Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

Постановка задачи

Заказы на сплавы поставляет жизнь. Иногда они имеют массовый характер, и счет идет на сотни и даже миллионы тонн. Таковы стали, чугуны, латуни, бронзы, некоторые алюминиевые сплавы и т. д. Однако часто требуются сравнительно небольшие количества материала, но с очень специфиче­скими свойствами. Из них выполняются небольшие детали в сложных устройствах, которые должны функционировать долгое время и порой без вме­шательства человека. Если крохотная «фитюлька» выходит из строя, весь прибор перестает работать, и далеко не всегда есть возможность его исправить. Требования к свойствам таких мини-деталей бывают самые разнообразные. И почти всегда это не одно тре­бование, а целый комплекс, и удовлетворить их одно­временно бывает очень и очень трудно.

Как вы думаете, из какого материала следует из­готовлять электрические контакты? Ясно, что они должны хорошо проводить ток, но, кроме того, жела­тельно обеспечить и нх эрозионную стойкость. Слово «эрозия», может быть, не всем знакомо, но смысл его прост: так называется разрушение поверхности дета­ли. Если материал недостаточно прочен, то в резуль­тате бесконечных размыканий и замыканий, при ко­торых поверхность подвергается электрическим и ме­ханическим воздействиям, контакты потеряют свою форму и выйдут из строя.

То же самое сочетание высоких прочностных свойств и проводимости требуется для сварочных элек­тродов, всевозможных проводников тока и т. д. И еще одна немаловажная тонкость: многие из этих деталей работают в условиях высоких температур и должны при этом сохранять оба своих «заказных» свойства. Вот теперь все требования ясны, и давайте вместе примемся за разработку сплава.

Очевидно, за его основу имеет смысл выбрать ме­талл, хорошо проводящий электрический ток. По это­му показателю рекордсмен — серебро, но не стоит за­бывать о его цене и дефицитности. Медь по проводи­мости несколько уступает серебру, зато намного де­шевле. Поэтому при выборе основы сплава остано­вимся на ее кандидатуре.

Однако прекрасно известно, что чистая медь мяг­ка. Если помните, этим ее качеством были недоволь­ны еще наши пращуры. Надо найти способ упрочнить медь, существенно не проиграв при этом в проводи­мости.

Путь, по которому развивалась цивилизация, — от меди к твердым растворам на ее основе — для нас совершенно неприемлем. За свою прочность твердые растворы расплачиваются высоким удельным сопро­тивлением, а в данном случае это слишком дорогая цена. Более перспективным кажется иной способ упрочнения [42])’ — введение в медную матрицу частиц другой фазы. При сравнительно небольшой объемной доле они мало повлияют на сопротивление, но свою «упрочняющую миссию» выполнят.

Пока мы знаем лишь один способ «выращивания» частиц второй фазы в теле металла — распад твердо­го раствора при старении. Известные на сегодня ста­реющие медные сплавы г(в основном разные типы бронз) вполне могут использоваться для наших целей при температурах не выше 400—500 °С. При более высоких температурах их прочность резко падает. Однако для ряда отраслей промышленности нужны сплавы, сохраняющие свои свойства до 1000—1050 0C, т. е. почти до температуры плавления меди. Поисками путей их изготовления мы сейчас и займемся.

Что такое внутреннее окисление

Вероятно, все представляют себе обыч­ное окисление металлов. На всякий случай напомним, что это химическая реакция, при которой поверхност­ные атомы металла соединяются с атомами кислоро­да. На старинных бронзовых или медных изделиях в результате такой реакции образуется патина — плен­ка оксида зеленоватого или коричневатого цвета. Ну, а самым известным случаем окисления, без сомнения, является горение вещества.

У известного процесса окисления (или, более точ­но, внешнего окисления) есть скромный «родствен­ник» — окисление внутреннее. На рис. 138 изображе­ны результаты обоих процессов.

