|
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART03.HTM
хнмикалиев
,
которым случится соприкоснуться с материалом
.
Вот почему металлы
,
вязкие на воздухе и в других сухих
газах
,
могут растрескаться под нагрузкой
,
если их замочить в морской воде
.
То же самое случается и на химических
заводах
.
Причем без нагрузки металлы могут служить годами в той же самой коррозионной среде
,
а время действия
роковой нагрузки может быть и очень большим
,
и очень малым
.
В этом отношении некоторые латуни могут оказаться
ловушками для несведущих любителей
.
Пластичность кристаллов
Пластичность металлов имеет два чрезвычайно полезных следствия
.
Во
-
первых
,
она затрудняет распространение трещин
,
а во
-
вторых
,
делает металл ковким
.
Последнее означает
,
что куску металла можно придать нужную форму путем горячих
или холодных операций ковки
,
прессования
,
гибки
.
Вообще говоря
,
для обработки металлов давлением
(
ковки
,
прокатки
)
способность к течению должна быть больше
,
чем для того
,
чтобы обеспечить сопротивление материала развитию
трещин
.
Но обработке подвергается
,
как правило
,
нагретый металл
,
а в таком состоянии практически все кристаллы
намного более пластичны
.
Пластичность
-
исключительная привилегия кристаллов
,
поскольку истинные дислокации могут существовать только в
виде нарушений идеальной кристаллической решетки
.
Большинство твердых тел обладают кристаллической структурой
,
и дислокации присутствуют почти во всех кристаллах
.
С другой стороны
,
в подавляющем большинстве кристаллов при
комнатных температурах дислокации либо недостаточно подвижны
,
либо характер их подвижности не тот
.
Почти все кристаллы содержат дислокации
,
порожденные самой природой кристаллизации
.
Но эти дислокации
распределены по всему объему материала более или менее равномерно
,
а концентрация напряжений у кончика трещины
-
явление очень резко выраженное и локализованное
,
и их
,
этих врожденных дислокаций
,
расположенных в
непосредственной близости к трещине
,
для такого сдвига
,
который бы сгладил ситуацию
,
обычно не хватает даже если
эти дислокации очень подвижны
.
Следовательно
,
нужно
,
чтобы масса новых дислокации возникла прямо на месте
происшествия
,
их должна породить сама концентрация напряжении
.
Более того
,
размножение должно идти очень быстро
,
иначе материал будет уязвимым в случае ударных нагрузок
.
В реальном материале трещины совсем не похожи на плоские картинки на листе бумаги
,
это сплюснутые объемные
клиновидные поры
,
пытающиеся втиснуться в трехмерный материал
.
Поэтому для того
,
чтобы должным образом
уменьшить концентрацию напряжений
,
необходим сдвиг в пяти плоскостях
.
Число кристаллов
,
которые удовлетворяют всем перечисленным условиям сразу
,
очень мало
:
какая
-
нибудь дюжина
металлических кристаллов из тысяч существующих кристаллических веществ
.
Сегодня ни один неметаллический
кристалл
(
подозрительное исключение составляет хлористое серебро
)
мы не можем считать истинно пластичным
.
Хотя за последние тридцать лет проделана огромная работа по изучению дислокаций и существует поистине необъятное
количество как теоретических
,
так и экспериментальных сведений
,
нам все еще полностью не понятно
,
что определяет
подвижность дислокаций в раличных веществах
.
Но все же
,
наверное
,
будет полезно рассказать о некоторых более
понятных сторонах этого явления
.
Прежде всего
,
легкость
,
с которой межатомная связь может быть разрушена и восстановлена
,
для разных веществ весьма
различна
.
А ведь мы знаем
,
что каждый раз
,
когда дислокация прыгает на один шаг
,
должны рваться старые связи и
устанавливаться новые
.
В этом отношении наиболее гибкими должны быть такие связи
,
которые обеспечивают
одинаковое притяжение во всех направлениях
.
Здесь на первое место нужно поставить металлическую связь
,
а за ней
-
ионную
.
Наихудшей будет
,
наверное
,
ковалентная связь
,
которая часто бывает в высшей степени направленной
.
Она
имеет характер типа
“
все или ничего
”.
К сожалению
,
ковалентная связь в то же время является и наиболее прочной
,
и
наиболее жесткой
,
и наиболее желательной из всех химических связей
.
Но при нормальной температуре дислокации в
ковалентных кристаллах малоподвижны
.
Очень важную роль играет также кристаллическая структура вещества
,
то есть геометрия взаимного расположения
атомов или молекул в кристалле
.
Если элементарная ячейка
(
то есть такая минимальная ячейка
,
простым повторением
которой можно
“
собрать
”
кристалл
)
велика
,
то прыжок дислокации будет
,
как правило
,
затруднен
.
Даже если
элементарная ячейка и мала
,
но упаковка атомов геометрически усложнена
,
число направлений легкого скольжения
будет чересчур ограничено
.
Обычно кристаллы с кубическим расположением атомов деформируются легче
,
чем
кристаллы с гексагональной упаковкой атомов
.
Далее
,
важную роль играют размер ячейки
,
а также примеси
.
Громадное большинство кристаллических веществ не обладает достаточно высокой пластичностью при нормальных
температурах
,
а те кристаллические вещества
,
которые пластичны
,
оказываются слишком уж пластичными
.
Кристаллы
чистых металлов
(
железа
,
серебра
,
золота и
т
.
п
.)
слишком мягки
,
настолько мягки
,
что практически их просто нельзя
использовать
.
Поэтому задача металловедения
-
искусства и науки
-
заключается главным образом в том
,
чтобы придать
таким кристаллам твердость и прочность
,
не сделав их при этом слишком хрупкими
.
Это следует делать
,
ограничивая
движение дислокаций
,
но в то же время не надо тормозить его слишком уж сильно
.
Инженеры любят толковать об
“
удлинении
”,
даже используют его в качестве меры пластичности
.
Это очень грубый
практический прием определения величины пластической деформации металла перед полным его разрушением
.
Величина эта не имеет ничего общего с упругой деформацией при разрыве материала
,
которая обычно не превышает
1%.
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
