по металлургии.
42.На этой должности он активно занялся освоением бессемеровского способа выплавки стали. О том, насколько серьёзно Чернов подошёл к этому вопросу даёт представление доклад «Материалы для изучения бессемерования», сделанный им в феврале 1876 г. на заседании ИРТО. Чернов приводил в своём докладе все известные на тот момент сведения о химизме и технологии процесса, дополняя их своими личными наблюдениями и заключениями, сделанными в ходе нескольких лет эксплуатации конвертера на Обуховском заводе. Доклад этот содержал исчерпывающую на тот момент информацию обо всех аспектах бессемеровского процесса и мог использоваться в качестве руководства или учебника.
«Кристалл Чернова»
43.2 декабря 1878 г. Дмитрий Константинович Чернов сделал свой второй фундаментальный исторический доклад под названием «Исследования, относящиеся до структуры литых стальных болванок», в котором подробно рассмотрел механизм образования в стальном слитке пузырей, усадочной раковины и осевой рыхлости. Особенно подробно был описан процесс роста кристаллов, их питания расплавом, взаимодействия друг с другом и влияния этих процессов на структуру получаемого слитка.
44.В докладе был представлен анализ известных способов борьбы с пузыристостью и другими дефектами стального слитка: ковки, прокатки, прессования жидкой стали и раскисления («химический путь»). Автор отдавал предпочтение раскислению, то есть химическому связыванию растворённого в стали кислорода, поскольку этот способ «преследует полное решение поставленной нами задачи и притом опирается на научные исследования».
45.Главную ценность этого доклада составляли результаты исследований роста кристаллов стали. Темой кристаллизации Чернов занимался всю жизнь, причём исследовал не только металлы, но и другие кристаллизующиеся вещества, от уже упомянутых квасцов до льда. Сохранились фотоснимки оконных узоров льда, один из которых, как указывает надпись, был сделан Черновым зимой 1915 г., когда ему шел 76-й год.
46.Чернов обладал обширной коллекцией различных кристаллов, поражавшей посетителей его кабинета. Отзыв одной из газет о его лекции про кристаллизации заканчивался словами: «Чернов наглядно на экране (он использовал диапозитивы) показал, что в процессе строения кристаллов, хотя и мёртвых тел, наблюдается такая же кипучая жизнь с её борьбой за существование, какая присуща растительному и животному миру».
47.Позднее, когда Дмитрий Константинович преподавал в Михайловской артиллерийской академии, зная о его страсти к кристаллам, его ученик, подполковник Берсенев, сделал Чернову поистине царский подарок. Это был великолепный, 39-сантиметровый древовидный кристалл (дендрит) стали, найденный Берсеневым в усадочной раковине 100-тонного слитка на одном из британских заводов, где он принимал партию орудий. Этот уникальный кристалл вошёл в учебники и историю под названием «кристалл Чернова» и стал своеобразным символом его теории кристаллизации стали.
«Сила обстоятельств»
48.После блестящих докладов мирового значения, в феврале 1880 г., Чернов вынужден был столкнуться с российской повседневностью, «уступить грубой силе обстоятельств и покинуть не только занятия на Обуховском заводе, но и вообще стальное дело».
49.Из сохранившейся переписки Чернова с механиком завода Гагенторном и начальником завода Колокольцовым следует, что Гагенторн в присутствии группы работников высмеял требование Чернова о более широком привлечении русских рабочих. Чернов писал Колокольцову: «Относительно односторонности моего мнения о найме иностранцев-рабочих г. Гагенторн может быть прав только с точки зрения очень узких интересов его мастерской; конечно, для мастера лучше взять слесаря-иностранца, умеющего, например, хорошо сделать шаблон, нежели трудиться учить русского рабочего, всегда будто бы небрежного. Но я не могу смотреть такими глазами уже потому, что должен действовать в духе правительства, которое поддерживает нашу промышленность и субсидиями, и таможенными пошлинами, и заказами, и издержками на высшее и низшее техническое образование только для того, чтобы нам быть независимыми от иностранцев, насадить производство на русской почве, русскими людьми. Мои симпатии всегда были на этой стороне, и потому я буду всегда действовать в этом смысле». Поскольку ответа от Колокольцова не последовало, оскорблённый Чернов потребовал своей отставки, тем более что и до этого у него возникали с начальником разногласия.
