Глава III. Пушечных дел мастера

Севастопольцы стояли насмерть. 349 дней длилась героическая оборона славного города. С невиданным мужеством отражали русские солдаты и матросы ожесточенные атаки хорошо вооруженных англо-французских войск и сами наносили им сокрушительные контрудары. Однако слишком неравны были силы воюющих сторон. Защитники черноморской крепости терпели острый недостаток в оружии, снарядах, продовольствии. "Не хватало пороха, приходилось отвечать одним выстрелом на два три, затем на пять-шесть и, наконец, на восемь - десять выстрелов противника"¹.

¹ (Всемирная история. М., 1959, т. VI, с. 481)

Крымская война 1853-1856 гг. с исключительной убедительностью показала "гнилость и бессилие крепостной России"². Во всей неприглядности открылись техническая отсталость царской армии, скудость ее вооружения, полный застой в военном деле. За границей в это время уже широко вводился новый металл для производства пушек - сталь, появилась стальная броня на кораблях, быстро развивалось железнодорожное строительство. На смену гладкоствольному оружию приходило более мощное и дальнобойное оружие - нарезное. А русская пехота в значительной степени оставалась вооруженной старинными фузеями - гладкоствольными кремневыми ружьями, выбрасывавшими тяжеловесную пулю всего на 200-300 шагов. Русская артиллерия располагала в это время гладкоствольными архаическими пушками, отлитыми из чугуна или из бронзы - сплава меди и олова.

² (Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 20, с. 173)

Тысячу раз прав был Ф. Энгельс, который в это время писал: "Поражения во время Крымской войны ясно показали необходимость для России быстрого промышленного развития. Прежде всего нужны были железные дороги, а их широкое распространение невозможно без отечественной крупной промышленности"³.

³ (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т. 22, с. 447)

Военные неудачи заставили правящие круги России обратить серьезное внимание на развитие отечественной металлургической промышленности и в особенности па улучшение технического оснащения армии, на производство пушек, на строительство железных дорог. Вначале на Урале, а затем близ Петербурга возникают новые металлургические и оружейные заводы. В конце 50-х годов в нашей стране приступают к изготовлению стальных орудий. Пионерами в этой области были уральские металлурги, прежде всего рабочие и специалисты Златоустовского завода. Именно здесь еще в 40-е годы ставил первые опыты по отливке стальных пушек прославленный металлург П. П. Аносов. Сюда па должность управителя оружейной фабрики был назначен в 1854 г. горный инженер Павел Матвеевич Обухов (1820-1869). Ему принадлежала честь организации в России производства пушек из стали.

Переход артиллерии с чугунных и бронзовых пушек на стальные поставил перед металлургией ряд серьезных задач. Главная из них состояла в том, чтобы обеспечить одновременное получение большого количества доброкачественного металла, необходимого для отливки тяжелого орудийного ствола. Эту задачу успешно решил П. М. Обухов.

Подобно многим другим известным металлургам, Обухов происходил из семьи, тесно связанной с этой благородной профессией. Его дед был мастером, а отец, работая смотрителем Воткинского чугунолитейного завода, пользовался популярностью как автор оригинальных проектов водяных двигателей и других заводских механизмов. Он любил технику, самостоятельно изучал прикладную механику, математику и другие науки и, хотя не получил систематического образования, к концу жизни был удостоен звания горного инженера.

Любовь к технике, к заводскому производству перешла от отца к сыну. П. М. Обухов с детства увлекался техническим творчеством. В 12 лет он поступил в приготовительный класс Петербургского горного корпуса, который вскоре был переименован в Институт корпуса горных инженеров.

Учился Обухов отлично. В старших классах, где преподавались технические науки, он с особым увлечением занимался металлургией, горным делом, химией, механикой. В 1843 г. Обухов с большой золотой медалью оканчивает институт и его имя за выдающиеся успехи заносится на почетную доску, установленную в актовом зале старейшей горной школы нашей страны.

Трудовая деятельность молодого инженера начинается на Урале. Его знания и организаторские способности быстро обращают на себя внимание. Уже через два года Обухов назначается смотрителем Серебрянского железоделательного завода. Вскоре молодой специалист направляется Горнозаводским управлением в длительную заграничную командировку. Упорно изучает он металлургическое производство па заводах Германии, Бельгии, Франции.

XIX век приближался к своей середине. Этот период характеризовался быстрым развитием индустрии. Промышленность требовала все большего количества металла и все лучшего его качества. Пудлинговый способ производства стали уже не удовлетворял потребности машиностроения. Чтобы получить доброкачественные детали крупных станков и двигателей, нужна была литая сталь, вполне однородная по своему химическому составу. Такую сталь тогда выплавляли только в тиглях. Наиболее успешно тигельная плавка велась в те годы на заводах немецкого капиталиста Круппа, по ее технологические особенности держались в секрете.

Вернувшись в 1848 г. на Урал, П. М. Обухов твердо решил заняться разработкой и совершенствованием способов получения литой стали. Однако на Кушвинском чугунолитейном заводе, куда он был назначен управителем, не было никаких условий для сложных экспериментов. Через три года Обухов переходит на Юговский завод и начинает опыты по производству литой стали. Но и здесь слабая техническая база предприятия не позволила закончить начатые исследования. Они были продолжены и завершены несколько лет спустя на Златоустовской оружейной фабрике.

В Златоусте тогда еще были живы аносовские традиции. Ученики и соратники замечательного металлурга оказались хорошими помощниками Обухова. "Много помогла делу кипевшая тогда в Златоусте работа по боевому снабжению русской армии, особенно усилившаяся в дни обороны Севастополя"⁴. Оружейная фабрика накопила большой опыт в изготовлении офицерского и солдатского оружия - огнестрельного и холодного. Однако лучшие сорта стали, необходимой для производства этих ответственных изделий, выписывались из Англии и Германии по дорогой цене.

⁴ (Данилевский В. В. Русская техника. Л., 1948, с. 102)

Продолжая и развивая исследования Аносова по выплавке качественной стали, Обухов ставил перед собою две задачи: во-первых, найти надежные способы получения металла в больших количествах и, во-вторых, резко снизить себестоимость стального литья. Обе эти задачи оказались весьма сложными. Не было еще мартеновских печей и конвертеров, которые позволили бы сразу получить столько стали, сколько ее нужно для отливки орудийного ствола. Весь металл лучшего качества, предназначенный для производства оружия и инструмента, варился в тиглях. Вместимость каждого из них была небольшой - всего несколько десятков килограммов металла. Чтобы обеспечить получение тяжелой отливки, приходилось вести плавку одновременно во многих тиглях.

В течение нескольких лет Обухов осуществляет большую серию опытов по плавке стали в тиглях. В раскаленные добела сосуды с жидким чугуном он прибавляет в разных пропорциях сырцовую сталь, железную руду (магнитный железняк) и другие вещества. Особое внимание он уделяет железной руде. Содержащийся в ней кислород способствует выгоранию вредных примесей чугуна - серы и фосфора, а также уменьшению количества кремния и, наконец, углерода. Вводя в процесс больше или меньше руды, исследователь получает сталь с разным содержанием углерода, обладающую различной твердостью. Титан и другие химические элементы, входящие в состав магнитного железняка, легируют сталь, повышают ее качество.

Выплавленная Обуховым сталь тщательно проковывается, а потом из нее вырабатывают различные изделия - кирасы (стальные панцири для защиты от пуль и ударов холодным оружием), ружейные стволы и инструменты. Эти изделия подвергаются всесторонним испытаниям, результаты которых тщательно анализируются. Уже в 1855 г. опыты ознаменовались первыми успехами. Из Златоуста пишут в Петербург: "В настоящее время у многих златоустовских охотников имеются винтовки, приготовленные из стали капитана Обухова, отличающиеся верностью боя и крепостию"⁵.

⁵ (Там же)

Дальнейшие эксперименты привели к разработке падежных способов выплавки нескольких сортов отличного металла, значительно более дешевого, чем сталь, приобретаемая за границей. Действительно, себестоимость стали Обухова составляла 1 р. 50 к. за пуд, крупповский металл обходился по 5 р. 50 к., а стоимость английской стали втрое превышала стоимость металла немецкого⁶.

