Год, - на Всемирной выставке в Лондоне П. М. Обухов демонстрировал Русскую пушку, выдержавшую более 4000 выстрелов.

П. М. Обухов основал в России массовое производство высококачественной артиллерийской стали, под его руководством построены сталеплавильные и орудийные заводы сначала в Златоусте, а затем в Петербурге

При расширении масштабов производства стальных орудий все чаще возникали трудности. Химический состав металла был безукоризненным, однако, иногда пушки разрывались при первом же выстреле, причиняя тяжелые увечья артиллеристам. Сталь в то время была сравнительно новым малоизученным материалом, поэтому стабильных результатов в стойкости стальных орудий не было. Массовое производство литой стали требовало исследования её свойств. Железо, как и многие химические элементы, обладает полиморфизмом – при разных температурах имеет различные кристаллические решетки, следовательно, отличаются и свойства стали – сплава на его основе.

Закономерности изменения структуры стали при нагреве открыл Дмитрий Константинович Чернов (1839-1921). Опубликовав результаты своих исследований в 1868 г., Д. К. Чернов положил начало науке о термообработке металлов [6].

Д. К. Чернов начал он свою работу на Обуховском заводе в 1866 г в должности техника молотового цеха. Ему поручили выяснить причины частых разрывов стволов стальных орудий при выстрелах.

Проблемы при производстве стальных орудий были и в других странах. В 1867 г. немецкий заводчик Крупп был даже вынужден вследствие этого перейти временно вновь на отливку орудий из бронзы.

Строение литой стали изучали Александр Степанович Лавров (1838 – 1904) и Николай Вениаминович Калакуцкий (1831 – 1889), работавшие артиллерийскими приёмщиками в Златоусте. А. С. Лавров первым в мире (1866 г.) открыл неоднородность химического состава стальных слитков (ликвацию), обнаружив это явление простейшим опытным путём - опрокинул тигель с застывшей только у стенок сталью и произвел химический анализ металла. Сталь у стенок имела 0.67%, а вылитая – 0.8% углерода. В исследованиях А. С. Лаврова активно участвовал Н. В. Калакуцкий. Изучив условия получения качественных стальных отливок, они впервые установили и описали механизм появления усадочных и газовых раковин, а также внутренних напряжений в стальных отливках. Не ограничиваясь чисто теоретическими рассуждениями, исследователи предложили изменить форму изложниц с целью улучшения качества отливок. Вместо применяемой изложницы, расширенной книзу, А.С. Лавров рекомендовал применить изложницу расширенную кверху, которая «будет способствовать повышению усадочной раковины по оси конуса, так как нижние части слитка вследствие меньшего своего диаметра в сравнении с верхним, будут остывать быстрее последних».

На решение проблемы стойкости орудий Д. К. Чернов потратил два года. Начал он с изучения места разрыва стволов и заметил, что сталь разорвавшегося орудия имела крупнозернистое строение, а у орудий с длительным сроком службы излом был мелкозернистым, причём, химический состав сталей был одинаков. Получалось, что при одном и том же химическом составе стали можно получить отливки с различной величиной зерна и разными свойствами. Для выяснения условий образования различной структуры Д. К. Чернов отправился в кузнечный цех. Изучая процесс нагрева и охлаждения, Дмитрий Константинович обратил внимание на непонятное явление. При медленном охлаждении на воздухе темнеющая масса металла в какой - то момент остывания вокруг внезапно будто вспыхивала, а затем до конца охлаждалась уже спокойно. После серии опытов Д. К. Чернов выяснил, что болванка, не прошедшая критическую точку (момент вспышки), закалки не приняла, и осталось мягкой. В ходе исследований и размышлений Д. К. Чернов пришел к выводу о существовании критических точек А, В и С. Эти знаменитые «точки Чернова» имели огромное значение в объяснении непонятных ранее явлений при тепловых превращениях в стали.

Точка «А» Чернова обозначила нижний предел нагрева, когда происходит закалка. Ниже точки «А» сталь не принимает закалки, «напротив того, она становится значительно мягче и легче обрабатывается пилой». При современных точных измерениях установлена температура точки «А» – 727°C.

Вторая точка «В» (примерно 800 – 950*С) означает температуру, выше которой любая сталь приобретает мелкозернистое строение, независимо от исходной структуры.

Третья точка «С» – температура плавления данной стали.

В 1868 г. Д. К. Чернов доложил результаты своего исследования на заседании Русского технического общества, весьма скромно озаглавив свой доклад «Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету».

Дмитрий Константинович установил, что для получения мелкозернистой, наиболее прочной структуры надо нагревать изделие до точки «В» или немного выше и затем быстро охладить. С тех пор, как на Обуховском заводе начали вести обработку орудийных стволов с учетом критических точек в стали, случаи разрывов пушек при испытании прекратились. Таким образом, Дмитрий Константинович установил, что решающую роль в формировании структуры и получении требуемых свойств стали играет термическая обработка. Процессы термической обработки орудийных поковок, внедрённые Д. К. Черновым в практику артиллерийского производства, сделали Обуховский завод одним из лучших пушечных заводов мира.

Дмитрий Константинович Чернов превратил производство стальных изделий из искусства отдельных мастеров в научно обоснованный технологический процесс, который можно регулировать и воспроизводить. Доклад Д. К. Чернова заложил основы новой науки – Материаловедения.

Исследования Д. К. Чернова и разработка методов физико-химического анализа дали возможность уже в конце XIX века построить диаграмму состояния железо – углерод, имеющую огромнейшее значение для развития науки о металле. Формирование нового комплекса зерен при переходе в высокотемпературную фазу было обнаружено и у другого полиморфного металла – титана [7].

Следующей крупной работой Д. К. Чернова является исследование кристаллизации стали с целью улучшения качества стальных слитков. Здесь он развивает далее идеи П. П. Аносова о производстве и обработке качественной стали. Занимаясь разработкой теории строения стального слитка, Д. К. Чернов собирал коллекцию стальных кристаллов. Наиболее ценным в этой коллекции стал знаменитый «дендрит Чернова», описанный во многих учебниках по металловедению.

1878 год, - в докладе Русскому техническому обществу «Исследования, относящиеся до структуры литых стальных болванок» Д. К. Чернов изложил свою теорию кристаллизации и строения стального слитка, сохранившую значение и до наших дней. Он установил, что переход из жидкого в твёрдое состояние, можно регулировать и таким образом влиять на свойства отливки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: