Конструктивные особенности М. с. 3 страница

Большое значение в совр. М. приобретают процессы нанесения на металл различных защитных покрытий. К таким процессам относятся лужение, цинкование, нанесение пластмассовых и др. покрытий, значительно повышающих качество и срок службы металла.

Значение М. в создании совр. цивилизации исключительно велико. Материальная культура человеческого общества немыслима без металлов; она базируется на них в произ-ве средств произ-ва, средств транспорта и связи, в стр-ве, в воен. деле. Большую роль играют металлы в с. х-ве и в произ-ве предметов потребления. Данные об объёме и динамике произ-ва стали, чугуна, важнейших цветных металлов и др. сведения о М. как отрасли пром-сти приведены в статьях Чёрная металлургия, Цветная металлургия.

Лит.: Основы металлургии, т. 1 - 6, М., 1961 - 73; Металловедение и термическая обработка стали. Справочник, 2 изд., М., 1961-62; Прокатное производство. Справочник, т. 1 - 2, М., 1962; Доменное производство. Справочник, т. 1-2, М., 1963; Сталеплавильное производство. Справочник, т. 1 - 2, М., 1964; Aitchison L., A history of metals, v. 1-2, L., 1960.

А. Я. Стомахин.

" МЕТАЛЛУРГИЯ", центральное издательство Гос. комитета Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, выпускающее литературу по чёрной и цветной металлургии. Осн. в 1939 в Москве как Ме-таллургиздат, с 1963-" М.". Издаёт научно-технич., производственно-технич., справочную, учебную и др. лит-ру, а также каталоги, плакаты; 7 журналов, в т. ч. " Сталь", " Цветные металлы" и др. В 1973 книжная продукция издательства составила 207 названий тиражом 1, 7 млн. экз., объёмом 21 400 тыс. печатных листов-оттисков. В. П. Адрианова.

МЕТАЛЛЫ, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность), пластичностью. М. в твёрдом состоянии имеют кристаллич. строение. В парообразном состоянии М. одноатомны.

Перечисленные выше характерные свойства М. обусловлены их электронным строением. Атомы М. легко отдают внешние (валентные) электроны. В кристаллич. решётке М. не все электроны связаны со своими атомами. Нек-рая их часть (~ 1 на атом) подвижна. Эти электроны могут более или менее свободно перемещаться по М. Существование свободных электронов (электронов проводи мости) в М. объясняется зонной теорией (см. Твёрдое тело). М. можно представить себе в виде остова из положительных ионов, погружённого в " электронный газ". Последний компенсирует силы электростатич. отталкивания между положительными ионами и тем самым связывает их в твёрдое тело (металлическая связь).

Из известных (1974) 105 хим. элементов 83- М. и лишь 22 - неметаллы. Если в длинном или чполудлинном" варианте периодической системы элементов Менделеева провести прямую линию от бора до астата (табл. 1), то можно считать, что неметаллы расположены на этой линии и справа от неё, а М.-слева.

Не следует, однако, абсолютизировать ни свойства, характерные для М., ни их отличия от неметаллов. Металлич. блеск присущ только компактным металлич. образцам. Тончайшие листки Ag и Аи (толщиной 10^-4 мм) просвечивают голубовато-зелёным цветом. Мельчайшие порошки М. часто имеют чёрный или черно-серый цвет. Нек-рые металлы (Zn, Sb, Bi) при комнатной темп-ре хрупки и становятся пластичными только при нагревании.

Вся совокупность перечисленных выше свойств присуща типичным М. (напр.,

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА свойства металлов Сu, Аu, Ag, Fe) при обычных условиях (атм. давлении, комнатной темп-ре). При очень высоких давлениях (~-10⁵-10" am) свойства М. могут существенно измениться, а неметаллы приобрести метал-лич. свойства.

Многие простые вещества по одним свойствам можно отнести к М., по др.-к неметаллам. Особенно много такого рода " нарушений" имеет место вблизи границы, проведённой в табл. 1. Так, Ge по внешнему виду-М., в хим. отношении проявляет себя скорее как М. (легче отдаёт электроны, чем принимает), а по величине и характеру электропроводности Ge - полупроводник. Сурьма Sb имеет электросопротивление слишком большое для М., однако температурный коэфф. сопротивления у Sb положительный и большой, как у М.; по способности отдавать электроны Sb также относится к М. As, 5Ьи Bi иногда наз. полу металлами. Ро по внешнему виду- М., в хим. отношении ему присущи свойства и М., и неметалла - наряду с положительной валентностью (точнее окислительным числом) проявляется и отрицательная (-2).

Металлич. сплавы по свойствам имеют много общего с М., поэтому в физической, технической и экономической литературе нередко к М. относят также и сплавы.

Историческая справка. Термин " металл" произошёл от греч. слова metallon (от metalleuo - выкапываю, добываю из земли), к-рое означало первоначально копи, рудники (в этом смысле оно встречается у Геродота, 5 в. до н. э.). То, что добывалось в рудниках, Платон называл metalleia. В древности и в ср. века считалось, что существует только 7 М.: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть (см. Знаки химические). По алхимич. представлениям, М. зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото (см. Алхимия). Алхимики полагали, что М.- вещества сложные, состоящие из " начала металлично-сти" (ртути) и " начала горючести" (серы). В нач. 18 в. получила распространение гипотеза, согласно к-рой М. состоят из земли и " начала горючести" - флогистона. М. В. Ломоносов насчитывал 6 М. (Au, Ag, Си, Sn, Fe, Pb) и определял М. как " светлое тело, которое ковать можно". В кон. 18 в. А. Л. Лавуазье опроверг гипотезу флогистона и показал, что М.- простые вещества. В 1789 Лавуазье в руководстве по химии дал список простых веществ, в к-рый включил все известные тогда 17 М. (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn). По мере развития методов хим. исследования число известных М. возрастало. В 1-й пол. 19 в. были открыты спутники Pt, получены путём электролиза нек-рые щелочные и щёлочноземельные М., положено начало разделению редкоземельных металлов, открыты неизвестные М. при хим. анализе минералов. В 1860-63 методом спектрального анализа были открыты Cs, Rb, Tl, In. Блестяще подтвердилось существование М., предсказанных Д. И. Менделеевым на основе его периодич. закона. Открытие радиоактивности в кон. 19 в. повлекло за собой поиски природных радиоактивных М., увенчавшиеся полным успехом. Наконец, методом ядерных превращений начиная с сер. 20 в. были искусственно получены радиоактивные М., в частности трансурановые элементы.

В конце 19 - нач. 20 вв. получила физико-хим. основу металлургия -наука о произ-ве М. из природного сырья. Тогда же началось исследование свойств М. и их сплавов в зависимости от состава и строения (см. Металловедение, Металлофизика).

Химические свойства. В соответствии с местом, занимаемым в периодич. системе элементов (табл. 1), различают М. главных и побочных подгрупп. М. главных подгрупп (подгруппы а) наз. также непереходными. Эти М. характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение s- и р-электронных оболочек. В атомах М. побочных подгрупп (подгруппы б), наз. переходными, происходит достраивание d- и f -оболочек, в соответствии с чем их делят на d-rpynny и две f-группы - лантаноиды и актиноиды. В подгруппы а входят 22 М.: Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (I a); Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra (II a); Al, Ga, In, Tl (III a); Ge, Sn, Pb (IV a); Sb, Bi (V a); Po (VI а). В подгруппы б входят: 1) 33 переходных металла d-группы [Си, Ag, Au (I б); Zn, Cd, Hg (II б); Sc, Y, La, Ac (III 6); Ti, Zr, Hf\ Ku (IV 6); V, Nb, Та, элемент с Z = 105 (V 6); Cr, Mo, W (VI б); Mn, Тс, Re (VII 6); Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt (VIII 6)]; 2) 28 M. f-группы (14 лантаноидов и 14 актиноидов).

