Металл залечивает собственные трещины

Обычно, если вы приложите к металлу усилие, призванное его разорвать, деталь из него начинает разрушаться. Но, как выяснилось, бывает и наоборот.

Когда исследователи из Массачусетского технологического института (США) во главе с Майклом Демковичем (Michael J. Demkowicz) случайно заметили, что усилия, направленные на разрыв куска металла, на коротком временном отрезке могут, напротив, ликвидировать трещины в материале, они посчитали это ошибкой.

Однако перепроверки показали, что при определённых условиях приложение большой растягивающей нагрузки к треснутому металлическому объекту действительно ведёт к «залечиванию» изъяна, показывая результат, прямо противоположный ожидаемому.

За счёт чего такие чудеса? После длительных исследований и моделирования поведения зёрен металла на их границах картина стала проясняться. Металлом, использовавшимся в эксперименте, был никель, и одна из моделей выявила механизм, в принципе способный затягивать трещины — при определённых условиях. А именно таких, которые заставляли микроструктуру металла меняться, а границы отдельных зёрен — слегка смещаться:

Ключом ко всему оказался один вид дефектов кристалла, известный как дисклинация — граница области незавершённого поворота в кристалле. Такой дефект создаёт поле механических напряжений, в котором прилагаемое внешнее воздействие может быть обращено в другую сторону, причём даже в ту, что противоположна прикладываемому усилию.

Как использовать такое явление? Группа г-на Демковича, несмотря на то что находится «лишь в самом начале пути», считает, что, коль скоро методы создания дефектов с нужными параметрами для металлических сплавов уже есть, то и задача их применения совершенно реальна...

...Поясняя, что более всего очевиден потенциал метода при ликвидации трещин под внешней нагрузкой. Вспомним так называемую усталость металла, которая, по сути, является следствием накопления множества микротрещин. Так вот, своевременное удаление последних в металлических изделиях попросту продлит их службу.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам MIT News.