⁶ (Падучев П. Первые русские стальные пушки,- Ист. вестн., 1894, апрель, с. 166)

Сталь Обухова отличалась высокими механическими свойствами - необходимой упругостью и вместе с тем вязкостью. Клинки для шпаг свободно свертывались в кольцо и также легко развертывались не ломаясь. При обработке изделий на токарном станке длина стружки нередко достигала нескольких десятков метров. Прекрасно показали себя и инструменты, изготовленные из этого металла. Струги из английской стали обрабатывали без заточки не более 50-80 кож, идущих для изготовления ножен к тесакам и шашкам. Аналогичный инструмент из обуховской стали служил в 30 раз дольше⁷. Преимущества отечественного металла по сравнению с заграничными были очевидны. Все это позволило Златоустовской оружейной фабрике уже в конце 50-х годов освободиться от иностранной зависимости в области получения сырья.

⁷ (Колчак В. История Обуховского сталелитейного завода. СПб., 1903, с. 12)

П. М. Обухов взял привилегию па свои изобретения и одновременно разработал проект постройки специального завода для производства стальных артиллерийских орудий. Однако бюрократические правительственные учреждения не торопились с рассмотрением этого проекта. На его утверждение понадобилось несколько лет. Наконец, в 1858 г. нужное разрешение было получено, средства выделены. Работа в Златоусте закипела. Прежде всего приступили к сооружению литейного цеха и здания кузницы, для которой были приобретены тяжелые молоты. Устанавливались первые в Златоусте паровые машины, оборудовались сверлильная мастерская, обточный и отделочный цеха, отделение для изготовления тиглей. К началу 1860 г. благодаря настойчивости и инициативе Обухова основные сооружения были завершены. Новая оружейная фабрика, названная Князе-Михайловской, вступила в строй.

Уже в первый год работы сталелитейный цех фабрики насчитывал 96 горнов, в каждом из которых было установлено по два тигля. При одновременной работе все эти агрегаты могли выплавить до 300 пудов стали - этого было достаточно для отливки артиллерийского ствола 24-фунтовой пушки⁸. Впоследствии число горнов было доведено до 127, а емкость тиглей увеличена. Это позволило почти вдвое поднять производительность сталелитейного цеха⁹.

⁸ (В то время калибр орудия определялся весом пушечного ядра)

⁹ (См.: Сорокин Ю. Н. Роль П. М. Обухова в основании сталелитейного производства в России,- Тр. Ин-та истории естествознания и техники, 1955, т. 3, с. 109)

Итак, новая оружейная фабрика стала действующим предприятием. В марте 1860 г. в ее цехах были отлиты четыре стальные болванки для артиллерийских стволов. Три из них подверглись холодной механической обработке - обточке и сверлению, а четвертая была отправлена в Петербург в сыром виде¹⁰.

¹⁰ (См.: Падучев П. Первые русские стальные пушки, с. 174)

Производство стальных орудий в России началось. Пушки Князе-Михайловской фабрики отличались высоким качеством. До сих пор в Ленинградском артиллерийском музее хранится облегченная пушка, отлитая в 1860 г. Ее вес составляет почти 33 пуда. Во время испытаний из этой уникальной пушки сделали более 4 тыс. выстрелов. Два года спустя она экспонировалась на Всемирной выставке в Лондоне и была удостоена золотой медали. Так русская пушка пробила брешь в монополии германского капиталиста Круппа, освободила русскую артиллерию от иностранной зависимости¹¹.

¹¹ (Там же, с. 161)

Князе-Михайловская фабрика получила большие правительственные заказы, ее цехи непрерывно расширялись, в литейной уже производились тяжелые отливки - в 100 и более пудов. И вот тогда выяснилось, что место для постройки фабрики было выбрано неудачно. Слишком дорогой оказалась перевозка готовых изделий к заказчику. Сначала пушки везли на лошадях до ближайшей пароходной пристани на р. Белой - г. Бирска, затем сплавляли на баржах по Камско-Волжской водной системе. А время не ждало, пушек требовалось все больше. Возникла потребность и в стальных нарезных орудиях крупного калибра для вооружения крепостей и больших военных кораблей.

Для разрешения важнейших вопросов артиллерийского производства в Петербурге создается специальный комитет. В него входят представители морского, военного и горного ведомств. В мае 1862 г. комитет принимает решение о постройке вблизи столицы большого сталепушечного завода. Для этого были веские основания: завод должен быть связан удобными путями сообщения со странами Западной Европы (откуда поступали станки и оборудование), а также легко и быстро транспортировать продукцию в порты Балтийского и Черного морей, к приморским крепостям и на судостроительные заводы. Кроме того, правительство считало целесообразным создавать это новое важное предприятие в непосредственной близости к руководящим учреждениям и ведомствам¹².

