Текст книги "Портрет трещины"

Автор книги: Виктор Финкель

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 13 страниц)

Может быть и иной вариант. При сварке в корпусе оказались законсервированными мощные остаточные напряжения и они «разрядились» на непроваре и т. д. Итак, первичный диагноз носит макроскопический характер и оперирует такими понятиями, как напряжения в конструкции, энергия, запасенная в ней, концентрация напряжений и т. д.

Из древнегреческой легенды мы знаем: когда-то персидский царь Ксеркс, взбешенный тем, что буря разрушила мост через Геллеспонт, приказал высечь море плетьми и заковать его в цепи. Будучи исследователем квалифицированным, современный инженер-механик не потребует наказания для моря, а начнет искать первопричину разрушения. С чего оно началось? Что произошло с атомами? Такие вопросы прежде всего поставит он перед собой. А ответить на них механику помогут другие исследователи – физики.

МЕЧТА И ЯВЬ

Ни с места! Проклятую нить Не разогнешь ни так, ни этак.

Ж. Лафонтен

Мысль человека всегда опережала его возможности. В технике арбитром между фантазией и реальностью, едва ли не всегда, были прочность и материалы. Ими определялся круг всего того, что человек мог сделать сегодня. И это желание прочно стоять на ногах проникло во всех поры человеческого сознания.

«Ножницы» между желаемым и осуществимым, расхождение между тем, что человечество хотело и могло, стали очевидными после удивительной работы выдающегося советкого физика Я. И. Френкеля, вышедшей в 1926 году. Смысл ее таков. Представим себе процесс пластической деформации как соскальзывание одного слоя атомов по другому, подобно тому, как сдвигается стопка листов чистой бумаги или колода карт. Из-за того что процесс этот идет одновременно по всей плоскости листа, мы вынуждены рвать межатомные связи сразу между всеми атомами'по обе стороны плоскости скольжения. Между слоями бумаги силы притяжения ничтожны. Но между слоями атомов они велики. Поэтому попытка сдвинуть два атомных слоя – один по отношению к другому – хотя и возможна, но потребует очень большого усилия. Я. И. Френкель нашел это усилие и пересчитал его на привычные нам напряжения. И тогда оказалось, что прочность в этом случае достигает удивительно больших значений, в 1000 раз превышающих привычные нам, будничные. Эту прочность назвали теоретической прочностью твердого тела и определили ее как потолок, к которому можно и нужно стремиться.

Кто-то сказал, что новая идея – это клин, который входит только толстым концом. Но в случае теоретической прочности все было не так. Мысль Я. И. Френкеля была настолько ясной, а математический аппарат в такой мере простым, чтобы не сказать элементарным, что всему сразу поверили. Научная общественность мира приняла идею «к исполнению» и не ошиблась. Оказалось, в частности, что очень тонкие кристаллы, так называемые усы, толщиной в микроны, обладают прочно-

стями, очень близкими к теоретической. Так, прочность плавленых кремнеземных волокон оказалась равной 4,2 ГПа, усов железа 13 ГПа, а графитовых нитей еще большей 24 ГПа. Сравните эти цифры с прочностью хорошей стали, всего 1-2 ГПа! Кстати, прочность паутины превосходит прочность стальной нити такой же толщины, и при этом паутина еще может растягиваться на 20 %! Неудивительны слова поэта:

И даже тоненькую нить не в состояньи разрубить стальной клинок…

Удивительно другое, почему столетия человечество всего этого не замечало? А ведь оно прекрасно знало о поразительной прочности различных волокон.

Но как практически это было использовано? Никак, если не считать того, что в XVIII веке в Тирольских Альпах паутина оказалась незаменимой… для создания живописных полотен1. Ее натягивали на картон, а затем наносили акварельный рисунок. Прочность материала была такой, что он выдерживал печатание с металлических пластин. Известен и экспонат одного из немецких

1 Бабенко В. Мастер на все ноги. Ткачество//Вокруг света. 1976. № 4. С. 50.

музеев – перчатка из паутины. По словам Ж. Бержье, один безумный немецкий физик в попытке химическим путем воспроизвести нить паука с тем, чтобы соткать из нее пуленепробиваемые жилеты для солдат, уничтожил эту перчатку. Французский естествоиспытатель Г. Ку-пэн сообщает о необыкновенной прочности нити одной из пород мадагаскарского паука: ткань, сотканная из нее, превзошла все ожидания2. Вот и все. Зато сейчас человечество «вошло во вкус» и быстро наверстывает упущенное.

Металлическое волокно «паучий ус» – незаменимый материал для визирных перекрестий оптических инструментов. Из «усов» делают деликатнейшие микроскопические пружины. Из тончайших проволок вьют невероятной прочности канаты. Нити, наконец, основа производства композитных материалов, которые во всем мире широко применяют в военной и гражданской авиации, космонавтике, текстильной промышленности, в больничном и коммерческом оборудовании, в автомобилях, шлюпках, музыкальных инструментах и многом, многом другом – всего и не перечислить… Вот как оценивает американский журнал новый композитный материал на основе графитовых усов тоньше человеческого волоса: в авиации замена алюминиевых деталей композитными облегчит на 15 % конструкцию и позволит военному реактивному самолету… увеличить на 10 % дальность полета или усилить на 30 % свое вооружение при одной и той же заправке горючим. Для гражданских самолетов это означает увеличение дальности полета и полезной нагрузки и, вероятно, более дешевые билеты.

А вот, например, как делают корпуса ракет больших диаметров. Берут деревянную обичайку в форме ракеты и наматывают на нее слой из тонкой нити-уса. Затем наносят вяжущий слой эпоксидной смолы, потом опять слой нити, смолы и т. д. Получается многослойная стенка, и прочная, и легкая. Так будут изготовлять многометровые цилиндрические колонны для химической промышленности, цилиндры мощных прессов, баллоны для хранения сжатых газов. Недалеко время, когда сверхпрочные материалы на основе тончайших волокон, без преувеличения, покорят современное машиностроение

2 Купэн Г, Искусство и ремесла у животных. Спб., изд. Девриен, 1910. С. 128.

и приведут к появлению в полном смысле легковых автомобилей – в 100 килограмм весом, гигантских и вместе с тем и весе «пера» мостов и «пушинок»-самолетов. И все это абсолютно надежное, прочное. Невольно вспоминаются слова Леонида Мартынова:

Ведь не способна ни рваться, ни гнить Даже в ушке этом тесном игольном Великолепная светлая нить…

Но почему, говоря о теоретической прочности, мы все время твердим об усах? А как же быть с монолитными металлами, ведь именно они основа машиностроения? Вопрос верен. Все дело в том, что, к сожалению, теоретической прочности на монолитных металлах достичь не удалось, хотя это и не означает, что ученые стояли на месте. Теперь получают стали с прочностью до 3 и даже до б ГПа, но до теоретической прочности еще далеко.

Почему для тонких кристаллов мы ее получили, а для монолитных металлов, болванок, слитков, проката теоретических цифр прочности еще нет?

БЕСЦЕННЫЙ ПОРОК

Крокодильими складками бронза морщит…

Л. Симпсон

Итак, почему?

Этот вопрос был одним из самых важных в ряду тех, которые вызваны работой Я. И. Френкеля. Но не единственным. Непонятно было и то, почему прочность реальных кристаллов в сотни и тысячи раз меньше теоретической. Почему чистые металлы мягче сплавов? Почему поликристаллические – тверже монокристаллических? Двадцатые годы на эти вопросы не принесли серьезных ответов.