Электронная структура атомов некоторых d-элементов имеет ту особенность, что один из электронов внешнего уровня переходит на d-подуровень. Это происходит при достройке этого подуровня до 5 или 10 электронов. Поэтому электронная структура валентных подуровней атомов d-элементов, находящихся в одной подгруппе, не всегда одинакова. Напр., СгиМо (подгруппа VI б) имеют внешнюю электронную структуру соответственно 3d⁵4s' и 4rf⁵5s', тогда как у W она 5d⁴6s². В атоме Pd (подгруппа VIII б) два внешних электрона " перешли" на соседний валентный подуровень, и для атома Pd наблюдается d'° вместо ожидаемого d⁸s².

М. присущи многие общие хим. свойства, обусловленные слабой связью валентных электронов с ядром атома: образование положительно заряженных ионов (катионов), проявление положительной валентности (окислительного числа), образование основных окислов и гидроокисей, замещение водорода в кислотах и т. д. Металлич. свойства элементов можно сравнить, сопоставляя их электроотрицательность [способность атомов в молекулах (в ковалентной связи) притягивать электроны, выражена в условных единицах]; элементу присущи свойства М. тем больше, чем ниже его электроотрицательность (чем сильнее выражен электроположительный характер).

В периодической системе элементов Менделеева (табл. 1) в пределах каждого периода, начиная со 2-го, с увеличением ат. н. электроотрицательность возрастает от 2 до 7, начиная со щелочного металла и кончая галогеном (переход от М. к неметаллам). В пределах подгрупп (а и б) с увеличением ат. н. электроотрицательность в общем уменьшается, хотя и не всегда последовательно. В семействах лантаноидов и актиноидов она сохраняется примерно на одном уровне.

Если расположить М. в последовательности увеличения их нормальных потенциалов, получим т. н. ряд напряжений или ряд активностей (табл. 2 и 3). Рассмотрение этого ряда показывает, что по мере приближения к его концу -от щелочных и щёлочноземельных М. к Pt и Au - электроположительный характер членов ряда уменьшается. М. от Li по Na вытесняют Н₂ из Н₂О на холоду, а от Mg по Т1 - при нагревании. Все М., стоящие в ряду выше H₂, вытесняют его из разбавл. кислот (на холоду или при нагревании). М., стоящие ниже Н₂, растворяются только в кислородных кислотах (таких, как концентрир. H₂SO4 при нагревании или HNO₃), a Pt, Au -только в царской водке (Ir нерастворим и в ней).

М. от Li no Na легко реагируют с О₂ на холоду; последующие члены ряда соединяются с О₂ только при нагревании, a Ir, Pt, Au в прямое взаимодействие с О₂ не вступают.

Окислы М. от Li no A1 (табл. 2) и от La no Zn (табл. 3) трудно восстановимы; по мере продвижения к концу ряда восстановимость окислов увеличивается, а окислы последних его членов разлагаются на М. и О₂ уже при слабом нагревании. О прочности соединений М. с кислородом (и др. неметаллами) можно судить и по разности их электроотрица-тельностей (табл. 1): чем она больше, тем прочнее соединение.

Табл. 2. -Нормальные электродные потенциалы непереходных металлов
[ris][ris]

Валентности (точнее, окислит, числа) непереходных М. равны: +1 для подгруппы 1а; +2 для Па; +1 и +3 для Ilia; +2 и +4 для IVа; +2, +3 и + 5 для Va; -2, +2, + 4, +6 для VI а. У переходных М. наблюдается ещё большее разнообразие окислительных чисел: + 1, +2, +3 для подгруппы I 6; +2 для II б; + 3 для III 6; +2, +3, +4 для IV б; +2, +3, +4, +5 для V 6; + 2, +3, +4, +5, +6 для VI б; +2, + 3, +4, +5, +6, +7 для VII б; от +2 до +8 в VIII б. В семействе лантаноидов наблюдаются окислительные числа +2, + 3 и +4, в семействе актиноидов -от +3 до +6. Низшие окислы М. обладают основными свойствами, высшие являются ангидридами кислот (см. Кислоты и основания). М., имеющие переменную валентность (напр., Cr, Mn, Fe), в соединениях, отвечающих низшим степеням окисления [Сr(+ 2), Мn (+ 2), Fe (+ 2)], проявляют восстановительные свойства; в высших степенях окисления те же М. [Сr (+ 6), Мn (+ 7), Fe (+ 3)] обнаруживают окислительные свойства. О хим. соединениях М. друг с другом см. в ст. Металлиды, о соединениях М. с неметаллами см. в статьях Бориды, Гидриды, Карбиды, Нитриды, Окислы и др.

Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, 2 изд., т. 1 - 3, М., 1969 - 70; Дей М. К., Се лбин Дж., Теоретическая неорганическая химия, пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Барнард А., Теоретические основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1968; Рипан Р., Ч е тяну И., Неорганическая химия, т. 1 - 2, Химия металлов, пер. с рум., М., 1971 - 72. См. также лит. при ст. Неорганическая химия.

С. А. Погодин.

Физические свойства. Большинство М. кристаллизуется в относительно простых структурах - кубических (кубические объёмноцентрированная ОЦК и гране-центрированная ГЦК решётки) и гексагональных ПГУ, соответствующих наиболее плотной упаковке атомов. Лишь небольшое число М. имеет более сложные типы кристаллич. решёток. Многие М. в зависимости от внешних условий (темп-ры, давления) могут существовать в виде двух или более кристаллич. модификаций (см. Полиморфизм). Полиморфные превращения иногда связаны с потерей металлич. свойств, напр, превращение белого олова ((З-Sn) в серое (a-Sn).

Электрические свойства. Удельная электропроводность М. при комнатной темп-ре а~10~⁶-10~⁴ ом~¹ см~¹ (табл. 1), тогда как у диэлектриков, напр, у серы, a~ 10~17 ом~¹см~¹. Промежуточные значения а соответствуют полупроводникам. Характерным свойством М. как проводников электрич. тока является линейная зависимость между плотностью тока и напряжённостью приложенного электрич. поля (Ома закон). Носителями тока в М. являются электроны проводимости, обладающие высокой подвижностью. Согласно квантово-механич. представлениям, в идеальном кристалле электроны проводимости (при полном отсутствии тепловых колебаний кристаллической решётки) вообще не встречают сопротивления на своём пути. Существование у реальных М. электросопротивления является результатом нарушения периодичности кристаллич. решётки. Эти нарушения могут быть связаны как с тепловым движением атомов, так и с наличием примесных атомов, вакансий, дислокаций и др. дефектов в кристаллах. На тепловых колебаниях и дефектах (а также друг на друге) происходит рассеяние электронов. Мерой рассеяния служит длина свободного пробега - среднее расстояние между двумя последовательными столкновениями электронов. Величина удельной электропроводности а связана с длиной свободного пообега / соотношением:
[ris]

где п - концентрация электронов проводимости (~10²²-10²³ см~³), е - заряд электрона, рр = 2лН (Зи/8я)'/а - граничный фермиевский импульс (см. Ферми поверхность), h - Планка постоянная. Зависимость а или удельного электросопротивления р от темп-ры Т связана с зависимостью I от Т. При комнатных темп-рах в М. / ~ 10~⁶ см.

При темп-рах, значительно превышающих Дебая температуру, сопротивление р обусловлено гл. обр. тепловыми колебаниями кристаллической решётки и возрастает с темп-рой линейно:

Р = рост(1+аГ). (2) Постоянная а наз. температурным коэффициентом электропроводности и имеет при темп-ре Т = О С типичное значение a =4-10~³ град" ¹. При более низких темп-рах, когда влиянием тепловых колебаний атомов на рассеяние электронов можно пренебречь, сопротивление практически перестаёт зависеть от темп-ры.

Это предельное значение сопротивления наз. остаточным. Величина рост характеризует концентрацию дефектов в решётке М. Удаётся получить столь чистые (сверхчистые) и свободные от дефектов М., что их остаточное сопротивление в 10⁴—10⁵ раз превышает сопротивление этих М. в обычных условиях. Длина свободного пробега электронов в сверхчистых М. l ~ 10^-2 см. Теоретич. рассмотрение показывает, что при низких темп-pax формула для удельного электросопротивления имеет вид:

р = р_ост + AT² + ВT⁵, (3)

где А и В — величины, не зависящие от Т. Член ВТ⁵ связан с рассеянием электронов на тепловых колебаниях атомов, а член AT² — со столкновениями электронов друг с другом и даёт заметный вклад в сопротивление лишь у нек-рых М., напр, у Pt. Однако закономерность (3) выполняется лишь приближённо.

