Текст книги "Портрет трещины"

Автор книги: Виктор Финкель

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 13 страниц)

локаций и возникновение зародышевой микротрещины. И если ранее для образования такой трещины теория требовала совершенно фантастического количества дислокационных скоплений 200-500 штук, то термическое возбуждение кристаллической решетки и линий дислокаций уменьшает эту цифру в пять раз. А скопления 40-100 дислокаций – реальность.

Колонна дислокаций, или дислокационное скопление – одно из основных «боевых» построений дислокаций. В таком строю силы их как бы умножаются потому что к внешнему давлению– напряжениям – прибавляются еще собственные упругие поля дислокаций. Такая система обладает высокой «пробивной» способностью. Но представим себе следующую картину. Уперлось скопление в некий барьер, да настолько прочный, что пробить его невозможно. Внешние напряжения нарастают, а десятки дислокаций умножают его. В вершине этого дислокационного «зубила» обстановка становится критической… Но вот напряжения достигают предела прочности. Мы знаем, что в этом случае материал должен разрушиться. И действительно, под углом в 70° по отношению к скоплению «вспыхивает» трещина. Процесс этот облегчается, если барьер атакуется не одним, а несколькими скоплениями одновременно. Оказалось, что для достижения напряжений, равных теоретической прочности, таким же инструментом, как краевые дислокации, являются дислокации винтовые. Только в этом случае трещина возникает прямо в плоскости скольжения дислокаций, то есть в плоскости самого скопления.

Удовлетворила бы физиков нарисованная картина? Нет. И вот почему. Механизм «накачивания» напряжений в вершине скопления безусловен и созревание окрестностей материала в районе барьера к разрушению сомнения не вызывает. Но совершенно непонятно, как же все-таки возникает первичный, изначальный разрыв связей в кристаллической решетке размером ну хотя бы в два межатомных расстояния? Описанному механизму уже 25 лет, но до сих пор он не помогает ответить на поставленный вопрос. Поэтому его зародышевая трещина носит, я бы сказал, странный, не вполне естественный характер, условия для ее появления есть, а «спускового механизма» нет.

 
„.Странный гость, говорю вам, неведомый гость.
Он прошел через стенку насквозь, словно гвоздь,
кем-то вбитый извне для неведомой цели…
 

(Б. Ахмадулина)

В этом смысле неопределенным является еще один механизм образования микротрещины. Он предложен бнзиками: советским – В. Н. Рожа-нским, и американским – дж. Гилманом и заключается в следующем. В полосе скольжения скопились дислокации, запертые каким-то барьером. По мере накачивания дислокаций в эту полосу внешним источником плоскость скольжения изгибается под действием множества экстраплоскостей дислокаций, расположенных над ней. При этом происходит явление, подобное осыпанию лака с модельной обуви. При нанесении на кожу лак сцепляется с ней. В процессе работы кожа постоянно изгибается. Но механические свойства ее и лака различны. Поэтому различны и напряжения в коже и слое лака. При некачественном наклеивании рано или поздно лак начнет отслаиваться от кожи и осыпаться. Условия «вскрытия» материала по плоскости скольжения здесь вполне понятны. Но как это получилось, с чего это началось – не ясно!

Один из возможных ответов на этот вопрос предложили сотрудники Института кристаллографии АН СССР В. Л. Инденбом и М. X. Блехерман. Они обратили внимание на то, что самое слабое место в скоплении дислокаций… сама дислокация. Оказалось, что сердцевина дислокаций – ее ядро – в определенных условиях может раскалываться. Вообще нужно заметить, что природа явлений в ядре краевых дислокаций сложна и недостаточно изучена. Окрестности края экстраплоскости принесут в будущем еще много неожиданностей. Одну из них и заметили В. Л. Инденбом и М. X. Блехерман. Сердцевина дислокации – материал с нарушенной сплошностью. По некоторым соображениям следует считать, что вдоль кромки экстраплоскости идет пустой канал.

