Портрет трещины

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.