Файл: Папиров И.И. Пластическая деформация бериллия.pdf

3.9.3. Хрупкость и характер сил межатомного взаимодей­ ствия. Пластическая деформация и разрушение в конечном итоге определяются характером сил межатомного взаимодейст­ вия. Поскольку силы связи проявляются прежде всего в обра­ зовании тон или иной кристаллической структуры, то хладнолом­ кость есть свойство, присущее определенным видам решетки. Действительно, из опытных данных известно о склонности к хрупкому разрушению при низких температурах металлов с о. ц. к.- и г. п. у.-структурамп и об отсутствии хладноломкости

уметаллов с г. ц. к.-структурой.

В.I I . Трефилов [40] отмечает существование у переходных металлов, в частности у Cr, Mo, W, гибридных гомеополярных связей, ответственных за их хрупкость. А. А. Пресняков [102] связывает хладноломкость с образованием у металлов при низ­ ких температурах дополнительных сил связи в результате из­ менения электронной конфигурации атомов. Н. В. Агеев и др.

[103]объясняют хрупкость некоторых металлов спиновой упо­ рядоченностью. Особенно четко это проявляется у хрома, атомы которого обладают большим некомпенсированным спиновым моментом. С ростом температуры спиновая упорядоченность нарушается и склонность к охрупчиванию устраняется.

Температурная зависимость вязкости в рамках представле­ ний о силах межатомного взаимодействия изучена недостаточно.

для него являются криогенными. Поскольку дебаевская темпе­ ратура бериллия равна приблизительно 1400° К, то нормальные условия (300° К) для него эквивалентны температурам 100— 150° К для большей части переходных металлов с о. ц. к.-струк­ турой, т. е. температурам, при которых эти металлы находятся в хрупком состоянии.

Интересную гипотезу о природе хрупкого разрушения пред­ ложил В. М. Финкель [13] . Если расположить металлы в по­ рядке увеличения наименьшего межатомного расстояния или периода решетки, то оказывается, что в группе металлов с г. п. у.-структурой все элементы, находящиеся слева от таллия: (рис. 3.5), склонны в тех или иных условиях к охрупчиванию. Металлы, находящиеся справа от Т1, обычно пластичны. У ме­ таллов с кубической структурой наблюдается аналогичная тен­ денция, причем граничным элементом является Та. Можно' предположить, что подобная закономерность также обусловлена количественным изменением характера межатомных связей по> мере увеличения периода решетки. Физическая модель, связы­ вающая рост трещины с межатомными силами, проявляющими­ ся через поверхностное натяжение, подробно проанализирована в монографии [13] .

Силы связи атомов в решетке определяются электростатиче­ ским притяжением ионов и электронов внешних оболочек сосед­ них атомов и резонансным квантовомеханическим взаимодей­ ствием, возникающим при перекрытии s-, р- и d-орбит электро-

и распределения внешних электронов по энергетическим уров­ ням верхних оболочек отдельных атомов (рис. 3.6) [104]. Обыч­ но сильные металлические связи образуются между атомами,, имеющими незаполненные внешние оболочки. В кристалличе­ ских решетках, образуемых такими атомами, электроны могут переходить от атома к атому, увеличивая плотность заряда в межионном пространстве и усиливая притяжение атомов. У ме­ таллов I группы, атомы которых имеют на s-орбите лишь один'

электрон, возникает наиболее типичная ненасыщенная ненаправ­

часть атомов наряду с металлической связью будет дополни­ тельно обладать направленной (ковалентной) связью. У ме­ таллов I I группы (см. рис. 3.6) перекрытие атомных функций по определенным направлениям уменьшается с ростом поряд­ кового номера (в связи с увеличением главного квантового чис-

.ла); при этом связи ослабляются и приобретают все более нена­

щей 5-орбптам). Орбиты внешних валентных электронов в этих металлах могут частично возмущаться и перекрывать р-орбиту. Несмотря на различие отклонений решеток этих металлов от идеальной, во всех кристаллах рассматриваемой группы наибо-

.лее сильная связь осуществляется между атомами, расположен­ ными в плоскости базиса. Как и следовало ожидать, по мере усиления металлической связи пластичность этой группы метал­

наряду с металлической связью имеется направленная кова­ лентная связь. Можно полагать, что наличие таких направлен­ ных связей повышает сопротивление пластической деформации при понижении температуры, увеличивает анизотропию и обусловливает хрупкое разрушение. Наблюдаемое с ростом температуры повышение пластичности является результатом тепловой активации, которая позволяет перемещаться дисло­ кациям даже в решетке с направленными связями. Сопротив­ ление движению дислокаций в плоскостях, между которыми •связи имеют ненаправленный ненасыщенный металлический ха­

Для перемещения дислокации из одного равновесного со­ стояния в другое в плоскости с ковалентными связями необхо­ дим разрыв одной межатомной связи и затем образование но­ вой. Ясно, что для такого процесса необходима значительно •большая энергия, и, следовательно, он проявляется лишь при