Что же происходит при этом с трещиной? У нее должно остаться лишь две «возможности»: либо остановиться, либо изменить траекторию в том направлении, которое нужно нам. Конечно, хорошо прервать разрушение. Ведь это означает исключение катастрофы, бесценный выигрыш времени для ремонта и восстановления несущих свойств конструкции. Но разве остановленная трещина не начнет расти вновь? Может и начать, но ей надо разогнаться, а для этого получить немалую порцию энергии извне. Желательно, чтобы концентрация напряжений в вершине остановленной трещины была уменьшена до предела. Этому помогает следующее. Когда заряд тринитротолуола взрывается, он выбивает в материале небольшое отверстие, порядка нескольких миллиметров. Напряжения, создаваемые вокруг него, таковы, что проходящая мимо трещина в результате атаки ударных волн заворачивает на очаг взрыва и останавливается на нем. Это очень удобно, потому что теперь радиус при вершине трещины огромен и расти при напряжениях, существующих в детали, она больше не сможет.

Другой вариант в этом отношении, пожалуй, лучше. Допустим случилось так, что волны развернули трещину в обратном направлении или «завили» ее в окружность или спираль. Такое разрушение не сможет прогрессировать потому, что напряжения в его вершине будут определяться кривизной его траектории, а не остротой вершины трещины. Образец с такой трещиной окажется не менее прочным, чем совершенно целый. Он может успешно послужить еще некоторое время.

Что же происходит с металлом, когда на нем взрыва-

ется заряд тринитротолуола или другого взрывчатою вещества? Конечно, возникающие при этом упругие волны остановят трещину, однако, они неизбежно повредят конструкцию, внесут в нее новые отверстия, зародышевые микротрещины и многие другие дефекты. И все же другого пути нет, ведь вся конструкция находилась в состоянии агонии. Не останови мы трещину, разрушение было бы неизбежным.

Быть может прав был испанский поэт Луис де Гонгора и Арготе: «…и только адом побеждают ад».

ТРЕЩИНА И ШАХМАТЫ

Мы уже говорили о том, что трещина не любит одиночества. Как правило, в металлах существует великое множество трещин, образующих огромные «коллективы». В отдельности каждая из них может быть малозначительной. Но едва ли не каждая мечтает стать «генералом», то есть магистральной. И тогда она расправляется со своими собратьями двумя способами: поглощает их при своем росте или, снижая напряжения в окружающем пространстве, заставляет их «схлопываться», а то и вовсе исчезать. Нечего сказать – милое и кроткое существо!

В этой главе мы попытаемся рассмотреть все возможные методы, все идеи и соображения, наконец, даже самые мимолетные упоминания о том, как же все-таки справиться с разрушением. Поэтому не будем беспечны и подберем все зернышки, все крупицы надежды, сопутствующие этой проблеме.

Коллектив трещин, конечно же, ослабляет тело. Разумеется, было бы лучше без трещин, чем с ними. Но коль скоро отсутствие их в металле, к сожалению, исключено, посмотрим, нет ли каких-либо возможностей расположить их так, чтобы обращенное друг против друга их взаимное зло было как-то погашено. Не окажется ли внутреннее взаимодействие в такой системе трещин маленькой компенсацией за большое несчастье? Вопрос сводится таким образом к следующему: больше ли ослабляет тело коллектив трещин, нежели одиночная трещина? Не может ли оказаться, что система из многих

трещин окажется «скованной» и неспособной быстро разрушить конструкцию. Наконец, не «заинтересована» ли прочность в том, чтобы уже если иметь врагов, так много? Тогда они помешают друг другу расправиться с ней.

По-видимому, надежды эти совсем не случайны. Когда-то академик Я. Б. Зельдович предсказал, что при шахматном расположении трещин должно наблюдаться их взаимное упрочение.

Теоретики-механики взялись за решение этой задачи и в последние 20 лет получили очень интересные и наглядные результаты. В. В. Панасюк и Л. Т. Бережниц-кий нашли, что выстроенные в хвост друг за другом трещины ослабляют тело, понижают его прочность. Поэтому такие системы крайне опасны и их надо всячески избегать. Заключение, полученное для случая неподвижных трещин, в еще большей степени справедливо для трещин растущих потому, что такие разрезы очень легко объединяются.

