Продолжаем охлаждение. Небольшой спуск до температуры 768 градусов. Площадка. Бета-железо переходит в альфа-железо. Решетка остается такой же, но сторона куба уменьшилась: она равна 2,88 ангстрема.

При дальнейшем охлаждении кристаллическая решетка уже не меняется.

Вот какие интересные вещи мы узнали, «спускаясь» по тепловой лестнице. Кристаллы железа в разных условиях имеют различное строение: атомы, из которых состоят кристаллы, то очень плотно уложены, то между ними остается пустое пространство. Гамма-железо состоит из центрированных кубов, в них атомы плотно уложены. При переходе из состояния «гамма» в состояние «бета» или «альфа» объем металла вырастает.

Но и свойства каждой из этих разновидностей железа различны. В одном случае в железе растворяется много углерода, в другом - мало; в одном случае оно становится магнитным, в другом - немагнитным.

Все это надо знать, ибо для шариков кристаллы железа - это кирпичи, из которых строят дом. Без знания особенностей материала, из которого берешься строить, нельзя быть уверенным, что постройка будет прочной.

До сих пор разговор шел о чистом железе. Теперь перейдем к сплавам железа с углеродом и другими химическими элементами - к стали.

Сталь - это раствор углерода в железе. В каком же именно железе - альфа, бета, гамма - растворен углерод, какую кристаллическую решетку образует раствор? Найти на этот вопрос ответ - значит заранее предугадать свойства сплава.

Подобно тому, как немыслимо плавание в открытом океане или полеты в воздушном пространстве без навигационных приборов, так невозможно работать со сталью, не зная диаграммы сплавов железа с углеродом. По этой диаграмме конструкторы и машиностроители ориентируются, как по навигационной карте, иначе они не будут знать, куда приплывут, какую работу способна выполнить та или иная часть машины.

И тут нам придется познакомиться с некоторыми разновидностями стали. Они отличаются уже не по химическому составу, а по строению. Раствор углерода в гамма-железе образует сплав, получивший название аустенит (по имени английского ученого Аустена). В аустените атомы железа находятся по углам куба и в центре каждой грани, а в центре куба - углерод. Такой же твердый раствор углерода и легирующих элементов в альфа-железе дает структуру стали, носящей название мартенсит (по имени французского ученого Мартенса).

А теперь вернемся к нашим кольцам, попытаемся разобраться в причинах, почему кольца после отковки оказались такими твердыми.

Чтобы отковать кольцо, пруток нагрели до температуры примерно в 1000 градусов, при этом строение стали, то есть кристаллы, из которых она состоит, изменили, свою форму и взаимное расположение. После охлаждения получилась очень твердая структура, ее никакой резец не берет. Но, зная законы внутренней жизни стали, можно ее перевести из одного состояния в другое. Для этого и построили так называемые отжигательные печи.

Кольца в них нагреваются до 780 градусов, некоторое время выдерживаются при высокой температуре и затем охлаждаются. Твердая пластинчатая структура переходит в мягкую, зернистую, более однородную. С такой сталью резец легко справится, и кольца можно смело отправить на токарные автоматы.

- Позвольте, - скажет читатель, - шарики и кольца должны быть твердыми, а их сознательно размягчают.

Это замечание нельзя не признать основательным. Отжиг - вынужденная мера. Иного выхода нет, иначе кольцу не придашь требуемой геометрической формы. А когда это будет сделано, сталь снова подвергнут тепловой обработке и она станет твердой.

И в самом деле, дальнейший маршрут колец (как равно шариков и роликов) проходит через ряд термических (закалочных и отпускных) печей, которые позволяют регулировать внутреннее строение стали.

Можно наверняка сказать, что, если бы мы этого не умели делать, если бы мы не знали, в какие моменты, при какой температуре происходят внутренние перестройки стали, мы не могли бы получить надежных долговечных подшипников.