Ol

V//

I

Внешнее окие/кние

Нне& OKdtyienne

Рис. 138

Различие между двумя рисунками выглядит до­вольно загадочно. В одном случае — явно вредный процесс образования окалины, по существу коррозия металла. В другом — формируется перспективная с точки зрения использования структура. В чем же раз­ница между двумя процессами?

Начнем о того, что подумаем, всегда ли окисляет­ся в кислородной атмосфере чистая медь? Вы, скорее всего, видели, как даже в сухую погоду гаснет костер у неумелого туриста. Если дрова беспорядочно свале­ны в кучу, доступ кислорода к горящему веществу Затруднен и реакция может прекратиться. Это не означает, что внутри плохо сложенного костра вообще нет кислорода. Конечно, он все время проникает туда через многочисленные^щели. Но его может оказаться Недостаточно.

Мы подходим к очень важному выводу! химиче­ская реакция — явление «пороговое». Для ее протека­ния необходимо создать и поддерживать некоторую минимальную, выше «порога», концентрацию реаги­рующих веществ. Иначе реакция не пойдет.

Подтвердим сказанное диаграммой медь — кисло­род (рис, 139)*

Кислород маЛОрастворим в твердой меди. Даже при предплавильных температурах предел его раство­римости не превосходит сотых долей процента. Но все же он отличен от нуля, а это очень важно! Если концентрация кислорода в меди окажется ниже пре­дела растворимости (а это и есть «порог» реакции окисления меди), то образуется просто твердый рас­твор кислорода в меди без всяких признаков оксида; Реакция окисления начнется, только если концен­трация кислорода в меди превысит предел раство­римости.

Достаточно очевидно (и мы не будем это доказы­вать), что концентрация кислорода в медном образце прямо связана с содержанием кислорода в окружаю­щей образец атмосфере. Чем оно выше, тем боль­ше кислорода проникает в медь. Это открывает возможность до некото­рой степени управлять процессами окисления. Можно настолько обед­нить газовую атмосферу кислородом, что медь окисляться не станет. Мо­лекулы кислорода при Stom будут время от времени садиться на поверхность образца, где будут расщепляться на атомы[43]). В ре­зультате на поверхности металла образуется твердый раствор с предельной для данного состава газовой атмосферы (но не большей, чем предел растворимо­сти) концентрацией кислорода Со-

Из узкой поверхностной области твердого раствора кислород начинает диффундировать в глубь образца* FTa его место извне приходят новые порции, так что концентрация на поверхности не меняется. Разные стадии диффузионного насыщения образца кислоро­дом показаны на рис. 140, где для простоты принято, что кислород проникает в образец только с одной сто­роны.

Cu-O

Си ^M

Рис. 139

Диффузионный процесс закончится образованием твердого раствора концентрацией Со во всём объеме образца, Из-за очень низкого содержания кислорода сопротивление твердого раствора практически не бу­дет отличаться от сопротивления чистой меди,

ТеперЬ допустим, что изначальный образец — не чистая медь, а твердый раствор в ней какого-то дру-< того элемента. Этот элемент может быть менее благо-» родным, чем недь, или, как говорят химики, имети> большее сродство к кислороду. Найти такие элементы не трудно. Их подавляющее большинство, ведь

Рис. 140

Медь — «особа», приближенная к благородным метал­лам, Тогда можно подобрать такой состав газовой

Рис. 141

Атмосферы, что медь не будет окисляться, а второй компонент твердого раствора будет% Это как раз и есть случай внутреннего окисления.

Возьмем в качестве примера раствор алюминия в медн. При его внутреннем окислении алюминий со­единяется с кислородом и выпадает из раствора в виде оксида Al2O3.

На фотографии (рис. 141), снятой через электрон­ный микроскоп, прекрасно видны оксидные частицы, вкрапленные в медную матрицу. Строго говоря, мат­рица не чисто медная! в ней содержатся и кислород (концентрации Со), и остаточный (не выведенный в оксид) алюминий. Однако из-за низкого «порога» ре­акции окисления алюминия его содержанием в меди можно безбоязненно пренебречь. По крайней мере, при рабочих температурах сопротивление этого твер­дого раствора почти такое же, как и чистой меди. За­то прочность сплава из-за присутствия оксидных ча­стиц станет намного выше. Причем оксид алюми­ния— вещество тугоплавкое и в меди почти не рас­творяется. А поэтому упрочняющий эффект сохраня­ется вплоть до температуры плавления металла.