¹² (См.: Колчак В. История Обуховского сталелитейного завода, с. 16)

Следующий год был целиком затрачен на организационную работу. На берегу Невы, в 12 верстах от Петербурга, для постройки завода отводится большой земельный участок. Строятся здания цехов и мастерских, за границей заказываются молоты, станки и машины для испытания механических свойств металлов. В Петербург переводится Павел Матвеевич Обухов. Под его руководством и строится новый завод, который затем получает название Обуховский (ныне завод "Большевик").

По тому времени этот завод считался прекрасно оборудованным предприятием. Основное ядро его рабочих кадров составляли златоустовские сталевары, умевшие выплавлять металл высокого качества. С Урала прибыли В замечательные мастера по кузнечному делу. Часть специалистов была приглашена из-за границы. Уже 15 апреля 1864 г. была осуществлена первая большая плавка весом в 294 пуда. Из нее изготовили 7 стальных болванок для орудийных стволов. Так было положено начало производству малых пушек. Однако уже в конце апреля была отлита крупная болванка для ствола тяжелого орудия - ее вес составлял 752 пуда¹³. Казалось, сложились все условия для широкого производства высококачественных стальных пушек. Но практически все обстояло иначе. Начались длительные "детские болезни" артиллерийского производства. Одно дело было выпускать легкие пушки малых калибров и в небольшом количестве на Князе-Михайловской фабрике, значительно сложнее организовать крупносерийное производство тяжелых стальных орудий.

¹³ (Каптерев Н. А. Обуховский сталелитейный завод. СПб., 1913, с. 15)

Общий вид Обуховского завода (конец 60-х годов прошлого века)

Долгое время все не ладилось. Отдельные экземпляры пушек по-прежнему отличались высокими механическими показателями. Они выдерживали сотни и тысячи выстрелов. Но встречались и такие, которые разрывались при первых же залпах на испытательных полигонах, нанося увечья артиллеристам.

50-тонный молот Обуховского завода (начало 70-х годов прошлого века)

Настойчиво и тщательно искали П. М. Обухов и его помощники причины плохого качества стальных орудий. Много раз исследовался в лабораториях химический состав сталей, из которых отковывались артиллерийские стволы. Анализы неизменно подтверждали однородность и высокие качества обуховской стали. Тогда в чем же дело? На этот вопрос долго не удавалось вразумительно ответить.

Пока продолжались длительные и бесплодные поиски причин брака стальных орудий, казна терпела большие убытки. В правительственных кругах появились сомнения в целесообразности производства пушек из стали. Уже начались разговоры о том, не пора ли прекратить затянувшиеся и дорогие опыты. П. М. Обухов напряженно искал выхода из создавшегося тяжелого положения. На завод была приглашена группа специалистов, которой поручили досконально изучить все стадии технологического процесса производства орудия - от составления шихты для тигельной плавки до ковки и механической обработки стальной заготовки. Одним из этих специалистов оказался молодой инженер-технолог Дмитрий Константинович Чернов. На него "была возложена обязанность, чтобы проковка стали вообще и орудийных болванок в особенности производилась вполне согласно письменной инструкции П. М. Обухова"¹⁴.

¹⁴ (Там же, с. 22)

Чернов глубоко изучил процессы, происходящие в стали при ее отливке, затвердевании и последующей горячей обработке под молотом или прессом. Он дал подлинно научное объяснение этим процессам и в результате блестяще разрешил загадку низкого качества артиллерийских орудий. Сделанные им выводы знаменовали собой переворот в области металлургии. В этой первой работе, так же как и во многих последующих, будущий знаменитый ученый опирался на научные труды своих предшественников, прежде всего на работы А. С. Лаврова и Н. В. Калакуцкого, которые многое сделали для решения важнейших проблем получения доброкачественной литой стали.