Благосостояние
50.Так как уход с Обуховского завода был для Чернова неожиданным, и возможных вариантов нового места работы у него не было, Чернов решил воспользоваться случаем и посетить Урал. Осмотрев около 20 казённых и частных заводов, а также рудники, он пришёл практически к тем же выводам, что и Менделеев, объехавший Урал почти двадцатью годами позже. Чернов увидел устаревшие, малоэффективные технологии, едва ли не полное отсутствие грамотных, образованных специалистов. Такую ситуацию он признавал совершенно ненормальной и писал по этому поводу следующее: «Имея железа в изобилии, мы можем и пахать глубоко, и солому снять с крыш, и лыком перестать вязать. Если железо есть орудие цивилизации, то дайте народу железо, культура его поднимется, а вместе с ней выиграет и железное производство страны».
51.Однако забота о судьбах страны, конечно, благородное дело, но более насущной была проблема обеспечения собственной семьи – к тому времени у Черновых было уже четверо детей. Идею о том, как решить эту проблему, Чернов почерпнул благодаря своей активной работе в ИРТО. В 1871 г. была заложена первая скважина для добычи соляного раствора близ города Бахмута Екатеринославской губернии (сейчас Артёмовск Донецкой области, Украина), показавшая наличие богатых запасов соли. Именно здесь, в котловине, когда-то бывшей дном древнего солёного моря, и решил добывать благосостояние Дмитрий Чернов.
52.Вложив все свои небольшие сбережения, Чернов организовал геологоразведочные работы, которые заняли два лета и в итоге увенчались успехом – крупные залежи соли были обнаружены у станции Ступки. Поскольку отечественных инвесторов найти не удалось, Чернов продал права на месторождение «Голландскому обществу для разработки каменной соли в России». Голландцы вскоре построили соляную шахту «Пётр Первый», а Дмитрий Константинович, спустя три года, смог вернуться к любимым занятиям, уже не так сильно отвлекаясь на мысли о хлебе насущном.
Секрет крупповского снаряда
53.В 1884 г. Чернов возвратился в Петербург, где его ждали две новые должности – главного инспектора в Министерстве путей сообщения и члена учёного комитета в Морском министерстве. А вскоре Дмитрию Константиновичу представилась возможность вернуться к работе на артиллерийском производстве. Дело в том, что в 1881 г. лучшими бронебойными снарядами были признаны снаряды Круппа, в результате чего их качественные характеристики стали образцовыми. Однако, несмотря на существенные льготы, обещанные правительством производителям отечественных аналогов, наладить производство бронебойных снарядов не удавалось. Их продолжали закупать у Круппа (4 тыс. штук в год, на сумму около миллиона руб.).
54.Для решения этой проблемы Чернов и был вновь приглашён на Обуховский завод. В ходе переговоров с представителем Колокольцова он согласился выполнить работу государственной важности при условии назначения ему 500-рублёвого оклада и получения извинений от Гагенторна.С учётом уже имевшихся обязательств перед Министерством путей сообщения, окончательно на завод Чернов не вернулся, а был оформлен в качестве привлечённого консультанта.
55.Поскольку были испробованы уже все возможные способы закалки и отпуска, цементация и цианирование, сложилось мнение, что преимущество Круппа заключалось в химическом составе стали. Однако и из крупповской стали не удалось изготовить снаряда с требуемыми характеристиками. Споры не утихали – литая или кованая нужна сталь, тигельная или мартеновская.
56.Приступив к работе, Чернов сразу выяснил, что используемая Круппом сталь была самой обычной инструментальной сталью, причём не самого высокого качества. Дело было в термообработке. Чернов буквально искромсал крупповский снаряд, проанализировал каждый кусочек и сравнил с аналогами Обуховского завода. Удалось выяснить, что секрет Круппа заключался в тонкой корке закалённой стали на поверхности снаряда. Поскольку эта корка сильно отличалась по структуре и свойствам от основной массы стали, то трещины, образующиеся в ней при ударе о броню, не проникали внутрь снаряда, и он не разрушался.
Поверхностная закалка
57.Требовалось выяснить, как сделать снаряд с такой коркой, т. е. как обеспечить поверхностную закалку стали. Чернов приступил к масштабным исследованиям процесса закалки. Ранее им уже было установлено, что для закалки необходимо нагревать металл выше точки а, однако неизвестны были оптимальные параметры охлаждения. Сам Чернов характеризовал этот вопрос так: «Мы привыкли говорить, что закалка получается при быстром охлаждении; но чтобы разумно руководствоваться этим правилом, необходимо знать возможно точнее эту быстроту, знать, по крайней мере, наибольший предел для того промежутка времени, в течение которого должно непременно совершиться требуемое охлаждение, чтобы получилась закалка».
58.Анализируя закалку небольших брусков стали, Чернову удалось определить необходимые параметры, и получить в лабораторных условиях «двойную корку». Отличный бронебойный снаряд Чернов получил в ходе следующего опыта. Нагретый выше точки а снаряд был погружен в холодную воду на две минуты, затем вынут из воды на полминуты, вторично погружен в воду на три четверти минуты и опять вынут на полминуты, в третий раз погружен в воду на одну минуту и опять вынут на двадцать секунд, затем перенесён в горячую ванну со сплавом свинца и олова с температурой 185 °С, где он оставался двадцать минут. Через 8-10 минут, после выравнивания температуры по его сечению, снаряд был зарыт в сухую теплую золу, где остывал в течение двадцати четырех часов.
59.Столь изощрённая технология, соединяющая закалку с отпуском, была необходима для обеспечения необходимой толщины закалённой корки, а также предотвращения растрескивания металла, поскольку процесс закалки происходит с изменением объёма стали.Чернов исследовал разные закаливающие среды. Он отдавал предпочтение олову как среде, обеспечивающей максимальную скорость охлаждения. Однако, поскольку ванны металлов неудобны для эксплуатации в заводских условиях, Чернов предложил применять метод закалки струями воды, причём по высоте снаряда для обеспечения требуемых свойств интенсивность струй должна была быть различной. Полученные результаты Дмитрий Константинович доложил 10 мая 1885 г. на собрании ИРТО в докладе «О приготовлении стальных бронепробивающих снарядов».
«Возникшие пререкания»
60.Работа по созданию бронебойных снарядов привела к новому конфликту с Колокольцовым. Александр Александрович потребовал предоставить всю информацию о разработанном способе, однако Чернов, который не являлся сотрудником завода, и, следовательно, имел права на свою разработку, писал: «Я ничего не имею против того, чтобы приготовление опытных снарядов и валовое производство не составляли секрета для Обуховского завода, как это и было до сих пор. При этом считаю необходимым выяснить, какие меры полагали бы Вы принять для предупреждения могущих возникнуть пререканий о принадлежности выработанного способа тому или другому из лиц, занимающихся на заводе одновременно со мною тем же предметом. Это тем более необходимо, что уже теперь позаимствованы от меня Обуховским заводом некоторые существенные приёмы при изготовлении снарядов. При выработке способа по условию, а не на постоянном содержании от завода, отношения мои к заводу изменяются, и я прошу войти со мною в соглашение относительно права пользования заводом заимствуемых от меня приемов».
61.Поскольку Колокольцов считал технологию собственностью завода и от выполнения требований Чернова отказался, Дмитрий Константинович теперь уже навсегда покинул Обуховский завод и сконцентрировался на работе в Министерстве путей сообщения.
Профессор
62.В 1889 г. Дмитрий Константинович был приглашён в качестве международного эксперта по металлургии на Всемирную выставку в Париже. В это же время он получил от Михайловской артиллерийской академии извещение о том, что по рекомендации члена артиллерийского комитета генерал-лейтенанта Николая Бранденбурга (знаменитого археолога, первого директора и создателя экспозиции Артиллерийского музея) статский советник Чернов избирается действительным членом артиллерийской академии с предоставлением ему права занять кафедру металлургии.
63.Приняв предложение академии, Дмитрий Константинович был утверждён в должности ординарного профессора артиллерийской академии и приступил к занятиям с молодыми артиллеристами. Преподавательской деятельностью, явно близкой ему по духу, Чернов занимался более четверти века. В 1905 г. он получил звание заслуженного профессора академии. Один из его учеников позднее вспоминал: «С первого года он начал знакомить своих слушателей с сущностью своих работ по стали, и каждый выпуск уходил обворожённый мощью и свежестью его идей и заражался любовью к стали, да и вообще к науке: так в изложении Дмитрия Константиновича всё оживало и во всём чувствовалось биение жизни, прекрасной, правильной и величественной».
«…среди шкафов и коридоров»
64.Как и многие крупные учёные-металлурги, например, Бессемер или Сименс, Дмитрий Константинович пытался «заглянуть в будущее» – наметить новые направления в металлургическом производстве более выгодные в технологическом и экономическом отношении. И Бессемер, и Сименс считали несуразной двухстадийную схему, при которой из руды сначала выплавляли чугун, а затем обезуглероживали его и получали железо или сталь.
65.Сименс пытался создать принципиально новый агрегат для получения металла из железной руды, Чернов же пошёл по пути изменения конструкции имеющегося восстановительного агрегата – доменной печи и совмещения её с плавильной печью типа мартеновской. В докладе, прочитанном на заседании ИРТО 20 января 1899 г., он проанализировал работу известных агрегатов для производства металла из железной руды, теоретически обосновал новый процесс и представил оригинальный проект агрегата для прямого передела железной руды в сталь.
66.Способ, предложенный Черновым, во многих чертах напоминает разработанный во второй половине XX в. процесс Corex. Однако в то время предложенная идея поддержки не нашла. Дмитрий Константинович рассказывал о попытке её реализации так: «Вследствие обычной косности наших частных заводов я обратился в Министерство торговли и промышленности в надежде получить возможность осуществить предлагаемый способ в упрощённом виде на одном из казённых горных заводов. Однако, несмотря на двукратно выраженное тогдашним Министром (В.И. Тимирязевым) желание помочь производству такого опыта, вопрос этот встретил неодолимые препятствия среди шкафов и коридоров Министерства».
Вклад в воздухоплавание
67.Металлургия была не единственным увлечениям Чернова. Большой интерес у него вызывали геология и ботаника, математика и авиация, фотография и музыка.
68.Как уже отмечалось выше, первая статья Чернова, опубликованная в 1863 г. называлась «Винт». Вернуться к этой теме Дмитрию Константиновичу удалось лишь в 1880-х годах, когда он принял участие в работе Воздухоплавательного отдела ИРТО. Являясь убеждённым сторонником «механического летания», Чернов теоретически обосновал получение подъёмной силы посредством отбрасывания вниз масс воздуха. Это дало возможность сделать вывод о том, что «подъёмная сила возрастает пропорционально квадрату скорости, а работа – пропорционально кубу скорости». Также Чернов обратил внимание на увеличивающее подъёмную силу разрежение воздуха над несущей поверхностью.
69.Проведя серию опытов с несущим винтом, Чернов изложил результаты своих теоретических и лабораторных изысканий в 1893 г. в докладе «О наступлении возможности механического воздухоплавания без помощи баллона». Не вдаваясь в технические детали доклада, можно отметить, что он был, по сути, первой отечественной работой по выбору рациональной схемы винтокрылого летательного аппарата.
Соперник Страдивари
70.Фантастических высот Дмитрий Константинович достиг в исследовании конструкции и изготовлении скрипок. Играть на скрипке Чернов научился в студенческие годы, однако постоянная занятость на основной работе оставляла ему очень мало времени на любимое занятие. Однако он находил время для изучения специальной литературы и скрипок известных мастеров. Были сделаны выводы относительно влияния «заметных элементов конструкции на звуковые качества инструментов» и Чернов приступил к самостоятельному исправлению недостатков «обыкновенных фабричных инструментов, заведомо дурных качеств». Начиная с 1901 г. Дмитрий Константинович конструировал музыкальные инструменты. Всего же им было изготовлено 12 скрипок, 4 альта и 4 виолончели.
71.Для определения характеристик инструмента Чернов сконструировал инструмент, который определял толщину деки при помощи набора камертонов. Благодаря ему учёному удалось доказать, что секрет итальянских скрипок зависит главным образом от толщины деки и значительно меньше от просушки или обыгрывания скрипок, как считалось раньше.