Если вам понятна идея создания вну­тренне окисленных сплавов, то обратимся к частно­стям. Исходный образец — это разбавленный твердый раствор алюминия в меди. Доля алюминия, как пра­вило, не превышает 1 ат. %. В дальнейшем он прак­тически весь выпадает в виде оксидной фазы, и этого количества вполне достаточно, чтобы сделать деталь прочной.

Образец помещается в камеру, где поддерживает­ся специально подобранная концентрация кислорода, при которой окисляться может только алюминий. Ока­завшиеся на поверхности атомы кислорода по междо­узлиям кристаллической решетки диффундируют в сплав. У края образца появляется узкая область [(рис. 142,а), где в твердом растворе содержатся медь, алюминий и кислород (для удобства рассмотрения мы, как и прежде, считаем, что кислород проникает в образец только с одной стороны).

В области тройного раствора концентрация кисло­рода с какого-то момента (на самом деле почти сра­зу) превышает «пороговую» и начинается реакция окисления алюминия. При этом атомы кислорода и алюминия покидают кристаллическую решетку меди и «организуют» самостоятельную фазу — оксид Al2O3. Происходит это по известному нам механизму заро­ждения и диффузионного роста. По существу мы вновь встречаемся с распадом твердого раствора, только происходит он не при переохлаждении, как раньше, а при пересыщении одним из компонентов.

При выпадении оксидной фазы междоузлия осво­бождаются и в них извне поступают новые порции кислорода. А вот запас алюминия в твердом растворе


Q.

H

Т

T>Io

TTj

Я *

» *

' »*

9l

Л

Ф

\GrbЧ

5 Г

Б

Рис. 142


На краю образца вскоре истощится. Вся внешняя об­ласть окажется упрочненной оксидом. Через нее бу­дет свободно диффундировать кислород и реакция окисления алюминия «перекочует» в глубь образца (рис. 142,6).

Со временем зона реакции, как волна, пройдет че­рез весь образец. Для поддержания реакции с поверх­ности будет постоянно «подкачиваться» кислород. Все закончится, когда весь алюминий окажется переве­денным в оксид (рис. 142, в).

Таков общий замысел диффузионного сценария. Его хорошо проиллюстрировать последовательностью графиков содержания кислорода и алюминия в твер­дом растворе на разных стадиях процесса. Вот стар­товая картинка [(рис. 143,а).

А вот как все меняется во времени (рис. 143, б, в)\

А теперь самое время для вопросов.

Что такое

Так мы обозначили положение фронта реакции, т. е. того места, где в данный момент происходит окисление. За ним — внутренне окисленная зона с ок­сидными включениями, перед ним — «не тронутый» окислением твердый раствор. Положение фронта вид­но в световой микроскоп (рис. 144, а). Зоны до него и за ним отличаются химическим составом и по-разно­му травятся реактивами. Место «водораздела» — фрон­та внутреннего окисления — хорошо заметно. Создаю­щий гораздо более сильное увеличение электронный микроскоп позволяет увидеть микроструктуру фронта (рис. 144, б, в).

Почему на фронте внутреннего окисления концен­трации и кислорода, и алюминия обращаются в нуль?

To

¦0,01

Это — приближение. У реакции окисления алюми­ния имеется свой «порог». Поэтому более точно изо­бражать картинку по другому (рис. 145).

C1

•Л


Jx

А

*г>*1

H Си

I

1

Tx

T\J

C0

Со


% I X

Ji

Рис. ИЗ

Однако «пороговые» концентрации алюминия и кис­лорода очень низки. На несколько порядков меньше, чем даже малая величина С о,(например, концентра­ция алюминия во внутренне окисленной зоне при 900 0C составляет согласно расчету IO-9 ат, %), По­этому ими можно пренебречь и считать, что во вну­тренне окисленной зоне весь алюминий связан в ок­сид, а - в области твердого раствора Cu + Al, наобо­рот, совсем нет кислорода.

Почему на схеме алюминий «стоит» на месте, а диффундирует лишь кислород? Ведь у алюминия есть перепад концентраций и как будто он также должен двигаться к фронту реакции.

Так оно и есть. Более точная схема с учетом встречной диффузии алюминия приобретает несколь­ко иной вид (рис. 146).

•Однако диффузию алюминия также можно не при­нимать в расчет. Ведь алюминий, как и всякая при-

Рис. 144

Месь замещения, мигрирует по вакансионному меха­низму и его коэффициент диффузии намного ниже, чем у кислорода.

2- 10~"

Давайте сопоставим плотности диффузионных по­токов, воспользовавшись законом Фика:

Cn

/о - ?о-г

Величины коэффициентов диффузии известны. Для температуры 900 0C, при которой часто проводят вну­треннее окисление, они составляют DAi = 2-10-9 см2/с, ?>о — 7-Ю-6 см2/с. Величина С о при стандартных ус­ловиях равна 7-10~5 ат. %, a C0ai ~0,01. Поэтому вы­ражения для плотностей потока принимают вид

Отсюда видно, что, кроме самого конца процесса (при I^]/), диффузией алюминия можно безболезненно пренебречь.

Теперь, когда, сыграв в игру «вопросы и ответы», мы оправдались в нашей схеме, с ее помощью можно оценить зависимость |(0- Это очень важно, поскольку необходимо знать, сколько времени займет процесс внутреннего окисления детали. Сделаем расчет, как обычно, приблизительно.

Предположим вначале, что внутреннего окисления не происходит. Тогда, чтобы кислород проник на глу­бину потребуется время

TD = Z2IDo

При этом концентрация кислорода на глубине g ока­жется порядка Со и количество кислорода, попавшее в образец (на единицу площади поперечного сечения), будет равно по порядку величины Col-

Для продвижения фронта внутреннего окисления на ту же глубину кислорода потребуется больше. На окисление каждых двух атомов алюминия уходят три атома кислорода, и поэтому его общее необходимое количество составит (тоже на единицу площади попе­речного сечения)

Если подача кислорода в образец в среднем идет о одной и той же скоростью в обоих случаях, то время продвижения фронта окисления можно найти из соот­ношения

О

‘¦•о. _ cAl "2 ё

TD С0Ъ

Подставляя значение для tD, получим

T _il

<в-°- ~ D0- 2 C0-

Отсюда сразу следует зависимость

Л/Ш’

» uAI

Характерный радикал VDot лишний раз напоми­нает, что мы имеем дело с диффузионным процессом. Интересно, что хотя вывод был прикидочным, резуль­тат оказывается очень неплохим. Намного более слож­ная математика дает такой ответ:

V 2 С

3—^Ir VSW

Согласитесь, что отличие в 1,4 раза очень невелико там, где мы оперировали в основном порядками ве­личин.

Теперь можно судить о технологических возмож­ностях нашего процесса. Максимальная толщина де­тали, которую можно упрочнить внутренним окисле­нием при 900 0C в течение часа, равна

I = V2" V 2 э7 о^ 5 V 7 • Ю-6 • 3600 ~ Ю-2 см.

Этот ответ можно увеличить вдвое, так как обычно диффузия кислорода идет с двух сторон. Можно также проводить обработку не час, а несколько часов и т. д. К сожалению, от этого мало что меняется. Даже деталь весьма скромных размеров, около 1 см толщиной, упрочнить оксидами не удается, по край­ней мере впрямую. Однако имеется обходной путь.

Сегодня широко распространена порошковая ме­таллургия. Это удобный и экономичный способ изпь товлеиия деталей заданной формы. Суть технологии заключается в том, что изделие не вырезается из цельного куска металла, а компактируется прессова-т нием из мелкого металлического порошка. При этом оно сразу получается близким к требуемым форме и размерам. Порошковая заготовка после этого спека­ется при повышенных температурах, в результате чего из нее убираются оставшиеся после компактирования поры [44]).

Внутреннее окисление очень удобно комбинировать с порошковой металлургией. Ведь окислять можно и не готовое изделие, а порошок до компактирования. Размеры отдельных порошинок малы (диаметр по­рядка «IO-2 см) и они быстро упрочняются оксида­ми. А потом тугоплавкие оксиды, естественно, сохра­няются при последующих операциях и в итоге упроч­няют большое по своим габаритам изделие.

Барьерный бег дислокаций и мода на «миии»

В гл. 4 мы обещали вернуться к тому, как дислокации преодолевают попадающиеся им на пути частицы другой фазы. Пора сдержать слово.

Самая «откровенная» возможность для наткнув­шейся на частицу дислокации — перерезать эту части­цу (рис. 147).

Иногда все так и происхо — ¦——— 1

Дит. Но только не с частица — U — ф ми оксидов. Это исключитель­но твердые вещества. Оксид хрома — основной компонент Рис, 147

Пасты для полировки метал­лических шлифов. Оксиды железа входят в со­став магнитной ленты и именно они вызывают истирание магнитных головок. Возьмите даже обычное стекло — аморфный оксид кремния — и по­пытайтесь поцарапать его металлом. Вам это ие удастся. Наоборот, стекло оставит на металле цара­пины. Не случайно стекло режут алмазом!

Оксид алюминия не исключение. Он также очень тверд и перерезать его дислокации не под силу. Под действием внешних напряжений дислокация будет пытаться обойти оксидную частицу, оставаясь все время в мягкой медной матрице.

Механизм обхода дислокациями барьеров в виде частиц одним из первых предложил Орован. Лучше всего его иллюстрировать «видом сверху» (рис. 148).

Чтобы по рисунку сразу понять, что именно и как происходит в трехмерном кристалле, надо обладать неплохим пространственным воображением. Мы по­пытаемся комментариями несколько облегчить задачу,

Частицы

Оксида.

T^ • Т^С? (§>?

->- Ж <§)-*»

ДисуюкациИ

A 6 в т

Рис. 148

Подошедшая к частицам дислокация (рис. 148, а) под действием внешних напряжений изгибается и «пролезает» в пространство между частицами (рис. 148,6). Расширяясь в «забарьерное» простран­ство, дислокационные петли сближаются ‘(рис. 148, в) и в какой-то момент смыкаются ‘(рис. 148,г). При этом вокруг частицы формируется замкнутое дислока­ционное кольцо, а сама дислокация освобождается и идет дальше. Постарайтесь себе мысленно предста­вить эволюцию дислокации, не забывая, что изобра­женная на рис. 148 ее линия — всего-навсего край недостроенной атомной плоскости.

При приложении сдвигового напряжения т на дис­локацию действует сила, которая «гонит» ее через весь кристалл. Чем больше напряжение, тем больше и сила. Начнется пластическая деформация внутренне окисленного сплава или нет, зависит от того, окажет­ся ли эта сила достаточной, чтобы «протолкнуть» дислокацию между частицами оксида.

Объемная доля оксида определяется начальной концентрацией алюминия. Но вот распределен в мед­ной матрице он может быть по-разному. Может быть сравнительно мало крупных частиц оксида или срав­нительно много мелких. Как вы думаете, в каком слу­чае упрочнение будет более эффективным?

Заметим, что раз мелких частиц оказывается боль­ше, то меньше становится среднее расстояние между ними. Ну, а вопрос, в какую дверь проще войти, большую или маленькую, наверное, разноречий не вы­зовет. Конечно, в большую!

Поэтому для максимального упрочнения следует стремиться как можно к более мелким частицам. Тог­да дислокациям будет труднее «протиснуться» между ними. Этот результат в теории дислокаций доказы­вается строго.

В сплавах, упрочненных твердыми частицами типа оксидных, царствует вечная мода на «мини». Чем меньше средние размеры частицы, тем прочнее сплав. Чтобы обеспечить существующий спрос на «мини», «модельеры» (т. е. разработчики сплавов) воздей­ствуют на процессы зарождения. Идея проста: если удастся облегчить зародышеобразование, частиц ста­нет больше, а каждая из них соответственно меньше. Как раз то, к чему следует стремиться! Путь достиже-


Йия этой цели — уменьшение размеров критического зародыша.

Формула для радиуса критического зародыша ок­сидной фазы — прямое обобщение ранее выводившей­ся. Запишем ее «с ходу»: гс = —• и прокоммен­тируем обозначения: а — удельная межфазная энер­гия границы оксид—матрица: V0 — объем, приходя­щийся на одну молекулу Al2O3; AF — изменение сво­бодной энергии при объединении двух атомов алюми­ния и трех — кислорода, находившихся в твердом рас­творе, в молекулу Al2O3. Этот процесс идет с выигры­шем свободной энергии, так что ЛF < 0.

Меняя условия внутреннего окисления, проводя дополнительное легирование, можно воздействовать на любую из трех величин в последней формуле. Но легче всего поддается «дрессировке» межфазная энер­гия о.

Некоторые элементы известны тем, что понижают поверхностное натяжение (или энергию). Поэтому в растворах они всегда стремятся выйти на поверхность, чем и заслужили название поверхностно-активных ве­ществ. Мы сейчас не будем вдаваться в причины этого явления, но отметим, что признанным «автори­тетом» в этой области считается титан. Можно попы­таться ввести небольшое его количество в сплав и оценить с помощью электронного микроскопа, как изменится средний размер частиц оксида (ср. рис. 141 и 149, а).

Эксперименты показали, что при введении в сплав Cu — 0,5 % Al примерно 0,05 % титана средний раз­мер частиц уменьшается приблизительно в два раза — с 40 до 20 нм.

Добавление поверхностно-активного элемента — не единственный способ активизировать зародыщеобра — зование. В запасе еще один мощный ресурс — гетеро­генное зарождение.

Попытаемся проделать следующий трюк! введем в сплав небольшое количество компонента с большим, чем у алюминия, сродством к кислороду. Для опреде­ленности остановим выбор на гафнии. Тогда при диф­фузии кислорода в твердый раствор его «пороговая» для окисления гафния концентрация будет достигнута раньше, чем для реакции образования оксида алюми­ния. Оксиду алюминия еще только предстоит возник­нуть, а частицы HfO2 в этом месте уже есть! А дальше можно надеяться, что частицы предварительно выпав­шего HfO2 станут «затравками» для зарождения ча­стиц оксида алюминия.

ЖФ*

Рис. не

TOC \o "1-3" \h \z lb : — ‘ I — С 4

:тм т г

* % I ^

………………………………. W

# ^ ** Jr

* ^ !Щ

Рис. 150

Подчеркнем, что это лишь правдоподобные рассуй ждения. Верны они или нет, решает эксперимент.

Вначале мы сравним два электронно-микроскопи­ческих фото (рис. 149). Оба они сняты при одном уве-. личении. На рис. 149, а —оксиды в сплаве Cu — 0,5%

Al — 0,06 % Ti, на рис, 149, б — Cu — 0,5 % Al — 0,06% Ti —0,02 % Hf.

Эффект измельчения налицо!

Сфотографируем сплав, показанный на рис. 149,6, при большем увеличении (рис. 150).

Видите маленькие черные точки внутри сравни­тельно больших частиц Al2O3? Это частицы оксида гафния, который успешно сыграл предложенную ему роль «затравки». В результате легирования гафнием удается изменить средний размер частиц еще в два раза—примерно до 10 нм.

Подведем итоги. При внутреннем окислении четы — рехкомпонентного сплава Cu — 0,5 % Al—0,05 % Ti— 0,02 % Hf (исследования показали, что этот состав близок к оптимальному) получается сплав с проводи­мостью около 90 % проводимости чистой меди. Зато его прочность в несколько раз выше, чем у чистой меди, и этот уровень выдерживается вплоть до темпе­ратуры плавления металла «бунтующих тайн».

Этот оригинальный сплав (называется он по на­чальным буквам компонентов МАГТ) разработан в институте «Гипроцветметобработка», где он прошел все стадии развития от теоретических и эксперимен­тальных исследований до промышленного выпуска.

Порой они десятилетиями были отделены от до­стойной оценки или практического применения своих идей. Они жили в разных странах, были очень раз­ными по характерам, склонностям и масштабам сво­его таланта. Но делали общее дело. Оно не прекра­щается ни на минуту и продолжается в тот момент, когда вы читаете эту книгу. Чтобы что-то использо­вать, надо это что-то знать. Это несомненно. И потому пока будут цениться металлы и их сплавы, будут це­ниться и знания о них.

А теперь мы прощаемся с вами, дорогие читатели. Наш «Репортаж» подошел к концу.


[1] Зеленый цвет придает самородку покрывающая его ок­сидная пленка.

[2] Имеются в виду Сиракузы — главный город древней Си­цилии.

[3] Содержание компонентов определяли в весовых (массо­вых) процентах, т. е. по процентному отношению веса (массы) компонента в образце к общему весу (массе) образца.

[4] В принципе, еще можно накладывать на систему в со­суде внешние магнитное или электрическое поля, но эти случаи в дальнейшем рассматриваться не будут.

[5] Тем, кто хочет разобраться в этом вопросе более подроб­но, рекомендуем обратиться к книге: Смородинский Я. А. Тем­пература, — 2-е изд. — M.: Наука, 1987, — Библиотечка «Квант», вып. 12,

[6] Правда, существуют (и позднее нам встретятся) фазо­вые превращения без теплового эффекта. Но плавление и кри-: сталлизацня сопровождаются тепловым эффектом всегда.

[7] Термин «система А — В» в металловедении служит для обозначения всей совокупности сплавов, состоящих только из элементов А и В,

[8] Робертсу-Остену повезло, что объектами его опытов были свинец и золото. Эта пара металлов является одним из «рекордсменов» по темпам диффузии. В ииых случаях (другие металлические пары) при столь низкой температуре, как 200 0C, для диффузионной сварки не хватило бы и месячной выдержки.

[9] Здесь и далее мы всегда будем считать, что внешнее давление постоянно и равно атмосферному.

[10] Автор узнал об атом из книги: Сабицкий Е. Af., Кляч — ко В. С. Металлы космической эры. — M.: Металлургия, 1978;

[11] Аналогия придумана А. А. Варламовым.

[12] В дальнейшем мы чаще будем пользоваться нанометр рами: 1 нм = Ю-9 м = 10А,

[13] Напомним, что в электромагнитной волне колеблются напряженности и электрического, и магнитного полей. По своему действию они не эквивалентны. Например, почернение фотопла­стинки вызывается действием электрического поля. Поэтому в дальнейшем для определенности будем иметь в виду колебания именно электрического поля.

Mdi

Рис. 18

Тенсивности сродни тому, который имеет место в мультипликации, когда мы не можем зафиксировать отдельные картинки, а видим лишь плавные двплсе — ния. С той лишь разницей, что скорость «смены кад­ров» в природе неизмеримо выше созданной чело­веком.

Кстати, обратите внимание, что если бы усредня­лось само поле, а не его квадрат — интенсивность, то результат оказался бы равным нулю. Таким образом, волца. не оказывала бы никакого действия ни на глаз, ни на приборы.

[15] Читается «L много больше d»,

[16] Лукреций (полное имя Тит Лукреций Кар) — живший в I веке до нашей эры римский поэт и философ, стоял на по­зициях атомистики. Атомы представлял себе в виде мелких круглых объектов, _

[17] Аргументация де Бройля выходит за рамки данной книги,

[18] В каких случаях и почему атомы можно рассматривать как элементарные магнитики и чем обусловлено взаимодействие между ними, подробно объяснено в книге: Каганов М. И., Lltj — Керник В. М. Природа магнетизма, —Ж: Наука, 1982,— Биб­лиотечка «Квант», вып, 16,

[19] Тем, кто хочет разобраться в этом обстоятельнее, еще раз порекомендуем книгу: Смородинский Я¦ А. Температура. — 2-е изд. — M.: Наука, 1987. — Библиотечка «Квант», вып. 12.

[20] Если пренебречь малой величиной работы против сил внешнего давления.

[21] Поскольку расчет ведется на моль, вместо постоянной Больцмана к необходимо использовать газовую постоянную $

[22] То есть соединении постоянного состава

[23] Напомним, что рентгеновского анализа тогда еще не су­ществовало,

[24] Излагаемая далее аналогия придумана Д, А. Франк-Ка — мекецким»

[25] Из перевода с французского стихотворения О. Барбье «Бронза».

[26] О происхождении дислокаций и об их связи с механиче­скими свойствами металлов рассказано в книге: Займовский В. А., Колупаева Т. JJ. Необычные свойства обычных металлов.— M’.:’Наука, 1984. Библиотечка «Квант», вып. 32.

[27] Слово «промежуточная» обозначает фазы, существующие в двойной системе А — В, помимо твердых растворов А в В и В в А, т, е. между ними на фазовой диаграмме.

[28] Более подробно о диффузии мы расскажем в следующей главе,

[29] При построении линии растворимости очень удобно поль­зоваться рентгеновским методом, который легко обнаруживает появление второй фазы со своей кристаллической решеткой. Мерика, однако, применял обычный световой микроскоп, непо­средственно наблюдая на шлифе выделения второй фазы.

[30] Рассматривается самый простой случай, когда промежу­точные фазы отсутствуют и сплавы системы А—В в твердом состоянии состоят только из растворов.

[31] Нижняя часть диаграммы построена расчетным путем.

[32] УФН, 1986, том 149, вып. 1, с. 149.

[33] Впоследствии он прославился и получил Нобелевскую премию, как один из изобретателей транзистора.

[34] Это вполне понятно, так как скорость остывания заввд сит от теплоемкости, а она в точке фазового перехода II рода испытывает скачок.

[35] О диффузии обстоятельно рассказано в книге: Бок~ штейн Б. С. Атомы блуждают по кристаллу. — M.: Наука, 1984.—• Библиотечка «Квант», вып. 28. Во избежание повторений мы Ограничимся очень кратким изложением диффузионной темы.

[36] Более подробно о стандартных методах измерения коэф­фициента диффузии рассказано в уже упоминавшемся 28-м вы­пуске «Библиотечки «Квант».

[37] Об атомах, находящихся в позициях внедрения, мы по­говорим отдельно в конце параграфа.

[38] Обычно E измеряют в Дж/моль. Поэтому в формуле для коэффициента диффузии следует постоянную Больцмана K за­менить на газовую постоянную R,

[39] Концентрацию углерода в сплавах системы железо — уг­лерод традиционно принято приводить в массовых процентах.

[40] Фотографии рис. 129 получены не на стали, а на сплавах цветных металлов, в которых также может происходить мартен — ситное превращение (см. ниже).

[41] В реальных кристаллах для начала превращения необ-! ходимо достаточно сильное переохлаждение

[42] Еще одним широко известным способом упрочнения (о котором, правда, не заходила речь в этой книге) является наклеп — упрочнение, которое испытывает металл в результате специально проводимой пластической деформации.. Нам он, од­нако, не подходит, так как наклепанные материалы резко раз — упрочняются при нагревании в несколько сотен градусов.

[43] Двухатомные газы — водород, азот, кислород, оседая йа поверхности металла, обычно расщепляются на атомы. Это общее правило, в причины которого мы здесь вдаваться Йё будем.

[44] Подробно об этом процессе вы можете прочитать в кни­ге: Гегузин Я, Е, Почему и как исчезает пустота. — M.: Наука, 1976.