Виктор Финкель - Портрет трещины

зародыш микротрещины. Такой же процесс в этом же районе протекает и с объединением двух пар дислокаций. В результате многих подобных актов зародыш подрастает и становится устойчивым. В дальнейшем он увеличивается благодаря втеканию в него дислокаций с полосы скольжения. И, наконец, превращается в трещину. Фуд-зита очень остроумно использовал в дислокационной модели то, что усталость чувствительна к различным включениям и выделениям. Он допустил, что из-за многократного путешествия дислокаций по полосе скольжения туда и обратно – нагружение-то циклическое – происходит окисление материала в окрестностях линий скольжения. Читатель может спросить: а откуда же появляется кислород в середине металла? Ответить можно двояко. Во-первых, кислород и другие газы остаются в металле во время его выплавки. Во-вторых, линии скольжения выходят на поверхность металла, а уж там кислорода сколько угодно. И если этот вопрос снять, то гипотеза Фудзиты означает следующее: в полосе скольжения образуются оксиды. А частица оксида – это барьер для дислокаций. А отсюда, как нам хорошо известно, один шаг до трещины.

Есть много вариантов взаимодействия дислокаций, приводящих к возникновению точечных дефектов, называемых вакансиями. Не вызывает сомнения, что в процессе усталости в металле образуется большое количество вакансий. Это явление и порождает разнообразные гипотезы о скапливании вакансий и объединении их в поры или лакуны. Такие каверны могут стать источником разрушения. Простейшим вариантом превращения полости в трещину является ее «сплющивание» под действием внешнего нагружения.

Советские ученые И. А. Одинг и В. С. Иванова считают, что причины зарождения разрушения связаны с огромной энергией упругой деформации, возникающей в некоторых микрообъемах. Тогда первичное разрушение может «вспыхнуть», например, из-за обычного процесса плавления.

При усталости появляются некоторые эффекты, не встречающиеся в случае обычной деформации. Так, из циклически нагружаемого металла вытесняются тонкие пластинки материала прямо по плоскостям скольжения. Явление это называют экструзией. Известен и обратный процесс втягивания металла – интрузия. Вопрос об их

происхождении спорен. Тем не менее некоторые считают, что образование трещины может быть связано с ними.

Если подвести итоги наших представлений о природе усталости, то оказывается, что он еще не очень богат. Но бояться этого не надо. – «Ведь только мудрый человек способен сказать: «Я этого не знаю»… Ибо только мудрый может знать истинные пределы своих знаний»1.

В этом «нет» и своя прелесть – ведь столько интересного и неизведанного впереди. Конечно, границ для знаний нет. И те, кто сегодня сдает вступительные экзамены в вузы, в свой срок раздвинут границы познанного и решат свои задачи!

Не надо забывать, что проблема усталости – одна из самых важных в современной технике. Нет такой отрасли промышленности, где она не фигурировала бы как обнаженное зло, поражающее разнообразнейшие оси, огромные роторы, коленчатые валы двигателей, лопатки паровых, водяных и газовых турбин. А в авиации? Со времени серии аварий английских пассажирских самолетов «Комета» так называемая малоцикловая усталость – притча во языцех. И неудивительно. Все самолеты при подъеме на большую высоту претерпевают своего рода «раздутие» из-за того, что внутреннее давление воздуха остается почти тем же самым, а внешнее – резко падает. При посадке давления выравниваются. За время жизни самолета таких циклов несколько сотен. И так как в корпусе лайнера есть окна, люки, тысячи заклепок и другие концентраторы напряжений, то может возникнуть трещина, представляющая в этих условиях прямую угрозу жизни сотен пассажиров.

А что такое усталость для глубоководных подводных лодок? При погружении корпус корабля подвергается невероятному обжатию. При подъеме же на поверхность не только люди, но и вся лодка вздыхает с облегчением и расширяется. Повторенный многократно этот процесс тоже должен вызвать усталость металла. И может быть совсем не случайны слова в известной песне: «…когда усталая подлодка из глубины идет домой…» «Усталая» – только ли метафора?

Два последних примера подчеркивают важность и неотложность глубокого понимания всего, что связано

1 Крайтон Р. Тайна Санта-Виттории. – М.: Прогресс, 1970. С. 169.

с усталостью. И поскольку речь идет едва ли не о самых ответственных отраслях промышленности, в проблемы усталости, несомненно, будут вложены и средства, и способности ученых всего мира. А это, конечно же, приведет к решению в целом. Когда это произойдет, сказать трудно. Но, вероятно, в ближайшие десятилетия.

А. И. Куприн рассказывает древнюю историю о том, как царица Савская, желая испытать мудрость царя Соломона, задала ему загадку: «…прислала она Соломону алмаз величиной с лесной орех. В камне была тонкая весьма извилистая трещина, которая узким сложным ходом пробуравила все его тело. Нужно было продеть сквозь этот алмаз шелковинку. И мудрый царь впустил в отверстие шелковичного червя, который, пройдя наружу, оставил за собой следом тончайшую шелковую паутинку»1.

Скажем прямо, по нынешним меркам решение такой задачи посильно рядовому человеку. Во-первых, действительно, трещина, которую «исследовал» царь Соломон, была относительно широкой по своему сечению – порядка миллиметра. Во-вторых, она выходила на поверхность и была видна невооруженным глазом. В-третьих, трещина образовалась в прозрачном алмазе. Словом, царь знал о ней все. Это, конечно, не уменьшает его остроумия при «продевании» червя-нитки в эдакое хитрое «ушко». Но… …реальные задачи, стоящие перед специалистами в области прочности и разрушения металлов, куда сложнее.

Начнем с того, что трещины далеко не всегда значительны по размерам. Если бы они были слишком велики, детали как единого целого уже не существовало бы. Сплошь и рядом трещины в полном смысле слова микроскопичны, то есть видеть их можно в микроскоп. Да и то не во всякий. Иной раз нужен не оптический, а электронный. Это значит, что размеры таких трещин исчисляются тысячными, а порой, миллионными долями сантиметра.

' Куприн А. И. Собр. соч в девяти томах. Т. 5. – М.: Правда. С. 40.

Да и червя такого не сыскать, чтобы запустить его в трещину сечением в несколько межатомных расстояний. Но если вдруг мы и нашли бы какое-то живое существо, способное «втиснуться» в дефект, то оно оказалось бы либо в тупике – трещины конечны по своей длине, либо в безнадежном лабиринте. К тому же, далеко не все трещины выходят на поверхность…