![]() |
![]() |
||
![]() |
Глава 2. Упругость, неупругость и сверхупругостьТем, кто еще не читал записных книжек И. Ильфа, можно только позавидовать - у них впереди огромное удовольствие. Там, среди прочих, есть такая запись: - Книга по высшей математике начиналась словами "Мы знаем...". Хотя наш предмет проще высшей математики, все же и нам придется предполагать, что кое-что мы уже знаем. Итак, "мы знаем", что при обычных условиях затвердевания жидкого металла его атомы располагаются в пространстве в строго определенном геометрическом порядке, образуя кристаллическую решетку. При комнатной температуре и атмосферном давлении любой металл, за исключением ртути, представляет собой твердое кристаллическое тело. Да и ртуть кристаллизуется уже при -39°С, так что при сильных морозах ртутные термометры непригодны. Не случайно сказано: "при обычных условиях затвердевания". Дело в том, что при охлаждении с огромными скоростями - порядка миллиона градусов в секунду - можно подавить процесс кристаллизации и сохранить при комнатной температуре взаимное расположение атомов, характерное для жидкого металла. В этом случае получится аморфный металл или металлическое стекло, т. е. твердое (иногда даже очень твердое), но не кристаллическое тело. О металлических стеклах мы поговорим позднее, а пока продолжим наш рассказ. Металл закристаллизовался, расставив свои частицы в определенном порядке. Раньше для простоты мы называли эти частицы атомами. Теперь уточним: частицы, располагающиеся в узлах кристаллической решетки - это ионизирозанные атомы, положительно заряженные ионы. Характер химической связи в металлических кристаллах таков, что атомы отдают часть внешних валентных электронов как бы в общее пользование. Получается, что остов из ионов плавает в облаке "электронного газа", омывается обобществленными электронами, не принадлежащими ни одному из них в отдельности. Формирование ионного скелета металла, кристаллической решетки, его способность сохранять (в отличие от газа и жидкости) полученную при затвердевании форму и даже противостоять довольно мощным внешним силовым воздействиям - все это обеспечивается силами межатомного взаимодействия. ![]() Рис. 9 Природа сил межатомного взаимодействия и законы, их определяющие, исследуются методами квантовой механики и являются достаточно сложными. На рис. 9 качественно показана зависимость равнодействующей всех сил, действующих на два соседних иона, от расстояния между ними. Для нас сейчас важны следующие два обстоятельства. Во-первых, сила взаимодействия f равна нулю в точке, определяющей равновесное расстояние между ионами а0. Во-вторых, вблизи точки равновесия зависимость силы взаимодействия от расстояния между ионами близка к линейной. Это позволяет предложить довольно грубую" но зато наглядную модель строения кристалла (рис. 10). Его можно представить в виде пружинок, к концам которых прикреплены ионизированные атомы, занимающие узлы решетки. Пружинки можно считать ненагруженными (f = 0), но если появится внешняя сила, требующая увеличения размера тела, например, в направлении X, они сразу же начнут работать, стремясь сохранить целостность ансамбля атомов (ионов). Всякая попытка деформировать или разрушить металл наталкивается на противодействие этих "пружин". ![]() Рис. 10 Если мы попытаемся удалить атомы друг от друга (увеличить X), возникнет сила взаимного притяжения (+f), которая будет стремиться вернуть атомы в исходные позиции, находящиеся на расстоянии а0 друг от друга. Попытка сблизить атомы (уменьшить X) ведет к появлению силы обратного знака (-f), стремящейся снова восстановить начальное состояние. Этими особенностями межатомного взаимодействия и обусловлены, во-первых, само свойство упругости металлов, а, во-вторых, - закон упругой деформации, известный как закон Гука. Мотошкола ЮВАО обучение вождению мотоцикла ЮВАО. |
|
|
![]() |
|||
© METALLURGU.RU, 2010-2020
При использовании материалов сайта активная ссылка обязательна: http://metallurgu.ru/ 'Библиотека по металлургии' |