Портрет трещины

шие внУтРенние напряжения. В сердцевине «слезки» они имеют сжимающий характер, а в поверхностных слоях -- растягивающий. Удивительная прочность «ба-тавских слезок», способность выдерживать удары молотком по утолщенной части, обусловлена как раз сжимающими напряжениями, препятствующими зарождению микротрещин. Но не следует забывать, что корни этой высокой прочности проистекают из внутренних напряжений, уравновешенных и «запертых» в объеме всей «запятой» и, чтобы нарушить эту прочность, достаточно отбить крохотный кусочек хвоста «головастика». Мощные напряжения сжатия, теперь уже не сдерживаемые прочным ремнем растянутого поверхностного слоя, взрывают стекло, превращая прозрачную и красивую «батав-скую слезку» в разлетающееся облако мелких стеклянных зернышек.

Подобные процессы нередки и в металлических конструкциях. Так, в феврале 1943 года вблизи Нью-Йорка разрушился сварной сферический резервуар для хранения водорода. Его диаметр превышал 11 м, а толщина стенки 16 мм. Газгольдер, рассчитанный на рабочее давление 5 МПа, не выдержал… 0,35 МПа. Перед аварией температура окружающего воздуха понизилась до – 12°С, а затем с одной стороны, сосуд нагрелся на солнце. Этого оказалось достаточным, чтобы разрушение, сопровождаемое взрывом, привело к распаду оболочки на 20 кусков. На нефтеперерабатывающих заводах США за 35 лет (с 1918 по 1953 год) разрушилось 32 резервуара, причем убытки составили полмиллиона долларов.

Чаще всего аварии происходили главным образом из-за низкого качества сварки и высоких термических напряжений в конструкциях. Трещины возникали либо в основном металле вблизи мест скопления сварных швов, либо в стыковых швах, имеющих непровары. В большинстве случаев в результате аварий металл разлетался иногда на расстояние до 40 м. Справедливости ради нужно сказать, что помимо внутренних напряжений, здесь действовали и другие причины: преже всего плохое качество основного металла и дефекты в самом сварном шве, которые сыграли роль зародышевых трещин. Немаловажным оказалось и охрупчивание металла в связи с понижением окружающей температуры. Об этом явлении речь пойдет в другом разделе.

ХОЛОДА, ХОЛОДА

У природы всегда в запасе какой-нибудь козырь.

Артур Кларк

Гигантские пространства, ранее совершенно пустынные и необитаемые, заселяет человек: Крайний Север и Сибирь в нашей стране, Аляску в США, северные районы Канады, Гренландию, Антарктиду… Многие препятствия встречают покорители этих районов. Одно из них имеет прямое отношение к материалам. Вот бы что произошло, если бы основной конструкционный материал машиностроения – сталь – захворал.

Гигантский состав из сотен вагонов, идущий со скоростью в 70-100 км/ч, рухнул под откос. Причина проста – лопнул рельс. Огромная мостовая ферма через широкую реку внезапно обрушилась вниз вместе с электровозом. Тяжелые грузовики и автопоезда останавливаются из-за массовой поломки деталей. Железобетнные перекрытия цехов длиной в сотни метров падают, казалось, бы без всякого влияния извне. Портальные краны и самосвалы, трубы нефте- и газопроводов, драги для добычи золота и алмазов лопаются как спички. Мощные экскаваторы, в том числе и шагающие, разнообразные грузоподъемные механизмы рушатся, как будто они фарфоровые.

Быть может автор, драматизируя, искусственно раскрасил, а возможно и пропросту придумал эти события? Оказывается нет, может быть даже преуменьшил, затушевал.

Судите сами. Спусковым рычагом, проводящим к разрушению сталей, является понижение температуры. В этом отношении подавляющее большинство сталей подобно нездоровым людям – при малейшем переохлаждении они «заболевают». Для иных, например низкоуглеродистых, «воспаление легких», то есть разрушение, наступает при (-60) -т- (-70) °С, для других, высокоуглеродистых- уже при комнатных температурах. И совсем хрупок в любых условиях чугун. Между тем климат в некоторых районах нашей страны весьма суров. Отрицательная температура в Норильске, Якутске и на Магадане держится свыше 8 месяцев в году. Минимальная температура, зарегистрированная в Норильске, -57, а в Магаданской области – 65, в Устье-Нере

(Якутия) -72°С. В северо-восточных и северных областях среднегодовая температура находится в пределах (-4)4- (-17), а в декабре, январе (-20) ч-(-50) °С.

При таких условиях металл, не защищенный от морозов и шквальных ветров, подвергается большой опасности1.

Справедливости ради нужно сказать, что хладноломкость – не всегда следствие природных условий. Чаще она результат технологических процессов, нуждающихся в низких температурах, протекающих, например, в установках, получающих жидкий воздух (-180°С),кислород (-183°С), гелий (-268°С), водород (-253°С), азот (-195,7 °С), а также в разнообразных холодильных агрегатах. С крайне низкими гелиевыми температурами и особыми свойствами металлов мы вынуждены встречаться в технике получения сверхмощных магнитных полей, основанной на использовании сверхпродводников.