Виктор Финкель - Портрет трещины

Что значит качества? Не оговорился ли я? Нет, не оговорился. Оказывается, существуют дислокации по крайней мере двух видов. Ту дислокацию, с которой мы имели дело до сих пор, называют обычной краевой. Смысл этого термина опирается на существование экстраплоскости ее кромки – края. Есть еще один, не менее важный вид дислокации – винтовой. Экстраплоскости у такой дислокации нет и напоминает она ножницы, режущие тонкий лист жести. При этом одна половина листа идет вниз, а противоположная вверх. Ножницы как бы скручивают две половины листа по отношению друг к другу. Но ножницы металл режут, а винтовая дислокация его просто сдвигает. Чем-то она похожа на тупые ножницы, не способные разрезать, а только сминающие металл, деформирующие его. После того, как винтовая дислокация пробежит по металлу, части его окажутся повернутыми одна по отношению к другой. Так же, как в случае с краевой дислокацией, перед дислокацией деформации нет, а позади нее – есть.

Итак, существуют два вида дислокаций – краевая и винтовая. Что-то вроде двух фамилий, двух кланов.

Но кроме фамилий, дислокации должны иметь и имена- краевых дислокаций великое множество и их надо каким-то образом различать. Основные признаки дислокации – величина и направление осуществляемого ею сдвига. Ведь сдвиг в кристалле может проходить по различным плоскостям. И после прохождения дислокации могут взаимно сместиться на различную величину. Эти два обстоятельства учитывают в физике твердого тела введением вектора Бюргерса. Его величина и направление и есть «имя и отчество» дислокации. Так и говорят: дислокация винтовая с вектором Бюргерса в одно межатомное расстояние, направленным по ребру куба. Но на практике все буднично: обозначается вектор Бюргерса буквой Ъ и равен он, например, а [III]. Означает это следующее: ориентирован вектор Бюргерса по диагонали куба и величина его составляет а У~Ъ, то есть равна этой диагонали.

Подведем итог. Пластическая деформация кристаллов осуществляется дефектами – дислокациями. Особенностью их является способность сосредоточить усилие, приложенное к плоскости скольжения на одном маленьком «пятачке», благодаря чему дислокации движутся легко и быстро. Чем-то распространение дислокации напоминает «походку» гусеницы, у которой каждый шаг – это перемещение складки, морщины (вспомните эпиграф к этой части главы!).

Иногда дислокацию представляют себе иным образом. Ковер на полу двигать тяжело. Образуйте на нем морщину и тогда его легко можно передвинуть ногой. В итоге, ковер окажется смещенным на длину складки. То же самое можно сделать и с мокрой клеенкой.

Дислокация – это абстракция, научный вымысел или будничная реальность? Конечно же, реальность! Во времена Тейлора она была лишь теоретической схемой, хорошей идеей, моделью. Но сегодня десяток методов позволяет нам видеть дислокацию так же ясно, как прохожего на улице, наблюдать за ней с помощью электронного микроскопа, рентгеновских лучей и самого обыкновенного оптического микроскопа.

Как не вспомнить Иосифа Уткина, который задолго до наступления нашего торжества над дефектами писал:

…Он усом не раз и

не два отмечал Большой дислокации метки…

Но зачем мы всем этим занимаемся? Ведь нас-то интересует разрушение! А при чем же здесь дислокация? Какое отношение имеют они к трещинам? Такие вопросы, наверное, хотел бы задать мне читатель, обладающий даже умеренным чувством осторожности и скепсиса. Ответ прост. Дело, оказывается, в том, что дислокации держат в своих руках ключ от мира прочности кристаллических материалов. Именно с ними и связан окончательный «диагноз».

Читатель помнит, что механика не смогла решить вопросы о том, с чего началось разрушение и что произошло с атомами.

Пришло время рассмотреть эту проблему с позиций физики.

Не следует думать, что в этом направлении все очевидно и доказано. Здесь накопились свои неясности и двусмысленности. Взять хотя бы основной вопрос, вокруг которого ломались копья и мнения на протяжении многих лет: всегда ли пластическая деформация необходима для появления первой микроскопической или, как говорят физики, зародышевой микротрещины?

Выдающийся советский ученый А. В. Степанов первый выдвинул точку зрения, согласно которой без пластической деформации микротрещина зародиться не может. И десятилетия это мнение господствовало. Оно и сейчас преобладает, но уже не является единственно возможным. Вполне допустим и противоположный взгляд. В противном случае было бы невозможно объяснить факты, наблюдавшиеся в опытах. Это ведь важно и потому, что не должно быть помех способности и желанию людей мечтать, фантазировать и сопоставлять противоположные, а иногда и взаимно исключающие точки зрения.

Сейчас различают два типа трещин. Прежде всего

идеально хрупкие, так называемые силовые трещины. Название это отражает следующую мысль: трещины такого рода возникают благодаря механическому силовому расщеплению слоев кристалла. Происходит нечто подобное расслаиванию слюды, отрыванию старых обоев от стены или фотографий от листов альбома. При этом межатомные связи разрушаются как бы непосредственно под действием внешних механических усилий и одна атомная плоскость отрывается от соседней. Отличительная особенность таких трещин – плавный изгиб поверхностей и схождение их в вершине трещины на одно межатомное расстояние. Можно ли считать это объяснение исчерпывающим? Нет, конечно, это лишь образ, помогающий составить себе представление, модель. Не более. Понятным этот вопрос стал бы, лишь когда мы выяснили бы, какие события произошли при этом между двумя атомами. Каким образом разрывались межатомные связи? Что поделывали при этом электроны в пространстве между разрывающимися слоями? Этих вопросов много. Ответов, к сожалению пока нет. Не знаем мы и механизма разрыва кристаллической решетки. А между тем опыт показывает, что силовые трещины существуют. Их можно видеть на значительных участках кристаллов, лишенных дислокаций.

С микротрещинами второго вида – дислокационными- дело обстоит гораздо лучше: мы понимаем, как они образуются. Конечно, далеко не исчерпывающе, но все же понимаем. Начнем с характера дислокаций. Дислокация – дефект, сплошь и рядом не одиночный, а коллективный. К соседям своим она не безразлична и способна сосуществовать с ними, дружить и даже враждовать. Совсем как люди с тяжелыми и противоречивыми характерами. Дело доходит до того, что одна дислокация может поглотить другую. При этом нам ясно, что говорить о «доброй» или «злой» дислокации нелепо, как бессмысленно говорить об «умной» лампочке или «недалеком» книжном шкафе.