Фактическая концентрация вакансий может существенно отличаться от равновесной. Например, при закалке в решетке фиксируется повышенное количество вакансий, приближающееся к их равновесной концентрации для температуры нагрева. Точечные дефекты и, в частности, вакансии могут образовываться и при пластической деформации [82]. Соотношение между числом созданных вакансий С и степенью деформации е еще не установлено. По имеющимся оценкам С == (10~4ч-10~5) е. Таким образом, уже для е = О,' количество вакансий, возникающих при пластической деформации, может на несколько порядков превышать их равновесную концентрацию при нормальной температуре (для меди ~Ы0-11).

Число вакансий в поверхностных слоях выше, чем в глубине кристалла [22], даже в случае их равновесной концентрации и отсутствия фрагментирования и искажения кристаллической структуры механической обработкой. Это объясняется, в частности, тем, что упругие искажения решетки, вызываемые вакансиями, вблизи поверхности меньше из-за отсутствия упругой среды по одну сторону поверхности.

В приповерхностных слоях возможны отклонения от нормального периода решетки. Поэтому можно ожидать, что концентрация примесей и растворенных элементов у поверхности окажется выше средней (например, установлена диффузия меди к поверхности серебра чистотой 99,98%; в сплавах РЬ—В1 поверхностные слои обогащаются висмутом).

Влияние прокатки на кристаллическое строение металла и его поверхностного слоя зависит от температуры и степени деформации. Наклеп при холодной, а иногда и при горячей прокатке, завершаемой примерно при температуре рекристаллизации, приводит к повышению свободной энергии металла. Некоторое влияние на условия сварки давлением, возможно, оказывает текстура катаных металлов.

Механическая обработка существенно искажает структуру приповерхностного слоя. Степень и глубина распространения этих искажений зависяг от вида обработки. Обработка резцом сопровождается измельчением зерен в приповерхностном слое, наклепом (и связанными с ним дефектами кристаллического строения) и появлением остаточных напряжений. Например, при точении стали 45 наклеп повышает твердость зерен феррита до 380 кГ/мм1-Наклеп расгространяется на глубину 30—50 мкм, а по ферриту -до 150 мкм. В зависимости от режима точения остаточные напряжения на поверхности могут быть растягивающими или сжимающими. Максимальные напряжения (всегда растягивающие) достигают при точении конструкционной стали 40 кПмм2, их пик находится на расстоянии 20—40 мкм от поверхности [69].

При шлифовании приповерхностный слой искажается значительно сильнее. При шлифовании меди и железа этот слой пластически деформируется с образованием очень мелких взаимно дезо-

риентированных фрагментов. При послойном стравливании выяснилось, что толщина слоя, искажаемого при шлифовании, составляет несколько микрон. Искажения приповерхностного слоя могут заметно влиять на кинетику сглаживания микронеровностей при нагреве. Устойчивость дислокаций в этой области кристалла растет с увеличением их плотности, и в непосредственной близости к дефекту дислокации устойчивы до высоких температур. Я. Е. Ге-гузин отмечает, что возможной причиной тепловой устойчивости приповерхностного слоя является частичная разобщенность элементов дисперсной структуры, связанная со скоплением вакансий по границам этих элементов или с наличием там же тонких оксидных включений (поскольку шлифование, а также полирование могут сопровождаться частичным окислением приповерхностного слоя) [27].

При полировании наблюдается еще большее диспергирование структуры приповерхностного слоя, чем при шлифовании. Это позволило говорить об образовании аморфного слоя (слоя Бейлби) на полированной поверхности.

Важным фактором, могущим непосредственно влиять на ход некоторых процессов сварки давлением, является ускорение диффузии и самодиффузии на поверхности и в приповерхностных слоях по сравнению с их скоростью в толще кристалла. Поверхностная диффузия происходит путем перескока атома из одного положения на поверхности металла в другое; при этом диффундирующий атом должен оторваться от поверхности металла (что эквивалентно акту сублимации), а затем как бы конденсироваться на ней в новом положении. Поверхностная диффузия является структурно нечувствительным свойством металла, зависящим только от прочности связи атомов в кристаллической решетке. Энергия активации поверхностной самодиффузии (2„ов приблизительно вдвое меньше, чем объемной диффузии — Соб [169].

Например, для серебра фо6 — 45,9ч-49,5 ккал/г-атом при = = 20,2 ккал/г-атом, а для а — Ее соответственно 53,7—77,2 и 30—35 ккал/г-атом.

Таким образом, скорость диффузии, быстро растущая с уменьшением энергии активации, значительно ниже в объеме кристалла, чем на его поверхности.

Так как процессы самодиффузии металлов и, в большинстве случаев, процессы диффузии в них (за исключением диффузии в твердых растворах внедрения, например диффузии углерода в железе) осуществляются по вакансионному механизму (путем обмена местами атомов с соседними вакансиями), повышенное количество вакансий в приповерхностных слоях металла должно ускорять в них объемную диффузию. Диффузия в приповерхностном слое может идти как по зерну, так и по границам зерен. Ее скорость зависит от структуры слоя и связана таким образом, со способом предшествующей обработки поверхности.