Напряжения в ядре дислокации чрезвычайно велики и вычислить их прямым расчетом сегодня еще невозможно. Стало быть, собственно механические свойства у ядра дислокации почти наверняка хуже, чем у матрицы ненарушенного кристалла. Имеется при этом в виду сопротивление материала на разрыв и сдвиг. И, как это ни странно, разрушение может стартовать прямо из ядра, служащего в данном случае исходным зародышем

микротрещины. Вопрос лишь в том, как начнет расти микротрещина. Было установлено, что в пластичных кристаллах она распространяется по плоскости скольжения. В хрупких же кристаллах сближение дислокаций ведет к перестройке их ядер и вскрытию трещины прямо вдоль эстраплоскости. А что при этом происходит с дислокацией? Она самоуничтожается, совершая своеобаз-ное харакири!

В нашем научном багаже три механизма зарождения трещин с вариантами. Исчерпаны ли этим возможные случаи? Нет, конечно, их довольно много. До сих пор дислокации, образующие трещину, двигались по одной и той же плоскости скольжения. Между тем в кристаллах они способны перемещаться по различным плоскостям. Чего же можно ожидать от таких дислокаций, когда они сходятся вместе? Теория говорит, что они решительно взаимодействуют друг с другом. Настолько решительно, что, исчезая, сами дают жизнь новой «молодой» дислокации, расположенной в плоскости спайности, то есть как раз в той плоскости, в которой легче всего протекает разрушение. Поскольку обычно скольжение развивается по множеству плоскостей, на плоскости спайности создается много дислокационных «отпрысков», сливающихся вместе и образующих трещину. Этот механизм, предложенный английским физиком А. Коттрелом, напоминает двух лыжников, скатывающихся с горки и сталкивающихся внизу. Представьте: их лыжи наехали одна на другую, перекрестились и перепутались. В таком положении лыжники – дислокации – дальше скользить не могут. Особенность заключается в том, что до своего объединения две скользящие дислокации являются инструментами пластической деформации. А вот родившаяся дислокация – уже инструмент разрушения. Что-то вроде ситуации, когда два человека, столкнувшись в дверях троллейбуса, зацепились друг за друга: пуговица пальто одного из них попала в ячейку «авоськи» другого. Естественный итог такого столкновения – оторванная пуговица или разорванное пальто… В большинстве случаев это – гордиев узел: разорвать его можно, только разрубив. Но… Коттрелл доказал, что иной раз «склеившиеся» дислокации, казалось бы, полностью потерявшие «свое лицо» и даже исчезнувшие, можно разделить. В нашей «троллейбусной» ситуации это означало бы следующее: неторопливо ос-

вободить пуговицу, что возможно далеко не всегда. На языке дислокаций это звучит так: диссоциировала, то есть распалась на две исходные скользящие дислокации, превращающиеся в трещину. Как сказал американский поэт У. Дж. Смит, «… здесь назад означает вперед» потому, что ушел кристалл от разрушения, вернулся к своему монолитному существованию, к прочности.

Целая группа механизмов разрушения связана с существованием границ в кристаллических материалах. В металлах – это границы зерен, в монокристаллах – границы субзерен. И в том, и в другом случае речь идет о стенках дислокаций. В монокристаллах стенки эти довольно просты. Грубо говоря, строй этот представляет собой краевые дислокации, стоящие почти «в затылок» друг другу. Экстраплоскости каждой из таких дислокаций кончаются на границе и все вместе они создают разворот одной половины кристалла по отношению к другой. Чем выше плотность дислокаций в границе, тем больше экстраплоскостей «умирает» на ней, тем больше развернуты кристаллы. Границ таких в кристаллах великое множество и образуют они сложные прост-транственные картины совершенно произвольного вида. Границы плохо видны, если смотреть на кристалл издалека. Но если приблизить его к глазам и повертеть под падающим световым лучом, то можно заметить отблеск

от различных участков кристалла. Это и есть наиболее крупные отдельные его субзерна. Что касается огромного числа мелких субзерен, то они едва заметны.

Между тем при деформировании кристалла дислокации движутся в нем по различным кристаллографическим направлениям и периодически пересекают границы. Что происходит при этом?

