§ 3. Самоуправство или хитрость?

Вспомним и еще одну деталь, касающуюся деформации изгибом" а именно то, что при этом одни слои материала растянуты, а другие сжаты. Здесь мы подошли к следующей, обещанной в гл. 2, неожиданности. Изогнутая проволока при нагреве распрямляется или, наоборот, выпрямленная изгибается. Сейчас нам неважно, какую форму мы заложили в ее память, а важно, что в любом случае в процессе "вспоминания" происходит изгибная деформация. Значит, растянутые ранее слои проволоки при нагреве сжимаются, а сжатые - растягиваются. Внимание! Вслушаемся в первую часть фразы: "слои... при нагреве сжимаются". Металлический сплав может сжиматься при нагреве!!! А как же быть с весьма универсальным правилом "тела при нагревании расширяются"?

Слов нет, способность запоминать форму - это удивительное свойство, но совсем не подчиняться общим законам природы было бы явным самоуправством даже со стороны таких уникальных сплавов. Они, конечно, не отменяют термическое расширение, но заставляют более внимательно отнестись к этому явлению. Действительно, термическое расширение обусловлено увеличением расстояний между атомами, что вызывает рост объема тела при повышении температуры. Мы просто привыкли к тому, что этот рост объема тела складывается из увеличения всех трех его размеров, что удлинение при нагреве обычно происходит в равной степени по всем трем осям^*). Именно поэтому в справочниках приводятся коэффициенты "линейного" термического расширения, выражающие относительное удлинение по любой из осей на каждый градус повышения температуры. Для металлов они имеют порядок 10^-5 - 10^-6К^-1. Это значит, что при увеличении температуры, например, на 10 градусов относительное удлинение металлического тела в любом направлении составляет 10^-4 - 10^-5 или 10^-2 - 10^-3%.

^*(Это относится во всяком случае к так называемым изотропным телам, у которых свойства одинаковы по всем направлениям. Примером изотропного тела может служить любой поликристаллический металл, состоящий из множества зерен (монокристаллов), случайным образом ориентированных друг относительно друга.)

Сплавы, обладающие памятью, как и все другие, испытывают термическое расширение, т. е. увеличивают объем^*) при нагреве. Однако в температурном интервале "вспоминания" формы изменения линейных размеров в разных направлениях могут различаться и величиной и знаком. Если мы растягивали образец, то он удлинялся в осевом направлении, но сжимался в двух других. Вспоминая при нагреве исходную форму, он будет сжиматься вдоль оси, а диаметр его увеличится, причем в относительном выражении деформация растяжения будет чуть больше, так что объем образца в целом возрастет именно на ту величину, которая соответствует изменению его температуры. Сами же изменения линейных размеров при этом достигают 10%, т. е. примерно на 3 - 4 порядка (!) превышают те, на которые способен обычный металл при таком же изменении температуры (на те же 10 градусов).

^*(Здесь имеется в виду чисто термическое увеличение объема и не рассматривается изменение объема сплава за счет того внутреннего превращения, которое ответственно за ЭЗФ.)

Если мы сжимаем цилиндрический образец вдоль оси, то в двух других измерениях он увеличивается в размерах, а при "вспоминании" все изменения пойдут в обратном порядке. Теперь уже материал, обладающий памятью, будет сжиматься при нагреве в двух направлениях, а в третьем, конечно, растягиваться.

И только в главном вопросе природа не позволяет себя перехитрить: даже сплавы, проявляющие ЭЗФ, не могут при нагреве сжиматься сразу по всем трем осям, так как это привело бы к уменьшению объема. Но уже то, что эти сплавы могут сжиматься при нагреве в одном и даже в двух направлениях имеет неоценимое практическое значение.