«Раньше, чем установился процесс получения стали в тиглях по способу Ухациуса или Круппа, русским горным инженером Аносовым, имя которого известно всякому знакомому с историей стального дела, в начале тридцатых годов настоящего столетия был введен на Златоустовском заводе комбинированный тигельный способ цементования и плавки стали, причем в тигель закладывается чистое кричное железо и ничего больше».

Пионер высококачественной металлургии, родоначальник учения о стали, применивший первым в мире микроскоп для изучения кристаллического строения стали, Павел Петрович поставил своей задачей раскрыть секрет приготовления булатной стали и добился того, о чем мечтали все металлурги и чего не достиг ни один: русский инженер отыскал способ получения настоящих булатов.

Невозможно перечислить все опыты, которые произвел этот неутомимый человек. Он испытывал сплавы железа с алюминием, марганцем, хромом, вольфрамом, серебром, золотом и даже с платиной. Булата не получалось. Он получил его наконец, сплавляя тагильское железо с высокосортным графитом и ведя плавку в тигле в продолжение пяти с половиной часов.

Сделанные Аносовым из этой стали клинки были настоящими булатами в отличие от немецких, которые оказались лишь «дамасцированной сталью». Немецкие мастера просто вытравливали на клинках узор, который и исчезал при перековке. По поводу этой удивительной работы Аносова, представленной на соискание Демидовской премии Академии наук, в отзыве говорилось:

«Г. Аносову удалось открыть способ приготовления стали, которая имеет все свойства столь высоко ценимого азиатского булата и превосходит своей добротой все изготовляемые, в Европе сорта стали».

Партии «недоброхотов» ко всему русскому, составлявшей академическое большинство, удалось отклонить присуждение Аносову премии, но русское крестьянство, прознав о новой стали, начало предпочитать импортным австрийским русские серпы и косы, сделанные из аносовской стали.

Дмитрий Константинович Чернов изучил опыт старейшего русского металлурга, изложенный в его работах «Новый способ закалки стали в сгущенном воздухе» и «Приготовление литой стали», и к опытам своего замечательного предшественника прибавил свои исследования.

Чтобы проникнуть в физическую сущность процесса, происходящего в остывающем и отвердевающем металле, Дмитрий Костантинович много лет подряд изучал кристаллизацию различных веществ. В архиве Дмитрия Константиновича нашлись фотографические снимки с самых причудливых и фантастических оконных узоров льда. На одном из снимков сохранилась дата — 1915 год. В возрасте семидесяти шести лет Чернов все еще пополнял свою коллекцию кристаллов фотографиями ледяных узоров на стекле.

Он выращивал большие кристаллы поваренной соли и квасцов. Рассматривая замерзание воды, как процесс кристаллизации, он заставлял воду замерзать при самых разнообразных условиях. Ему случалось в яркий зимний день, каких немного в Петербурге, встречать на Неве возчиков, грузивших на розвальни квадратные ледяные глыбы. Тогда он спускался к проруби и часами простаивал около льда, стараясь проникнуть в тайны строения твердого вещества у какой-нибудь глыбы, по зеленоватой поверхности которой быстро, почти на ходу, замерзала струя воды.

Схему затвердевания стали подсказала Чернову хорошо изученная им кристаллизация раствора квасцов при замерзании. Первое положение, которое высказал Чернов в результате своих наблюдений, сводится к тому, что сталь затвердевает не аморфно, не воскообразно, а кристаллически.

О том, какое значение может иметь понимание процесса кристаллизации стали в практических делах, Чернов указал уже в первом своем докладе.

«Если расплавленную в тигле сталь, — говорил он, — вы будете при охлаждении постоянно приводить в сильное сотрясение, достаточное для того, чтобы все частицы ее приходили в движение, тогда охлажденный слиток будет иметь чрезвычайно мелкие кристаллы; если же эту сталь оставить без всякого сотрясения и дать массе спокойно и медленно охлаждаться, тогда у вас эта же самая сталь получится в крупных, хорошо развитых кристаллах. Вид этих кристаллов и способность вообще кристаллизоваться при этих условиях зависят от чистоты стали»[28].

