Виктор Финкель - Портрет трещины
Следовательно, первые «бойцы», встающие на пути трещины и способные оказать ей сопротивление, – это дефекты кристаллической решетки. Поэтому металл с высоким сопротивлением разрушению должен содержать определенный набор этих неправильностей, расположенных к тому же определенным образом.
Читатель может задать каверзный вопрос: а как же быть с носителями предельной прочности – усами? Или с монолитными монокристаллами, начисто лишенными дислокаций?
Боюсь, что ответ будет неутешительным. Образование в таких материалах дислокации или зародышевой трещины затруднительно. Но что касается роста в них уже существующей трещины… Он пойдет очень быстро и легко. Практически разрушение бездислокационных монокристаллов, уж если оно началось, протекает как у весьма хрупкого тела. Это неудивительно, потому что такой амортизатор, как пластическая деформация, отсутствует. Вот уж действительно, в поисках высокого сопротивления растущей трещине нам следует уподобиться персонажу сатирика Ф. Кривина – Жабоногу:
Каждый ищет, где лучше, а Жабоног ищет, где хуже. Дайте ему соленую воду, дайте ему самую холодную воду или даже горячую воду, и это как раз ему подойдет.
Потому что все ищут, где лучше, а когда все ищут, где лучше, тогда там, где лучше, становится хуже всего. Чтобы найти, где лучше, надо искать, где хуже, – он это понимает, мудрый, опытный Жабоног»1.
Вот почему в изобретении способов высокого сопротивления, которые можно было бы противопоставить существующей и растущей трещине, нельзя ссылаться на традиционные бездислокационные материалы с прочно-
1 Кривин Ф. Самбо. Туда, где хуже//Крокоднл. 1974. № 22. С. 14.
стью, близкой к теоретически достижимой. Ибо это было бы решением только одной очень важной, но частной задачи – сдерживания зарождения первичной микротрещины. Но если трещина каким-то образом уже появилась, то теоретическая сверхпрочность мало поможет в борьбе. Ведь концентрация напряжений в вершине такой трещины при отсутствии пластичности легко достигает значений теоретической прочности. Поэтому такая трещина и распространяться будет легко. Чтобы справиться с ней, нужны совершенно иные качества кристалла, в частности необходимы дефекты. В этом несовместимом противоречии прекрасного и ущербного, совершенства кристалла, с одной стороны, и его одновременного несовершенства – с другой, и заключается одна из проблем современного конструирования металлов и сплавов.
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. БунинМы 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.
