й (рис. 10). Если при этом напряжение в металле равно о^п, кГ1см%,~ а поверхность разрушения 5, сж2, то, очевидно, для такого удаления нужно затратить работу

°пип5Й кГ • СМ.

Приравнивая эту работу энергии образования двух поверхностей

2БР, где кГ • см/см2

■■ г7 кГ/см ■

энергия, необходимая для образования одного квадратного сантиметра поверхности, установим соотношение между

2^

Рис. 10. Схема расчета теоретической прочности кристаллов при отрыве.

°т1п = кГ/см2. (1.4)

Значения Т7 для приближенных подсчетов по формуле (1.4) иногда находят расчетом, исходя из величин межатомных сил связей. Можно определить Т7 и экспериментально, предположив, что величины поверхностной энергии твердых тел и жидкостей близки между собой1.

Поскольку при разрушении кристалла не только отрываются друг от друга атомы, расположенные по поверхности разрушения, но и смещаются атомы близлежащих слоев, то максимальное зна-

Значения теоретической и технической прочности для некоторых чистых отожженных металлов

чение теоретического разрушающего напряжения отрыва при, растяжении о^ах будет значительно больше полученного из выражения (1.4). Обычно его принимают равным половине модуля упругости:

Отах = 0,5£ /сг/сж2.(1.5)*

Результаты подобных подсчетов и величины технической прочности ав для некоторых чистых отожженных металлов приведены в табл. 4.

1 Поверхностная энергия жидкости выражается через поверхностное натяжение, которое определяется опытным путем.

Как видим, наблюдаемая техническая прочность иногда в сотни раз меньше теоретической. Чем же объяснить такое явление? Главными причинами того, что показатели технической прочности далеко не достигают соответствующих теоретических значений, являются: наличие дефектов кристаллического строения металлов и сравнительная легкость развития пластической деформации.

Несовершенства кристаллического строения металлов несомненно снижают большую прочность поликристаллов, так как скопления их создают очаги, где в первую очередь, уже при небольших приложенных усилиях начинается разрушение. К тому же для большинства металлов пластическое течение начинается при напряжениях, которые в несколько раз ниже теоретических. Может показаться, что само определение теоретической прочности ошибочно и не представляет практического интереса. На самом деле это не так. В специальных условиях удается выращивать нитевидные монокристаллы многих металлов, в том числе и железа, с правильным кристаллическим строением, близким к идеальному. Эти кристаллы, часто называемые в литературе «усами», имеют диаметр несколько микрометров и длину — несколько миллиметров. Нитевидные кристаллы, отличающиеся почти идеальной правильностью строения, показали при испытаниях на растяжение весьма высокую прочность. Для чистых металлов были получены следующие значения о, кГ/мм*: Ре —1337; Си—311; Ад—176; гп—225. Эти значения сравнимы с теоретическими. Из сопоставления теоретической и технической прочности становятся очевидными неисчерпаемые возможности повышения прочности металлов и сплавов.

Таким образом, ознакомление с особенностями строения металлов показывает, что их свойства определяются следующими основными факторами:

1)характером и величиной сил связей между атомами;

2)типом решетки, в которой кристаллизуется данный металл;

3)наличием несовершенств структуры, их количеством и типом;

4)формой и размером зерен;

5)составом и свойствами межкристаллитных прослоек. Контрольные вопросы и задания

Каков механизм перехода веществ из одного агрегатного состояния в другое?

Какие существуют межатомные силы связей, какова их природа? V Почему атомы в кристаллической решетке занимают определенное положение по отношению друг к другу?

Чем объясняется тепловое расширение твердых тел?

В чем особенности молекулярной, ионной, валентной и металлической связей? Как эти особенности влияют на физические свойства кристаллов?

Изобразите элементарную ячейку для плотноупакованной гексагональной, кубической гране- и объемноцентрированной кристаллографической решеток.

Что такое полиморфизм? В чем причины его возникновения? Опишите основные виды несовершенств в строении реальных металлов.