с изменением межатомного расстояния б связаны еще и следующие процессы. Так, в частности, известно, что при всестороннем сжатии кристалла, когда удается уменьшить его параметр только на одну четверть, на такой эффект затрачивается энергия, равная энергии плавления. С учетом этого на рис. 1.13 построена кривая изменения энергии кристалла в зависимости от изменения расстояния между его частицами. Точка / соответствует энергии холодного металла, для которого и измерены расстояния 6. Сдвиг атома до точки 2 создает разрыв связи и это соответствует энергии плавления £пл Вся правая часть энергетической кривой от точки / показывает изменение энергии кристалла при деформациях сдвига. При этом, если сдвиг от точки / до точки 2 дает.атомный прыжок в соседнюю вакансию, и это является случаем пластической деформации, то движение атома от точки 14 обратимо и характерно для упругих деформаций. То же происходит и при сжатии, когда атом смещается в точку S и также с увеличением энергии. Разумеется, не следует забывать, что деформации кристалла- это одновременно и деформация внешних орбит свободных электронов. Схематически такую деформационную картину можно представить с помощью рис. 1.14, на котором изображена энергетическая кривая свободных электронов.

Расстояние Го соответствует размеру электронной оболочки невозбужденного атома, т. е. не подверженного пока никакой активации. Но вот кристалл подвергнут растяжению силой F. Здесь прежде всего следует отметить существенную разницу между параметром решетки б и расстоянием Гр. Связь друге другом частиц кристаллической решетки иногда справедливо моделируют в виде

Рис. 1.13. Изменение энергии кристалла в зависимости от расстояния меясду атомами

Рис. 1.14. Схема изменения энергии электрона в зависимости от деформации электронной орбиты (с) и схема концентрации электрических и мехннческих сил дефекта (б)

9999

пружии, которые при отклонении от своего равновесного состояния сопротивляются и сжатию, и растяжению, возвращаясь в исходное состояние, если деформации были в пределах упругости, и разламываясь, разрываясь, если деформации были пластическими.

Никаких разрывов электронных конфигураций не наблюдается. Эти конфигурации подвижны и непрерывно обеспечивают или мгновенные, или даже длительные равновесные электрические состояния всех зон деформируемого металла. Электроны в атомах при этом непрерывно меняют и свои орбиты, и свои частоты, а каждый переход с одной орбиты на другую сопровождается или поглощением прилагаемой энергии, или ее излучением в пространство.

При любом изменении стабильного радиуса Гц (рис. 1.14, а) на Аг электрон или поглощает энергию, или излучает. Электрон может, однако, и уйти далеко от равновесного расстояния Го, если ему передана достаточная энергия. При сообщении ему энергии, равной или большей работы выхода, такие электроны могут в зоне разорванных кристаллов А создать облако отрицательного заряда, компенсирующего положительный потенциал разъединенных кристаллов.

Рассматривая рис. 1.14, б, можно дать некоторое физическое объяснение явлению концентрации механических напряжений сжатия или растяжения относительно трещины, надреза или даже постороннего включения в исследуемом контакте.

Зона D соответствует ненапряженному участку металла и стабильному радиусу максимума электронной конфигурации свободных электронов Го. Зоны В к С - зоны упругих напряжений, зона А - это разрыв металлической связи. Если измерять действующие силы связи как действующие локальные напряжения, то в зонах В они особенно велики и не зависят от того, является ли действующая сила растягивающей F или сдавливающей Р. Независимо от знака деформации свободные электроны мгновенно перераспределились и создали временную равновесную электрическую структуру в зонах Б и С.

Каждое движение атома - это одновременно и движение связанных с ним свободных электронов, поскольку только такое совместное движение обеспечивает сохранение электрической нейтральности. Но вот представим себе поверхность, которую механически деформируем и нагреваем. Такая поверхность обеспечивает, очевидно, выброс в пространство свободных электронов за счет одновременно и термоэлектронной и экзоэлектронной эмиссий. Значительная убыль свободных электронов в пространство над кристаллом весьма снижает отрицательный потенциал внутри кристалла. Положительно заряженные частицы кристаллической решетки начинают друг друга взаимно отталкивать и выгалкивать из кристалла, а если уход массы свободных электронов происходит быстро, то это можеТ привести к взрьшу кристалла. Если оценить энергетические характеристики этого эффекта, то такого рода разрушение кристалла далеко выходит за пределы понятия плав-28

О) US) J

Рис. 1.15. Модели деформирования деталей в области контактов посредством сжатия и сдвига: а - медленная (статическая) деформация: для цилиндра - а, для выступа - с ; б - ударная: для цилиндра - б, для микровыступа-б ; в - чистый сдвиг; е, 5 - сжатие, переходящее в сдвиг; е, яв -сжатие и сдвиг при сварке трением; g - всестороннее сжатие

ления. Однако эти процессы плавления или даже кипения могут быгь и не замечены любой термопарой. И не только термопарой. Атомные осколки разрушенных кристаллов мгновенно, вслед за разрушениями, строят новые, обычно дефектные кристаллы. И это происходит по плоскости контакта и иногда в объеме только нескольких кристаллических слоев, что совсем не мешает называть это микродефектное строительство свариванием. Какой бы ни возник по плоскости контакта атомно-электронный беспорядок, он обязательно после прохождения энергетического максимума превратится в металлическую связь, не только не уступающую связи межкристаллитной, но по прочности даже превосходящую ее. Тот факт, что каждый процесс сварки давлением заканчивается плоским сдвигом, становится ясньш из рассмотрения Энергетической кривой, показанной на рис. 1.13, и технологических схем, приведенных на рис. 1.15. Деформации растяжения и сдвига (см. правую часть рис. 1.13) идут при значительно меньших затратах энергии, чем всестороннее сжатие. Вполне естественно поэтому, что сила сжатия Р (рис. 1.15) при всех способах сварки давлением обязательно превращается по плоскости свариваемого контакта в силу сдвига F. Это превращение всегда оказывается самым последним эффектом при формировании сварного соединения. Меж-зеренный и межкристаллический сдвиг по плоскости контакта,