Дмитрий Чернов

Годы жизни

20 октября (1 ноября) 1839 — 2 января 1921

Род занятий

Металлургия и металловедение

Биография

Предметы и документы

Библиография

Жизненный путь и научное творчество Д.К. Чернова

История металлургии свидетельствует, что с древнейших времен человек стремился улучшить свойства металлов, нагревая и охлаждая их, но незнание сути происходящих процессов не давало ему возможности управлять этими явлениями. Взаимосвязь состава, структуры и свойств железа была установлена лишь в шестидесятых годах XIX века русским металлургом Д.К. Черновым. Оригинальный аналитический ум, проницательность, интуиция, стремление к глубинному познанию природы вещей и явлений — все то, что составляло суть научного гения Д.К. Чернова, позволило ему найти объяснения, которые при тогдашнем уровне знаний никем и не подозревались. Открытия Д.К. Чернова легли в основу современного металловедения, стали источником формирования научных основ металлургии и современных прогрессивных технологий литья изделий из металлов и сплавов. Наиболее полно значение открытий Д.К. Чернова охарактеризовал известный французский ученый Альберт Портевен (Albert Portevin): «Его имя остается связанным с двумя фундаментальными открытиями, которые были отправной точкой почти всех новых исследований стали: это — понятие о критических точках стали и понятие об изменениях структуры, которые сталь испытывает при термической обработке. Чернов был провозвестником и главою новой школы; его первые труды послужили фундаментом для последующего удивительного прогресса в области металлургии стали, для которой вторжение науки оказалось поистине революционным» [3].

Д.К. Чернов родился в Санкт-Петербурге 1 ноября 1839 г. в семье фельдшера Монетного двора. Инженерное образование получил в Санкт-Петербургском Технологическом практическом институте, окончив его в 1858 г. с малой серебряной медалью. В 1866 г. Д.К. Чернов поступает на Обуховский завод — крупнейший центр сталепушечного производства России. Молодому инженеру поручают установить причины массового брака при производстве стальных орудий. На протяжении двух лет непосредственно в заводских мастерских под шум и грохот молотов он изучает влияние различных факторов на качество раскаленных стальных слитков и орудийных поковок. Свои замечательные наблюдения Д.К. Чернов опубликовал в 1868 г. сначала в устных докладах, прочитанных в нескольких заседаниях Русского Технического общества (ИРТО), затем и в печати — в «Записках» того же Общества за июль 1868 г. Здесь впервые прозвучала мысль о существовании критических точек, соответствующих определенным температурам структурных превращений в стали, ведущих к изменению структуры и свойств. Эти критические температуры, зависящие от содержания углерода в стали, определенные Д.К. Черновым визуально, по цветам каления поковок, были названы им – точка «а» (темно-вишневое каление), точка «b» (красное, не блестящее каление) и т.д.

Следует отметить, что лишь 20 лет спустя, в 1886 г. известный французский исследователь Флорис Осмонд успешно применил недавно изобретенный термоэлектрический пирометр Ле-Шателье для изучения структурных превращений и установления точного числового значения этих критических точек. Взгляды Д.К. Чернова на физическую природу критических точек так опередили свое время, что на протяжении нескольких десятилетий вокруг них велись горячие споры и научные дискуссии, причем в этой полемике участвовали многие из видных русских и иностранных металловедов, например, Ф. Осмонд, А. Совер, М.Г. Евангулов, А.Л. Бабошин и др.

Д.К. Чернов впервые графически изобразил влияние углерода на положение критических точек, воспроизводя при этом очертания важнейших линий диаграммы Fe–C. Можно без преувеличения утверждать, что примененный им графический метод построения диаграммы внутренних превращений в стали при достижении критических точек послужил прообразом для последующего развития диаграмм плавкости и диаграмм состояния равновесных систем и привел к возникновению, уже много лет спустя, термического анализа — основного лабораторного метода изучения растворов солей, металлических сплавов и различных веществ [4].

