Вы когда-нибудь задавались вопросом, как работают те или иные предметы, окружающие нас каждый день. Как холодильник охлаждает продукты, как микроволновка возвращает им былое тепло, как работает Wi-Fi, почему окна не пропускают капли дождя и т.д. Кому-то подобные вопросы могут показаться немного детскими, наивными и даже слегка бесполезными. Оно работает и все тут, а как — уже не имеет значения.

Тем не менее, ученые из МТИ (Массачусетский технологический институт, США) решили ответить на один из таких вопросов, а именно — почему стальные бритвы затупляются после бритья? Какие механические процессы протекают в процессе бритья, как волос человека, будучи в 50 раз мягче стали, повреждает ее, и какое практическое применение данного исследования? Ответы на эти необычные вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

За долгие годы эволюции и развития социальной составляющей нашего вида мы умудрились создать великое множество острых предметов из самых разных материалов. К сожалению, назначение большинства из них заключается в нанесении урона противнику: мечи, кинжалы, наконечники стрел и т.д. Но есть и немало пацифистских «остряков»: бритвы, ножницы, ножи, серпы, косы и т.д.

На протяжении веков люди создавали новые сплавы и техники, нацеленные на повышение степени и продлении долговечности остроты вышеописанных предметов. Сам же процесс разрезания чего-либо присутствует во множестве отраслей: медицина, бытовая техника, пищевая промышленность и т.д. В каждом из случаев имеются свои особенности, но принцип, следовательно, и требования к лезвиям остаются прежними — острота и твердость (долговечность).

Например, типичным металлическим материалом, используемым для лезвий бритвенных станков, является пластинчатая мартенситная нержавеющая сталь с высоким содержанием карбидов, отточенная до геометрии клина с углом 17° и радиусом острия 40 нм для получения желаемой остроты.

Мартенсит — основная структурная составляющая закаленной стали, представляющая собой упорядоченный пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита (высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов). Мартенсит это микроструктура игольчатого (пластинчатого) и реечного (пакетного) вида.

Поверх данного материала часто используется еще более твердый — алмазоподобный углерод, а поверх последнего наносится слой политетрафторэтилена для уменьшения трения.

Несмотря на столь сложную структуру, бритвы все же затупляются со временем, контактируя с материалом в 50 раз мягче — волосами. Бритвы не уникальны в данной проблеме, ибо в других областях применения лезвий той или иной природы также наблюдается снижение их остроты с течением времени. Например, кухонный нож затупляется, даже если его использовать исключительно для нарезки сыра или картофеля.

Однако существует большая разница между ножами кухонными и бритвенными станками. Да, затупление происходит и там, и там, но в бритвах сам механизм затупления гораздо сложнее.