Портрет трещины

Они взаимно холодны и тогда, когда трещина пересекает краевую дислокацию. Совсем по-иному складываются отношения разрушения с винтовой сестрой. Дело в том, что эта дислокация закручивает кристалл в спираль. Значит, каждая кристаллографическая плоскость превращается тоже в спираль. Не избегает этой судьбы и плоскость разрушения. А там, где есть спираль, появляется и порог, соединяющий части плоскости с различным уровнем. Как говорят физики, при взаимодействии трещины с винтовой дислокацией возникают ступеньки. Но это – лишняя поверхность, а следовательно, дополнительная поверхностная энергия. Для образования ступеньки трещина вынуждена заимствовать упругую энергию из «банка», председателем и учредителем которого является разрушающая сила. Значит, преодоление трещиной винтовой дислокации требует дополни-

тельных усилий, хотя и очень малых. Если на пути разбойницы-трещины встречается одна винтовая дислокация, то она, конечно, не сможет оказать достойного сопротивления. По-иному обстоит дело, если дислокаций легионы. Тогда они превращают парадное шествие трещины в судорожные скачки с ухаба на ухаб. Для преодоления сопротивления маленьких, но многочисленных противников трещина вынуждена тысячи раз обращаться в «банк» за субсидиями. Между тем возможности «банка» ограничены. И запасы валюты – энергии – у него скудеют. При достаточно большом числе винтовых дислокаций рано или поздно наступит момент, когда банк обанкротится и трещина, в мгновенье ока, потеряв свою ретивость, остановится – она ведь всегда живет в кредит.

А много ли для этого нужно дислокаций? К сожалению, неисчислимо много – миллиарды, миллиарды и миллиарды. Далеко не всегда такое количество их имеется в распоряжении металла. Поэтому слишком надеяться на этот вариант торможения трещин в металле не следует, хотя свою положительную роль он, безусловно играет.

У нас могло сложиться впечатление о «трусости» краевой дислокации – ведь она «уклоняется» от боя с трещиной. Да, но только потому, что мы потребовали от нее сражаться определенным видом оружия, скажем, на рапирах. Между тем она сильна в другом: ее коронный номер – «классическая борьба». Каждая краевая

дислокация создает в окружающем ее пространстве упругие поля сжатия и растяжения. Первого трещина боится, второе любит. Поэтому, если краевая дислокация повернется к трещине своим щитом – полем сжимающих напряжений – трещина вынуждена будет приостановиться. Однако, так же как ее сестра – винтовая дислокация, краевая с таким хищником как трещина в одиночку не справится. Совсем по-другому протекает «раунд» с трещиной, когда краевые дислокации объединяются, противопоставляя опасности свою коллективную силу. Тогда они способны создавать обширную линию обороны, на всем протяжении которой существует мощное поле сжимающих напряжений. Обойти его трещине не удается, она вынуждена взаимодействовать с ним, серьезно притормаживая. Помните А. Межирова?

Встали в ряд. Поперек дорога Перерезана. – Тормози.

Какие же объединения дислокаций имеются в виду? Прежде всего, дислокационные границы.

Хорошо известно, что простейшая такая граница – это вертикальный ряд краевых дислокаций. Расстояние между дислокациями, стоящими в затылок друг к другу, тем меньше, чем на большие углы развернуты кристаллы по обе стороны границы. Сплотившие свой ряд дислокации напоминают строй римских воинов – черепаху. Сплошной массив из щитов с частоколом копий встречает враг. Примерно так же окружают себя дисло-

нации стеной полей сжатия, слившись в один ковер. Да еще в два ряда. На расстояниях в 1000 мкм образуется поле внутренних напряжений, возникших при кристаллизации различно ориентированных зерен, а вблизи самих дислокаций – собственное упругое поле, простирающееся всего на несколько межатомных расстояний.

Даже такая однородная граница между субзернами в монокристаллическом материале способна влиять на медленную трещину. Но задержать быструю она не может. Зато в поликристаллической стали зерна развернуты столь капитально, что иногда представляют собой множество подобных рядов. Если угол, составляемый соседними зернами, достигает 30°, такая граница непобедима, пробиться через нее трещина не в состоянии.

Параллельные ряды «римских черепах» останавливают трещину, идущую с любой скоростью и питающуюся любой упругой энергией. Если граница имеет винтовую природу (граница скручивания) и «сооружена» из винтовых дислокаций, то она еще прочнее. Понятно: ведь помимо того, что работают упругие поля дислокационных стенок, любой прорыв сопровождается возникновением ступеней, а это – дополнительные потери энергии. Поэтому уже 20-градусная винтовая граница – барьер совершенно непреодолимый для разрушения.

Вот как обстоят дела, когда мы проводим опыты в лаборатории с единственной границей между двумя кристаллами. Физики называют такую пару бикристаллом. Но в повседневной практике все сложнее – ведь сталь в конечном итоге неизбежно разрушается трещиной. А реальная сталь – это десятки и сотни тысяч, кристаллов. Каким же образом происходит «разгром» детали? Как