У нек-рых М. и металлидов при определённой темп-ре, наз. критической, наблюдается полное исчезновение сопротивления — переход в сверхпроводящее состояние (см. Сверхпроводимость). Критич. темп-ры чистых металлов лежат в интервале от сотых долей К до 9 К (табл. 1).

Если металлич. образец, по к-рому течёт ток, поместить в постоянное магнитное поле, то в М. возникают явления, обусловленные искривлением траекторий электронов в магнитном поле в промежутке между столкновениями (гальваномагнитные явления). Среди них важное место занимают Холла эффект и изменение электросопротивления М. в магнитном поле (магнетосопротивление). Влияние магнитного поля тем больше, чем больше длина свободного пробега l, т. е. чем ниже темп-pa и чем меньше примесей в М. При комнатной темп-ре магнитное поле 10⁷—10⁵ э изменяет сопротивление М. лишь на доли %. При Т =< 4 К в сверхчистых М. сопротивление может измениться во много раз. Зависимость электросопротивления М. от внешнего магнитного поля существенно зависит от характера энергетич. спектра электронов, в частности от формы поверхности Ферми. У многих металлич. монокристаллов (Au, Cu, Ag и др.) наблюдается сложная анизотропия сопротивления в магнитном поле.

В магнитных полях ~ 10⁴—10⁵ э и при низких темп-pax у всех металлич. монокристаллов наблюдается осциллирующая зависимость электросопротивления от магнитного поля (Шубникова — де Хааза эффект). Это явление-следствие квантования движения электронов в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Как правило, квантовая осциллирующая зависимость в виде небольшой " ряби" наложена на обычную зависимость сопротивления от магнитного поля.

При нагревании М. до высоких темп-р наблюдается " испарение" электронов с поверхности М. (термоэлектронная эмиссия). Число электронов, вылетающих в единицу времени, определяется законом: п ~ eхр (-ф/kT), где k - Больцмана постоянная, ф - работа выхода электронов из М. (см. Ричардсона формула). Величина ф различна у разных М. и зависит также от состояния поверхности. Эмиссия электронов с поверхности М. происходит также под действием сильных электрич. полей ~ 10 в степени 7 в/см в результате туннельного просачивания электронов через сниженный полем потенциальный барьер (см. Туннельная эмиссия). В М. наблюдаются явления фотоэлектронной эмиссии, вторичной электронной эмиссии и ионно-электрон-ной эмиссии. Перепад темп-ры вызывает в М. появление электрич. тока или разности потенциалов (см. Термоэлектрические явления).

Тепловые свойства. Теплоёмкость М. (табл.1) обусловлена как ионным остовом (решёточная теплоёмкость Ср), так и электронным газом (электронная теплоёмкость С_э). Хотя концентрация электронов проводимости в М. очень велика (см. выше) и не зависит от темп-ры, электронная теплоёмкость мала и у большинства М. наблюдается только при темп-pax ~ неск. К. Возможность измерения С_э связана с тем, что при уменьшении темп-ры С_р убывает пропорционально Т³, а С_э ~ Т. Для Сu: С₉ = 0, 9-10-⁴ RT, для Pd: С_э = = 1, 6*10~³КТ (R - газовая постоянная). Теплопроводность М. осуществляется гл. обр. электронами проводимости. Поэтому между удельными коэфф. электропроводности и теплопроводности существует простое соотношение, наз. Виде-мана - Франца законом.

Взаимодействие М. с электромагнитными поля-м и. Переменный электрич. ток при достаточно высокой частоте течёт по поверхности М., не проникая в его толщу (см. Скин-эффект). Электромагнитное поле частоты со проникает в М. лишь
[ris]

глощается незначит. часть электромагнитной энергии. Основная часть энергии переизлучается электронами проводимости и отражается (см. Металлооп-тика). В чистых М. при низких темп-рах длина свободного пробега электронов / часто превышает глубину о. При этом напряжённость поля существенно изменяется -на длине свободного пробега, что проявляется в характере отражения электромагнитных волн от поверхности М. (аномальный скин-эф-ф е к т).

Сильное постоянное магнитное поле существенно влияет на электродина-мич. свойства М. В М., помещённых в такое поле, при условии, если частота электромагнитного поля кратна частоте прецессии электронов проводимости вокруг силовых линий постоянного магнитного поля, наблюдаются резонансные явления (см. Циклотронный резонанс). При определённых условиях в толще М., находящегося в постоянном магнитном поле, могут распространяться слабо затухающие электромагнитные волны, т. е. исчезает скин-эффект. Электроди-намич. свойства М., помещённого в магнитное поле, сходны со свойствами плазмы в магнитном поле и являются одним из основных источников информации об электронах проводимости.

Для электромагнитных волн оптич. диапазона М., как правило, практически непрозрачны и обладают характерным блеском (см. Отражение света, Зеркало). В поглощении света в видимом и ультрафиолетовом диапазонах нек-рую роль играет внутренний фотоэффект. Отражение от поверхности М. плоскополяризованного света, падающего под произвольным углом, сопровождается поворотом плоскости поляризации и появлением эллиптич. поляризации (см. Вращение плоскости поляризации). Это явление используется для определения оптич. констант М.

Общая структура характеристических рентгеновских спектров М. и диэлектриков одинакова. Тонкая же структура линий, соответствующая квантовым переходам электронов из зоны проводимости на глубокие уровни, отражает распределение электронов проводимости по уровням энергии.

Магнитные свойства. Переходные металлы с недостроенными f- и d-электронными оболочками являются парамагнетиками. Некоторые из них при определённых температурах переходят в магнитоупорядоченное состояние (см. Магнетизм, Ферромагнетизм, Антиферромагнетизм, Кюри точка). Магнитное упорядочение существенно влияет на все свойства М., в частности на электрич. свойства: в электросопротивление вносит вклад рассеяние электронов на колебаниях магнитных моментов. Гальваномагнитные явления при этом также приобретают специфич. черты.

Магнитные свойства остальных М. определяются электронами проводимости, к-рые вносят вклад в диамагнитную и парамагнитную восприимчивости М., и диамагнитной восприимчивостью ионного состава (см. Диамагнетизм, Парамагнетизм). Магнитная восприимчивость X большинства М. относительно мала (X ~ 10-⁶) и слабо зависит от темп-ры.

При низких темп-pax Г и в больших магнитных полях Н > 10⁴ kT у всех металлич. монокристаллов наблюдается сложная осциллирующая зависимость суммарного магнитного момента от поля Н (см. Де Хааза - ван Альфена эффект), природа к-poro та же, что и у эффекта Шубникова - де Хааза. Исследование осцилляционных эффектов позволяет определить форму поверхности Ферми. М. И. Каганов.

Механические свойства. Многие М. обладают комплексом меха-нич. свойств, обеспечивающим их широкое применение в технике, в частности в качестве конструкционных материалов. Это, в первую очередь, сочетание высокой пластичности со значит, прочностью и сопротивлением деформации, причём соотношение этих свойств может регулироваться в большом диапазоне с помощью механич. и термич. обработки М., а также получением сплавов различного состава.

Исходной характеристикой механич. свойств М. является модуль упругости G, определяющий сопротивление кристал-лич. решётки упругому деформированию и непосредственно отражающий величину сил связи в кристалле. В монокристаллах эта величина, как и остальные механические характеристики, анизотропна и коррелирует с темп-рой плавления М. (напр., средний модуль сдвига G изменяется от 0, 18 -10" эрг/см³ для легкоплавкого Na до 27-10" эрг/см³ для тугоплавкого Re).