Александр Степанович Лавров родился в семье коллежского советника 24 апреля 1838 г. Получив среднее образование, он поступил в Михайловское артиллерийское училище, офицерские классы которого были преобразованы в 1855 г. в Артиллерийскую академию. Уже в академии Лавров проявил особую склонность к техническим наукам. Поэтому в 1859 г., после ее окончания, он не избрал военную профессию, а с разрешения Артиллерийского ведомства поступил в Институт корпуса горных инженеров, чтобы спустя два года стать приемщиком военной продукции на казенных (государственных) заводах. Одновременно Лавров посещал лекции в Петербургском университете и химическую лабораторию Горного департамента. Он с увлечением изучал химию, металлургию, минералогию и другие дисциплины, нужные металлургу¹⁵.

¹⁵ (См.: Сорокин 10. II. Выдающийся русский металлург А. С. Лавров.- В кн.: Труды по истории техники. М., 1954, вып. IV, с. 110)

Поздней осенью 1861 г. А. С. Лавров вступает в должность военного приемщика на Князе-Михайловской оружейной фабрике. Естественно, что Лаврову и его помощнику Н. В. Калакуцкому сразу же пришлось столкнуться с большим браком при производстве стальных орудий. Оба инженера не ограничились простой фиксацией этого факта, но самым тщательным образом проанализировали технологию производства стального орудия, начиная с плавки и отливки заготовки, кончая ее ковкой и последующей механической обработкой.

Лавров и Калакуцкий решили внимательно проследить за приготовлением каждого орудия. В течение нескольких лет они накопили богатейший материал, позволивший установить некоторые закономерности, способствовавшие прогрессу сталеплавильного дела.

В 1866 г. в "Артиллерийском журнале" появилась большая статья А. С. Лаврова под скромным названием "О приготовлении стальных орудий". Однако содержание статьи далеко выходило за рамки описания процесса производства артиллерийских стволов из стали. В истории металлургии "это был первый подлинно научный труд по исследованию химического состава и строения стального слитка"¹⁶.

¹⁶ (Там же, с. 111)

В начале своей работы Лавров указывает на различную плотность стали не только в разных пушках, даже изготовленных в совершенно одинаковых условиях, но и в различных частях одной и той же пушки. Исследуя удельный вес стальной стружки, взятой из различных частей орудийного ствола, Лавров приходит к выводу, что во всех случаях плотность металла у дульного среза относительно невелика, затем она возрастает, снова падает и к концу казенной части орудия опять увеличивается. Характерно, что это явление наблюдалось и в литой болванке, и в кованой заготовке. Чем же объясняется такая странная на первый взгляд закономерность? Очевидно, только условиями затвердевания жидкого металла после его разливки в изложницу.

Сделав такое предположение, Лавров занялся изучением химического состава стальных проб, взятых из различных частей слитка, и практически подтвердил его химическую неоднородность. Действительно, определив химический состав стальной стружки, взятой при сверлении канала 24-фунтовой пушки, Лавров убедился, что и пробе, находящейся в 58 дюймах от дульного среза, содержалось 1,36% углерода, а в пробе, отстоящей от дульного среза па 114 дюймов, углерода было почти в два раза меньше - всего 0,74%.

Так впервые была подтверждена химическая неоднородность металлических сплавов, называемая теперь ликвацией, или сегрегацией.

Вопреки широко распространенному в то время мнению, что сталь представляет собою химическое соединение железа с углеродом и другими элементами, русский инженер рассматривает сталь как раствор углерода, расплавленного в железе. Он пишет: "Если бы сталь была каким-нибудь постоянным химическим соединением, то даже при медленном остывании состав ее оставался бы без всякого заметного изменения, но сталь есть сплав, раствор углерода в железе, а следовательно, при медленном остывании мы вправе ожидать распадения этого сплава, как и всякого другого, не представляющего собою определенного соединения. Непосредственным результатом этого распадения должно быть группирование более трудноплавких сплавов (с меньшим содержанием углерода) около стенок изложницы и вытеснение легкоплавких углеродистых сплавов в центральные части слитка"¹⁷.

¹⁷ (Лавров А. С. О приготовлении стальных орудий,- Арт. журн., 1866, № 10, с. 527)

А. С. Лавров не только открыл явления зональной ликвации, но и объяснил их происхождение и основные закономерности. В чем же причины ликвации? Прежде всего в химической неоднородности любых металлических сплавов, будь то сталь, латунь или бронза. В отличие от чистых металлов сплавы застывают и кристаллизуются не при одной определенной температуре, а в некотором интервале температур. Когда жидкая сталь налита в изложницу, в первую очередь затвердевают ее наиболее тугоплавкие составляющие, прежде всего железо, температура плавления которого 1530°. Поэтому ранее остывшие слои металла, расположенные у внешней поверхности слитка, содержат больше железа и меньше других химических элементов - углерода, фосфора, серы и т. д. пo сравнению с внутренними частями слитка, затвердевающими позже. Наружные слои стального слитка обладают вследствие этого более высокими механическими свойствами.

И это еще не все. Легкоплавкие составляющие металлического сплава при затвердевании слитка оттесняются к его середине. Их удельный вес ниже, чем вес других частей сплава, более богатых железом. Поэтому легкоплавкие части сплава всплывают в верхнюю часть слитка и остывают последними. Но при остывании объем металла сокращается. Однако внешние очертания слитка уже зафиксированы его коркой, затвердевшей в первую очередь. К концу затвердевания слитка оказывается, что для его заполнения не хватает жидкого металла. Поэтому верхние осевые слои слитка содержат не только максимальное количество примесей, в том числе наиболее вредных для качества металла - серы и фосфора, но и имеют более или менее развитые пустоты, называемые усадочной раковиной. Кроме того, при остывании жидкой стали в изложнице наблюдается выделение газовых пузырей. Их появление объясняется двумя причинами: или это выделяются газы, поглощенные металлом в процессе плавки, или в жидкой стали еще не закончились химические процессы между отдельными ее компонентами. Пока сталь еще не затвердела, газовые пузыри пробиваются вверх и уходят в атмосферу. Однако, когда металл становится густым и плотным, пузырькам газа все труднее преодолеть его толщу, и они так и остаются в застывшей стальной массе в виде газовых пустот. Естественно, такие пустоты снижают качество литого изделия, а в некоторых случаях заставляют его браковать. Особенно много выделяется газовых пузырей в недостаточно раскисленной, так называемой кипящей стали. При затвердевании такого металла раковины и пустоты могут образоваться по всему объему слитка.

Концентрация серы, фосфора и других вредных примесей в зоне ликвации и наличие во всех слитках стали более или менее распространенных усадочных пустот и газовых пузырей приносили большой ущерб сталеплавильному производству. Для изготовления ответственных изделий (а таковыми, конечно, являлись и стволы артиллерийских орудий) верхнюю часть стального слитка, составлявшую иногда до 40% его веса, приходилось отрезать и направлять в отходы производства.

Изучая закономерности распределения усадочных раковин и газовых пузырей в стальном слитке, Лавров приходит к выводу, что "во всякой литой массе пустоты вследствие усадки обнаруживаются в тех частях слитка, которые остыли последними, следовательно, самое распределение раковин будет зависеть от формы слитка и условий его остывания; так, например, в случае сплошного цилиндра усадочные раковины расположатся непременно по его оси, поднимаясь выше или ниже, смотря по тому, замедлено или усилено охлаждение металла со стороны верхней ограничивающей его плоскости"¹⁸. Однако ученый не только констатировал открытое им явление, Он предложил и ряд практических средств, направленных к уменьшению ликвационной зоны в слитке и в конечном счете к повышению качества литой стали.

¹⁸ (Там же, с. 514)

А. С. Лавров разработал рациональную форму изложницы для отливки стального слитка. Она представляет собой массивный чугунный сосуд, расширяющийся кверху. При этом процесс отвердевания слитка заканчивается в верхней части изложницы, где и сосредоточиваются главным образом примеси и пустоты. Лавров предложил даже подогревать верхнюю часть изложницы, чтобы замедлить в ней затвердевание стали. В своих последующих работах, относящихся к 90-м годам, ученый выдвинул идею использования для подогрева верхней части неостывшего металла в изложнице различных термитных порошков. Для борьбы с ликвацией он предложил снабжать верхнюю часть изложницы особой насадкой, сделанной из огнеупорного материала, плохо проводящего тепло, в которой образуется так называемая прибыльная часть слитка, где в сравнительно небольшом объеме металла будут сосредоточены вредные примеси и усадочная раковина. Для уменьшения усадочной раковины Лавров рекомендовал в конце литья медленно, но непрерывно доливать жидкий металл в изложницу, чтобы пополнялась усадка. Конечно, после остывания слитка его прибыльная часть отрезалась и шла в отходы.