1934 год был переломным. Английский физик Г. Тейлор из Кэмбриджского университета и венгерский ученый Е. Орован выдвинули гипотезу: в кристаллах существует особый дефект – дислокация, решительным образом меняющая свойства кристаллического материала. Исходили при этом из того, что если бы кристалл был идеальным, то для его деформирования нужно было бы приложить напряжения, равные теоретической прочности. А коль скоро реальные напряжения деформирования незначительны, должен существовать какой-то кон-

центратор, сосредоточивающий приложенное усилие в небольшой части кристалла. Его «построили» так Рассмотрели кристалл как толстую книгу, где атомные слои моделировались листами бумаги. А потом вложили еще один лист размером в полстраницы. По выражению поэта О. Мандельштама, эдакий «журавлиный клин в чужие рубежи». Понятно, что атомный ряд этой полустраницы (его называют экстраплоскостью) обрывается в пространстве. Представим себе далее плоскость скольжения, перпендикулярную листам и проходящую по краю экстраплоскости. По обе стороны от плоскости скольжения атомы наладили между собой взаимодействие, «вцепились» друг в друга. А атом на краю экстра-плоскосги одинокий: ведь у него нет визави – атома напротив. А между тем «желание» вступить в контакт есть. Вот этот-то атом со своей экстраплоскостью и способен творить чудеса.

Приложили мы к кристаллу сдвигающее усилие. Атомы впереди и позади дислокации, за исключением двух-трех по обе ее стороны, крепко держатся один за другой. Иное дело наш «одинокий волк». Ведь в исходном состоянии он находился точно посредине между двумя атомами нижнего ряда и немного выше их. Но вот внешнее усилие слегка сместило его влево. Воспользовавшись этим, он «сцепился» с левым атомом нижнего ряда, оторвав его у прежнего соседа сверху. При этом он перестал быть краем экстраплоскости и вступил в сообщество обычных атомов, – хорошо быть незаметным, как все! Да и экстраплоскость перестала быть экстраплоскостью; ею стала другая, начинающаяся со вновь появившегося «обездоленного» атома, покинутого своим собратом. Расположилась она левее на одно межатомное расстояние. Но вот наладили опять атомы прочный контакт между собой, подтянули свои ряды и оказалось, что дислокация сместилась на одно межатомное расстояние влево. Еще один фокус-смещение, разрыв, новый союз,– и дислокация передвинулась еще левее. И пошло, и пошло… Побежала дислокация влево по кристаллу, каждый раз меняя атомы в своей экстраплоскости, чтобы каждый раз сохранять ее и свою форму.

Прав будет читатель, который задаст прямой вопрос: а откуда она взялась эта дислокация? Ведь не вставляем же мы каждый раз слой новых атомов, как лист в книгу?

Конечно нет! Это наиболее сложный и не полностью выясненный вопрос во всей многотомной теории дислокаций. Существует ряд процессов, при которых дислокации зарождаются в кристаллах, например при кристаллизации из расплава. Возникают дислокации и при сдавливании некоторых микроскопических пор в материале. Роль «родителей», выращивающих дислокации, могут играть другие дислокации. Но повторяю – сложный это вопрос.

Рассмотрим лучше чисто умозрительно эпизод, не имеющий места в жизни, но тем не менее очень удобный как пример для объяснения. Приложили мы сдвигающее усилие к боковой поверхности кристалла и сжали его верхнюю часть так, чтобы сверху над плоскостью скольжения гри атома оказались над двумя нижними. Для этого нам потребовалось сдеформировать кристалл на одно межатомное расстояние. Зато мы получили почти настоящую дислокацию. Если и теперь оказывать давление, то дислокация побежит. Как это происходит, мы уже обсуждали. Грубо говоря, одинокий атом на краю экстраплоскости получает возможность «пожать руку» своему визави и, подтягиваясь, передать функции экстраплоскости другому ряду атомов. Если бы мы нанесли сетку параллелей и меридианов, идущих точно по атомным рядам, то с появлением дислокации карта эта потеряла бы свою геометрическую строгость и правильность.

Почти совсем, как у Сергея Наровчатова: А сейчас сместились меридианы И сжались гармошкою параллели

Справа от дислокации верхняя и нижняя части кристалла смещены на одно межатомное расстояние. А слева от нее сдвига нет. По мере движения дислокации влево за ней тянется сдеформированная область. И когда дислокация пробежит по всему кристаллу и «выскочит» на его поверхность, окажется, что вся верхняя половина кристалла сдвинулась относительно нижней на одно межатомное расстояние. А дислокация при этом исчезла.

