З’єднання ідеальних тіл

Загальні уяви про утворення з’єднань при зварюванні тиском

Існує декілька гіпотез про зварювання тиском:

1. Гіпотеза плівок. Вона стверджує що всі метали мають однакову можливість з’єднуватись при зближенні. Різниця в цих можливостях залежить від поверхневих плівок, які мають різні властивості.

2. гіпотеза рекристалізації. Вона передбачає, що рекристалізація є основним фактором, який визначає утворення з”єднання у твердому стані. Згідно з нею при контакті і нагріві (але не до плавлення) проходить перегрупування атомів при пластичній деформації утворюються загальні кристалічні зерна.

3. Енергетична гіпотеза. В основі гіпотези лежить уявлення про необхідність певного досягнення такого рівня енергії атомів або іонів, які називаються енергетичним бар’єром (схоплювання). При бар’єра виникає можливість утворення металічних, хімічних зв’язків, тобто створення загальних кристалічних ґраток.

4. Дислокаційна гіпотеза. Говорить про те, що при спільній пластичній деформації атоми виходять на поверхню за рахунок руйнування поверхневих плівок, що призводить до утворення сходинок на атомарному рівні, які потім заповнюються. Таким чином створюється металічна гратка.

5. Дифузійна гіпотеза. Основа цієї гіпотезі полягає в тому що при достатньому зближенні чистих поверхонь виникають процеси взаємного переміщення атомів з однієї поверхні в глибину іншої.

Одна із гіпотез, яка пояснює природу утворення зєднань в більшості способів зварювання тиском є енергетична гіпотеза.

З’єднання ідеальних тіл

Рис. 1.1. схема утворення з’єднання двох тіл з ідеальними поверхнями, та зміна потенціальної енергії і сил взаємодії при зближуванні атомів.

Під ідеальними тілами будемо розуміти такі, у яких поверхні, що з’єднуються, ідеально рівні і чисті, а також мають цілком однакові тип і орієнтацію кристалічної решітки.(рис 1.1.а)

Якщо відстань між поверхнями значно більша ніж параметр решітки, то існують окремі два тіла, між якими немає ніяких сил взаємодії.

При зближенні атомів на відстань десь біля l2 (рис1.2.б)(сумісна з l0) виникають сили відштовхування, тому що починає діяти електростатична взаємодія між електронами, які знаходяться на найбільш віддалених орбітах. Виникає енергетичний бар’єр.

Якщо зовнішня сила достатня для переборювання сил відштовхування, то може подальше зближення атомів і на відстані l1 почнуть об’єднуватися зовнішні електронні оболонки – процес зварювання. Сили відштовхування зменшуються, а сили притягання збільшуються за рахунок взаємодії між ядрами і електронами тих тіл що з’єднуються внутрішня енергія зменшується.

При подальшому зближенні сили відштовхування знову зростають і на відстані l0 дорівнюють силам притягання. Рівнодіюча сила при цьому дорівнює нулю. Енергія системи стає мінімальною і відповідає тій, яка є в кристалічній решітці, а відстань l0 відповідає мінімальній відстані між атомами в даній кристалічній решітці. Між атомами, які знаходяться на поверхні з’явились міцні металічні зв’язки. Закінчився процес зварювання. Стан системи тепер стійкий. Дійсно, подальшому зближенню перешкоджають сили відштовхування, які виникають за рахунок перекриття внутрішніх електронних оболонок, а роз’єднанню атомів перешкоджають сили притягання.

Таким чином, для того щоб одержати з’єднання необхідно перебороти енергетичний бар’єр об’єднання, тобто затратити додаткову енергію. Яку називають енергією активації Ea. Її можна вводити як шляхом деформації, так і за рахунок нагрівання.

Поиск по сайту: