скости поверхности, т. е. к поверхностному натяжению. Поверхностное натяжение (поверхностная энергия) является фактором, обусловливающим противодействие активации поверхности, например выходу на поверхность дислокаций. Оно же затрудняет отрыв электронов внешней оболочки и установление электронного обмена, необходимого при сварке давлением, поэтому значение поверхностной энергии металлов может служить фактором, характеризующим противодействие соединения при сварке давлением: . . Cu Ag Аи Sn a-Fe v-Fe . . 850 750 850 213 1100 20 Поверхностная энергия, МДж/м2 1640 1310 1480 685 1950 1360

Имеются расчетные методы определения поверхностного натяжения у в металлах. Один из них предлагает пользоваться выражением у = 849 • KPtyztf8, где т)з — работа выхода электронов; z — число свободных электронов на атом; R — атомный радиус. Полученные по этой формуле значения поверхностного натяжения приведены ниже:

Рис. 1.2. Схема связей атомов, находящихся на поверхности и внутри кристалла:

1 — поверхность; 2 — отсутствующие связи

образованию сварного

Металл .

Температура измерения, °С

у, МДж/м2 Металл или

у, МДж/м2 Металл или

1.2. РОЛЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Помимо атомного строения металлов при сварке давлением и плавлением имеет значение кристаллическое строение металлов, которое наряду с атомным строением определяет условия взаимодействия соединяемых металлов.

Кристаллическое строение металла — это закономерное и однотипное расположение атомов данного элемента, образующее так называемую пространственную кристаллическую решетку. Характер расположения атомов для данного металла и расстояние между атомами определяются энергетическими условиями взаимодействия между ионами и обобществленными электронами металлической связи. Поскольку у разных металлов ионы имеют различное энергетическое состояние и различное число оставшихся электронов, то взаимодействие между ионами и «электронным газом» и, соответственно, закономерность расположения ионов и расстояние между ними будут различными. 10

У металлов наиболее распространены три типа кристаллических решеток: кубическая гранецентрированная, кубическая объемно центрированная и гексагональная плотноупакованная. В кубических решетках атомы располагаются по вершинам куба, а дополнительные атомы — в центре каждой элементарной ячейки (объемно-центрированная кубическая решетка, ОЦК) либо в центре каждой грани ячейки (гранецентрированная кубическая решетка, ГЦК). Для гексагональной плотноупакованной решетки характерно расположение атомов по вершинам шестигранника с дополнительными атомами на гранях (ГПУ). Многократное объемное повторение элементарной ячейки образует кристалл данного металла.

У некоторых металлов характер кристаллической решетки изменяется с изменением температуры. Это связано с изменением энергетического состояния атомов при нагреве или охлаждении и приобретением такой формы построения и взаимодействия, которую характеризует наименьшая свободная энергия системы. Изменение кристаллического строения металла при изменении температуры называют полиморфизмом, а соответствующие виды кристаллических решеток — полиморфными формами металла. Так, у железа имеются две основные полиморфные формы — кубическая объемно-центрированная (a-Fe) и кубическая гранецентрированная (у-Fe). Различные полиморфные формы имеют также кобальт, марганец, титан.

Для кристаллических решеток различных металлов характерно различное расстояние между базовыми атомами, т. е. атомами, образующими геометрическую фигуру. Например, в кубической решетке это размер ребра куба — расстояние между центрами атомов, находящихся в его вершинах. Это расстояние называют параметром решетки, у кубической решетки один параметр а, у гексагональной два: аи с (рис. 1.3).