Если сталь нагреть до высокой температуры, а затем быстро охладить (в воде или масле), то она закалится. Твердость ее повысится. Д. К. Чернов научно обосновал процессы, происходящие в стали при ее нагреве и охлаждении, и установил температурные пределы, при которых происходят структурные преобразования, резко сказывающиеся на качестве стали.

Чернов установил, что при 700 °C сталь приобретает способность принимать закалку. При 800–850 °C она сохраняет мелкозернистое строение и обладает наилучшими механическими свойствами. Затем сталь становится все более крупнозернистой и при температуре примерно в 1200 °C приобретает наибольшую пластичность. Эти температурные пределы получили в металлургии название «точек Чернова».

После научных открытий Д. К. Чернова ковку стальных стволов начинали при температуре 120 °C, когда сталь особенно хорошо поддается ковке, а заканчивали ее при 850°, когда сталь имеет наиболее выгодную структуру; затем ствол подвергали закалке, в результате чего случаи разрывов стволов прекратились.

Поскольку стальные стволы намного прочнее чугунных и бронзовых, их можно было заряжать более мощными зарядами, что позволяло стрелять на большие дальности. Однако дальнейшее увеличение зарядов вызвало необходимость увеличения толщины стенок стволов, что делало стволы тяжелыми.

Профессор Артиллерийской академии А. В. Гадолин (1828–1892) установил, что после определенного предела дальнейшее увеличение толщины стенок ствола оказывается бесполезным вследствие того, что прочность ствола увеличивается весьма незначительно, а вес его резко возрастает. А. В. Гадолин выяснил, что у толстостенного ствола наружные слои металла почти не участвуют в общем сопротивлении ствола разрыву. Он теоретически обосновал и доказал на опытах, что прочность орудийных стволов можно повысить путем их скрепления стальными кольцами.

Если на трубу, т. е. на ствол, надеть стальные обручи-кольца, предварительно нагретые до высокой температуры, то, остывая, они сожмут стенки трубы. При выстреле кольца будут удерживать трубу от расширения, увеличивая ее сопротивление разрыву. Надевая на ствол несколько слоев колец, можно добиться того, что орудие будет выдерживать давление 3000–3500 атмосфер.

Это открытие А. В. Гадолина позволило значительно увеличить мощность и дальнобойность орудий без повышения их общего веса. Руководствуясь научной теорией А. В. Гадолина, русские ученые и конструкторы стали создавать стальные орудия со скрепленными стволами. Так были созданы в русской армии орудия образца 1877 г. Из этих орудий стали стрелять дальше, чем из прежних, не скрепленных.

Труды А. В. Гадолина по теории скрепленных стволов, созданные им в начале 60-х гг., нашли широкое применение и не потеряли своего значения в наши дни. Гадолин по праву считается основоположником современной теории сопротивления скрепленных стволов, лежащей в основе проектирования орудий во всех странах.

Неоценимый вклад в науку внес заслуженный профессор генерал Н. В. Маиевский (1823–1892), плодотворно трудившийся во многих областях артиллерийского дела.

В 1855 г. Н. В. Маиевский, еще будучи поручиком, получил задание спроектировать 60-фунтовую пушку. Эту работу он начал с исследования характера изменения давления пороховых газов в канале ствола по мере передвижения снаряда. Ему удалось найти способ определения давления в различных сечениях ствола. Определив эти давления, он рассчитал толщину стенок ствола в каждом сечении, в результате чего спроектированная им пушка прекрасно выдержала конкурсные испытания. Аналогичные пушки разрывались после 500–700 выстрелов, пушка же Маиевского осталась невредимой и после 1000 выстрелов.

Но ценность работы Маиевского состояла главным образом в том, что он положил начало рациональному проектированию орудий. Его идея проектирования ствола с равным запасом прочности во всех его сечениях прочно вошла в практику артиллерийского дела и не потеряла своего значения до сих пор.

Деятельность Н. В. Маиевского как конструктора проявилась и в последующие годы. На него было возложено проектирование нарезных казнозарядных орудий системы 1877 г., сначала 4- и 9-фунтовых, а затем и более крупных калибров, вплоть до тяжелых пушек береговой обороны.

Применив все новейшие достижения науки, в том числе и теорию А. В. Гадолина о скрепленных стволах, Маиевский создал целую серию прекрасных для того времени артиллерийских орудий. Некоторые из них служили русской армии в Русско-японскую войну 1904–1905 гг. и даже в Первую империалистическую войну.

Заказы на тяжелые орудия выполнялись на заводах Круппа в Пруссии, поэтому и прусская артиллерия ввела у себя на вооружение береговые орудия системы Маиевского. Вскоре Пруссия стала продавать такие пушки и другим странам.

Наряду с проектированием орудий Н. В. Маиевский вместе с А. В. Гадолиным очень многое сделали по усовершенствованию формы зерен артиллерийского пороха. Оказывается, что от формы и размеров пороховых зерен сильно зависят скорость их горения, характер кривой давления пороховых газов при выстреле, величина заряда и в конечном итоге — начальная скорость снаряда. Для тяжелых орудий наиболее выгодным порохом являлся порох с призматическими зернами. Впервые он был введен в России. Затем его стали применять в других странах.

Большую ценность представляли собой труды Маиевского по внутренней и внешней баллистике.

Точно стрелять из орудия, особенно на большие дальности, можно лишь тогда, когда известен путь полета снаряда, а также силы, действующие на снаряд в полете. Маиевский занимался изучением полета шаровых снарядов и составил таблицы стрельбы для гладкоствольных орудий. С появлением нарезных орудий изучение характера движения в воздухе продолговатых снарядов приобрело особо важное значение.

Нужно было определить меткость стрельбы продолговатыми снарядами, подыскать наивыгоднейшую длину хода нарезов и составить таблицы стрельбы для нарезных орудий. Все эти задачи успешно решил Маиевский. На основании множества проделанных опытов и глубокого их исследования он вывел формулы для точного определения силы сопротивления воздуха полету продолговатых снарядов и объяснил явления, происходящие при движении снаряда в воздухе. Эти работы Н. В. Маиевского относятся к числу классических работ по баллистике. Без них не могли быть решены никакие вопросы о движении продолговатых вращающихся снарядов.

Вслед за Маиевским разработкой, совершенствованием и углублением теории и практики артиллерии по вопросам проектирования орудий, внутренней и внешней баллистики и стрельбы занимался его талантливый ученик и крупный ученый-артиллерист профессор Н. А. Забудский (1853–1917).

Русским ученым было чуждо чувство монополии. Свои труды они печатали и в русских, и в иностранных журналах. Их имена были широко известны. Д. К. Чернов, А. В. Гадолин, Н. В. Маиевский и Н. А. Забудский состояли членами различных иностранных академий наук, принимали участие в работе всевозможных международных научных обществ, конференций, совещаний. Их труды имели огромное значение для развития артиллерии во всех дружественных России странах.