Громадное значение этого первого научного труда Д.К. Чернова определяется также тем, что в нем он обосновал и экспериментально доказал, что решающим фактором для получения стали высокого качества является термическая обработка, а не ковка, как это считалось ранее, т.е., качество стали зависит от структуры, которая изменяется после достижения определенной температуры. Открытые Д.К. Черновым критические точки стали и железа послужили прочным фундаментом для построения новейших теорий термической обработки стали. Известнейшие ученые всего мира — У. Робертс-Аустен, Дж. Арнолд, А. Мартенс, Ф. Вюст в своих работах ссылались на исследования Д.К. Чернова [5].

В последующие годы службы на Обуховском заводе Д.К. Чернов занимался исследованием строения литой стали, изучением причин появления различных дефектов (пузыристости, рыхлости и усадочных раковин) и способов устранения этих пороков. Результаты своих наблюдений он обобщил в 1878 г. в труде «Исследования, относящиеся до структуры литых стальных болванок», в котором, как и десять лет назад в своем революционном докладе о критических точках, развивал совершенно новые представления о природе стали, впервые показав, что сталь является кристаллическим телом. На основе наблюдений за образованием кристаллов при затвердевании воды, соляных растворов и изучения стальных слитков Д.К. Чернов создал теорию кристаллизации стали, введя такие понятия, как «центры кристаллизации», «твердые кристаллические растворы», «волновой характер роста кристаллов».

Он с исключительной наглядностью описывал течение процесса образования и роста дендритных кристаллов: «затвердевание стали идет не непрерывным нарастанием гладких слоев один на другой, а постоянным ростом разрывных кристаллов по направлению от охлаждающих стенок изложницы к центру болванки, и притом главные оси роста кристаллов должны быть расположены нормально к охлаждающей поверхности» [6]. Строение литых слитков он рассматривал как результат трех одновременно протекающих явлений: кристаллизации стали, выделения газов и изменения объема при переходе из жидкого состояния в твердое. Огромную ценность данной работы для развития металлургии качественной стали представляли также разработанные им на основе своей теории предложения об улучшении кристаллической и химической однородности стальных слитков.

К периоду пребывания Д.К. Чернова на Обуховском сталелитейном заводе относятся также его работы по исследованию нового для русской металлургии того времени конвертерного способа получения стали. На основе расчетов он показал возможность конвертирования низкокремнистых уральских чугунов путем предварительного расплавления и перегрева их в вагранке или в другом подходящем плавильном агрегате. Так родился в 1870-х гг. «русский способ» бессемерования. В качестве средства для контроля процесса конвертирования чугуна и наблюдения за изменением состава ванны металла Д.К. Чернов использовал спектральный анализ пламени, выходящего из горловины конвертора. На основе изучения более чем 500 спектрограмм была выявлена возможность определять момент окончания продувки воздуха и, тем самым, управлять процессом конвертирования [7].

В 1889 г. Д.К. Чернов принял предложение конференции Михайловской артиллерийской академии (ныне – Военная академия ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого) вступить в число ее профессоров и занять кафедру металлургии. Наиболее значительным научным исследованием Д.К. Чернова в Михайловской артиллерийской академии стала работа о причинах выгорания каналов артиллерийских орудий в результате разрушительного воздействия пороховых газов высокой температуры, доложенная на заседании Русского металлургического общества (РМО) в 1912 г. В этой работе были даны физические основы теории износа и эрозии орудийных стволов. На основании тщательного анализа сложного процесса, происходящего при одновременном воздействии на металл тепловых, механических и химических факторов Д.К. Чернов пришел к выводу, что главную роль играет тепловое воздействие пороховых газов на поверхность канала. Данное им объяснение образования и развития сетки трещин, получившей название по его имени, инициировало появление научных работ, посвященных термической усталости и методике ее исследования.

В 1905 г. Д.К. Чернов был удостоен звания заслуженного профессора академии. Созданные им за годы работы в академии учебные курсы сталелитейного и чугунолитейного дела отличались высоким научным уровнем, ясным и четким изложением материала по теоретическим и практическим вопросам артиллерии. Профессорские обязанности в академии он исполнял на протяжении почти трех десятилетий. Д.К. Чернов воспитал не одно поколение офицеров- артиллеристов, посвятивших себя развитию металлургической техники и материалов для нужд военного дела. Среди них особо выделяются имена И.А. Крылова, Н.Т. Беляева, А.Г. Дубницкого, Э.К. Гермониуса, внесших весомый вклад как в практику артиллерийского производства, так и в развитие отечественного металловедения. Реализуя на практике и всесторонне развивая идеи научных открытий и теорий своего учителя, они вместе с видными русскими металлургами начала ХХ в. А.А. Ржешотарским, Н.И. Беляевым. А.Л. Бабошиным, А.А. Байковым и др. сформировали научную школу мирового уровня.

Вклад Д.К. Чернова в мировую науку и научно-технический прогресс неизмеримо велик, и его невозможно охватить в формате одной публикации. За пределами данного рассмотрения остались важные работы Д.К. Чернова, имевшие исключительное значение для судеб научного металловедения и металлургии, как то: разработка нового способа ступенчатой и изотермической закалки в горячих средах, исследование процесса пластической деформации в сталях и открытие закономерного характера распространения и распределения деформаций (линии Чернова-Людерса), разработка способа прямого получения железа и стали из руды, исследование природы твердых неметаллических включений в стали, отвергающих возможность существования в закристаллизовавшейся стали свободного углерода в виде алмазов и др.

Необычные увлечения профессора металлургии

Д.К. Чернов прожил долгую, насыщенную событиями жизнь, его разносторонние дарования и активная жизненная позиция привлекала к нему массу людей различных профессий и социального положения. Ученый состоял в переписке со многими государственными и общественными деятелями, учеными и инженерами России и зарубежья. Все это сохранилось в виде документальных свидетельств в различных архивных, музейных и ведомственных собраниях. Этот массив документов позволяет представить незаурядную и многогранную личность Д.К. Чернова, раскрыть в деталях все проявления этой щедро одаренной талантами натуры. Острый ум ученого, ухватывающий глубинные процессы явлений, и талант инженера демонстрирует Д.К. Чернов в различных жизненных ситуациях и в различных направлениях знания: и при проведении работ по разведке залежей каменной соли, и в решении вопросов воздухоплавания, и при создании струнных музыкальных инструментов.

Оставив в 1880 г. Обуховский завод, Д.К. Чернов вынужден был начать поиски средств существования для увеличившейся семьи (к этому времени у него на руках были мать, жена и четверо маленьких детей). Вместе с семьей он уезжает на Украину, арендует участок помещичьей земли на юго-западе страны в Бахмутском уезде Екатеринославской губернии вблизи железнодорожной станции Ступки (ныне Донецкая область) и занимается разведкой месторождений каменной соли. Он очень рискует, вложив в это дело все свои небольшие сбережения. Но расчет оказался верным. Соединение прочных знаний по геологии и горному делу, усвоенных им в Технологическом институте, с интуицией и поразительным упорством принесло ему успех. Через три года буровых работ Д.К. Чернов открыл на глубине около 200 м залежи каменной соли в пласте толщиной 15 м, пригодные для промышленной разработки. Он обращается к российским предпринимателям с предложением организовать предприятие по добыче соли и, не получив отклика, привлекает внимание западных инвесторов. По возвращении в Петербург в 1884 г. он участвует в учреждении новой компании с иностранным капиталом — Голландского общества по разработке каменной соли в России. Голландцы без промедления заложили на выкупленном участке шахту «Петр Великий» (в память исторического пребывания русского царя в Саардаме), и промышленная разработка каменной соли в Бахмутском бассейне началась. Это сделало Д.К. Чернова состоятельным человеком, дало возможность самостоятельно финансировать свои исследования в различных областях знания, заниматься активной благотворительной деятельностью. Следует отметить, что добыча каменной соли в Донецком бассейне, одним из пионеров которой явился Д.К. Чернов, продолжается и в наши дни.

