Инженерная онтология. Инженерия как странствие

Д.К.Чернов
…при испытании стрельбой орудий большего калибра имели место случаи разрыва стволов. Успешные результаты испытаний чередовались с провалами. Дело обстояло так плохо, что раздавались предложения о прекращении производства стальных орудий в России. П. М. Обухов, уверенный в высоком качестве своей литой стали, не находя объяснения низкому качеству продукции из неё, практически отошёл от заводских дел.
В 1866 году Морское министерство вынесло постановление: производство стальных орудий на Обуховском заводе прекратить.
В этот критический для завода момент управляющий заводом А. А. Колокольцов пригласил для работы на заводе инженера-технолога Д. К. Чернова. Перед ним была поставлена задача: выяснить и объяснить причину негодности одних орудий рядом с превосходным качеством других, изготовленных из одной и той же литой стали, в одних и тех же условиях.
Обратив внимание на то, что металл разорвавшихся орудий отличался крупнозернистым строением, а металл выдержавших испытания стрельбой, был более мелкого и однородного строения, при одном и том же химическом составе, Чернов предположил, что для стальных гладкоствольных пушек Обухова образца 1862 года, стрелявших при сравнительно низких давлениях пороховых газов, запас прочности ствола гарантировал от всяких случайностей при неоднородности механических свойств металла. Но в стальных нарезных пушках, стрелявших при давлениях газов в стволе в два раза больших, неоднородность свойств недопустима и являлась причиной разрыва.
Предстояло найти причину неоднородности свойств и способы её устранения. То, что химический анализ разрушившегося и годного металла был одинаков, дало основание исследователю предположить, что дело не в химическом составе стали, а в неодинаковой дальнейшей тепловой обработке орудийных заготовок.
Дмитрий Константинович обладал исключительно тонкой наблюдательностью. Его глаза в определенной мере заменяли физические приборы, привычные для металловедов в наши дни. Это помогло справиться с поставленной задачей.
Ученик Д. К. Чернова (позже — начальник лаборатории металловедения Обуховского завода) В. А. Яковлев вспоминал о своём учителе: «Он проявил всю мощь своей наблюдательности, своей строгой математической логики. Он проводил бессонные ночи в химической и механической лабораториях, сидел ночами у печей, учась у старых опытных рабочих определять на глаз температуру раскалённой стальной болванки».
Сам Д. К. Чернов в докладе Русскому Техническому Обществу в 1868 году сказал: «Генерал Обухов умел хорошо лить тигельную сталь, но обрабатывать её не умел. Мне пришлось заняться этим вопросом единолично, так как идеи Обухова были не достаточно ясны и верны, а помощниками были полуобразованные мастера, которые с большим недоверием относились к моим распоряжениям. Таким образом, когда ковка продолжалась до четырёх суток с перерывами, а нагревы до четырёх часов, то при обработке одного орудия приходилось часто проводить бессонные ночи».
Два года многочисленных исследований изломов разорвавшихся стволов завершились успехом. Была не только решена производственная проблема, но сделано научное открытие мирового значения.
Чернов установил температурные интервалы обработки, при которых сталь одного и того же химического состава давала крупнозернистую или мелкозернистую структуру.
Он доказал, что при нагревании стали, она в определенные моменты претерпевает структурные превращения, с которыми связаны её механические свойства. Наилучшие результаты при ковке стальных болванок можно получить, заканчивая ковку при температуре близкой к точке «б». С тех пор, как на Обуховском заводе стали учитывать при обработке стальных стволов указанные им точки критических превращений, случаи их разрыва совершенно прекратились.
Разобравшись с причинами, приводящими к браку стволы орудий крупных калибров, Д. К. Чернов продолжал далее развивать своё открытие. Для наглядности и простоты изложения, он графически изображает соотношения между некоторыми свойствами стали и температурами нагрева.
Точкой «а» (~ 700 °C) он отмечает температуру, будучи нагретой до которой сталь даже при быстром охлаждении ещё не принимает закалку, и в большинстве случаев становится мягче и легче обрабатывается пилой и резцом.
точке «б» (~ 800 °C) происходит структурное превращение. Это минимальная температура, будучи нагретой до которой сталь принимает закалку. Точка «а» очень близко располагается к точке «б». Чем ближе температура нагрева под закалку к точке «б» и чем резче охлаждение, тем более мелкокристаллическую структуру будет иметь сталь после закалки. При нагреве выше точки «б» и при замедленном охлаждении сталь будет иметь крупно кристаллическое строение.
Точка «д» (~ 200 °C) минимальная температура, до которой при закалке сталь должна быть быстро охлаждена, чтобы произошла полная закалка, т. е. получена наибольшая твёрдость, которую может дать сталь. Скорость охлаждения ниже точки «д» не влияет на твёрдость стали.
Точка «е» (~ 450 °C) минимальная температура быстрого охлаждения стали при закалке, при которой ещё будет заметно влияние закалки. Если быстрое охлаждение будет происходить до температур выше точки «д», то закалки не произойдёт.
При нагреве закалённой стали в промежутке температур «д — е» твёрдость её будет тем меньше, чем температура нагрева будет ближе к точке «е».
Точка «с» (~ 1500 °C) температура плавления стали.
Обозначенные точками температуры являются постоянными только для стали одного химического состава.
Практическое значение критических точек, установленных Д. К. Черновым, было исключительно велико. Эти температуры явились научной основой практических технологических процессов тепловой обработки стали. Открытие Д. К. Чернова дало возможность управлять процессами превращения в стали, изменяя по желанию структуру и свойства.