§ 4. Сплав способен на самоубийство?!

Раз уж мы черпаем научные термины из органического мира, то, призвав на помощь воображение, можем назвать убийством металлического образца его испытание, доведенное до разрушения. Вспомним хотя бы злобного Прокруста. А теперь посмотрим, что произойдет, если мы будем мешать деформированному сплаву восстанавливать при нагреве его первоначальную форму. Приятно, что в нем возникнут напряжения, он будет стараться устранить препятствие, мешающее ему вернуться к прежним размерам,

Рис. 61

Как-то в порядке шутки мы предложили своему недоверчивому приятелю надеть на палец колечко, свернутое из тонкой пластинки (пластинка была изготовлена из сплава, запоминающего форму). Колечко предварительно расширили, а в исходном состоянии оно также имело форму кольца, но несколько меньшего диаметра. Сплав был подобран так, чтобы температура начала "вспоминания" была около 30 °С, так что при комнатной температуре его память находилась в фазе "хранения информации". Сначала поведение нашего приятеля было обычным, но кольцо постепенно нагревалось теплом его тела, и вскоре он стал заметно нервничать, все чаще поглядывая на свою руку. В конце концов он запросил пощады, и способ спасти его быстро нашелся: надо было просто подставить палец под струю холодной воды. После этого давление кольца ослабло и его можно было снять с пальца. А уж потом мы объяснили ему, что процесс восстановления формы еще только начинался, и в интервале от 30 до 37°С была реализована лишь часть возможного усилия.

Рис. 62

Напряжения, которые развивает сплав, если ему мешают вспоминать исходную форму, могут достигать 1000 МПа, что равносильно давлению в 10 000 атм. Поэтому сплав, запоминающий форму, может не только причинять боль, но и совершать полезную работу при нагреве. Простейшая схема двигателя - стержень из такого сплава, жестко закрепленный одним концом (рис. 63). Изогнув его (в пределах допустимой деформации), подвешиваем груз и нагреваем деформированный участок стержня. Возвращаясь к исходной прямолинейной форме, стержень поднимает груз. Заметим, что в этом двигателе нет обычного для тепловой машины газообразного "рабочего тела".

Масса груза, который может поднять стержень из нашего сплава, конечно, ограничена: как и обычные "забывчивые" металлы, сплав имеет предел упругости и предел прочности, т. е. при определенных напряжениях он будет пластически деформироваться и далее разрушаться. Сплаву в этом смысле безразлично, нагружаем ли мы его в разрывной машине или так, как на рисунке, хотя в этом случае мы можем условно принять, что стержень нагружает себя сам (если отвлечься от того, что мы все же участвуем в этом, подводя к деформированному участку тепло).

Рис. 63

Если масса груза такова, что необходимое для его подъема напряжение не превышает предела упругости сплава, то стержень распрямится полностью. В положении 3 мы зафиксируем лишь небольшой упругий прогиб стержня, величину которого легко рассчитать по закону Гука.

Наращивая груз, мы как бы требуем, чтобы сплав развивал все более и более высокое напряжение. Наступает момент, когда он уже не в силах поднимать гирю, а это значит, что под действием возникающих в стержне напряжений происходит обычная "дислокационная" пластическая деформация. Вся та деформация, которая могла бы исчезнуть при возвращении к прежней форме, превращается в остаточную. Стержень забывает исходную прямолинейную форму и принимает новую - изогнутую. Именно она отпечатается теперь в его памяти, и если после охлаждения мы снимем груз и распрямим стержень, то при последующем нагреве он будет возвращаться к своей новой форме 2.

Нередки случаи, когда в силу определенных причин (см. гл. 5) резко ограничивается способность металлов к пластической деформации, они становятся хрупкими. Хрупкий металл разрушается без заметной остаточной деформации при напряжениях, не превышающих предела упругости. Если привести в такое состояние сплав, из которого изготовлен стержень, то, начав поднимать груз, он в какой-то момент развалится на куски. Как мы уже договорились, сплав сам нагружал себя (мы только подводили тепло), поэтому этот его поступок можно считать самоубийством. Стержень покончил с собой, мучительно вспоминая свою прежнюю форму и пытаясь поднять непосильный груз.