Портрет трещины

Финкель Виктор Моисеевич

Разрушение, разрушение, разрушение… Но полезное, несущее нам благополучие, процветание и добро в самом широком смысле слова.

Это то, что «лежит сверху». Но сколько мелких, незаметных на первый взгляд, но таких интересных ролей играет разрушение на гигантской сцене нашей планеты. Оказывается, например, что в своем саду вы можете вырастить опята. Для этого, в частности, на пеньке старого дерева нужно топором насечь побольше трещин…

Итак, трещина, к которой мы привыкли, как к символу беды и непоправимости, подчас трагической, может быть поставлена на службу человеку. Помните, как писал С. Надсон:

….С тобою связь Нам закрепить давно пора:

Я гений зла, я мрака князь, А гы – ты Дон-Кихот добра…

Вспомним работу стекольщика. Вначале алмазом

он надрезает стекло. Затем, легко постукивая под надрезом, создает в нем трещину. Положив стекло на стол так, чтобы надрез точно соответствовал кромке стола, он нажимает висящую часть. При этом трещина пробегает по концентратору напряжений, разделяя лист стекла на две части. На стеклодувных фабриках стеклянные сосуды от трубки отделяют по-другому. По словам известного советского специалиста по стеклу Н. Качалова, «…отделение или, как говорят стекольщики, «отшибание» сосуда производится при помощи прикосновения к соответствующему месту мокрой железной полосой. От резкого местного охлаждения в стекле возникает опоясывающая трещина, при легком постукивании по которой происходит отделение отформованного сосуда от выдувательной трубки»1.

Физики-экспериментаторы используют для этой же

1 Качалов Н. Счекло.- М.: Изд-во АН СССР, 1959, с. 73.

цели паяльник. Им разогревают стекло непосредственно перед надрезом. При этом в очаге нагрева материал расширяется и рвет стекло по надрезу. Затем паяльник ведут перед трещиной, создавая тем самым в ее вершине растягивающие напряжения. Направлением трещины мы можем «руководить» как угодно.

Обратим внимание на то, что, о каком бы методе разделения стекла мы не говорили, всегда речь идет о трещине, используемой в качестве режущего инструмента. В этом же качестве «трудится» трещина и при обработке драгоценных камней.

Ж- Бержье1 пишет, что с доисторических времен люди пытались выведать друг у друга промышленные секреты, в частности секреты обработки камня. Это очень сложная техника, которую современные исследователи с большим трудом открыли вновь лишь частично. Не менее сложен, например, способ раскалывания одним ударом прямоугольной кремниевой пластины на четыре куска для выделения желвака. Эта работа требует очень большой сноровки. Шпионы охотились за этими секретами и, вероятно, похищали их не раз за 10 или 20 тысяч лет назад.

О том, что колоть кристаллы непросто, знает каждый кристаллограф и кристаллофизик. Между тем, почти при любом исследовании кристаллического материала его раскол имеет преимущества перед разрезкой. Он проще и удобнее. Но дело не только в этом. Когда вы режете кристалл, вы сильно искажаете его поверхность, насыщаете ее примесями. После этого для исследований она уже не годится. Другое дело раскол. Если делать это умело, то быстро бегущая трещина почти не изменяет поверхность раскола и она становится великолепным, стерильно чистым объектом исследования, не говоря уже о том, что нас часто интересует поверхность разрушения как непосредственный свидетель процессов, происходящих при разрушении. Не случайно поэтому известный американский физик Джон Гилман начинает одну из серьезных своих статей практическими указаниями, как именно колоть кристалл. Он пишет: «При попытке получить скол было испорчено много кристаллов. Однако после того, как эксперименты были проведены на не-

1 Бержье Ж- Промышленный шпионаж. – М.: Международные отношения, 1971. С. 33.

скольких тысячах кристаллов, накоплен некоторый опыт. Следует отметить, что это не устраняет из практики скола кристаллов элемента искусства, но оказывает существенную помощь».

КЛИНОК НАДЕЖНЫЙ БЕЗ ПОРОКА…

Честь науке – ей дано уменье Выводить нас из недоуменья.