Минуло более 100 лет после классических экспериментов А. С. Лаврова по разливке жидкой стали, но и теперь предложенные им методы литья и конструкция изложницы широко применяются в сталелитейной промышленности.

Последние три десятилетия своей жизни (с 1875 по 1904 г.) Лавров провел на посту директора Гатчинского чугунолитейного завода, вблизи Петербурга. Здесь он успешно продолжал эксперименты по получению "здоровой" стальной отливки, т. е. свободной от газовых пустот и посторонних включений.

Еще в 70-е годы было установлено, что прибавление к расплавленной стали небольших количеств кремнистого и марганцовистого чугуна позволяет получать плотные беспузыристые отливки. Это удовлетворительно решало задачу изготовления мелких фасонных предметов из стали. Однако более крупные изделия по-прежнему содержали недопустимо много газовых пузырей. Выяснению причин этого явления и разработке мероприятий по его устранению Лавров и посвятил свою Дальнейшую Деятельность, нашедшую отражение в научном труде "Работы и заметки по литейному делу", изданном в 1904 г.

В чем же причина образования газовых пузырей в стальной отливке? А. С. Лавров дает четкий ответ на этот вопрос, интересовавший широкие круги металлургов. "Перед расплавлением и после расплавления своего,- пишет он,- металл с поверхности сильно окисляется, причем по закону масс главнейшим образом окисляется преобладающее тело, т. е. железо, а не углерод, и образовавшиеся окислы по большей части растворяются в жидком металле, где они и вступают в реакцию с углеродом металла: происходит хорошо известное, но довольно медленное фришевание, т. е. непрерывное сжигание углерода в СO₂ (а может быть, и СО)"¹⁹.

¹⁹ (Лавров А. С. Работы и заметки по литейному делу. СПб., 1904, е..44)

Для устранения обильного газообразования в момент разливки и отвердевания стали Лавров предложил в 1891 г., значительно раньше, чем это сделали зарубежные исследователи, более деятельный раскислитель по сравнению с кремнистым и марганцовистым чугуном - металлический алюминий, вводимый в ковш с расплавленной сталью перед ее разливкой. Так было навсегда покончено с серьезными дефектами литой стали. "Применение алюминия для раскисления стали, начатое А. С. Лавровым, нашло самое широкое распространение и имело важнейшее значение для сталелитейного производства, избавив его от брака слитков по газовым пузырям... Широкое применение алюминия как раскислителя позволило установить и другие его замечательные свойства, такие, как способность уменьшать величину зерна и сегрегацию в слитке. Таким образом, начинание А. С. Лаврова имело огромные последствия для сталелитейного дела"²⁰.

²⁰ (Сорокин Ю. Н. Выдающийся русский металлург А. С. Лавров, с. 123)

Деятельным помощником А. С. Лаврова, его большим другом и продолжателем классических работ по производству доброкачественных стальных изделий был замечательный русский металлург Николай Вениаминович Калакуцкий. Подробно анализируя работы обоих ученых, Д. К. Чернов писал: "Статьи Калакуцкого, составляющие как бы продолжение труда Лаврова, дают подробные сведения о дальнейшей обработке литых болванок, так что оба труда вместе представляют полную картину сталепушечного производства"²¹.

²¹ (Д. К. Чериов и наука о металлах. М., 1950, с. 63)

Н. В. Калакуцкий родился 9 февраля 1831 г. в Вельском уезде Смоленской губернии. Свое образование он напал в Тульской гимназий, а затем обучался в специальном военно-учебном заведении в Петербурге, названном впоследствии Константиновским артиллерийским училищем. В качестве офицера артиллерийской бригады он участвовал в Крымской войне, по окончании которой был направлен приемщиком орудий в Златоуст. В Златоусте долгие годы работал артиллерийским приемщиком его отец. Туда же в 1861 г. прибыл и А. С. Лавров. Между обоими инженерами установились дружеские отношения. Под руководством Лаврова Калакуцкий упорно занимается самообразованием: изучает иностранные языки, математику, химию, металлургию. Вместе с Лавровым он проводит большую серию экспериментов по выплавке, разливке и разным режимам остывания стали, а также занимается вопросами строения и свойств литого металла. Замечательные открытия А. С. Лаврова, о которых рассказывалось выше, были осуществлены при активном участии H. В. Калакуцкого.

После отъезда в 1864 г. Лаврова из Златоуста Калакуцкий один продолжает исследования. Его внимание помимо выплавки литой стали привлекают и процессы последующей обработки стального слитка - его ковка и термическая обработка, оказывающие большое влияние на структуру и свойства металла. П. В. Калакуцкий активно сотрудничал в "Артиллерийском журнале". В 1866- 1870 гг. он печатает здесь ряд научных статей, посвященных развитию сталелитейного дела в России и производству артиллерийских орудии²².

²² (См.: Нахимов Д. М. Калакуцкий Н. В.- В кн.: Русские ученые-металловеды. М., 1951, с. 116-117)

Первая крупная работа Калакуцкого, опубликованная им в №№ 5, 7, 9 и 10 "Артиллерийского журнала" за 1867 г., наряду со статьями А. С. Лаврова привлекла внимание в то время еще совсем молодого ученого Д. К. Чернова. Их он положил в основу своего доклада в Русском техническом обществе, ознаменовавшего начало нового этапа в развитии науки о металле. В докладе Чернов особое внимание уделил второй главе работы Калакуцкого, посвященной изучению влияния нагревов стальных слитков перед ковкой и процессов самой ковки на структуру литой стали. Чернов подчеркивает мысль Калакуцкого о том, что ковка изменяет структуру литой стали и может сопровождаться уменьшением ее плотности. Она способствует уничтожению внутренних пустот в литом металле, не только сближая их стенки, но даже сваривая их между собой при благоприятных условиях. Особенно важное значение для производственной практики имеет установленная Калакуцким зависимость между структурой металла, температурой, при которой заканчивается ковка, и скоростью охлаждения металла после ковки. Ученый доказал, что нагревание, а затем медленное охлаждение производят действие, обратное ковке; деформированные кристаллы (зерна) металла при этом снова вырастают, изменяя структуру металла. Поэтому ковку следует продолжать почти до охлаждения стали (точнее говоря, до бурого цвета стальной заготовки, соответствующего температуре 700-800°), а окончательно прокованные места не подвергать повторным нагревам. "Статья о ковке,- подчеркивает Д. К. Чернов, рассказывая о работе Калакуцкого,- заслуживает полного внимания специалистов, и нельзя не поблагодарить автора за сообщенные им подробности своих опытов"²³.

²³ (Д. К. Чернов и наука о металлах, с. 81)

В 1870 г. Н. В. Калакуцкого вызывают в столицу. Здесь, на Обуховском, Путиловском и других заводах, он осуществляет важные исследования но выплавке и обработке стали для производства стрелкового оружия - только что принятых на вооружение скорострельных винтовок. Результаты он публикует в научно-технических журналах. Одновременно ученый продолжает работу над изучением внутренних напряжений, возникающих в литой стали в процессе ее затвердевания, ковки и термической обработки. Этой важной проблеме Калакуцкий посвящает два десятилетия своей жизни. В итоге он создает капитальный научный труд "Исследование внутренних напряжений в чугуне и стали", вышедший в 1887 г. и вновь переизданный в 1888 г. одновременно с переводами в Англии и Франции.

Заслугой Н. В. Калакуцкого является не только открытие внутренних напряжений в стали, но и разработка методов их определения, а также конструирование необходимых для этого приборов. Ученый предложил практические способы использования полезных напряжений и меры борьбы с напряжениями вредными.

Работы Калакуцкого имели большое значение для развития теории и практики сталелитейного дела. Они были высоко оценены современниками ученого и успешно продолжались последующими поколениями русских и советских исследователей. Н. В. Калакуцкий умер 17 января 1889 г.

Еще в 1868 г., в исторической докладе на заседаний Русского технического общества, анализируя только первые работы А. С. Лаврова и Н. В. Калакуцкого, Д. К. Чернов пророчески говорил: "...наша литература должна гордиться трудами Лаврова и Калакуцкого: они первые указали на распределение пустот в литых стальных болванках и зависимость их от обстоятельств плавки и литья - распределение плотностей самой стали в различных местах болванок и неодинаковость ее химического состава; первые подробно познакомили со всеми манипуляциями сталепушечного дела..."²⁴.

²⁴ (Там же, с. 86)

https://strojmet.ru/tovar/125