Один из возможных ответов на этот вопрос предложили сотрудники Института кристаллографии АН СССР В. Л. Инденбом и М. X. Блехерман. Они обратили внимание на то, что самое слабое место в скоплении дислокаций… сама дислокация. Оказалось, что сердцевина дислокаций – ее ядро – в определенных условиях может раскалываться. Вообще нужно заметить, что природа явлений в ядре краевых дислокаций сложна и недостаточно изучена. Окрестности края экстраплоскости принесут в будущем еще много неожиданностей. Одну из них и заметили В. Л. Инденбом и М. X. Блехерман. Сердцевина дислокации – материал с нарушенной сплошностью. По некоторым соображениям следует считать, что вдоль кромки экстраплоскости идет пустой канал.
Напряжения в ядре дислокации чрезвычайно велики и вычислить их прямым расчетом сегодня еще невозможно. Стало быть, собственно механические свойства у ядра дислокации почти наверняка хуже, чем у матрицы ненарушенного кристалла. Имеется при этом в виду сопротивление материала на разрыв и сдвиг. И, как это ни странно, разрушение может стартовать прямо из ядра, служащего в данном случае исходным зародышем
микротрещины. Вопрос лишь в том, как начнет расти микротрещина. Было установлено, что в пластичных кристаллах она распространяется по плоскости скольжения. В хрупких же кристаллах сближение дислокаций ведет к перестройке их ядер и вскрытию трещины прямо вдоль эстраплоскости. А что при этом происходит с дислокацией? Она самоуничтожается, совершая своеобаз-ное харакири!
В нашем научном багаже три механизма зарождения трещин с вариантами. Исчерпаны ли этим возможные случаи? Нет, конечно, их довольно много. До сих пор дислокации, образующие трещину, двигались по одной и той же плоскости скольжения. Между тем в кристаллах они способны перемещаться по различным плоскостям. Чего же можно ожидать от таких дислокаций, когда они сходятся вместе? Теория говорит, что они решительно взаимодействуют друг с другом. Настолько решительно, что, исчезая, сами дают жизнь новой «молодой» дислокации, расположенной в плоскости спайности, то есть как раз в той плоскости, в которой легче всего протекает разрушение. Поскольку обычно скольжение развивается по множеству плоскостей, на плоскости спайности создается много дислокационных «отпрысков», сливающихся вместе и образующих трещину. Этот механизм, предложенный английским физиком А. Коттрелом, напоминает двух лыжников, скатывающихся с горки и сталкивающихся внизу. Представьте: их лыжи наехали одна на другую, перекрестились и перепутались. В таком положении лыжники – дислокации – дальше скользить не могут. Особенность заключается в том, что до своего объединения две скользящие дислокации являются инструментами пластической деформации. А вот родившаяся дислокация -- уже инструмент разрушения. Что-то вроде ситуации, когда два человека, столкнувшись в дверях троллейбуса, зацепились друг за друга: пуговица пальто одного из них попала в ячейку «авоськи» другого. Естественный итог такого столкновения – оторванная пуговица или разорванное пальто… В большинстве случаев это – гордиев узел: разорвать его можно, только разрубив. Но… Коттрелл доказал, что иной раз «склеившиеся» дислокации, казалось бы, полностью потерявшие «свое лицо» и даже исчезнувшие, можно разделить. В нашей «троллейбусной» ситуации это означало бы следующее: неторопливо ос-
вободить пуговицу, что возможно далеко не всегда. На языке дислокаций это звучит так: диссоциировала, то есть распалась на две исходные скользящие дислокации, превращающиеся в трещину. Как сказал американский поэт У. Дж. Смит, «… здесь назад означает вперед» потому, что ушел кристалл от разрушения, вернулся к своему монолитному существованию, к прочности.
