§ 2. Удивительный бараний рог

Вспомним пример с пластиной толщиной 2 мм, изогнутой по радиусу 10 мм (см. выше). Деформация ее наружных слоев составляет 10%. Это уже довольно большая деформация, при которой обычный металл почти не помнит исходную форму: упругая часть деформации почти в 20 раз меньше пластической, и концы полукольца лишь чуть-чуть расходятся в стороны при разгрузке.

Когда говорят: "согнуть в бараний рог", имеют в виду именно такие большие деформации, при которых упругой составляющей уже можно пренебречь из-за ее малости. Между строк этого решительного выражения можно прочитать: "уже не разогнешься". Действительно, чтобы устранить последствия пластической деформации и вернуть тело к исходной форме, необходимо принудительно пластически деформировать его в противоположном направлении. Значит, нужно новое силовое воздействие на металл, надо создать в нем напряжение обратного знака - разгибать рог силой. Если же нагревать пластически деформированный металл, то форма его остается прежней - нет никаких причин для уменьшения или роста величины остаточной деформации.

Теперь проделаем все то же самое с материалом, обладающим способностью запоминать форму. При нагреве такого материала мы становимся свидетелями маленького чуда: пластина (или рог) распрямляется и точно воспроизводит свою прежнюю форму.

Посмотрим, как выглядит эта картина на "языке диаграммы деформации" (рис. 59), к которой добавим третью переменную - температуру. При нагреве растянутого образца обычного металла остаточная деформация не меняется, и соответствующая линия на горизонтальной плоскости диаграммы идет параллельно оси температур. Такой же образец из сплава, запоминающего форму, при температуре Т₁ начинает укорачиваться, а при Т₂ остаточная деформация уменьшается до нуля.

Рис. 59

Интервал температур Т₁ - Т₂, в котором происходит "вспоминание" исходной формы, составляет всего несколько десятков градусов (иногда он даже уже и измеряется единицами градусов), а его положение на температурной шкале можно регулировать. Так можно создать условия, когда мы изменяем форму сплава при комнатной температуре, а возвращение его к первоначальной форме происходит в чуть подогретой воде. В результате опыт становится очень наглядным, и на человека, не знакомого с особыми свойствами таких сплавов, он всегда производит ошеломляющее впечатление. Зрителю ведь неизвестно, какую форму имела прежде, скажем, выпрямленная тонкая проволочка, какую "информацию хранит" она в своей памяти. Можно представить себе его удивление, когда в блюдце с теплой водой она вдруг начинает шевелиться, как живое существо, причудливо изгибается и в конце концов воспроизводит, например, контуры его собственного профиля, или очертания его собственной подписи, или какой-либо рисунок (рис. 60).

Рис. 60

Эффект запоминания формы, который мы далее будем сокращенно именовать ЭЗФ, конечно, позволяет не только показывать подобные фокусы. Его используют и в более серьезных делах, и даже в очень серьезных. Но посмотрим, каковы предельные возможности ЭЗФ.

Мы не случайно сказали: "тонкая проволочка", и на рис. 60 видно, что она действительно тонкая. Почему это важно? Дело в том, что восстановление формы будет полным только тогда, когда при ее изменении не превышена некоторая определенная величина деформации. Для разных сплавов эта максимально допустимая деформация (объем памяти) имеет разную величину, но обычно она не превышает 10%. Деформировать сплав, проявляющий ЭЗФ, более чем на 10% - это значит перегрузить даже его могучую память. В этом случае при нагреве он не полностью вернется к исходной форме. Появятся остаточные изменения размеров тела, приблизительно соответствующие избыточной (сверх 10%) деформации.

Теперь читатель должен перевести свою собственную память в режим "извлечения информации" о деформировании изгибом проволок или пластин разной толщины. Если величина относительной деформации задана, то более тонкая проволока допускает изгибы по меньшему радиусу и, в отведенных пределах, может хорошо запомнить более причудливую форму.