Итак, что же такое дислокация? Это линейный дефект кристаллической решетки. Почему линейный? Очень просто – это край экстраплоскости. На чертеже он выглядит точкой, одним атомом. А в действительности этих самых «одиноких волков» много – они сидят на краю экстраплоскости по всей ее протяженности, пер-

пендикулярной чертежу, и каждый из них жаждет «уйти в тень», перейти в статус рядового атома. Но за это он должен «поплатиться» сменой соседа ниже плоскости скольжения, то есть премещением дислокации на одно межатомное расстояние.

Следовательно, дислокация-это линия, нить. Ее движение означает: дислокация осуществляет пластическую деформацию кристалла. Перед нею деформации нет, за ней – есть. Какова же ее толщина? В нашей схеме – один атом; в действительности «потолще», 5-б атомов. А какова ее длина? Она примерно равна размеру кристалла, то есть может составить несколько миллиметров и даже сантиметров. Толщина, таким образом, стомиллионные доли сантиметра, а длина – сантиметры. Ну, чем не нить?

Да, поведение дислокаций подобно поведению тонкого волокна – они способны изгибаться, цепляться за дефекты, а иногда и образовывать ткань из переплетающихся линий. А как вы знаете, тканевый материал обладает довольно высокой прочностью. Поэтому когда множество дислокаций сплетаются, они мешают друг другу двигаться и делают кристаллический материал прекрасно сопротивляющимся пластической деформации, то есть более прочным. В монокристаллах дислокаций не слишком много. Примерно по миллиону на квадратный сантиметр. Эта цифра велика, но из-за того, что дислокации распределены неравномерно, довольно большие пространства кристалла от них свободны. И если в этом районе появилась дислокация, она распространяется без затруднений. Поэтому монокристаллы не слишком прочны.

Иное дело поликристаллический материал, например, сталь. Плотность дислокаций в ней в тысячи и миллионы раз выше, чем в монокристалле. При этом уже дислокации не могут двигаться независимо друг от друга. Они взаимодействуют. Нити дислокаций образуют сложную пространственную структуру, напоминающую клубки переплетенные, запутанные. Понятно, что такой металл труднее деформировать. Он оказывается прочнее.

В сплавах возникают новые явления. Дело в том, что примеси – легирующие атомы – стремятся окружить край экстраплоскости. Грубо говоря, они тяготеют к «одинокому волку», ведь он постоянно ищет себе собратьев. Кроме того, оказывается, дислокация обладает способ-

ностью создавать вокруг себя поле упругих напряжений. Оно как бы засасывает инородные атомы. В результате линия дислокации, тоненькая и элегантная в чистых металлах, полнеет и расплывается в легированных. При этом она теряет подвижность, а иной раз попросту не способна перемещаться в пространстве – легирующие и окружающие ее чужеродные атомы играют роль гвоздей, «прибивающих» ее к кристаллической решетке. Ну, а если дислокация неподвижна, пластической деформации быть не может. Следовательно, легированные металлы прочнее нелегированных.

Теперь нам ясно, что изобилие дислокаций ведет к подавленной пластичности, а значит, к высокой прочности металла. Означает ли это, что всегда нужно много дислокаций, чтобы прочность была высокой? Такая постановка вопроса была бы слишком прямой, чтобы оказаться правильной.

И действительно, как быть с усами? У них почти теоретическая прочность; сколько же в них дислокаций? Наверное, очень много? В том-то и дело, что дислокаций в усах почти нет. Бывают нитевидные кристаллы, в которых одна дислокация, а имеются такие, в которых дислокаций нет вообще. Оказывается, именно такие бездис-

покзционные кристаллы и обладают предельной прочностью.

Если вдуматься, то противоречия здесь нет. Главное заключается в том, что для получения высокой прочности нужно «подавить» пластичность. А это можно осуществить двумя способами. Либо исключить основной инструмент пластической деформации – дислокацию, либо «набить» их в металл столько, чтобы они из-за тесноты и двинуться не могли. Первый случай имеет место в бездислокационных кристаллах – усах. Второй – в специально термически обработанной стали с высокой плотностью дислокаций.

