Чернов увидел литую сталь, которая производилась по рецептам Аносова — Обухова. Химический состав ее был прекрасный, слитки получались отличные. В поисках причин разрыва пушек Чернов задумал проследить весь дальнейший путь стали. Вооружившись лупой, он стал изучать сталь, из которой отливались пушки. Чернов заметил, что в местах разрушений сталь имела крупнозернистое строение, в то время как на орудиях, действовавших безукоризненно, сталь была мелкозернистой. Химический же состав металла тех и других пушек был одинаковым.
В чем же причины этого, почему одна и та же сталь приобретает разное строение? Нет ли связи между внешним видом стали и ее свойствами; не замечались ли раньше такие явления?
Чернов вновь обратился к трудам Аносова.
В сочинении о булатах П. П. Аносов особое внимание обращал на условия ковки металла.
«Потеря узоров во время ковки, — писал Аносов, — есть порча металла, составляющая вину кузнеца».
Чернов отправился в молотовой цех. Здесь стальные болванки нагревали, ковали, а затем для охлаждения быстро погружали в воду. Тогда еще никаких приборов для определения температуры нагрева не было. Степень готовности болванки определялась на глаз, по цвету. Сталь при нагревании принимала все цвета каления — от темновишневого до ослепительно белого, а затем при охлаждении в воде и на воздухе, с той или иной скоростью, но в обратном порядке, меняла цвета.
Наблюдая эти процессы, Чернов отметил, что при охлаждении темнеющая стальная болванка вдруг ярко вспыхивала, после чего снова начинала темнеть и далее охлаждалась уже равномерно.
Кузнецы замечали эти вспышки давно, но не придавали им значения. Гениальное чутье молодого ученого подсказало ему, что внезапно возникающая в какой-то момент остывания раскаленной болванки яркая вспышка отражает определенный процесс, связанный с изменением состояния стали.
Чернов решил отковать в различных температурных условиях несколько образцов стали, чтобы установить, при каких обстоятельствах в стали образуются крупные и мелкие зерна. Испытания металла, произведенные на разрывной машине, позволили окончательно осветить этот вопрос. Причины разрыва пушек стали совершенно ясными. Больше того, Чернов научился исправлять бракованные изделия.
В результате исследований Д. К. Чернов научно разработал тепловой режим ковки. Он указал, что при нагревании сталь не остается неизменной, а в определенные критические моменты претерпевает особые внутренние превращения, существенно изменяющие ее структуру и, стало быть, свойства. Температуры, при которых происходит внутренняя перестройка стали, Чернов назвал критическими точками.
В 1868 году на трех заседаниях Русского технического общества — 28 апреля, 4 и 11 мая — слушалось и обсуждалось сообщение Д. К. Чернова о «критических точках». Содержание доклада было настолько новым, что вызвало энергичные возражения. Но молодой ученый не сдал ни одной позиции. Свое выступление он закончил следующими словами:
«Вопрос о ковке стали при движении его вперед не сойдет с того пути, на который мы его сегодня, милостивые государи, поставили»145.
Через много лет после того, как он сделал свой исторический доклад, Д. К. Чернов в беседе с А. А. Байковым и М. А. Павловым рассказывал, по каким признакам он научился определять внутренние превращения, происходящие в металле при температуре, близкой той, которую Чернов обозначил буквой «в».
«Таких признаков, — говорил он, — существует два. Первый проявляется в том, что во время перехода раскаленной стали через точку «в» поверхность ее, накаленная до красного каления, начинает как бы морщиться; это происходит оттого, что легкий слой окалины на поверхности металла начинает растрескиваться и отделяться от металла в виде мельчайших чешуек. Второй признак следующий: хотя температура стали при переходе через точку «в» почти не изменяется и подвергающаяся ковке болванка сохраняет свой красный цвет почти неизменным, тем не менее вид ее поверхности, когда она нагрета выше точки «в», заметно отличается от вида при нагреве ниже точки «в».
При известном навыке привычный глаз легко усматривает это различие: его можно сравнить с различием во внешнем виде белого мрамора и гипса. Когда вы бываете в музее, — заметил Д. К. Чернов, — вы легко научаетесь по одному взгляду различать мраморные и гипсовые статуи. И те и другие одинаково белого цвета, но мраморные статуи имеют своеобразный, как будто блестящий, маслянистый вид, тогда как гипсовые статуи — матовый, тусклый вид. Точно так же, когда куется стальная болванка, то выше точки «в» она имеет раскаленную 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»146.