Совсем другое дело – системы из параллельно расположенных трещин. Их рассчитывали В. 3. Партон и В. В. Панасюк со своими учениками. Прежде всего оказалось, что определенное взаимное расположение трещин приводит к стабилизации, то есть устойчивости каждой из них в отдельности и системы в целом. И связано это с интенсивным взаимодействием упругих полей трещин друг с другом. Поэтому при малых расстояниях между трещинами, когда они теснейшим образом слиты, эффект упрочнения оказывается наибольшим. При этом прочность тела с системой трещин, безусловно, выше, чем с одиночной трещиной.

Интересно, а подтвердилось ли предположение академика Я. Б. Зельдовича? И да, и нет. Действительно, система параллельных трещин предпочтительнее, чем одиночная. Однако, что касается шахматного порядка их расположения, как наиболее оптимального, то здесь появилось «но»… Выяснилось, что этот порядок не обеспечивает максимальных прочностей. Гораздо прочнее металл, в котором трещины выстроены параллельными рядами и располагаются строго одна над другой. Вероятно, таких рядов может быть много, но они расположены не в шахматном порядке, а скорее как солдаты, выстроенные в каре.

Ну, а если в системе трещин расстояние между ними

велико? Тогда взаимодействие трещин мало, а прочность такого объединения еще ниже, чем у одиночной трещины. Поэтому такое скопление, конечно, нежелательно.

Подобные соображения помогли ученым ФРГ разработать прочный керамический материал для изготовления турбинных лопаток. Основой этой керамики являются оксиды циркония и оксиды алюминия. После прессовки их спекают при 1500 °С. В результате последующего быстрого охлаждения возникают чрезвычайно мелкие трещины диаметром в миллионные доли сантиметра. Эти-то микротрещины впоследствии и гасят напряжения от ударных нагрузок и препятствуют зарождению больших трещин в керамике.

НАДЕЖДА -МОЙ КОМПАС ЗЕМНОЙ

Дорогой читатель! В первой половине книги мы посеяли семена нашего понимания природы разрушения. Теперь, когда они взошли и уборка в разгаре, нам нельзя потерять ни одного зернышка, ни одного колоска надежды на усмирение трещины. Ведь это не просто наша прихоть, а насущная потребность мира машин, механизмов и конструкций, от которых зависит наше существование, а порой и наша жизнь.

Крупицу оптимизма можно отыскать и в таком, казалось бы, безысходном процессе разрушения, каким является ветвление. Множественный распад трещин превращает некогда монолитный металл в груду осколков и не оставляет никакой надежды «выцарапать» из этого безжизненного хаоса что-то полезное. Однако если ветвящаяся трещина одна, а в металле она часто бывает одиночной, то тогда-Тогда нам нужно вспомнить, что после каждого эпизода ветвления трещина моментально теряет свою скорость, а иной раз и вообще останавливается.

Нельзя ли использовать это обстоятельство и влиять на ветвление каждый раз, когда это нужно?

Но прежде всего, когда это выгодно? Тормозить трещину таким образом в закаленной стали, например, явно нецелесообразно. Затормозившись после ветвления, трещина моментально разгонится вновь в таком мате-

риале. Уж очень хрупок металл и велики ускорения разрушения из-за больших внутренних напряжений. Совершенно другое дело обычная незакаленная сталь. Или сталь, прошедшая после закалки отпуск. В ней внутренние напряжения относительно малы. Вязкость металла велика и энергия, необходимая для разгона трещины, на один-два порядка выше, чем в закаленной стали. Поэтому, если в такой стали осуществить насильственное ветвление, то потерявшая скорость трещина не сможет восполнить запас своей кинетической энергии за счет внутренних напряжений металла. С другой стороны, трещине понадобится много энергии для разгона, которую она вынуждена будет черпать из резервуара упруго нагружающей системы. А для этого нужно немало времени.