Таким образом, дислокация – это великое благо (или зло!), позволяющее нам понимать явления, происходящие в кристаллических материалах, и сознательно влиять на них. Меняя лишь одну плотность дислокаций, мы можем в широких пределах получать нужную нам прочность. И не только ее. Дислокации влияют почти на все свойства металлов. И на их вязкость, и на электросопротивление, и на магнитные качества. Думаю, что почти все в металле, с чем связан небескорыстный интерес к ним человека, зависит от дислокаций: их количества, расположения, качества.

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».

ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ДИАГНОЗ

…Толчок разорвал

напряженные сети молекул…

В. Назаров

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.

Присмотримся внимательнее к тому, как это происходит. Допустим прежде всего, что две краевые дислокации находятся в одной плоскости скольжения и их экстраплоскости лежат по одну сторону от нее. Оказывается, что в этом случае дислокациям предоставляются две возможности. Первая из них – жить, как добрые соседи: в тесноте, да не в обиде. Есть и вторая. Читатель

помнит, что образование дислокации связано в конечном итоге с внедрением в материал экстраплоскости. Это означает, что пространство вокруг дислокации деформировано. По мере сближения дислокаций под действием внешнего давления их упругие поля начинают взаимодействовать, препятствуя дальнейшему схождению. Если же в плоскости скольжения дислокаций много, то напряжения вокруг такого скопления их могут оказаться очень значительными – тесно дислокациям. И тогда может наступить момент, когда они поведут себя как скорпионы в банке – начнут пожирать друг друга. Впрочем, это слово не точное. Не точное прежде всего потому, что непонятно, кто кого съел. Помните, у Ильфа и Петрова были близнецы, «похожие друг на друга как две капли воды. Особенно, первый»… Судите сами, сближаются совершенно одинаковые дислокации, преодолели они сопротивление упругого поля и… слились воедино. Обе их экстраплоскости оказались соседними, а под их крайними атомами возникла пустота. Небольшая, но пустота. Обстоятельный анализ этого явления привел ученых к заключению, что пустота – это самый настоящий зародыш микротрещины.

То, что на этой странице выглядит так просто и естественно, в действительности процесс сложный. Просто две дислокации в одной плоскости скольжения соединиться не могут – они взаимно отталкиваются, как две спортивные машины, обгоняющие одна другую на узком треке. А внешних сил, способствующих сближению, нет. Их срастание возможно только с мощном коллективе примерно из 200-500 дислокаций, расположенных в од-

ной плоскости, да еще ограниченных в своем движении в одну сторону. Физики говорят – скопление дислокаций заперто. Чем? Чем угодно, любым барьером. Это может быть, например, граница зерна, инородное включение достаточно большой величины или какой-нибудь другой мощный дефект. На хвост строгой очереди из сотен дислокаций давит внешнее поле напряжений. Каково же приходится тем считанным дислокациям, которые оказались между толпой и барьером? Да ведь это все равно что попасть в кучу-малу и оказаться прижатым к асфальту. Дислокациям в вершине скопления не позавидуешь! Ведь на них давит вся очередь, а они упираются в барьер. В этих-то условиях дислокации и могут объединяться. Так в вершине скопления возникает зародышевая микротрещина.

Реальна ли нарисованная картина? Лишь отчасти. В вершине скопления трещина может образоваться за счет слияния дислокаций, но скоплений таких в «пятьсот душ» не бывает. Очереди дислокаций в кристаллах обычно гораздо короче. Но трещины все же на них образуются? За счет чего? За счет многих параллельных очередей дислокаций «ломящихся» в соседние «запертые двери». Эти очереди взаимодействуют друг с другом и когда появляется первая зародышевая трещина они «всем скопом» начинают нагнетать в нее дислокации. А как помнит читатель, каждая дислокация вносит в трещину свое пустое пространство под экстраплоскостью, вследствие чего растет трещина.

