как затупляются лезвия бритв

Инженеры выяснили, почему тупятся бритвы

Команда технологов Массачусетского технологического института изучила процесс обычного бритья, наблюдая, как бритва повреждается при удалении человеческих волос — материала, который в 50 раз мягче самого лезвия. Они обнаружили, что бритье деформирует лезвие более сложным образом, чем простое стирание режущей кромки с течением времени.

Джем Тасан с коллегами в ходе экспериментов выяснили, что при определенных условиях волос вызывает скалывание края лезвия. Как только образуется начальная трещина, бритва уязвима для дальнейшего скалывания. По мере того, как вокруг начального скола накапливается все больше трещин, лезвие может быстро затупиться. Также американские инженеры установили, что микроскопическая структура клинка играет ключевую роль. Режущая кромка более склонна к скалыванию, если микроструктура стали неоднородна. Угол наклона бритвы и наличие дефектов в микроскопической структуре стали также играют роль в возникновении этих трещин.

почему лезвия бритв тупятся

Тасан говорит: «Нашей главной целью было понять проблему, о которой почти все знают: почему лезвия становятся бесполезными, хотя они взаимодействуют с гораздо более мягким материалом. Мы нашли основные причины, которые позволили нам определить новый технологический путь для создания лезвий, которые могут служить дольше».

Один из авторов исследования Джанлука Роскиоли провел несколько предварительных экспериментов, используя одноразовые станки для бритья волос на лице. После каждого процесса делались снимки края бритвы с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), чтобы отслеживать, как лезвие изнашивается с течением времени. Наблюдения показали очень низкий износ или скругление острого края с течением времени. Однако были обнаружены сколы, образующиеся на определенных участках лезвия.

В попытке разгадать причину этого, инженеры создали небольшой микромеханический аппарат для проведения контролируемых экспериментов по бритью. Ученые использовали лезвия обычных бритв, которые устанавливались под разными углами и глубиной резания, чтобы имитировать процесс бритья. Устройство разместили внутри сканирующего электронного микроскопа, чтобы получить изображения с высоким разрешением.

Независимо от толщины волос технологи наблюдали тот же механизм, с помощью которого волосы повреждают лезвие. Как и в первоначальных экспериментах обнаружилось, что волосы заставляли лезвия скалываться в определенных местах. Анализ изображений и видео показал, что сколов не возникало, когда бритва находилась перпендикулярно волосам.

Ученые провели вычислительное моделирование, в котором они меняли определенные условия, такие как угол наклона, направление силы, прикладываемой, и, что наиболее важно, состав стали лезвия. Моделирование показало три условия для образования сколов: когда лезвие приближалось к волосам под углом, когда сталь была неоднородной по составу, и когда край пряди волос встречался с лезвием в слабом месте в неоднородной структуре.

По словам Тасана, эти условия иллюстрируют механизм, известный как усиление напряжения, при котором действие напряжения, приложенного к материалу, усиливается, если в структуре материала есть микротрещины. Как только образуется первоначальная микротрещина, неоднородная структура материала позволяет ей легко перерастать в сколы. «Наше моделирование объясняет, как неоднородность материала может увеличить нагрузку на материал, так что трещина может расти, даже если напряжение создается таким мягким материалом, как волосы», заявили инженеры.

Росколи добавил: «Основная идея состоит в том, чтобы уменьшить эту неоднородность, сохраняя при этом высокую твердость. Тогда бы мы научились делать лезвия лучше и мы хотим это сделать».

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *