Портрет трещины

Это происходит и в случае медленного статического на-гружения и при динамическом процессе. Скорость разрыва перемычек в последнем случае достигает порой 50 м/с. При их объединении скачком увеличивается длина магистральной. Упругое поле такой трещины становится больше по размерам и она начинает «ощущать» более отдаленно расположенные трещины. Следует очередной «кровожадный» акт поглощения и возможности трещины еще более расширяются. «Съеденные» трещины не всегда и не строго расположены по линии основной. Поэтому ее форма сложная, ступенчатая. Таким образом, объединяя десятки и тысячи своих же сестер-трещин, магистральная достигает, наконец, критических размеров. Теперь уже она способна пренебречь пластическим течением в своей вершине и процесс кооперирования трещин ускоряется. Скорости трещин и разрыва перемычек между ними исчисляются сотнями и тысячами метров в секунду. «Волчий» характер при этом неизменен, а вот механизмы потери равновесия могут стать совсем другими. Например, небольшие трещины около устья магистральной, чем-то напоминающие рыбок-лоцманов у пасти

некоторых видов акул, теперь уже легко возбуждаются мощным упругим полем основной трещины и сами сливаются с ней, образуя быстро растущее целое.

Совершенно понятно, что это уже беда. После начала стремительного роста трещины с повальным объединением всех попадающихся на пути мелких трещинок у конструкции нет будущего. Она обречена. Для практики интересен период докритического стабильного существования металла. Пусть с трещиной! Пусть с целой их системой! Но металл должен служить, сопротивляться внешним силам и нести нагрузку. Он должен жить. И мы хорошо знаем, что он живет. Все без исключения конструкции детали и узлы содержат трещины и в большом количестве, но служат великой прочности! Почему?

По двум причинам. Во-первых, они спроектированы так, что приложенные к ним напряжения всегда меньше тех, которые нужны для подрастания самой «агрессивной» трещины. А во-вторых, и мы об этом уже говорили, металлы имеют определенный иммунитет против трещин. Он создается «прививкой», в роли которой выступает пластическая деформация. Она отодвигает закритичес-кий процесс и содействует локализации разрушения вблизи его наиболее острых в вершинах трещин и дефектов. Процессы деформирования, как человек, сглаживающий возможные конфликты, обволакивающий их деликатностью и мягкостью, понижают поле упругих напряжений в вершине трещины и, не давая ей расти, растрачивают накопленную энергию на движение дислокаций. Плохо, если металл хрупок по своей природе. Обладай он даже высокой прочностью, это не спасет его от разрушения, появись в нем какой-то концентратор напряжений или микроскопическая трещина. Ведь теперь нет амортизатора – пластичности, а напряжения в остром концентраторе настолько велика, что без труда превзойдет изначальные прочностные свойства металла.

Вот поэтому-то и говорят, что чувствительность к надрезам высокопрочных сталей всегда выше, чем у низкопрочных.

Долго ли может жить металл с докритической системой трещин? Быть может вечно? Это было бы слишком хорошо, чтобы быть правдой!

Природа позаботилась и здесь о том, чтобы противопоставить плюсы минусам. Один из таких минусов заключается в следующем. Пусть нагрузка на деталь мала

и несоизмеримо ниже, нежели любые пределы прочности. По всем законам механики трещины не должны были бы расти в этих условиях. Но советский физик С. Н. Журков показал, что даже в этом случае разрушение неизбежно. Вопрос лишь в том, когда оно произойдет. Чем больше приложенная нагрузка, тем неотвратимее конец и тем раньше он наступит. Эту закономерность так и называют временной зависимостью прочности.

С какими же физическими процессами связано убывание прочности со временем? Видимо, их много. Здесь и дислокационные явления, если речь идет о кристаллических материалах. Здесь и подрастание трещин за счет вакансий и дислоцированных атомов. Здесь, как считают некоторые физики, происходит и прямой разрыв атомных связей. И уж, безусловно, протекает разрушение за счет медленного докритического объединения трещин. Однако в целом это явление исключительно сложное и до конца пока что не изученное. Главное, однако, заключается в том, что даже при относительно низких нагрузках беспредельно долго прочным материал быть не может.

Что же делать? Прежде всего стремиться к тому, чтобы количество микротрещин в металлах было минимальным. Также важно, чтобы, уж коль они существуют, размеры их были возможно меньшими. Совершенно необходимо предусмотреть какой-то буферный механизм притормаживания трещин. Простейшим является, конечно же, пластическая деформация. Поэтому желательно, чтобы металл всегда был максимально вязким, без потери в прочности. При выполнении этих условий даже со многими микротрещинами, металл может долго, очень долго служить людям и быть воплощением надежности и прочности.

КОЛОРАТУРНОЕ СОПРАНО