Вопросами «летания» Д.К. Чернов заинтересовался после поездки его в 1878 г. на Всемирную выставку в Париж. Он занимается теоретическими изысканиями и впервые выступает в апреле 1884 г. на заседании Воздухоплавательного отдела РТО с описанием характеристик вращающихся пластин, изогнутых по параболе. Свои многолетние исследования в области воздухоплавания Д,К. Чернов обобщает в 1893 г. докладом «О наступлении возможности механического воздухоплавания без помощи баллона». Применив к полету в воздухе принцип инерции, ученый с помощью простых расчетов доказывает: 1) с помощью пропеллера можно достигать высоких скоростей подъема тел; 2) самым выгодным подъемным аппаратом является расчлененная на элементы параболическая вогнутая поверхность (правильность этого вывода он подтверждает демонстрацией строения орлиного крыла); 3) подъемная сила элемента пропорциональна квадрату, а затрачиваемая работа — кубу скорости полета. Для создания подъемной силы он предложил использовать двухвинтовую схему; горизонтальное перемещение летательных машин обеспечивалось либо за счет наклона винтов, либо применением дополнительных движителей. Сам ученый говорил, что предложенные схемы имеют общий характер, и предлагал опытным путем установить оптимальную конструкцию. Для подтверждения своих расчетов он проводит с 1888 г. серию проверочных испытаний для определения подъемной силы и совершаемой работы при различных конфигурациях параболических пластин пропеллера.

Ученый сконструировал устройство, состоящее из машинки, заводящейся сильной пружиной, и двух взаимно перпендикулярных осей, на которые могли надеваться пластинки различных форм. Во время опытов машинка ставилась на весы и уравновешивалась. Потеря в весе давала величину подъемной силы, работа вычислялась по закручиванию пружины. Проведенные опыты подтвердили правильность основных положений, разработанных Д.К Черновым. Наблюдающиеся расхождения результатов опытов с теоретическими значениями автор работы объяснял рядом погрешностей при проведении испытаний: неточность при ручном изготовлении параболических элементов, недостаточная чувствительность весов и т.д. Чернов считал, что следующим этапом должна стать серия опытов по разработке всех деталей «свободной летательной машины». Он твердо верил в правильность своих расчетов и выводов и обратился к ИРТО с призывом о проведении совместных исследований, предлагая в качестве своей доли значительную сумму в 5000 рублей. Доклад был издан отдельной брошюрой и привлек внимание кругов, занимающихся воздухоплаванием. Высоко оценил работу Д.К. Чернова признанный специалист в вопросах аэродинамики Н.Е. Жуковский, который посвятил разбору его предложений отдельное выступление на заседании Политехнического общества в Москве в 1894 г. Указав на некоторые неточности и приближенный характер анализа, с удовлетворением отметил, что в работе раскрыта «самая суть задачи о летании». Д.К. Чернов делает попытку привлечь внимание зарубежных специалистов. Он на свои средства издает текст доклада 1893 г. на французском языке и отсылает его в Париж членам первого воздухоплавательного конгресса в сентябре 1900 г. Несмотря на всеобщий интерес, желающие выделить необходимые средства для дальнейших опытов так и не нашлись. Тем не менее, Чернов продолжал исследования на собственные средства вплоть до 1911 г.

