Текст книги "Портрет трещины"

Автор книги: Виктор Финкель

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 13 страниц)

И РАЗРУШАЯ, МОЖНО СОЗДАВАТЬ

И он дерзнул на все – вплоть до небес,

Но разрушенье – жажда созиданья.

И, разрушая, жаждал он чудес -

Божественный гармонии Созданья.

И. Бунин

Мы уже с вами, читатель, обсуждали, как быть с разрушением, которое нужно остановить. Речь шла о том, чтобы прежде всего обнаружить его с помощью чувствительных приборов, использующих «шумливость» трещины, например акустичесикх датчиков, способных воспринимать ее «пение» в акустическом диапазоне электрических или магнитных устройств, рассчитанных на определение электромагнитного излучения раскола и многих других. Полученные сигналы обрабатывались вычислительными устройствами и подавали команду на взрывы микрозарядов. Возникающие при этом упругие волны обрушивались на устье трещины и тормозили или разворачивали ее. Картина идеальная, но к сожалению, имеющая по меньшей мере один крупный недостаток. Дело в том, что появление трещины, даже на довольно ранних стадиях разрушения, обнаружить можно; но вот точно определить, где она находится и куда движется, совсем не просто.

Задача эта очень похожа на перехват современного сверхзвукового самолета. Радары дальнего обнаружения

засекают его достаточно далеко от цепи, затем передают радарам, расположенным в непосредственной близости от защищаемого объекта, а те в свою очередь наводят на самолеты противника истребители-перехватчики или зенитные ракеты ПВО.

Только с трещиной все обстоит гораздо сложнее. И вот почему. Вражеский самолет может быть «засечен» за тысячи километров от цели. Поэтому ПВО имеет, если не час, то во всяком случае десяток минут для подготовки отпора. В случае с трещиной все время разрушения может составлять сотые и тысячные доли секунды. А то и меньше. И за ничтожные временные промежутки нужно не только установить местонахождение трещины, но и определить направление и скорость ее движения. Если этого не знать, то удар импульса упругих волн окажется совсем бесполезным или придется на полости уже пробежавшей и завершившей разрушение трещины. А между тем он должен попасть точно «в скулу» трещины, в самую ее вершину. В этой игре с бегущей трещиной ставки очень высоки, а трудности совершенно необычайны и потому, что трещина может возникнуть в любом кристаллите практически мгновенно, и потому, что времени невероятно мало.

Времени настолько мало, что сегодня еще нет вычислительных устройств, способных обработать сигнал, приходящий с датчиков, следящих за трещиной. Поэтому абсолютно точно вычислить местонахождение быстрой трещины пока почти невозможно. Все осложняется еще тем, что разрушение иногда растет судорожными скачками и способно быстро менять направление. Поэтому нельзя что-нибудь прогнозировать. Движение самолета и «неторопливее», и плавнее.

Лучше обстоит дело с усталостной трещиной. Подрастает она медленно, разумно, скачками, следующими один за другим. Траектория ее не меняется, как в дурном сне. Поэтому американские физики применили простейшие методы триангуляции к трещинам, растущим в ядерном реакторе. Использовали они для этого акустическое «эхо». С помощью одновременного определения звукового излучения трещины тремя различно расположенными датчиками было найдено точное место нахождения очага усталостного разрушения. Интересно, что исследования проходили на большом удалении измерительной аппаратуры от самого реактора (до 90 м).

Ясно, что усталостное разрушение – наиболее заман-1 чивое и реальное приложение автоматических методов торможения трещин. Здесь в полном объеме могут быть использованы огромные возможности современной вычислительной техники – времени для этого достаточно, ведь скорости протекания процесса незначительны.

Поэтому, словами Ф. Петрарки, с высокой точностью

Отправив только что стрелу в полет, Стрелок искусный предсказать берется, Придется в цель она или не придется, Насколько точен был его расчет.

Но усталость – это лишь один из видов разрушения. И если в будущем мы и сумеем с ним справиться, то остается пока еще великое множество случаев, когда разрушающая трещина стремительна.

Что же делать тогда? Как определить, где она находится. А нельзя ли вообще этого не делать? Нет ли путей, которые позволили бы избежать этой процедуры?

