Другим типом твердых растворов являются растворы внедрения, где атомы растворенного элемента располагаются в пустотах между атомами растворителя. Приняв сферическую форму атомов, теоретически можно показать, что диаметр растворенного атома должен составлять не более 0,59 диаметра атома растворителя. В обычных металлах мы не встречаем столь большой разницы в диаметр ах, поэтому растворы внедрения образуют лишь металлоиды с наименьшим диаметром атома (С, Н, N. В) и некоторые металлы переходных групп. Большая часть остальных металлов дает с указанными металлоидами соединения ионного типа (карбиды, гидриды, бориды и нитриды). Поскольку растворенные атомы имеют малые размеры, то перемещаются они в сплаве очень быстро, не дожидаясь образования вакансий в пустотах между атомами растворителя.

Твердый раствор внедрения обычно имеет структуру растворителя, в значительной мере искаженную влиянием внедренных атомов. Если при образовании сплава типа внедрения соблюдается постоянное соотношение числа атомов растворяемого элемента и растворителя, то принято считать, что мы имеем дело с соединением типа внедрения. К этому типу относятся, например, карбиды (Ее3С) и нитриды (Ре4Ы) железа. Вследствие больших искажений кристаллической решетки такие соединения мало пластичны и очень тверды.

Несовершенства, возникающие в процессе кристаллизации металла. Процесс кристаллизации металла можно условно разбить на несколько стадий: образование зародышей кристалла, развитие отдельных монокристаллов, группировка и объединение последних в поликристаллические блоки.

В начальный период кристаллизации монокристаллы развиваются из зародышей независимо друг от друга. Скорость роста, размеры и расположение их в пространстве различны и зависят от характера теплоотвода, количества жидкой фазы и т. п. В процессе роста отдельно развивающиеся кристаллы сближаются таким образом, что последние атомы жидкой прослойки становятся для них общими. Поскольку кристаллы мешают развиваться друг другу, их форма приобретает случайные очертания, не соответствующие их кристаллографической огранке, а металл представляет собой сросток отдельных зерен — кристаллитов.

На'границе соприкосновения нескольких отдельных кристаллитов никогда не наблюдается правильное расположение атомов, соответствующее параметрам кристаллической решетки. Прежде всего это объясняется тем, что пространственная ориентация кристаллов различна. Атомы последнего слоя жидкой прослойки между соседними зернами занимают какое-то промежуточное положение по отношению к узлам обоих зерен (рис. 6). В результате этого вдоль всей границы их соприкосновения возникают несовершенства структуры, которые распространяются в глубь зерен на несколько атомных слоев. Эти пограничные слои атомов обладают повышенным

запасом энергии и ведут себя несколько иначе, чем точно такие же атомы, расположенные в глубине зерен. Кроме того, при затвердевании последних порций металла примеси и загрязнения оттесняются к границам зерен, где содержание их становится выше, чем внутри зерна.

Наличие несовершенств и повышенного запаса энергии у атомов вблизи граней кристаллитов определяет химические, физические и механические свойства металлов. Например, при погружении в коррозионную среду границы зерен даже самых чистых металлов разрушаются быстрее, чем центральные части кристаллитов. Это явление служит одной из причин межкристаллитной коррозии. Выявление границ зерен при металлографических исследованиях также

основано на разной травимости центральной части зерен и их границ. Повышенное значение свободной энергии пограничных атомов приводит к тому, что плавление металла всегда начинается у границ зерен. Важнб также отметить особую склонность атомов с повышенной энергией к диффузии, за счет чего можно объяснить

Рис. 6. Схема возникновения несовершенств на границах кристаллитов в процессе кристаллизации.

Рнс. 7. Схема образования линейной дислокации под действием сдвига.

более интенсивное проникновение в металл чужеродных атомов по межкристаллитным границам.

Иногда несовершенства в металлах занимают очень малый объем и имеют точечный характер, но могут располагаться и по определенной линии или плоскости и(| наконец, равномерно распределяться по всему объему кристалла. Примером линейных несовершенств являются дислокации (рис. 7). Если под действием сил