Межатомного расстояния

Термодинамические свойства'сплавов этих двух типов различны. В то время как для сплавов первого типа (Ni—Sn, Co—Sn) наблюдаются значительные отрицательные уклонения от идеального поведения, отражающие сильное межатомное взаимодействие компонентов [22, 23] (рис. 3), сплавы второго типа (Ni—Аи, Со—Аи) проявляют положительные уклонения от идеальности, которые отражают превалирующие силы взаимодействия одноименных атомов с тенденцией растворов к расслоению [24, 25] (рис. 4).

напряжений, характеризующих межатомное взаимодействие вдоль

Устранить эти препятствия и обеспечить условия для возникновения прочных связей между атомами соединяемых поверхностей можно, если в зону соединения ввести энергию. Получив эту= энергию, атомы поверхности активируются. Это облегчает межатомное взаимодействие поверхностей и способствует разрыву связей между атомами металла, молекулами окислов, жидкостных и газовых пленок. Вводимую в зону соединения энергию называют энергией активации. Под ее воздействием поверхности пластически деформируются или оплавляются. Это устраняет их неровности. Обеспечивается практически полный контакт между поверхностями, их сближение на расстояние, необходимое для взаимодействия межатомных сил. При этом пленки загрязнений разрушаются или вытесняются из зоны соединения, поверхности очищаются. При всех способах сварки используют тепловую (нагрев) или механическую (давление) энергию активации или их сочетание, поэтому все способы сварки делят на три класса: терми-

1) подготовительная стадия - сближение соединяемых металлов на расстояния, при которых может возникнуть межатомное взаимодействие, что достигается: а) в процессе смачивания твердой поверхности жидкой фазой; б) за счет совместной пластической деформации двух твердых веществ; в) за счет диффузионных процессов;

Автор вместе с группой товарищей в течение ряда лет занимается исследованием вопросов, имеющих отношение к проблеме связи структуры и свойств материалов. Вместе с этим он читает аспирантам курс физического металловедения. Изложение вопросов, так или иначе затрагивающих вышеуказанную проблему, и составляет основу книги. Последовательно рассмотрены металлическая связь и ее влияние на свойства металлов, строение атомов и межатомное взаимодействие, дефекты структуры, диффузия и теория фазовых превращений, некоторые конкретные процессы, формирующие конечные свойства металла: полигонизация, старение, мартенситное превращение, возможности достижения высокой прочности, включая композиционные материалы, жаропрочность, поведение металлов в глубоком вакууме и, наконец, некоторые возможности использования ядерных процессов для исследования металлов. Где это возможно, делается акцент на вопросах связи строения и свойств.

В о. ц. к. решетке коэффициент компактности, несмотря на относительно низкое значение координационного числа, близок к коэффициенту компактности наиболее плотных упаковок. Это •объясняется тем, что в о. ц. к. структуре заметный вклад в межатомное взаимодействие вносят атомы второй координационной

Замещение собственного атома в кристаллической решетке на чужеродный, как и образование вакансии, создает барьеры ближнего действия. Однако легирование вызывает ряд косвенных эффектов: может изменяться межатомное взаимодействие как по величине, так и по характеру, что изменяет сопротивление кристаллической решетки движению дислокаций. Легирование титана железом увеличивает, по-видимому, долю кова-лентных связей в р-титане, а легирование оловом — как в а-, так и р-титане (такие эффекты наблюдаются при введении значительных количеств легирующего элемента). Введение чужеродных атомов изменяет вртя релаксации вакансий и, следовательно, избыточную концентрацию вакансий. Легирование, поскольку при этом меняется энергия дефектов упаковки, может увеличивать плотность дислокаций и изменять их свойства. При легировании могут возникать малоугловые границы, меняются константы упругости и диффузии и, наконец, условия фазовых превращений. Это непосредственно или косвенно может оказать влияние на прочность твердого раствора. При его образовании более вероятным становится скольжение по нескольким плоскостям, т. е. грубое скольжение (множественное) вместо тонкого (единичного), что приводит к увеличению то,2. Как правило, легирование приводит к увеличению сопротивления пластической деформации. Однако известны случаи обратного влияния, например введение хрома в определенных условиях уменьшает предел прочности железа [270, 271], что, возможно, связано с изменением энергии дефектов упаковки [15].

редаются в свариваемые детали. Под действием этих колебаний вблизи места сварки в металле возникают сдвиговые деформации, которые разрушают оксидные пленки и обнажают ювенильные (чистые) поверхности металла. В результате на границе раздела соприкасающихся поверхностей свариваемых элементов осуществляется межатомное взаимодействие, образуются общие зерна и вцелом сварное соединение.

Межатомное взаимодействие в растворах на основе FeO приводит к отклонению их свойств от идеальных. В насыщенных растворах СаО и SiO2 отклонение активности FeO от идеальной отрицательно (рис. 3.61) [63].

Межатомное взаимодействие в растворах на основе FeO приводит к отклонению их свойств от идеальных. В насыщенных растворах СаО и SiO2 отклонение активности FeO от идеальной отрицательно (рис. 3.61) [63].

При упругом деформировании под действием внейшей силы изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места и деформация исчезает.

Между соседними магнитно-активными атомами в кристаллической решетке существует электрическое обменное взаимодействие, имеющее квантово-механическую природу. Силы обменного взаимодействия стремятся ориентировать магнитные моменты соседних атомов в одном направлении (параллельно или антипараллельно), но этому препятствует тепловое движение, которое дезориентирует магнитные моменты атома. Мерой сил обменного взаимодействия является обменный интеграл Z (рисунок 1.3.3), величина и знак которого зависят от отношения межатомного расстояния а к радиусу г незаполненной оболочки. При а/г > 3 обменный интеграл положителен и силы обменного взаимодействия стремятся выстроить магнитные моменты соседних атомов параллельно.

Здесь имеется в виду, что при бесконечно больших напряжениях и их градиентах, получаемых из решений линейной теории упругости в некоторых точках тела, величиной, ответственной па прочность, будет осредпеппое напряженно н<« площадке в пределах одного межатомного расстояния D

В условиях технологической обработки и фрикционного взаимодействия поверхностные слои детали подвергаются упругим и пластическим деформациям. При упругом деформировании под действием внешней силы изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы возвращаются в исходное равновесное положение, деформация и напряжения исчезают.

уровни внутренних электронов не расщепляются, пока атомы не сблизятся вплотную. Например, при d — do уровни Is и 2s еще заметно не расщеплены, тогда как уровни 3s и Зр в пределах межатомного расстояния d0 сильно расщеплены и перекрываются.

сила отталкивания между ядрами и электронами (кривая fz), возрастающая с уменьшением межатомного расстояния. Кривые /1 и /2 асимптотически по горизонтали приближаются к нулю, а по вертикали — к бесконечности. Взаимное отталкивание двух атомов резко возрастает, когда атомы сближаются настолько, что их электронные орбиты начинают перекрываться. Силы отталкивания /2 возрастают при этом более интенсивно, чем. силы притяжения ft. Результирующая сила связи (/3 = fi — /2) является алгебраической суммой сил притяжения и отталкивания. На расстоянии г0 силы отталкивания и притяжения уравновешивают друг друга, что определяет устойчивое положение атома в узле кристаллической решетки металла.

Атомы в кристаллах все время совершают колебательные движения относительно равновесных положений в решетке. Амплитуда этих колебаний составляет около 5% межатомного расстояния. Эти колебания наблюдаются даже при —273° С. При увеличении температуры амплитуда колебаний атомов возрастает при неизменной ча-

стоте колебаний. При температуре плавления амплитуда тепловых колебаний достигает 12% межатомного расстояния. Рост амплитуды колебаний увеличивает кинетическую и потенциальную энергию атомов, что приводит к раз-упорядоченности атомов в металле.

Между соседними магнитно-активными атомами в кристаллической решетке существует электрическое обменное взаимодействие, имеющее квантово-механическую природу. Силы обменного взаимодействия стремятся ориентировать магнитные моменты соседних атомов в одном направлении (параллельно или антипараллелъно), но этому препятствует тепловое движение, которое дезориентирует магнитные моменты атома. Мерой сил обменного взаимодействия является обменный интеграл Z (рисунок 1.3.3), величина и знак которого зависит от отношения межатомного расстояния а к радиусу г незаполненной оболочки. При а/г > 3 обменный интеграл положителен и силы обменного взаимодействия стремятся выстроить магнитные моменты соседних атомов параллельно.

С углублением знаний в области фрактогра-фии, введением новых методов анализа изломов, увеличением номенклатуры конструкционных материалов выявляются новые параметры рельефа излома и углубляются представления о связи морфологии рельефа с механизмами их формирования. Так, например, введены новые представления о процессе ротационной пластической деформации [21-23] и разработан новый подход к количественному описанию параметров рельефа изломов на основе определения их фрактальной размерности [24-26]. Наконец, используется туннельный микроскоп в анализе рельефа излома, что обеспечивает получение информации на микроуровне с разрешением на уровне межатомного расстояния [27]. Все это требует использования в анализе эксплуатационных разрушений не только новых представлений о развитии трещин, но и подразумевает уточнение уже сформированных подходов к оценке причин зарождения и роста трещин.

Зависимость скорости роста усталостной трещины от коэффициента интенсивности напряжения возникает после достижения ею приращением в цикле нагружения величины, близкой нескольким параметрам кристаллической решетки (рис. 3.4). Прирост трещины, соответствующий нарушению сплошности материала в цикле нагружения, не может быть менее одного межатомного расстояния. Поэтому во многих случаях на кинетической кривой выделяют величину прироста трещины на одно межатомное расстояние в области ее начального (припорогового) роста (см. рис. 3.4). На поверхности образца в эксперименте могут быть зафиксированы скорости на несколько порядков меньше, чем прирост трещины на величину межатомного расстояния за цикл нагружения. Причины такого расхождения результатов экспериментов с физикой поведения материала будут обсуждены далее.