Молодой исследователь стал изучать места разрыва. Тогда он заметил, что сталь разорвавшегося орудия имеет у места разрыва крупнозернистую структуру. Исследуя на разрыв орудия, имеющие продолжительный срок службы, Чернов установил, что их сталь при том же химическом составе имеет другое, мелкозернистое строение.
— Дело не в рецепте Обухова, не в химическом составе стали, а в неодинаковой обработке литья! — заключил Дмитрий Константинович.
Заводские инженеры занимались главным образом изучением самого литья. Чернов отправился в кузнечный цех, где производилась механическая обработка литых болванок.
На старом уральском заводе. Выпуск чугуна.
Здесь-то и понадобилась исследователю его тонкая наблюдательность, потому что на первый взгляд никакой разницы в обработке болванок не было. Их нагревали в печи, ковали и, быстро погружая в воду, охлаждали. Так как приборов для измерения высоких температур не существовало, то болванки вынимали из печи, определяя степень нагрева на глаз, по цвету раскаленного металла.
То пользуясь опытом старых кузнецов, то доверяясь собственному чутью, Чернов быстро научился определять степень нагрева по цвету болванки. Сталь принимает при нагревании последовательно все цвета каления — от тёмнокрасного до ослепительно белого, а при медленном охлаждении на воздухе теряет их в обратной последовательности. Но при таком медленном охлаждении со сталью происходило сверх того нечто очень странное: постепенно темнеющая масса металла в какой-то момент остывания вдруг внезапно раскалялась, точно вспыхивала, а затем снова начинала темнеть и далее уже ровно охлаждалась до конца.
Самые опытные кузнецы не могли объяснить Чернову, отчего происходит такая вспышка, когда она происходит и что она означает. Да и самое явление это мастера наблюдали редко, потому что еще до вспышки, происходившей при определенной степени охлаждения, сталь обычно погружалась в воду для закалки. При быстром охлаждении вспышек не бывало.
Странное явление необычайно заинтересовало исследователя. Он предположил, что внезапная вспышка стали соответствует какому-то преобразованию, происходящему внутри металла, и стал дознаваться, в чем заключается это преобразование, что происходит со сталью, когда она, как говорил Чернов, «проходит через некоторую критическую точку, соответствующую какой-то определенной температуре».
Начал он с того, что заставил отковать и закалить болванку, прошедшую через критическую точку, и болванку, не прошедшую через нее, а затем подверг и ту и другую всяческим испытаниям и сравнил результаты. Оказалось, что болванка, прошедшая критическую точку, закалки не приняла, осталась мягкой.
Это было открытие. Повторив опыт десятки раз, Чернов убедился, что ошибки не было, что он подходил к разгадке каких-то очень важных законов, и стал искать новые их проявления.
Но прежде всего надо было ответить на основной вопрос, с которым он пришел в кузнечный цех: при каких условиях получается в стали крупная зернистость и при каких — мелкая. Многие думали, что для получения мелкой зернистости нужно просто усилить давление на сталь при ковке. Это было довольно правдоподобно, но плохо согласовалось с практикой, и Чернов с особенным вниманием начал следить за ковкой отливок.
Дмитрий Константинович Чернов
(1839–1921).
Среди этих наблюдений он сделал второе открытие, а именно: обнаружил существование другой критической точки, также соответствующей определенной температуре. Эту критическую точку он назвал «точкой В» в отличие от первой, названной им «точкой А».
Открытие Черновым «точки В» особенно удивительно, так как прохождение через нее стали сопровождается почти неуловимыми внешними признаками. Чернову первому удалось заметить такие признаки.
Академик А. А. Байков вспоминает[27], что много лет назад, посетив однажды Чернова вместе с академиком М. А. Павловым, он спросил Дмитрия Константиновича, каким образом тот заметил, что при температурах возле «точки В» в стальной болванке происходит какое-то непонятное превращение.
Знаменитый металлург ответил:
— Превращение в «точке В», 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 В» поверхность ее, нагретая до красного цвета каления, начинает как бы морщиться и лущиться. Это происходит оттого, что легкий 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 В» почти не меняется и болванка, подвергающаяся ковке, сохраняет свой красный цвет почти неизменным, все же внешний вид поверхности ее выше и ниже «точки В» не одинаков.
Дальнейшее объяснение Чернова дает полное представление о его необыкновенной наблюдательности:
— Это различие при известном навыке привычный глаз легко обнаруживает, — говорил он. — 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 В» она имеет накаленную, красную, как бы маслянистую, блестящую мраморовидную поверхность, когда же она охладится ниже «точки В», она сохраняет тот же красный цвет, но поверхность ее тускнеет, утрачивает блеск и становится матовой, напоминающей вид гипсовых статуй.
Опираясь на свой верный и точный глаз, Чернов произвел, как мы увидим дальше, целый переворот в металлургии; но когда после двух лет напряженных занятий на заводе он вышел из угарных цехов, первое, что ему понадобилось, были очки, которых он уже не снимал до конца жизни.
Конечно, не все еще было понятно исследователю в том загадочном мире, таинственную завесу которого он приоткрыл; но одно было для него несомненно: что этот мир существует, что его законы доступны исследованию, что не только можно постигать эти законы, но что, зная их, можно сознательно и безошибочно управлять явлениями природы.
В апреле 1868 года, ясным петербургским вечером, уже предвещавшим приближение белых ночей, Чернов направился не на завод, как всегда, а в зал заседаний Русского технического общества.
Его доклад носил очень скромное название: «Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету», но значение сделанных им сообщений выходило далеко за пределы предмета.
В зале были и доброжелатели и критики, но, во всяком случае, докладчик имел дело с людьми сведущими. Многие из присутствовавших и сами пытались работать над разрешением проблемы стальных орудий.
Критическим разбором работ Лаврова и Калакуцкого Чернов воспользовался только для того, чтобы резче оттенить найденную им связь между тепловыми превращениями в стали и ее свойствами, чтобы резче подчеркнуть установленную им зависимость свойств и структуры стали от термической и механической ее обработки.
Этот молодой, мало кому известный инженер был более похож на преподавателя математики, нежели на исследователя, и с трудом верилось, что именно ему удалось проникнуть в сущность загадочного явления. Между тем он утверждал необычайные вещи. Он заявил собранию, что сталь не остается неизменной при нагревании, а в определенные критические моменты претерпевает особые превращения. Они изменяют ее структуру и свойства, и он, докладчик, установил критические точки нагревания, при которых происходят внутренние превращения стали.