Поистине выдающимся был вклад Д.К. Чернова в дело создания («строительства») струнных инструментов. Сначала, в 1860-х гг. это увлечение проявилось в штудировании специальной литературы, затем — в исследовании строения и звучания скрипок разных мастеров, в том числе и старинных итальянских. Были сделаны первые приближенные выводы о том, что на звуковые качества инструментов влияют, в основном, элементы конструкции. Свои выводы Чернов начал опробовать на обыкновенных фабричных инструментах «заведомо дурных качеств». Он вскрывал эти скрипки и после изменения размеров полученных фрагментов, склеивал их заново, тем самым исправляя «грубый недостаток». К изготовлению новых скрипок он приступил в 1901 г. Из воспоминаний дочери Д.К. Чернова — Александры Дмитриевны Адеркас-Черновой: «Пытаясь выявить «секрет» итальянских скрипок, отец сконструировал инструмент, который определял толщину деки при помощи целого набора камертонов. Этот прибор позволял установить, где и какая толщина деки дает ту или иную силу звука, а также тембр. Ученому удалось доказать, что секрет итальянских скрипок зависит главным образом от толщины деки и значительно меньше от просушки или обыгрывания скрипок, как считалось раньше. Отец изготовил 12 скрипок, 4 альта и 4 виолончели. Это был его отдых после напряженной научной работы. Над инструментами он работал часто в присутствии жены, которая обычно читала ему вслух газеты «Новое время» и «Сын отечества» [8].

С декабря 1905 г. в доме Черновых стали проводиться домашние камерные вечера; в течение трех концертных сезонов Д.К. Чернов выяснял влияние той или иной особенности конструкции на звуковые качества инструментов. С 1907 г. публичные выступления на его инструментах стал проводить квартет, в который входили известные музыканты — В.А. Заветновский, И.Ф. Гиль, И.И. Пиотровский и О. Фон-Беке. После отдельных пробных выступлений были организованы постоянные музыкальные циклы под именем «Камерные вечера квартета Заветновского на инструментах профессора Д.К. Чернова». Дмитрий Константинович принимал активное участие в подготовке камерных вечеров, консультируя и наставляя исполнителей.

В середине 1910 г. у Д.К. Чернова возникла идея сравнительного испытания своих инструментов, и он поделился ею с Николаем Федоровичем Финдейзеном — основателем и главным редактором крупнейшего российского музыкального периодического издания — «Русской музыкальной газеты». Н.Ф. Финдейзен одновременно возглавлял Правление Общества друзей музыки, учрежденного им в 1908 г. совместно с А.И. Зилоти и С.М. Сонки. Предложение Дмитрия Константиновича было с радостью принято. Музыкальное собрание, посвященное публичному испытанию качеств созданных профессором Черновым струнных музыкальных инструментов, в сравнении с инструментами старых мастеров, состоялось в Малом зале Петербургской консерватории 16 января 1911 г. В конкурсе участвовали инструменты старых мастеров: скрипки работы Гвадалини, А. Страдивари и С. Серафино, альты Гаспаро да Сало, Мантегации и виолончель работы Гварнери. Результаты конкурса оценивало авторитетное жюри, в состав которого входили крупные деятели искусства, профессоры Санкт-Петербургской консерватории. На сцене во время концерта вместе с исполнителями, отгороженными от зала занавесом, находились представители жюри и Правления Общества. По окончании конкурса, как писали газеты, «членами жюри и публикой была устроена Д.К. Чернову овация». При общем количестве баллов, полученных инструментами старых мастеров, в интервале от 40 до 58, инструментам Д.К. Чернова были выставлены следующие оценки: скрипке № 12 – 53 балла, альту – 50, виолончели – 48.