72.С декабря 1905 г. в доме Черновых устраивались домашние камерные вечера, а в 1907 г. начались публичные выступления – «камерные вечера квартета Заветновского на инструментах профессора Д.К. Чернова».
73.Идея публичного сравнительного испытания своих инструментов возникла у Дмитрия Константиновича в 1910 г.; ей он поделился с Николаем Финдейзеном – основателем и главным редактором «Русской музыкальной газеты». По инициативе Финдейзена 15 сентября 1910 г. Чернов был приглашен на заседание правления Общества друзей музыки, где изложил детали задуманного конкурса и обязался «предоставить для покрытия расходов по устройству конкурса от 1500 до 2000 рублей».
74.16 января 1911 г. в малом зале Санкт-Петербургской консерватории состоялось музыкальное собрание при участии особой комиссии, состоящей из делегатов Правления, приглашённых известных артистов и любителей-знатоков старых итальянских инструментов. В испытаниях приняли участие знаменитые творения Гвадалини, Страдивари и Серафино, альты Гаспаро да Сало, Мантегаци, виолончель работы Гварнери и музыкальные инструменты Чернова.
75.Члены жюри во время концерта находились на сцене, но за занавесом, поэтому видеть, какой именно инструмент используется, не могли. В результате инструменты старых мастеров получили баллы в интервале от 40 до 58, инструментам Чернова были выставлены следующие оценки: скрипке №12 – 53 балла, альту – 50, виолончели – 48 баллов. По окончании конкурса «членами жюри и публикой была устроена Д.К. Чернову овация».
Ялта
76.Черновы часто бывали в Ялте, где жили Екатерина и Пётр Киреевы. Весной 1916 г. они окончательно переехали в Крым из-за болезни Дмитрия Константиновича. В первые годы после революции Чернов не мог возвратиться в Петроград, поскольку Крым был занят войсками Врангеля и интервентов. Несмотря на то, что в эти годы учёный терпел нужду, в 1920 г. он не принял приглашение представителя Великобритании об эмиграции. Умер Дмитрий Константинович Чернов в ночь на 2 января 1921 г. от воспаления легких и ослабления сердечной деятельности. Он был похоронен на Аутском кладбище. В 1925 г. на могиле Чернова была установлена привезённая из Ленинграда чугунная плита с литым текстом: «Дмитрий Константинович Чернов 1839-1921 гг. Отец металлографии, провозвестник и глава Новой школы металлургов. Русское металлургическое Общество своему Почётному Председателю».
77.Поскольку 150-летие учёного совпало с развалом Советского Союза, привести могилу в порядок к юбилею не удалось. Лишь в 1999 г. по инициативе профессора Аркадия Тихонова удалось отдать дань уважения Дмитрию Константиновичу. Всероссийский конкурс на лучший проект памятника выиграли мастера Новолипецкого металлургического комбината. Чугунный бюст учёного с надписью: «От металлургов и металловедов России и Украины» установлен на пьедестале из чугуна и диорита. На боковой грани пьедестала изображена диаграмма состояния сплавов железа и углерода, эскиз которой был выполнен Черновым в Ялте 10 ноября 1916 г.
Рукою мастера
78.Научные заслуги Д.К. Чернова получили широкое признание, как в России, так и за рубежом. Достаточно сказать, что ещё при жизни, на Всемирной выставке 1900 г. в Париже его чествовали представители крупнейших европейских металлургических компаний. Известный американский металловед Совер, обращаясь к Чернову, писал: «Вы создали теорию термической обработки стали рукою мастера».
79.В 1939 г. в статье посвященной столетию со дня рождения Дмитрия Константиновича, Александр Байков так характеризовал его роль в развитии металлургии: «Значение Д.К. Чернова для металлургии можно сравнить со значением Д. И. Менделеева для химии, и подобно тому, как химия в своем дальнейшем развитии будет идти по пути, указанному Д.И. Менделеевым, так и металлургия стали будет развиваться в том направлении, которое было указано Д.К. Черновым».
Закалка артиллерийского орудия по технологии Чернова