М. Светлов

Кто-то сказал, что острый язык – это единственный инструмент, не теряющий своих режущих свойств при постоянном пользовании. Хочется оспорить эту мысль и указать еще на один инструмент такого рода – трещину. Пусть, например, на машиностроительном заводе

возникла необходимость разрезать металл большого сечения, диаметром в полметра. Конечно, что можно сделать разными способами, например на станке или на мощной пиле. Однако потребуется много времени, энергетических затрат и окажется, что немалое количество металла превращено в стружку. Вот для таких-то случаев и выгодно использовать трещину. Во-первых, она не боится прочных сталей и сплавов. Наоборот, чем прочнее материал, тем чувствительнее он к концентрации напряжений, тем легче режется трещиной. Во-вторых, ни один резец не сделает это быстрее трещины – она молниеносна. В-третьих, энергоемкость хрупкого разрушения ничтожна. В-четвертых, при всей своей безжалостности трещина не съедает металл и не превращает его в стружку. И еще одно уникальное преимущество имеет трещина перед инструментом: ее не нужно затачивать. Вершина хрупкой закритической трещины в процессе разрушения не затупляется. Напротив:

Ржавеет сталь,Мертвеет плоть сердец,Но встретив на пути сопротивленье,Самозатачивается резец…

(Я- Белинский)

Все это заманчиво. Но вряд ли просто. Как известно все, что в науке было на поверхности, давно подобрано. Речь идет не просто об укрощении разрушения. Нет, о дружбе с трещиной. О сознательном использовании ее разрушающих качеств на благо человечества. Между

тем не надо забывать о «вздорном» характере трещины, ее беспринципности, поклонении богу напряжений, способности мгновенно менять направление движения и многих других малопривлекательных качествах. Словом, друг она ненадежный. И с ней надо постоянно быть настороже.

Это мы осознаем. Но какие же основные требования следует предъявить трещине, прежде чем попытаться использовать ее для резки металлов в машиностроении и металлургии? Прежде всего нужно, чтобы разрушение зарождалось возможно раньше, чтобы пластическая деформация, ему предшествующая, была предельно малой. Это важно для получения низкой энергоемкости всего процесса разделения и сохранения формы разрезаемого металла. Кроме того, трещина должна быть «послушной», она должна расти точно по заранее заданной нами траектории. В противном случае игра не стоит свеч. Ведь если трещина будет вилять, сохраняя требуемое направление лишь ориентировочно, потом для получения

хорошей поверхности придется обрабатывать деталь на металлорежущем станке. А этого нужно избежать.

Первый вопрос, возникающий перед нами: насколько быстро или или медленно должна расти трещина? Слишком медленное разрушение не годится: потому, что процесс будет непроизводительным, и в большей степени потому, что при низких скоростях слишком велика пластическая деформация металла, а следовательно, энергоемкость разрушения. Поэтому, хотелось бы видеть трещину быстрой, но не слишком! Оказывается, при умеренных скоростях разрушения (1000 м/с) поверхность скола достаточно ровна. Однако при больших скоростях, превышающих 1500 м/с, трещина начинает судорожно прыгать из стороны в сторону. На сколе появляются крупные изогнутые борозды и сложная система ступеней. Кроме того, одни части поверхности разрушения оказываются повернутыми под большими углами (до 10-12°)' по отношению друг к другу. С дальнейшим ростом скорости дело становится еще сложнее – при скорости 1800 м/с начинается ветвление. Поверхность разрушения, изобилующая дефектами и неровностями, да еще содержащая ответвления трещины, не пригодна для машиностроения.

Поэтому нетрудно сформулировать требования к режиму распространения трещины при холодной ломке металла. Скорость трещины должна быть возможно большей с целью понижения энергоемкости раскола. Она вместе с тем не должна быть чрезмерной во избежание появления сложного рельефа на поверхности разрушения. Предпочитают диапазон от 1000 до 1500 м/с. Здесь и энергоемкость низка и трещина еще достаточно устойчива. Это первое требование к трещине, важное для того, чтобы «жизни ключ взыграл из разрушенья».