Успех музыкального собрания вдохновил Общество друзей музыки на проведение последующих конкурсов. Второй конкурс струнных инструментов состоялся 10 февраля 1913 г. в Малом зале Петербургской консерватории. В состав жюри входили преподаватели консерватории, известные исполнители того времени: проф. Л.С. Ауэр, Ю.Г. Бильдштейн, Г.И. Варлих, В.С. Васильев, И.Ф. Гиль, В.А. Заветновский, А.И. Зилоти, Б.А. Михасловский и др. Единственным членом жюри, профессионально не связанным с музыкой, был профессор металлургии Д.К. Чернов. В конкурсе приняли участие мастера струнных инструментов из разных областей России. Победителями стали молодые мастера Евгений Францевич Витачек (1880–1946) и Тимофей Филиппович Подгорный (1873–1958). Впоследствии они стали выдающимися музыкальными деятелями, создателями и руководителями советской школы скрипичных мастеров и внесли большой вклад в историю русской музыкальной культуры в качестве экспертов, реставраторов, исследователей и педагогов. Так смелое начинание профессора металлургии, вступившего в 1910 г. в соревнование с мастерством создателей старинных итальянских струнных инструментов, оказало значительное влияние на развитие музыкальной жизни России, явилось важным и решающим моментом в истории отечественного скрипичного дела.

Научные разработки и практическая деятельность Д.К. Чернова получили широкое признание как в России, так и за рубежом. Он прошел путь от коллежского секретаря (1873 г.) до тайного советника (1905 г.), был награжден орденами: Св. Владимира 4-й ст. (1868 г.), 3-й ст. (1892 г.), 2-й ст. (1905), Св. Станислава 2-й ст. (1882 г.), 1-й ст. (1894 г.), Св. Анны 1-й ст. (1900 г.), Белого Орла (1914 г.) и Командорским крестом французского ордена Почетного легиона (1900 г.). Виднейшие ученые-металлурги России, Франции (Ф. Осмонд, А. Портевен), Германии (Э. Гейн), США (Г. Гоу) и др. высоко оценили его вклад в развитие науки о металлах. Д.К. Чернов был избран почетным членом Санкт-Петербургского технологического и Санкт-Петербургского политехнического институтов; почетным членом и лауреатом Русского технического общества и Общества технологов, почетным председателем Русского металлургического общества; почетным членом Американского института горных инженеров, почетным вице-председателем английского Института железа и стали, почетным членом-корреспондентом Королевского общества в Лондоне, членом Совета Института международных экспертов.

Весной 1916 г. после тяжелого простудного заболевания Д.К. Чернов по рекомендации врачей был вынужден выехать для лечения в Крым, который вскоре из-за развернувшихся событий гражданской войны оказался отрезанным от России. Скончался Д.К. Чернов 2 января 1921 г. в Ялте.

Использованная литература

  1. Григорян Г.Г., Кожина Л.М. Музей прикладных знаний в Москве // Инженерное наследие Москвы в собрании Политехнического музея. – М., 2000. – С. 21.
  2. Григорян Г.Г., Морозова С.Г. Научно-методические основы разработки направления «История инженерной мысли России» в Государственном Политехническом музее//Теоретические вопросы истории техники и научно-технического прогресса. Сб. ст. – М., 1994. – С. 94.
  3. Portevin, Albert. Дмитрий Константинович Чернов (1839–1921) // Дмитрий Константинович Чернов (1839–1921). Очерки из жизни и деятельности, посмертные произведения и избранная переписка. – Пг., 1923. – С. 2.
  4. Нессельштраус Г.З. К семидесятилетию открытия Д.К. Черновым критических точек в стали // Заводская лаборатория. – 1938. – Т. 7. – №6. – С. 685.
  5. Ким А.М. История развития диаграммы Fe–C // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1968. – №5. – С. 14.
  6. Чернов Д.К. Исследования, относящиеся до структуры литых стальных болванок // Д.К. Чернов и наука о металлах/под ред. акад. Н.Т. Гудцова. – М., 1950. – С. 174.
  7. Самарин А.М. Д.К. Чернов и современное сталеварение // Известия Академии наук СССР. Металлы. – 1969. – №1. – С. 81.
  8. Адеркас-Чернова А. Воспоминания о Д.К. Чернове // Вопросы истории естествознания и техники. – 1962. – №12. – С. 191.

Подготовлено по:

Морозова С.Г. К 170-летию русского металлурга Д.К. Чернова (1839 – 1921) // Металлург. – 2009. – №12. – С. 81−86.