"Портрет трещины" - читать интересную книгу автора (Финкель Виктор Моисеевич)

ТРЕЩИНА И ШАХМАТЫ

Мы уже говорили о том, что трещина не любит одиночества. Как правило, в металлах существует великое множество трещин, образующих огромные «коллективы». В отдельности каждая из них может быть малозначительной. Но едва ли не каждая мечтает стать «генералом», то есть магистральной. И тогда она расправляется со своими собратьями двумя способами: поглощает их при своем росте или, снижая напряжения в окружающем пространстве, заставляет их «схлопываться», а то и вовсе исчезать. Нечего сказать – милое и кроткое существо!

В этой главе мы попытаемся рассмотреть все возможные методы, все идеи и соображения, наконец, даже самые мимолетные упоминания о том, как же все-таки справиться с разрушением. Поэтому не будем беспечны и подберем все зернышки, все крупицы надежды, сопутствующие этой проблеме.

Коллектив трещин, конечно же, ослабляет тело. Разумеется, было бы лучше без трещин, чем с ними. Но коль скоро отсутствие их в металле, к сожалению, исключено, посмотрим, нет ли каких-либо возможностей расположить их так, чтобы обращенное друг против друга их взаимное зло было как-то погашено. Не окажется ли внутреннее взаимодействие в такой системе трещин маленькой компенсацией за большое несчастье? Вопрос сводится таким образом к следующему: больше ли ослабляет тело коллектив трещин, нежели одиночная трещина? Не может ли оказаться, что система из многих

трещин окажется «скованной» и неспособной быстро разрушить конструкцию. Наконец, не «заинтересована» ли прочность в том, чтобы уже если иметь врагов, так много? Тогда они помешают друг другу расправиться с ней.

По-видимому, надежды эти совсем не случайны. Когда-то академик Я. Б. Зельдович предсказал, что при шахматном расположении трещин должно наблюдаться их взаимное упрочение.

Теоретики-механики взялись за решение этой задачи и в последние 20 лет получили очень интересные и наглядные результаты. В. В. Панасюк и Л. Т. Бережниц-кий нашли, что выстроенные в хвост друг за другом трещины ослабляют тело, понижают его прочность. Поэтому такие системы крайне опасны и их надо всячески избегать. Заключение, полученное для случая неподвижных трещин, в еще большей степени справедливо для трещин растущих потому, что такие разрезы очень легко объединяются.

Совсем другое дело – системы из параллельно расположенных трещин. Их рассчитывали В. 3. Партон и В. В. Панасюк со своими учениками. Прежде всего оказалось, что определенное взаимное расположение трещин приводит к стабилизации, то есть устойчивости каждой из них в отдельности и системы в целом. И связано это с интенсивным взаимодействием упругих полей трещин друг с другом. Поэтому при малых расстояниях между трещинами, когда они теснейшим образом слиты, эффект упрочнения оказывается наибольшим. При этом прочность тела с системой трещин, безусловно, выше, чем с одиночной трещиной.

Интересно, а подтвердилось ли предположение академика Я. Б. Зельдовича? И да, и нет. Действительно, система параллельных трещин предпочтительнее, чем одиночная. Однако, что касается шахматного порядка их расположения, как наиболее оптимального, то здесь появилось «но»… Выяснилось, что этот порядок не обеспечивает максимальных прочностей. Гораздо прочнее металл, в котором трещины выстроены параллельными рядами и располагаются строго одна над другой. Вероятно, таких рядов может быть много, но они расположены не в шахматном порядке, а скорее как солдаты, выстроенные в каре.

Ну, а если в системе трещин расстояние между ними

велико? Тогда взаимодействие трещин мало, а прочность такого объединения еще ниже, чем у одиночной трещины. Поэтому такое скопление, конечно, нежелательно.

Подобные соображения помогли ученым ФРГ разработать прочный керамический материал для изготовления турбинных лопаток. Основой этой керамики являются оксиды циркония и оксиды алюминия. После прессовки их спекают при 1500 °С. В результате последующего быстрого охлаждения возникают чрезвычайно мелкие трещины диаметром в миллионные доли сантиметра. Эти-то микротрещины впоследствии и гасят напряжения от ударных нагрузок и препятствуют зарождению больших трещин в керамике.