Целая группа механизмов разрушения связана с существованием границ в кристаллических материалах. В металлах – это границы зерен, в монокристаллах – границы субзерен. И в том, и в другом случае речь идет о стенках дислокаций. В монокристаллах стенки эти довольно просты. Грубо говоря, строй этот представляет собой краевые дислокации, стоящие почти «в затылок» друг другу. Экстраплоскости каждой из таких дислокаций кончаются на границе и все вместе они создают разворот одной половины кристалла по отношению к другой. Чем выше плотность дислокаций в границе, тем больше экстраплоскостей «умирает» на ней, тем больше развернуты кристаллы. Границ таких в кристаллах великое множество и образуют они сложные прост-транственные картины совершенно произвольного вида. Границы плохо видны, если смотреть на кристалл издалека. Но если приблизить его к глазам и повертеть под падающим световым лучом, то можно заметить отблеск
от различных участков кристалла. Это и есть наиболее крупные отдельные его субзерна. Что касается огромного числа мелких субзерен, то они едва заметны.
Между тем при деформировании кристалла дислокации движутся в нем по различным кристаллографическим направлениям и периодически пересекают границы. Что происходит при этом?
Если разворот смежных субзерен не слишком велик, то есть плотность дислокаций в границе мала, полоса скольжения может легко и безболезненно пройти сквозь границу. Однако по мере роста угла между смежными кристаллами межзеренная граница становится прочнее. Теперь уже нужно приложить определенные напряжения для ее прорыва дислокациями извне. Наступает наконец такой момент, когда межзеренное сочленение превращается в мощный барьер, ограничивающий движение всех дислокаций, упирающихся в границу в полосе скольжения. О том, что происходит дальше, известно из работ англичанина А. Стро и француза Ж. Фриделя. Под давлением «толпы» дислокаций напряжения в районе столкновения дислокационного скопления и границы быстро нарастают, и вот…
(Б. Пастернак)
Граница разрушается, как стенка старого дома, в которую уперся нож бульдозера. При этом часть ее остается на месте, а часть смещается. В разрыве и возникает трещина. Она как бы замыкает границу.
Группа ленинградских ученых возглавляемая В. А. Лихачевым, обратила внимание еще на одну возможность взаимодействия полос скольжения с дислокационной границей, имеющую более мягкий, эволюционный характер. Представьте себе, под скрежет тормозов круто поворачивающая машина оставляет на асфальте темную полосу – тонкий слой материала шин, схватившийся под действием давления и вызванной им силы трения с поверхностью дороги. Круто разворачивающаяся дислокация тоже оставляет свой след. Когда полоса скольжения переходит из одного кристаллита в другой, изгиб траектории на границе ведет к тому, что в ней оседает так называемая разностная дислокация. Она и
представляет собой «остаток» дислокации, застрявший в межзеренном сочленении.
Дислокацию, преодолевающую границу между двумя зернами, можно уподобить лыжнику, «взмахивающему» на бугорок. Если его скорость велика, он за бугорком пролетит какое-то расстояние, как с трамплина, по воздуху. Для того чтобы он плавно съехал с бугорка, скорость его должна быть достаточно низкой: тогда сила тяжести успевает прижать лыжника к поверхности бугорка. Если дислокация, движущаяся по плоскости скольжения, выходит на межзеренное сочленение, то, находясь на нем, она должна повернуться на угол разори-ентировки смежных зерен и пойти по новой плоскости скольжения. Но это означает, что она обязана изменить свой вектор Бюргерса, что возможно только, если на границе появится еще одна дислокация, вектор Бюргерса которой по правилу сложения векторов замкнет треугольник между векторами исходной дислокации и дислокации, перешедшей во второе зерно. Грубо говоря, роль этой дислокации заключается в том, чтобы заставить скользящую дислокацию «облизать» границу и перейти с плоскости скольжения одного зерна на плоскость скольжения другого. Если граница атакована большим числом полос скольжения, возникает множество разностных дислокаций. Слияние их друг с другом ведет к появлению трещины в границе. Могут эти дислокации образовать и собственную стенку. Тогда, как показывает теория, на краю стенки может также возникнуть зародышевая трещинка, как в механизме Стро – Фриделя.