Металлургия становится наукой

Что же происходит, когда расплавленная сталь налита в форму-изложницу? Естественно, она начинает остывать и затвердевать. Появляются мельчайшие зернышки-кристаллы, из которых состоит металл. (Между прочим, кристаллическое строение металлов — это тоже открытие Чернова.) Но металл застывает не одновременно по всему объему. Прежде всего затвердение начинается с поверхности, где сталь соприкасается с холодными стенками изложниц. Здесь быстро образуется твердая корка. А поскольку каждое вещество при охлаждении сжимается, то корка, сжимаясь, давит на жидкую сталь, находящуюся внутри. И это мешает правильному образованию кристаллов. Они уже не могут расти свободно во всех направлениях и растут, как говорится, по пути наименьшего сопротивления. А этих путей — великое множество. Наружная корка ведь тоже образуется не одновременно по всей поверхности жидкого металла. Она начинается в одном месте, и тут уже кристаллы в жидкой стали вынуждены расти «от нее».

Но корка разрастается все больше и больше, и кристаллы все время меняют направления своего роста. В конце концов у них остается только один путь — в глубину слитка. Так и получается, что когда слиток застывает, он оказывается образован из кристаллов, которые «смотрят» во все стороны. И это, кстати, сильно снижает прочность металла.

В центре верхней части слитка от сжатия металла при охлаждении образуется пустота, так называемая усадочная раковина. Вот здесь росту кристаллов ничто не мешает, и они вырастают подчас до весьма внушительных размеров. Такие кристаллы называют древовидными, или дендритами, они и в самом деле напоминают ветку дерева. Вы видите на рисунке кристалл, найденный Черновым в усадочной пустоте стотонного стального слитка. Длина кристалла 39 сантиметров, а вес — 3 килограмма 450 граммов. Этот уникальный экземпляр, известный под названием кристалла Чернова, хранится в Артиллерийской академии в Москве.

Теперь наконец все встало на свои места. Прочность слитка тем меньше, чем крупнее кристаллы. Длинные «ветви» как бы перерезают всю толщу металла, разделяя его на участки, границы между которыми хрупки и непрочны. Вот здесь металл чаще всего и ломается. Во времена Чернова не знали, как бороться с усадочными раковинами и крупными кристаллами в верхней части слитка — ее просто отрезали и отправляли в переплав. Так, кстати, и сейчас делают, но в наше время уже есть способы бороться с этим явлением. Повторный нагрев слитков до точки «В» дробит, измельчает кристаллы, а при закалке они не успевают снова вырасти. При нагреве же только до точки «А» кристаллы не измельчаются, остаются в своем неизменном виде.

Чернов завершил и работы Аносова, дав научное обоснование замечательных свойств булата. Оказалось, что все дело опять-таки в условиях кристаллизации стали при ее застывании. Булатная сталь образовывала кристаллы двух видов — сначала возникали длинные древовидные кристаллы, очень твердые, а затем появлялись мелкие кристаллы, вязкие, располагающиеся между дендритами. Оба эти вида кристаллов — одни твердые, другие вязкие — образуют очень сложные переплетения. Древние мастера вслепую, опытным путем нашли способы ковки, при которой дендриты не разрушаются, а только сминаются. Так и получался материал, обладающий одновременно и большой твердостью, и большой вязкостью, клинок из которого мог и пробить стальной панцирь противника, и легко согнуться в дугу. А узоры на поверхности отражали это переплетение кристаллов.

Работы Чернова явились переломной вехой в истории металлургии. Они превратили металлургию из ремесла, где все постигалось ощупью, опытным путем, в точную науку. Поэтому и заслужил Дмитрий Константинович Чернов восхищение современников и благодарность потомков.