Если разворот смежных субзерен не слишком велик, то есть плотность дислокаций в границе мала, полоса скольжения может легко и безболезненно пройти сквозь границу. Однако по мере роста угла между смежными кристаллами межзеренная граница становится прочнее. Теперь уже нужно приложить определенные напряжения для ее прорыва дислокациями извне. Наступает наконец такой момент, когда межзеренное сочленение превращается в мощный барьер, ограничивающий движение всех дислокаций, упирающихся в границу в полосе скольжения. О том, что происходит дальше, известно из работ англичанина А. Стро и француза Ж. Фриделя. Под давлением «толпы» дислокаций напряжения в районе столкновения дислокационного скопления и границы быстро нарастают, и вот…

 
Перегородок тонкоребрость
Пройду насквозь, пройду как свет.
Пройду, как образ входит в образ
И как предмет сечет предмет.
 

(Б. Пастернак)

Граница разрушается, как стенка старого дома, в которую уперся нож бульдозера. При этом часть ее остается на месте, а часть смещается. В разрыве и возникает трещина. Она как бы замыкает границу.

Группа ленинградских ученых возглавляемая В. А. Лихачевым, обратила внимание еще на одну возможность взаимодействия полос скольжения с дислокационной границей, имеющую более мягкий, эволюционный характер. Представьте себе, под скрежет тормозов круто поворачивающая машина оставляет на асфальте темную полосу – тонкий слой материала шин, схватившийся под действием давления и вызванной им силы трения с поверхностью дороги. Круто разворачивающаяся дислокация тоже оставляет свой след. Когда полоса скольжения переходит из одного кристаллита в другой, изгиб траектории на границе ведет к тому, что в ней оседает так называемая разностная дислокация. Она и

представляет собой «остаток» дислокации, застрявший в межзеренном сочленении.

Дислокацию, преодолевающую границу между двумя зернами, можно уподобить лыжнику, «взмахивающему» на бугорок. Если его скорость велика, он за бугорком пролетит какое-то расстояние, как с трамплина, по воздуху. Для того чтобы он плавно съехал с бугорка, скорость его должна быть достаточно низкой: тогда сила тяжести успевает прижать лыжника к поверхности бугорка. Если дислокация, движущаяся по плоскости скольжения, выходит на межзеренное сочленение, то, находясь на нем, она должна повернуться на угол разори-ентировки смежных зерен и пойти по новой плоскости скольжения. Но это означает, что она обязана изменить свой вектор Бюргерса, что возможно только, если на границе появится еще одна дислокация, вектор Бюргерса которой по правилу сложения векторов замкнет треугольник между векторами исходной дислокации и дислокации, перешедшей во второе зерно. Грубо говоря, роль этой дислокации заключается в том, чтобы заставить скользящую дислокацию «облизать» границу и перейти с плоскости скольжения одного зерна на плоскость скольжения другого. Если граница атакована большим числом полос скольжения, возникает множество разностных дислокаций. Слияние их друг с другом ведет к появлению трещины в границе. Могут эти дислокации образовать и собственную стенку. Тогда, как показывает теория, на краю стенки может также возникнуть зародышевая трещинка, как в механизме Стро – Фриделя.

В. Л. Инденбом, а потом и американские физики Е. Дэш и М. Марцинковский нашли еще один вариант появления трещины. Под действием полосы скольжения, упершейся в межзереиную границу, в последней возникает ступенька. Это происходит примерно так же, как если бы нож бульдозера давил на вязкую стенку из сырой глины. Расчет показывает, что в окрестностях такой ступеньки возникли бы огромные внутренние напряжения (это и неудивительно – ведь процесс происходит в монолитном материале), настолько большие,что рано или поздно вместо ступеньки образовалась бы микротрещина. Поскольку она заняла бы место ступеньки и играла бы «примирительную» роль (ведь с ее появлением напряжения бы естественно снизились), ее называют аккомодационной. Иначе говоря, трещина – оппор-

тунист, приспосабливающий обе половины кристалла и две части сдвинутой границы к сосуществованию.

Вряд ли можно в коротком рассказе изложить все, что известно о зарождении микротрещин. Но не рассказать о двойниках и их спорной роли непростительно. Уж очень это необычный, экзотический дефект. Дислокация микроскопична и невооруженным глазом не видна. Другое дело двойник – он может быть размером, скажем, в половину большого кристалла. На монокристаллических материалах, например на висмуте, кальците, цинке и даже стали, двойники имеют форму полосок и хорошо видны. Как правило, обычная сталь всегда содержит двойниковые прослойки в большом количестве. Это связано с происхождением двойников – они легко возникают при динамическом нагружении. А поскольку при изготовлении сталь многократно подвергают различного рода ударам и деформациям при высоких скоростях на-гружения, двойников в ней невероятное количество. В каждом зерне их может быть несколько десятков. Но размер зерна исчисляют сотыми долями миллиметра. Следовательно, по сечению куска металла в 50 см можно насчитать около миллиона двойниковых прослоек и ни один из этих двойников не равнодушен к прочности. Огромная армия двойниковых прослоек в стали – постоянное напоминание нам:

 
Все знать должны, все знать должны,
Что мы живем в реальном мире.
 

(А. Межиров)

И напоминание это очень важно.

Дело в том, что нет в металле другого дефекта, в объяснении которого так много неопределенности. И ни один дефект, пожалуй, не умудряется быть одновременно столь полезным и столь же вредным, как двойник.

Но пришло время рассказать о том, что, собственно, представляет собой этот дефект. Буквально – это область переориентированной кристаллической решетки. Причем на вполне известные углы. Возьмем, к примеру, кристалл. Часть его зажмем в тиски, а на вторую будем давить. При определенном усилии кристалл повернется и займет зеркально отраженное положение по отношению к первоначальному.

Интересно, что тело двойникованного кристалла имеет ту же кристаллическую решетку, что и «материнская» часть, и при том совершенно неискаженную. Другими

словами процесс двойникования только разворачивает кристаллический материал, но не насыщает его дефектами. Иное дело – граница между основной и сдвойни-кованной частями кристалла: она забита дислокациями. Их так и называют – двойникующие. По существу двой-никование – это разновидность пластической деформации-формоизменение кристаллического материала.

В реальном кристалле двойникование протекает обычно в виде процесса, сосредоточенного в относительно узких полосах. Так и говорят: двойниковые прослойки. У такого двойника две границы с основным кристаллом. И на каждой – шеренги дислокаций, создающие вокруг двойниковой прослойки поле упругих напряжений. Еще более интенсивное поле возникает в поликристалле вследствие того, что в процессе двойникования внутри кристалла материал смещается при неизменных внешних границах тела. Итак, двойникование способно повышать напряженность металла в его микрообъемах. Это одно из обстоятельств, причем не главных, ведущих к тому, что в некоторых материалах при близком расположении двух параллельных двойниковых прослоек между ними образуются пустоты, имеющие строгие кристаллографические очертания, так называемые каналы Розе I рода. Это самые настоящие зародышевые микротрещины.

Еще интереснее пересечение двойниковых прослоек. В очаге, где оно происходит, кристалл раскалывается на множество мельчайших кристалликов размером в микроны и доли микрона. Это канал Розе II рода – трещина, заполненная раздробленным материалом. Поскольку объем разрушенного материала всегда больше, чем плотного кристаллического, эта зародышевая трещина как бы распирает окружающий ее кристалл и вызывает появление в нем дополнительных микротрещин.

Особенностью двойниковых прослоек, обнаруженной Р. И. Гарбером, является их обратимый характер. Двойник считают образованием упругим. Это означает, что при снятии нагрузки или при нагрузке обратного знака двойниковая прослойка может исчезнуть. В. А. Федоров и автор книги, опираясь на эти представления, показали, что каналы Розе I и II родов тоже обратимы. После исчезновения упругих двойников они могут «залечиваться» и прочности кристалла в этих условиях уже ничто не угрожает.

Однако для двойников это явление исключительное. Значительно чаще они создают трещины определенно необратимые и возможностей у них для этого предостаточно. Например, они могут создавать дислокации и «пускать» их вперед себя. Такие опережающие дислокации от двух двойников способны взаимодействовать и создавать микротрещины.

Двойники не упускают случая создать трещину и другими путями. Так, при пересечении двойника с поверхностью металла, с межзеренной границей, с неметаллическим включением и вообще с любым достаточно жестким макроскопическим барьером можно ожидать появления трещины и далеко не всегда механизм ее возникновения ясен. Зато несомненно другое: двойниковые прослойки опасны и являются потенциальными источниками зарождения микротрещин в металлах.

Значит, двойник, безусловно, вреден, значит, он зло?

Но тут всплывает органическое качество двойника– его невероятная многоликость.

В том-то и дело, что двойник – далеко не всегда зло. Начнем с того, что при нагружении металла двойник играет роль своего рода демпфера. Он довольно быстро включается в игру и, «протекая» по сечению металла, релаксирует, то есть гасит внешнюю нагрузку тем, что осуществляет быстрое пластическое деформирование. Особенно эффективен этот процесс при динамическом то есть очень быстром, нагружении. Дислокации еще только «расшевеливаются», освобождаются от своих атмосфер, отрываются от насиженных мест в кристаллической решетке, а двойник уже побежал. Да еще с какой скоростью. А. П. Королевым и автором этой книги определена эта скорость 2-2,5 км/с. И все время, пока двойник «сломя голову» мчится по кристаллу, он снимает внешнее напряжение, работая на прочность металла. В процессе динамического нагружения стали в течение 20 мкс двойники остаются один на один с внешним на-гружением и разряжают его до подхода главных оборонительных сил металла – потоков дислокаций. Таким образом, они принимают первый удар и защищают металл. Все ясно, скажет читатель, двойник – добро. Этот хамелеон-двойник преподносит нам новый сюрприз. Пока он защищает металл, поглощая внешнюю нагрузку, он уже «думает» о будущем. И «мысли» его, к сожалению, «темные». Уже в процессе своего, казалось бы, за-

гцитного бега, бега ради жизни, двойники начинают создавать микротрещины, Увы, мы уже знаем, к чему это рано или поздно приведет…

Странный дефект! Ну, а если он уже есть, как с ним живет металл? Может быть, здесь двойникам можно, наконец, доверять? Может быть, они поддержат прочность? Можно ли на это надеяться?

Двойники верны своей природе и здесь. С одной стороны, они способны притормаживать макроскопическую трещину, коль скоро она распространяется в металле. С другой – они охрупчивают металл, понижая его сопротивление хладноломкости. Вот так всегда: с одной стороны… с другой стороны…

ОТРОЧЕСТВО ТРЕЩИНЫ

…Миг между светом и тенью…

В. Брюсов

Теперь мы знаем о первых мгновениях жизни трещины– от приложения нагрузки до появления зародышевой микротрещины. Следующим этапом ее бурного развития является медленное, как говорят, докритическое подрастание. Имеется в виду то, что на этом этапе своей истории трещина не опасна и полностью контролируема. Ее подрастание возможно лишь при повышении существующих напряжений. Это гарантия того, что разрушение не «сорвется с цепи» и не начнет безжалостно, без разбора крушить металл. Все это не означает, что здесь трещина обязательно микроскопически'мала. Нет. Она при этом может быть достаточно большой, например в стали, – в несколько миллиметров. Но длина ее все же не достигает тех размеров, после которых она перестает зависеть от внешних напряжений. На языке механики это звучит так: трещина меньше гриффитсовских размеров и для ее подрастания нужно подводить к ней больше энергии, нежели дает сама трещина.

Таким образом, докритическая трещина – устойчивая, «спокойная», я бы даже сказал «флегматичная», словом,неопасная.

Однако рано или поздно эта «спячка» кончится и тогда перед нами возникает другая трещина-хищник. Поэтому всплывает вопрос: как же все-таки такая трещина растет?

Ответить одной фразой на этот вопрос нельзя потому, что трещины бывают разные. Читатель уже знает, что трещины делят на силовые и геометрические. Обратимся к первым.

Силовая трещина отличается своей демонстративной независимостью от пластической деформации. Во всяком случае она это «декларирует вслух». Такая трещина представляет собой разрыв межатомных связей в своей вершине. Сначала между первой парой атомов, затем после концентрирования напряжений – между второй, опять собирается с силами – и между третьей… Так этот разрыв и передается от одной пары атомов к другой, как чеховский мираж из «Черного монаха»… «От миража получился другой мираж, потом от другого третий, так что образ черного монаха стал без конца передаваться из одного слоя атмосферы в другой. Его видели то в Африке, то в Испании, то в Индии, то на Дальнем Севере…»1

1 Чехов А. П. Черный монах. Соч. Т. VIII. М.: ОГИЗ, 1947. С. 269.

Ну, а что говорит по этому поводу эксперимент. К сожалению, эксперимент молчит. Потому что очень трудно, хотя, вероятно, и возможно, провести его так, чтобы трещина была начисто лишена признаков пластической деформации. Сегодня – это область, где безраздельно царствуют теоретики. И работают они примерно следующим образом. Рисуют на бумаге кристалл, состоящий, скажем, из 100 или 1000 атомов – эдакую кристаллическую решетку в десять атомов на десять. Выбирают некоторый закон взаимодействия атомов между

собой и «строят» трещину длиной в несколько атомов. А затем с помощью электронно-вычислительной машины просчитывают, каким образом с приложением внешних напряжений изменится равновесие этого вымышленного кристалла и как трещина будет расти, то есть рвать межатомные связи в своей вершине. В этой области работают и отечественные, и зарубежные ученые. Успехи здесь не слишком обнадеживающие, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, уж слишком условны межатомные силы – в действительности они несоизмеримо сложнее. Во-вторых, уж очень мал кристалл, а для большего у сегодняшних машин не хватает памяти. Поэтому надежность получаемых результатов здесь не очень велика.

Некоторые из результатов этой группы работ привели, например, к совершенно удивительному заключению. Оказалось, что, несмотря, на отсутствие изначальных посылок, каким бы то ни было образом связанных с пластичностью, расчеты привели к появлению вблизи трещины… типичной дислокации. Не может ли оказаться, что дислокации, которым «по условиям игры» не место в хрупком разрушении, присутствуют и здесь?

А. Н. Орлов и В. И. Владимиров сообщают об одном механизме подрастания трещин, основанном на сущест-

вовании в кристаллических материалах точечных дефектов. Само определние – точечный дефект – используют в физике для обозначения двух состояний. В первом из них атом сорвался из своего положения равновесия, как говорят, за счет тепловой флуктуации. Это означает, что в процессе теплового движения один из атомов подвергся «согласованной» атаке ряда ближайших соседей и оказался «вышвырнут» в междоузлие. Такой атом, потеряв насиженное место в решетке, переходит на нелегальное положение и бродяжничает по кристаллу со скоростью до 1 км/ч. Его называют дислоцированным атомом, или дефектом по Френкелю. Я. И. Френкель, как, вероятно, знает читатель, был великолепным физиком, исторгавшим лавину идей, одной из которых и была идея точечных дефектов. Вторым точечным дефектом, или так называемым дефектом по Шоттки, является вакантное место, оставшееся после перехода атома из «оседлого» состояния в бродячее. Дефект по Шоттки (вакансия или просто «дырка»–все это синонимы) обладает незаурядным темпераментом и способен двигаться с довольно значительными скоростями – до 10 км/ч, то есть во много раз быстрее дислоцированного атома. Читатель может удивиться, как это движется пустое место? Очень просто! Допустим, в некотором узле существует вакансия. На нее «садится» атом из соседнего узла. Естественно, теперь вакансия оказывается там, где был раньше атом. На это место переходит другой атом – тем самым перемещается и вакансия. Так она и путешествует по атомным узлам как тень ушедших атомов. В этом бтношении кристалл напоминает неполный зал во время концерта. Если программа интересна, зрители стремятся пересесть поближе к сцене; вакансии – пустые места – все дальше от сцены. Бывает и наоборот…

Эти-то два дефекта и приводят к подрастанию микротрещины. Вот как это происходит. В вершине трещины под совместным воздействием термических флуктуа-ций и приложенных напряжений атом вылетает в междоузлие, переходит в статус дислоцированного и диффундирует, то есть медленно, зигзагообразно, как частица в броуновском движении, мигрирует в районы, удаленные от трещины. Процесс этот повторяется неоднократно и вместо атомов в вершине образуются пустые места. Это означает, что трещина подросла.

В случае, когда подрастание трещины определяется вакансиями, конечный результат оказывается тем же самым, но механизм иной. Теперь к вершине трещины течет поток вакансий. Они замещают атомы в устье трещины, обеспечивая ее рост. Различие в том, что первому процессу будет сопутствовать повышение плотности дислоцированных атомов в окрестностях подрастающей трещины, в то время как при вакансионном механизме этого нет, и в том, что второй процесс протекает гораздо быстрее. Но итог один и тот же. С помощью точечных дефектов трещина способна докритически подрастать. Поскольку точечные дефекты «шустры» лишь при достаточно высоких температурах, эти механизмы могут быть активными только при очень малых скоростях нагруже-ния сравнительно легкоплавких материалов. В противном случае высокая температура окажется совершенно необходимой. В целом этот процесс имеет статистический характер. Это означает, что в масштабе микросекунд активность оттока дислоцированных атомов от вершины трещины и притока к ней вакансий будет пульсировать– ведь это диффузионный процесс. Совсем как у Кэррола: «Тут не было «раз, два, три – и вперед!» Каждый начинал бежать, когда хотел, и останавливался тоже, когда хотел. Таким образом узнать, окончен ли бег, было нелегко…» Но при достаточно длительном времени процесса он протекает усредненно монотонно, размеренно.

И все-таки главными являются не эти механизмы. Большой опыт, накопленный и физиками, и механиками, говорит об одном: докритическое подрастание трещин неразрывно связано с пластической деформацией. Связь эта неслучайная – пластическая деформация не только сопровождает и в подлинном смысле контролирует процесс ранних стадий созревания, но, по-видимому, служит его основной движущей силой. Эта обрученность субкритической трещины с пластической деформацией хорошо проявляется во всех дислокационных механизмах «созревания» трещины.

Все они требуют для подрастания трещины поля распределенных дислокаций той атмосферы, без которой субкритическая трещина «дышать» не может, – ведь подрастать за счет упругих напряжений она еще не в состоянии. Поэтому она нуждается в весьма высокой плотности дислокаций – примерно 1010 их на 1 см2. Но

и этого трещине мало. Она весьма разборчива и для своего продвижения вперед требует не любых дислокаций, а только одноименных. Физики говорят, что одним из условий докритического разрушения является пространственное разделение дислокаций, то есть такое положение, при котором в некотором объеме существуют дислокации только (или преимущественно) одного знака. Не слишком ли все это сложно для трещины уи1§аг15, то есть трещины обыкновенной?

Дело заключается в том, что основным методом воздействия дислокаций на трещину является их самопожертвование– дислокации, «вливаясь» в полость разрушения, увеличивают ее. Сама дислокация после этого исчезает. Возникающая трещина расположена при этом так, чтобы приносимая дислокациями «пустота» располагалась по основанию трещины-клина под экстраплоскостями дислокаций. Поэтому-то и небезразлично, какого знака будет дислокация: положительная содействует росту трещины вниз, отрицательная – вверх. Ясно, что если нужно обеспечить устойчивое подрастание трещин, необходимы дислокации одного знака.

Есть ли названия у механизмов роста докритических трещин? Есть, вот они. Механизм Орована, первый из них, опирается на отдельную полосу скольжения, подошедшую к уже существующей трещине и подкармливающую ее сваливаемыми в трещину дислокациями. Оказалось, однако, что дислокаций, атакующих с единственной полосы скольжения, мало. Е. Паркер послал к трещине пачки скольжения, то есть системы из большого числа параллельных линий скольжения.

А. Н. Орлов усложнил картину, рассмотрев продвижение докритической трещины вблизи барьеров, сдерживающих работу дислокационных источников. Это привело сразу же к скачкообразному распространению трещин на самых ранних стадиях их существования. »Ис-портился характер» микротрещин, стал неровным, почти взрывным и тем самым сделал докритическую стадию немного более опасной.

Но если уж говорить начистоту, природа очень помогла нам тем, что у трещины существует период докритического роста. Представьте себе, что его не было бы. Сегодня не вызывает никакого сомнения, что в металлах и любых кристаллах всегда существует большое количество зародышевых микротрещин. Тем не менее материа-

лы обладают определенным иммунитетом по отношению к ним – живут себе с зародышевыми микротрещинами и свой долг по отношению к конструкциям и, следовательно, к человечеству выполняют. Зарождение и подрастание трещин, таким образом, тревожно, но нестрашно. Почему? Потому, что трещины эти докритические, и для того, чтобы они перешли в опасную стадию, неизбежно должен быть пройден медленный путь докритического подрастания.

 
Будь иначе, твердь на пути своем
Такие действия произвела бы,
Что был бы вместо творчества – разгром.
 

(Данте)

Таким образом, докритический период – великое счастье для человечества – отсрочка разрушения, предоставленная нам природой. Время для спасения конструкций от аварий.