Есть другая возможность избежать огромного числа дислокаций внутри их скопления. Она заключается в том, чтобы преодолеть взаимное отталкивание, «неприязнь» дислокаций при ограниченном их числе. Для этого надо перейти от медленного нагружения к динамическому. Нужно разогнать дислокации и сближать их на большой скорости. Тогда, обладая запасом кинетической энергии, дислокации «разменяют» ее на потенциальную энергию и прорвутся сквозь упругие барьеры, ограждающие другие дислокации. В результате при значительно меньшем числе дислокаций в скоплении можно ожидать их слияния с образованием микротрещины. Расчеты показывают, что скорости дислокаций при этом должны быть почти звуковыми (в стали, например, 3-5 км/с).

До сих пор предполагалось, что взаимодействуют дислокации одного знака, то есть их экстраплоскости нахо-

дятся по одну сторону от плоскости скольжения. Могут «конфликтовать» и дислокации разных знаков. Ситуация по-своему здесь очень благоприятствует объединению дислокаций. Дело в том, что упругие поля разноименных дислокаций тяготеют друг к другу.

Вот по параллельным и близкорасположенным плоскостям навстречу друг другу застопорились два дислокационных скопления с противоположными знаками. По существу роль каждого из них теперь двояка. Во-первых, для противоположного скопления это барьер. Во-вторых, это «нажимающий» клин, спрессовывающий две свои головные дислокации. В итоге ситуация оказывается более благоприятной для слияния дислокаций и проходит оно при относительно небольших скоплениях. Да и трещина растет быстрее – ведь у нее теперь двое «кормящих родителей».

Пусть читатель обратит внимание, в какой неразрывной связи выступают здесь дислокации и зародышевые микротрещины. На стадии, когда последняя представляет собой лишь две соединившиеся дислокации, трещина от них практически неотделима. Пластичность и разрушение как бы сливаются в единый неразрывный процесс как явление природы.

Словами Б. Ахмадуллиной:

 
Где дождь, где сад – не различить.
Здесь свадьба двух стихий творится.
Их совпаденье разлучить не властно зренье очевидца.
Так обнялись, что и ладонь не вклинится…
 

Не остается в стороне при этом и тепловое движение, сотрясающее кристаллическую решетку и приводящее к постоянным колебаниям атомов в узлах решетки. Вибрирует и линия дислокации – на ней возникают и исчезают микроскопические волны. В каждый момент времени такая волна представляет собой перегиб линии дислокации в плоскости скольжения. Это означает, что на небольшом участке, кроме основной экстраплоскости, возникает маленький участок другой, параллельной первой. На нем дислокация как бы продвинулась вперед. Процесс этот, как говорят физики, носит статический, то есть случайный, характер. Самонадеянно и неверно было бы заявить, что вот на этой именно дислокации, да еще в этом ее месте возникнет перегиб. Зато всегда можно предсказать вероятность того, что в некотором объеме на достаточно надежном числе дислокаций такой процесс происходит. Пожалуй, это похоже на то, что вы не в состоянии предсказать, встретите ли через минуту на ближайшем перекрестке мужчину ростом 1 м 80 см. Вместе с тем статистика сообщает, как в каждой стране мужчины распределяются по своему росту. Еще недавно, например, у нас из каждых 10 000 мужчин в возрасте от 25 до 35 лет один-двое имели рост 190 см, трое-четверо– 187 см, восемь-десять 185 см, триста-182 см. А средний рост большинства составлял 168 см. Поэтому, если поставить вопрос так: «Какова вероятность того, что на ближайшем углу достаточно многолюдной улицы нам встретится мужчина ростом 180 см, то можно и «угадать».

Примерно также обстоит дело и с перегибами на дислокациях.

А между тем ленинградские физики А. Н. Орлов и В. И. Владимиров показали, что подобные, на первый взгляд ненадежные, соображения ведут к вполне надежным результатам. Оказалось, что когда на двух сблизившихся под давлением дислокациях возникают перегибы термического происхождения, облегчается слияние дис-