Даже на хорошо отполированном теле неровности достигают по высоте 200 атомных слоев, а при чистовой обработке резцом — 40 ООО слоев. Шаг канавок, оставляемых резцом, определяется величиной его подачи и геометрически связан с допустимой высотой неровностей. При чистовой обработке резцом этот шаг обычно составляет 150—320 мкм. При царапании поверхности возможны значительно более острые риски.

Высота допустимых неровностей

Геометрия поверхности катаных материалов существенно зависит от чистоты поверхности прокатных валков. Иногда к чистоте поверхности холоднокатаных материалов предъявляют очень высокие требования, что достигается полированием валков и прокатанных изделий. Обычно поверхность холоднокатаных листов имеет максимальные неровности высотой до 6—10 мкм.

При нагреве кристаллического тела возможно как сглаживание имеющихся на нем неровностей, так и образование новых. Движущей силой в этих процессах является поверхностное натяжение,11 стремящееся придать телу форму с минимумом свободной энергии поверхности. Из-за анизотропии величины поверхностной энергии (свободная энергия поверхностей, различно ориентированных по отношению к кристаллографическим осям, неодинакова) ее минимум не совпадаете минимумом поверхности. Поэтому монокристалл в форме многогранника с гранями, совпадающими с плоскостями наиболее плотной упаковки атомов и соответственно минимальной поверхностной энергии, при нагреве (когда атомы приобретают достаточную диффузионную подвижность) все же не превращается в сферу, имеющую минимальную поверхность при заданном объеме.

Если фактическая поверхность тела не совпадает с одной из плоскостей плотной упаковки атомов, то при достаточном нагреве на ней возможно образование ступенек в один или несколько атомных слоев (рис. 12, а). При этом поверхность увеличивается, а ее суммарная свободная энергия, наоборот, уменьшается. Ступеньки на поверхности шлифа (серебро) после нагрева в вакууме видны на рис. 12, б. Стремление к уменьшению свободной энергии си-28

стемы при термическом травлении поликристаллических тел приводит к образованию канавок вдоль межзеренных границ (рис. 12,г). R результате укорочения границы на величину АВ (рис. 12, в) уменьшается ее свободная энергия в большей степени, чем увеличивается энергия поверхности при переходе от CAD к С BD. Этот процесс будет идти до тех пор, пока свободная энергия системы не станет минимальной, что произойдет в момент достижения равновесия сил поверхностного натяжения а10 и а1г. Глубина канавки и угол у определяются отношением энергии границы (FSf) и энергии поверхности (F„).

Поверхность, полученная при первичной кристаллизации, а тем более после механической обработки или прокатки, как правило, имеет неровности, устранение которых ведет к уменьшению свободной энергии. Поэтому при нагреве помимо небольших искажений поверхности происходит ее сглаживание, сопровождаемое уменьшением свободной энергии системы как за счет уменьшения самой поверхности, так и в результате некоторого снижения удельной поверхностной энергии. Эти процессы сопровождаются массо-переносом и требуют определенной энергии активации. Их скорость быстро растет с повышением температуры.

При мелких частицах чистого металла с сильно развитой по-нерхностью сглаживание неровностей может идти с заметной скоростью даже при температуре несколько ниже температуры рекристаллизации, при которой атомы приобретают значительную диффузионную подвижность. Так, Р. И. Гарбер и С. С. Дьяченко показали, что дендриты электролитической меди уже при комнатной температуре в вакууме непрерывно

»' Рис. 12. Изменение формы поверхности при нагреве в вакууме:

а—образование ступенек; б—ступеньки на серебре после термического травления (Х500 [157]); в — образование канавки на границе зерна; г — канавка вдоль • межзеренной границы в кремнистой железе