Оказывается в некоторых простейших случаях такие пути есть. Допустим, что мы ориентировочно знаем хотя бы направление, по которому может побежать трещина. Тогда поперек этого направления, вдоль всей конструкции

выстраиваем своего рода забор – натягиваем и приклеиваем тончайшую проволочку, электрически изолированную от металла. Растущая трещина разрывает эту проволочку одновременно с металлом конструкции. И если по этому датчику был заранее пропущен слабый электрический ток, можно получить сигнал о местонахождении трещины в данный момент. Но этот метод далеко не всегда удобен и потому, что дает лишь одну координату трещины, и потому, что очень трудно так приклеить проволочку к металлу, чтобы разрушались они абсолютно одновременно. Обычно проволочка запаздывает и рвется после прохождения трещины уже тогда, когда вершина давно ушла вперед и берега раздвигаются.

Выходит, что лоцирование разрушения – наиболее трудная задача во всей проблеме: ее надо либо решать немедленно, либо обходить. Помня студенческую поговорку, что «умный в гору не пойдет», попробуем отыскать боковую тропку. Начнем издалека.

Проводится периодический осмотр ферм большого моста. На одной из стальных балок обнаружена трещина.

Ее опасность понимают и поэты. Недаром А. Межи-ров пишет:

Если выбьет заглушку-пустяк, Хуже – если на корпусе – трещина.

Что прежде всего делает ремонтная бригада? Высверливает в устье трещины отверстие. Зачем? Чтобы снизить концентрацию напряжений и приостановить разрушение. Спустя некоторое время, эту трещину заварят совсем, да еще сверх того на поврежденное сечение положат «заплатку» из стали.

Так, что же, – для борьбы использовать простую дрель – высверлить вершину закритической трещины?

Но всякому здравому человеку ясно, что не сыскать такого Левшу, который изловчился бы сделать это за микросекунду – другую. К тому же, и в считанные микросекунды трещина не стоит на месте, а умудряется пробежать путь длиной от нескольких миллиметров до сантиметра. Ясно, что никакими традиционными механическими способами обезглавить или даже «подстричь» трещину не удается.

И все-таки, это возможно, но совершенно иными средствами. Предположим, что мы располагаем методом, с помощью которого можем нагреть устье трещины. Тогда материал в окрестностях вершины должен

расшириться. Но окружающая матрица металла воспрепятствует этому. Иначе говоря, очаг, в котором разрываются межатомные связи, окажется сжатым тем больше, чем выше температура нагрева и значительнее перепад между нею и температурой окружающего пространства. Понятно, каким образом возникающие термические напряжения повлияют на разрушение: они станут мощно его тормозить.

Но здесь человек может достичь и большего. Допустим, мы не остановились на достигнутом, а продолжаем нагревать металл и доводим участок при вершине трещины до температуры плавления. Жидкий металл вытечет, в устье образуется отверстие. Упирающаяся в него трещина будет надежно остановлена. Во-первых, потому, что напряжения по контуру отверстия в сотни раз меньше, чем на трещине. Во-вторых, поверхность его раскалена, следовательно, сжата окружающим холодным металлом.

А как осуществляется все это на деле? Нам, к примеру, нужно предохранить от катастрофы большой лист металла, растянутый какими-то совершенно произвольными силами. Поставим неподалеку батарею конденсаторов большой емкости. В ней запасен значительный электрический заряд. Посредством быстродействующего

включателя подключим батарею к защищаемому металлу.

Другим элементом антиаварийной системы служит рецептор – датчик, внимательно «прислушивающийся», не появится ли трещина. Он может быть любым, в частности звуковым. Здесь, однако, пришлось бы потребовать от него быть глухим ко всем звукам, кроме тех, которые издает трещина. В этом ему можно помочь. Любые случайные возбуждения, как правило, имеют низкочастотный спектр – слышимый. Другое дело трещина – она «работает» в неслышимой, ультразвуковой области. Вот и надо научить датчик реагировать только на ультразвук, а на остальные не обращать внимания.

Но это лишь один из принципов датчика. Имеет он и другой, не менее важный, который можно выразить латинским изречением: «Зетрег рагахиз», что значит «всегда готов». Датчик все время должен находиться в состоянии «боевой готовности», как радары, управляющие самолетами-перехватчиками и ракетами ПВО. Металл служит, спокойно «несет свой крест» – датчик настороже. И так все время, пока работает конструкция – и днем, и ночью, и в холод, и в жару.