Сопротивление разрушению или пла-стич. деформации идеального кристалла ~ 10~⁴ G. Но в реальных кристаллах эти характеристики, как и все механич. свойства, определяются наличием дефектов, в первую очередь дислокаций. Перемещение дислокаций по плот-ноупакованным плоскостям приводит к элементарному акту скольжения - основному механизму пластической деформации М. Др. механизмы (двойникование и сбросообразование) существенны только при пониженных темп-pax. Важнейшая особенность М.- малое сопротивление скольжению дислокации в бездефектном кристалле. Это сопротивление особенно мало в кристаллах с чисто металлич. связью, к-рые обычно имеют плотноупакованные структуры (гранецентрированную кубическую или гексагональную). В М. с ковалент-ной компонентой межатомной связью, имеющих объёмноцентрир. решётку, сопротивление скольжению неск. больше, однако всё же мало по сравнению с чисто ковалентными кристаллами. Сопротивление пластической деформации, по крайней мере в М. с гранецентрир. кубической и гексагональной решётками, связано с взаимодействием движущихся дислокаций с др. дефектами в кристаллах, с др. дислокациями, примесными атомами, внутренними поверхностями раздела. Взаимодействие дефектов определяется искажениями решётки вблизи них и пропорционально G. Для отожжённых монокристаллов начальное сопротивление пластич. деформации (п р е-дел текучести) обычно ~ 10~³- 10~⁴ G. В процессе деформации число дислокаций в кписталлич. оешётке (плот-
[ris]

ине) Этоназ. деформационным упрочнением или наклёпом. Для монокристаллов М. характерно наличие трёх стадий деформационного упрочнения. На 1-й стадии значит, часть дислокаций выходит на поверх-
[ris]

ляции дислокации, выдавливаемых из их плоскостей скольжения. Значение этой стадии больше для М. с объёмноцентрир. решёткой.

Степень " привязанности" дислокации к плоскости скольжения определяется шириной дислокации в этой плоскости, к-рая, в свою очередь, зависит от энер-
[ris]
дислокации, до 10~⁴ для сплавов Сu с Широкими дислокациями). Процесс разрядки дислокационной плотности ускоряется при повышении темп-ры и может привести к релаксации и значит, восстановлению свойств кристаллов. Чем выше темп-pa и меньше скорость деформирования, тем больше успевают развиться процессы релаксации и тем меньше деформационное упрочнение.

При Г > 0, 5 Г_пл в пластин, деформации начинают играть существенную роль точечные дефекты, в первую очередь вакансии, к-рые, оседая на дислокациях, приводят к vix выходу из плоскостей скольжения. Если этот процесс достаточно интенсивен, то деформация не сопровождается упрочнением: М. течёт с постоянной скоростью при неизменной нагрузке (ползучесть). Протекание процессов релаксации напряжений и постоянная разрядка дислокационной структуры обеспечивают высокую пластичность М. при их горячей обработке, что позволяет придавать изделиям из М. разнообразную форму. Отжиг сильно деформированных монокристаллов М. нередко приводит к образованию поликристаллов с малой плотностью дислокаций внутри зёрен (рекристаллизаци я).

Достижимые степени деформации М. ограничены процессом разрушения. По мере роста плотности дислокаций при холодной деформации растёт неравномерность их распределения, приводящая к концентрации напряжений в местах сгущения дислокаций и зарождению здесь очагов разрушения - трещин. В реальных кристаллах такие концентрации напряжений имеются и в исходном недеформированном состоянии (скопление примесей, частицы др. фаз и т. п.). Но вследствие пластичности М. деформация вблизи опасных мест снимает напряжения и предотвращает разрушение. Однако, если сопротивление движению дислокаций растёт, то релаксационная способность материала падает, что под нагрузкой приводит к развитию трещин (хрупкое разрушение). Это особенно проявляется в М. с объём -ноцентрир. решёткой, в к-рых подвижность дислокаций резко уменьшается при понижении темп-ры (из-за взаимодействия с примесями и уменьшения числа кристаллографич. возможных плоскостей скольжения). Предотвращение хладноломкости - одна из важнейших технич. проблем разработки конструкционных металлических материалов. Др. актуальная проблема - увеличение прочности и сопротивления деформации при высоких темп-pax. Зародышами разрушения в этих условиях служат микропоры, образующиеся в результате скопления вакансий. Эффективный способ повышения высокотемпературной прочности -уменьшение диффузионной подвижности точечных дефектов, в частности легированием.