Основываясь на наблюдении, что сталь, застывая, образует сложную систему кристаллов, Чернов первым в мире начал изучать стальные слитки как результат кристаллизации расплавленного, жидкого металла.

В своем докладе «Исследования, относящиеся до структуры стальных литых болванок», сделанном 3 декабря 1878 года членам Технического общества, Чернов совершенно уверенно и определенно указал, что кристаллы стали — результат совместной кристаллизации железа и углерода. При таком процессе образуются кристаллы переменного состава. Они представляют, как теперь говорят, «твердые растворы углерода в железе». Он только не употребил выражения «твердые растворы». Этот термин появился в науке недавно.

Современное представление о природе и структуре стальных слитков было в главных чертах совершенно правильно установлено исследованиями Чернова.

Памятником этих исследований остается знаменитый «кристалл Чернова», найденный им в усадочной раковине стотонного стального слитка. Этот громадный кристалл весит три с половиной килограмма и описан во всех учебниках металловедения. Иногда случается, что в усадочной пустоте начинает расти отдельный кристалл. Такой кристалл, не встречая препятствий для своего роста со стороны других кристаллов, достигает больших размеров, причем форма его не искажается.

Указав на сложность процесса кристаллизации, Чернов разобрался в недостатках стальных отливок, систематизировал их, выяснил причины их возникновения, а затем указал и способы для их устранения.

Сопоставляя процессы охлаждения и затвердевания металлических сплавов с процессами затвердевания растворов поваренной соли и квасцов и обобщая наблюдения, Чернов предположил, что из жидкой смеси двух или нескольких веществ, входящих в сплав, выделяются сперва кристаллы одного из них:

^{Кристалл Чернова.}

«Одно вещество, более мягкое, менее углеродистое, бросает оси, а другое, более углеродистое, оставаясь в то время еще жидким, тотчас же вслед за тем облепляет ростки».

Поняв до конца внутреннее строение стали и условия, его определяющие, Чернов без труда мог ответить на ряд вопросов: почему по мере приближения к центру болванки металл становится более рыхлым, почему появляются в литье пузыри, раковины, пустоты. Он разъяснил тысячи вопросов, в том числе и вопрос о том, что же делается с раскаленной сталью, когда ее быстро охлаждают погружением в воду.

Очевидно, что в таком случае в стали как бы фиксируется ее жидкое строение: углерод остается в виде карбида — соединения с железом, растворенного в чистом железе.

Самое интересное для нас в технологическом искусстве Чернова — это немедленный переход от чисто теоретических выводов к практическим.

Так, для лучшего уплотнения стали наряду с применявшимся способом прессования жидкой стали Чернов разрабатывает метод разливки во вращающиеся изложницы. Исходя из практики, додуматься до вращающихся изложниц без какого-нибудь подсказывающего случая невозможно. Но знание физической сущности процесса отвердевания, или кристаллизации, металла совершенно логично порождает такую идею.

«В самом деле, — говорит Чернов, — если при отливке стали в изложницу эту последнюю приводить в быстрое вращательное движение, то растущие нормально к поверхности изложницы разрывные кристаллы не в состоянии будут так сильно развиваться, как это имеет место при спокойном росте, и сталь будет нарастать гладкими, аморфного сложения слоями».

Таинственный и странный мир частиц и кристаллов, заключенный в куске стали, раскрывался Чернову во всей своей поучительной сложности.

И вот в тот самый момент, когда, постигая жизнь металла, великолепный исследователь и вдохновенный инженер готовился начать изучение сил, связывающих частицы и кристаллы, его напряженная деятельность была прервана вмешательством бюрократической стихии.