Но вот «Смерть проснулась около полудня». Появилась и побежала в металле трещина. Вечно бодрствующий рецептор только этого и ждал – он сразу же услышал ее и подал сигнал включателю, отделяющему электрический заряд конденсаторов от конструкции. Тот немедленно открылся, и поток электрической энергии в виде короткого электрического импульса большой мощности хлынул в защищаемый металлический лист.

И тут проявились удивительные качества высокочастотного электрического тока. Он стремится распространяться не по массиву металла, а по тонкому поверхностному его слою. Это явление так и называют скин-эффект1. Импульсу этому не надо знать, где находится трещина, – он ее сам мгновенно обнаружит. Ни к чему ему и сведения о скорости разрушения – все равно скорость эта ничтожна в сравнении с быстротой распространения электромагнитного сигнала или света. Словно бы широкая сеть поиска накинута на конструкцию. Мгновенно сосредоточивает она на трещине едва ли не всю энергию разряжающегося конденсатора. Дело прежде

1 5кт – кожа, шкура (англ.).

всего в том, что трещина – это поверхность. Но не менее важно, что она рассекает живое сечение металла, по которому течет высокочастотный ток. Он обтекает трещину сначала по одной ее стороне, затем ныряет в острую вершину, потом бежит по другому берегу. Самое интересное происходит в острие трещины. Радиус быстрого разрушения ничтожен и плотность тока «всплескивается» до огромных значений, причем тем больших, чем более хрупким и опасным было разрушение. Огромный ток выделяет в крохотном пространстве устья трещины титаническое количество джоулева тепла. Металл за считанные микросекунды разогревается, расплавляется и испаряется. Из вершины трещины буквально фонтанирует поток вещества – от частичек и капелек металла до плазмы; острейшая вершина превращается в оплавленное по краям отверстие в доли миллиметра и целые миллиметры. Получается совсем как в персидской пословице: «Вы покажите нам отверстие, а мы из него сделаем ворота». Эти-то ворота – непреодолимый барьер на пути трещины. Прорваться сквозь них она не в состоянии. Таким образом, разрушение безнадежно проигрывает безжалостному термическому разгрому, как это ни странно, несущему металлической конструкции добро. Совсем как у М. Волошина

И зло в тесноте сражений Побеждается горшим злом.

Счастливое отличие этого метода от других способов торможения трещины заключается в том, что металл с остановленной трещиной может служить долго. Причина в том, что возникшее отверстие полностью парализует любые попытки трещины подрасти. Тем более что не составляет труда сделать это «сверление» каким угодно большим.

И жизни ключ взыграл из разрушенья…

И.-В. Гете

РАЗРУШЕНИЕ – ДРУГ

Тут целый мир, живой, разнообразный…

Ф. Тютчев

Какие бы плохие события не происходили на Земле, в этой главе мы будем говорить только о хороших. Поэтому и на трещину посмотрим через «розовые очки». И тогда окажется, что часто она полезна.

На поверхности и в глубине нашей планеты – обилие гигантских трещин и трещиноподобных оврагов. Нередко их используют в народнохозяйственных целях, например при проектировании каналов, при выборе места для открытых горных разработок.

Альпинисты знают, как важны мелкие трещины при подъеме по гладкой скале – есть за что зацепиться! Пользуются ими и растения, способные жить в неуютных горных местах, на самой круче.

А разрушение? В повседневной жизни с его благотворными последствиями мы сталкиваемся буквально на каждом шагу.

Возьмем хотя бы такой трудоемкий процесс, как обработка почвы под посев. Плуг, пашущий землю, лопата, вонзающаяся в нее, мотыга, кетмень – все это инструменты созидания через разрушение!

А экскаваторы, «перелопачивающие» поверхность нашей планеты? А многочисленные горнодобывающие комбайны, разгрызающие ее, а многокилометровые буры, сверлящие нефтеносные скважины?

Разрушение, разрушение, разрушение… Но полезное, несущее нам благополучие, процветание и добро в самом широком смысле слова.

Это то, что «лежит сверху». Но сколько мелких, незаметных на первый взгляд, но таких интересных ролей играет разрушение на гигантской сцене нашей планеты. Оказывается, например, что в своем саду вы можете вырастить опята. Для этого, в частности, на пеньке старого дерева нужно топором насечь побольше трещин…

Итак, трещина, к которой мы привыкли, как к символу беды и непоправимости, подчас трагической, может быть поставлена на службу человеку. Помните, как писал С. Надсон:

….С тобою связь Нам закрепить давно пора:

Я гений зла, я мрака князь, А гы – ты Дон-Кихот добра…

Вспомним работу стекольщика. Вначале алмазом он надрезает стекло. Затем, легко постукивая под надрезом, создает в нем трещину. Положив стекло на стол так, чтобы надрез точно соответствовал кромке стола, он нажимает висящую часть. При этом трещина пробегает по концентратору напряжений, разделяя лист стекла на две части. На стеклодувных фабриках стеклянные сосуды от трубки отделяют по-другому. По словам известного советского специалиста по стеклу Н. Качалова, «…отделение или, как говорят стекольщики, «отшибание» сосуда производится при помощи прикосновения к соответствующему месту мокрой железной полосой. От резкого местного охлаждения в стекле возникает опоясывающая трещина, при легком постукивании по которой происходит отделение отформованного сосуда от выдувательной трубки»1.

Физики-экспериментаторы используют для этой же

1 Качалов Н. Счекло.– М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 73.

цели паяльник. Им разогревают стекло непосредственно перед надрезом. При этом в очаге нагрева материал расширяется и рвет стекло по надрезу. Затем паяльник ведут перед трещиной, создавая тем самым в ее вершине растягивающие напряжения. Направлением трещины мы можем «руководить» как угодно.

Обратим внимание на то, что, о каком бы методе разделения стекла мы не говорили, всегда речь идет о трещине, используемой в качестве режущего инструмента. В этом же качестве «трудится» трещина и при обработке драгоценных камней.

Ж– Бержье1 пишет, что с доисторических времен люди пытались выведать друг у друга промышленные секреты, в частности секреты обработки камня. Это очень сложная техника, которую современные исследователи с большим трудом открыли вновь лишь частично. Не менее сложен, например, способ раскалывания одним ударом прямоугольной кремниевой пластины на четыре куска для выделения желвака. Эта работа требует очень большой сноровки. Шпионы охотились за этими секретами и, вероятно, похищали их не раз за 10 или 20 тысяч лет назад.

О том, что колоть кристаллы непросто, знает каждый кристаллограф и кристаллофизик. Между тем, почти при любом исследовании кристаллического материала его раскол имеет преимущества перед разрезкой. Он проще и удобнее. Но дело не только в этом. Когда вы режете кристалл, вы сильно искажаете его поверхность, насыщаете ее примесями. После этого для исследований она уже не годится. Другое дело раскол. Если делать это умело, то быстро бегущая трещина почти не изменяет поверхность раскола и она становится великолепным, стерильно чистым объектом исследования, не говоря уже о том, что нас часто интересует поверхность разрушения как непосредственный свидетель процессов, происходящих при разрушении. Не случайно поэтому известный американский физик Джон Гилман начинает одну из серьезных своих статей практическими указаниями, как именно колоть кристалл. Он пишет: «При попытке получить скол было испорчено много кристаллов. Однако после того, как эксперименты были проведены на не-

1 Бержье Ж– Промышленный шпионаж. – М.: Международные отношения, 1971. С. 33.

скольких тысячах кристаллов, накоплен некоторый опыт. Следует отметить, что это не устраняет из практики скола кристаллов элемента искусства, но оказывает существенную помощь».

КЛИНОК НАДЕЖНЫЙ БЕЗ ПОРОКА…

Честь науке – ей дано уменье Выводить нас из недоуменья.

М. Светлов

Кто-то сказал, что острый язык – это единственный инструмент, не теряющий своих режущих свойств при постоянном пользовании. Хочется оспорить эту мысль и указать еще на один инструмент такого рода – трещину. Пусть, например, на машиностроительном заводе возникла необходимость разрезать металл большого сечения, диаметром в полметра. Конечно, что можно сделать разными способами, например на станке или на мощной пиле. Однако потребуется много времени, энергетических затрат и окажется, что немалое количество металла превращено в стружку. Вот для таких-то случаев и выгодно использовать трещину. Во-первых, она не боится прочных сталей и сплавов. Наоборот, чем прочнее материал, тем чувствительнее он к концентрации напряжений, тем легче режется трещиной. Во-вторых, ни один резец не сделает это быстрее трещины – она молниеносна. В-третьих, энергоемкость хрупкого разрушения ничтожна. В-четвертых, при всей своей безжалостности трещина не съедает металл и не превращает его в стружку. И еще одно уникальное преимущество имеет трещина перед инструментом: ее не нужно затачивать. Вершина хрупкой закритической трещины в процессе разрушения не затупляется. Напротив:

 
Ржавеет сталь,
Мертвеет плоть сердец,
Но встретив на пути сопротивленье,
Самозатачивается резец…
 

(Я– Белинский)

Все это заманчиво. Но вряд ли просто. Как известно все, что в науке было на поверхности, давно подобрано. Речь идет не просто об укрощении разрушения. Нет, о дружбе с трещиной. О сознательном использовании ее разрушающих качеств на благо человечества. Между

тем не надо забывать о «вздорном» характере трещины, ее беспринципности, поклонении богу напряжений, способности мгновенно менять направление движения и многих других малопривлекательных качествах. Словом, друг она ненадежный. И с ней надо постоянно быть настороже.

Это мы осознаем. Но какие же основные требования следует предъявить трещине, прежде чем попытаться использовать ее для резки металлов в машиностроении и металлургии? Прежде всего нужно, чтобы разрушение зарождалось возможно раньше, чтобы пластическая деформация, ему предшествующая, была предельно малой. Это важно для получения низкой энергоемкости всего процесса разделения и сохранения формы разрезаемого металла. Кроме того, трещина должна быть «послушной», она должна расти точно по заранее заданной нами траектории. В противном случае игра не стоит свеч. Ведь если трещина будет вилять, сохраняя требуемое направление лишь ориентировочно, потом для получения

хорошей поверхности придется обрабатывать деталь на металлорежущем станке. А этого нужно избежать.

Первый вопрос, возникающий перед нами: насколько быстро или или медленно должна расти трещина? Слишком медленное разрушение не годится: потому, что процесс будет непроизводительным, и в большей степени потому, что при низких скоростях слишком велика пластическая деформация металла, а следовательно, энергоемкость разрушения. Поэтому, хотелось бы видеть трещину быстрой, но не слишком! Оказывается, при умеренных скоростях разрушения (1000 м/с) поверхность скола достаточно ровна. Однако при больших скоростях, превышающих 1500 м/с, трещина начинает судорожно прыгать из стороны в сторону. На сколе появляются крупные изогнутые борозды и сложная система ступеней. Кроме того, одни части поверхности разрушения оказываются повернутыми под большими углами (до 10-12°)' по отношению друг к другу. С дальнейшим ростом скорости дело становится еще сложнее – при скорости 1800 м/с начинается ветвление. Поверхность разрушения, изобилующая дефектами и неровностями, да еще содержащая ответвления трещины, не пригодна для машиностроения.

Поэтому нетрудно сформулировать требования к режиму распространения трещины при холодной ломке металла. Скорость трещины должна быть возможно большей с целью понижения энергоемкости раскола. Она вместе с тем не должна быть чрезмерной во избежание появления сложного рельефа на поверхности разрушения. Предпочитают диапазон от 1000 до 1500 м/с. Здесь и энергоемкость низка и трещина еще достаточно устойчива. Это первое требование к трещине, важное для того, чтобы «жизни ключ взыграл из разрушенья».

Но это лишь начало. Совершенно необходимо, чтобы трещина была устойчивой, то есть чтобы ее траектория была такой, какая нужна нам. Между тем это не просто – уж слишком велика чувствительность разрушения, в частности к волнам различной природы. Хорошо, если эти упругие волны специально «организованы» нами для управления трещиной. Совсем иное дело, когда они появляются случайно и способны исказить заданную траекторию распространения трещины. Например, у границы образца поведение трещины часто становится необычным. Это связано главным образом с изменением на-

пряженного состояния и происходит по двум причинам. Прежде всего у границы образца составляющая упругих напряжений, перпендикулярная свободной поверхности, отсутствует. Остаются растягивающие напряжения, параллельные границе. Под их влиянием трещина старается распространиться ортогонально к кромке образца, под каким бы углом вначале она не двигалась. Но такому ходу вещей препятствует другой процесс. При разрушении по металлу движутся многочисленные группы упругих волн. Природа их различна и падать на поверхность образца они могут под любыми углами. Следовательно, и отражаются они произвольно. Потому взаимодействие их с трещиной в такой степени многовариант-но, что предсказать его с достоверностью очень трудно. В самом деле, в достаточно хрупких материалах трещина далеко не всегда выходит на поверхность под прямым углом. Нередко вблизи границы она способна совершать крутые пируэты, и не один. Особенно это проявляется при быстрых трещинах, потерявших равновесие и потому крайне чувствительных к различным, даже маломощным упругим импульсам. Такие трещины, возникшие, например, при ветвлении, способны с приближением к границе круто разворачиваться.

…взвивается, как гнев, но в перехлесте, свернувшись, как спираль, на полпути пружинит, разжимаясь в быстром росте…

(Р.-М. Рильке)

Иной раз трещина развивается, не выходя на поверхность тела. Но как только нагрузка достигает некоторых критических значений, она совершает мгновенный разворот и «выползает на свет». Столь необузданное и темпераментное ее поведение у поверхности заставляет принимать специальные меры. Суть их такова: если не предполагается сознательное использование отраженных волн, следует попробовать все возможные способы, чтобы исключить их влияние на растущую трещину. Иначе все надежды на устойчивое распространение трещины будут разрушены. И вместо гладкой поверхности раскола мы получим криволинейную и произвольно холмистую.

Что еще может помешать трещине быть такой, как ей «хочется»? Прежде всего внутренние остаточные напряжения, особенно если они меняются от точки к точке. На современном прокате, например, они не слишком

опасны. Сложнее переход трещины из зерна в зерно стали, создающий мелкую шероховатость раскола. Чувствительна трещина и к структурным составляющим. Здесь, однако, спасительно то, что с ростом скорости трещина становится всеядной и при 1000 м/с способна одинаково

успешно расти и по ферриту, и по перлиту. При таких скоростях трещина становится хрупкой и режет любые компоненты стали.

Ухудшают поверхность раскола дислокации, межзе-ренные границы и другие дефекты в стали. Однако с этим, пожалуй, ничего не поделаешь – это естественные ограничения метода. Можно считать, что самые мельчайшие неровности на сколе проката не могут быть меньше размера зерна в стали.

Очень важно вести холодную ломку металла так, чтобы не создавать в нем серьезной пластической деформации. Важно это только для того, чтобы металл можно было ломать легко, без больших затрат энергии. Нельзя допускать, чтобы деформация меняла структуру стали. Между тем опасность такого рода всегда есть, когда деформация велика. При этом могут возникнуть системы из многих микро– и макротрещин.

И если трещин много, то разрушение идет либо одновременно из многих центров, либо осложняется вследствие взаимодействия основной разделяющей магистральной трещины с другими. И в том, и в другом случае поверхность разрушения получается ущербной. Во избежание этого магистральной трещине намеренно дают «фору»; на прокат заранее наносят концентрацию напряжений. Он обеспечивает зарождение трещины там, где нужно, и облегчает ее подрастание до критических размеров. При этом другие трещины заранее обречены: они обязательно «проиграют» магистральной.

Мы уже знаем, что трещина неустойчива. И побуждений для этого у нее достаточно. Здесь и влияние структуры, и поля напряжения, и ветвление, и разнообразные волновые процессы и многое, многое другое.

Поэтому, если мы хотим использовать трещину в качестве инструмента и притом надежного, нужно создать такие условия, чтобы лишить ее подобных побуждений. Это совсем не исключает всех упомянутых ранее, часто случайных причин нестабильности разрушения. Нет, это означает лишь, что совершенно необходимо создать условия для стабилизации растущей микроскопической трещины, для чего есть два способа. Первый предполагает создание некоторого внешне наведенного макроскопического поля над всеми случайными упругими полями и эпизодами, которое, грубо говоря, подавляет все другие поля и обеспечивает однородное напряженное состо-

яние во всем районе распространяющегося разрушения.