- Что же в этом нового? - может снова заметить читатель. - К закалке стали люди прибегали еще в древнейшие времена.

И это замечание абсолютно верное! О закалке стали упоминается в «Одиссее» Гомера. Древнерусские железодельцы и кузнецы в совершенстве владели искусством закалки, но все это делалось вслепую. Никто не знал и никто не мог объяснить причины чудесных перемен, происходящих со сталью при нагреве и охлаждении. Все делалось на глаз, по интуиции.

Эта тайна природы была раскрыта менее ста лет назад Д. К. Черновым. Стоит напомнить обстоятельства, при которых эти открытия были сделаны.

Во второй половине века были найдены новые высокопроизводительные методы производства стали (бессемеровский способ в 1855 году и несколько позднее - мартеновский). Русские металлурги продолжали начатые П. П. Аносовым поиски способов получения однородной, чистой стали. Большого успеха на этом поприще добился Павел Матвеевич Обухов.

Открылись возможности широкого применения стали в технике и в военном деле. По настоянию Обухова в Златоусте построили сталепушечную фабрику. До того времени пушки лили из бронзы или чугуна. Первые пушки, отлитые из стали, оказались превосходными. На состоявшихся в 1861 году испытаниях они показали отличные качества; одна из пушек выдержала более четырех тысяч выстрелов. Это было небывалым успехом.

После этого П. М. Обухов переехал в Петербург; в его распоряжение был предоставлен вновь выстроенный большой сталепушечный завод. При производстве пушек на Петербургском заводе столкнулись с явлением, которое поставило всех в тупик Химический состав металла был одинаковым. Все пушки изготовлялись по одному технологическому процессу. Однако же одни выдерживали по тысяче выстрелов, а другие после первых выстрелов разрывались.

Долго бились над загадкой. На завод пригласили молодого ученого Д. К. Чернова. Больше года он потратил на изучение этого вопроса. Результаты своих исследований Чернов изложил в обстоятельном докладе, который занял три заседания Русского технического общества.

Первое заседание общества состоялось 20 апреля 1868 года. Зал был переполнен. По всему Петербургу распространились слухи о блестящем открытии, сделанном Черновым, о каких-то чудесных точках, доказывающих, что металл «живет» своей особенной жизнью.

На трибуну поднялся молодой человек (Чернову тогда еще не было и тридцати лет), высокий, с русой бородкой. Он начал свой доклад спокойным голосом, но уже через несколько минут полностью завладел вниманием всех присутствовавших, ибо говорил он о вещах необыкновенных, которые в то время никак не укладывались в сознании людей.

Чернов доказывал, что металл живет своей особенной жизнью.

- Взятый из тигля кусок литой стали, - говорил Чернов, - если она охлаждалась весьма медленно, представляет кристаллическую массу. Если вы нагреете этот кусок до светло-красного каления и оставите охлаждаться, не подвергая никакой механической обработке, то после излома вы увидите, что структура его изменилась. Для того чтобы яснее представить закон изменения структуры стали от ее нагревания, я начерчу прямую линию, на которой, как на термометрической шкале, отмечу несколько особенных точек...

Таким образом, Чернов впервые в мире установил, что при нагреве и охлаждении внутреннее строение стали изменяется, переходя из одного структурного состояния в другое.

Открытие это буквально поразило металлургов всего мира. В течение тысячелетий металлурги всех стран разными способами закаливали или отпускали сталь, то есть делали ее тверже или мягче, но никто не отдавал себе отчета в том, что же происходит с металлом. Чернов раскрыл эту тайну. Он показал механику перехода железа из одного кристаллического состояния в другое. Можно наверняка сказать, что, если бы мы этого не знали, технический прогресс задержался бы надолго. Если бы мы не знали о внутренних, так называемых аллотропических, превращениях стали, мы не могли бы понять, почему резец легко может справиться с прутком стали до его нагрева и почему он не может даже поцарапать кольцо, отштампованное из этого самого прутка.