Второй способ деликатнее. С его помощью не нужно накладывать эдакое суперполе на весь разрушаемый металл. Это ведь далеко не всегда удобно. Зачем деформировать весь массив, когда трещина пойдет лишь по какому-то небольшому его району. Не лучше ли в этом случае создать лишь узкий деформированный коридор, своего рода «волновод», обеспечивающий продвижение трещины в необходимом направлении и по определенной траектории. Такой метод потребует меньше энергии, а результаты не изменятся. Какие же есть фундаментальные идеи по переводу неуправляемой трещины-разбойницы в русло контролируемого и дисциплинированного труженика? Это напоминает мне известную шутливую рецензию: «Книга содержит интересные идеи. Обе идеи…» В нашем случае ситуация еще похлеще.

Идея, в сущности, одна. Предложена она была учеными Дж. Бенбоу и Ф. Реслером и заключается в следующем. Приложим вдоль направления распространения трещины сжимающие напряжения. Поскольку трещина растет под действием растягивающих напряжений, нормальных к ее берегам, сжимающие напряжения не мешают ей двигаться в нужном направлении. Но вдруг трещина «решила» проявить свойственную ей вздорность и повернула в сторону. Вот тут-то сжимающие напря-

жения и проявляют себя. Ведь при повороте трещина подставила свой фланг и напряжения попросту поглотили ее-в любом направлении, кроме магистрального, двигаться, таким образом, трещина не может. Что-то вроде знака ГАИ, запрещающего поворот. Но в отличие от знака сжимающие напряжения являются и физическим препятствием. В этих условиях трещина вынуждена подчиниться дисциплине. Надо лишь, чтобы приложенное поле сжатия наверняка превосходило любые другие упругие поля, способные «подбивать» трещину на «бесчинства».

Вот и пришло время рассказать о том, как воспользоваться положительным свойством трещины и с ее помощью разрезать продукцию металлургического производства – прокат на мерные заготовки. Ведь именно из них на машиностроительных заводах изготавливают реальные детали.

Займемся приложением идеи Бенбоу и Реслера к различным случаям разделки металла. Допустим, что мы хотим разломать сталь изгибом. Если не принять специальных мер, то трещина, стартуя, из надреза на растянутой стороне образца двинется в сжатую его часть.

Здесь-то и пойдут осложнения. Трещина начнет вилять, то есть будет стремиться отойти от магистрального направления. Да что там сталь! Сломайте сантиметровую деревянную палочку, карандаш, наконец. Из области растяжения трещина пойдет хорошо, а в конце, в районе сжатия, древесина расслоится параллельно своей оси. От монолитной трещины ничего не останется. Это и есть работа сжимающих напряжений, неизбежно возникающих при изгибе стержня. Чтобы их подавить, давайте обожжем стержень по его внешней поверхности. Для этого используем механическое обжатие. Его роль двояка. Во-первых, сжимающие напряжения, которые возникнут по всему сечению образца, наложат «табу» на любые «финты» трещины и заставят ее идти точно по заданному направлению. Во-вторых, проявится еще одна счастливая особенность такого напряженного состояния. У вас в кулаке пластилин. При сжатии он будет выдавливаться с торцов кулака. Сталь из кулака не потечет. Но при внешнем обжиме в ней возникают растягивающие напряжения, стремящиеся разорвать образец по оси. Они сравнительно невелики, но все же содействуют разрушению и подталкивают трещину. Благодаря этому двойственному благоприятному воздействию внешнего обжатия на металлический образец его можно ломать обычным изгибом и получать при этом отличную поверхность излома, содержащую лишь мелкие шероховатости. Это оказалось возможным благодаря победе над трещиной.

Как на практике осуществить подобное стабилизирующее обжатие? Это можно сделать чисто механическим путем. Но есть и другие способы. Например, перед разрушением изгибом металл на короткое время охлаждают в жидком азоте. Тогда его поверхность сжимается. Однако сердцевина металла, сохраняющая исходную температуру, этому препятствует. В итоге поверхность образца окажется растянутой, а внутренние слои – сжатыми. Растягивающие напряжения снаружи очень удобны, потому что способствуют зарождению исходной трещины. В то же время сжимающие напряжения в теле образца выполняют сторожевые функции, стабилизирующие трещину. В итоге трещина и легко образуется, и ровно распространяется, оставляя отличную поверхность раз* реза.

Очень эффективна ломка металла гидростатическим обжатием. Принцип здесь тот же. Но реализуется он не-