"Природа", №10-12, 1922 год, стр. 3-20

Влияние обработки металлов на их строение.

Проф. Г. В. Вульфа.

Тяжелы были за последние годы условия работы русского ученого, немногим легче они и теперь. В лаборатории ему не было возможности работать из-за, холода, отсутствия газа, электричества, реактивов. Реактивы мало помалу расходовались, приборы изнашивались, но их не было возможности пополнить, так как границы были закрыты, а наши фабрики и мастерские не работали. Дома ученый не находил времени работать за необходимостью все свое внимание сосредоточивать на материальных нуждах, на добывании хлеба в буквальном смысле слова, утомляясь ходьбой, тасканием тяжестей и пилкой дров. Теперь, казалось бы стало легче — из-за границы стали по немногу получаться приборы, реактивы и книжки, есть возможность покупать припасы, однакоже на все это не хватает денег. Прежняя отрезанность от мира удручала нас неизвестностью о том, что делается там, за стеною, в научном мире, мире идей, ведущих человечество вперед, к завоеваниям природы. Теперь, возобновившееся общение с этим миром удручает нас сознанием трудности поспеть за мировой работой, сознанием нашей отсталости и невозможности нагнать потерянное за отсутствием средств.

Однако же на фоне этой безотрадной и мрачной картины есть и светлые пятна, и тем ярче они выступают и тем отраднее они для взора, чем мрачнее нам кажется общий колорит картины. Как бы ни были велики невзгоды русского ученого, он не отходит от любимой науки и делает, что возможно в его ослабевших силах, для ее сохранения в своей родине, столь нуждающейся в просвещении. Факт тот, что наука в России не только не погибла, но даже в некоторых областях была продвинута вперед. Доходящая до нас теперь из за границы научная литература содержит очень интересные работы по вопросам, которые были независимо поставлены и решены в России не менее оригинально и удачно, чем за границей, и у нас даже раньше, чем там. Мы должны с особым удовлетворением отметить такие случаи, и об одном из них я поведу речь в этой статье. Я остановлюсь на работах, касающихся вопроса очень интересного с теоретической стороны и очень важного с технической — вопроса о влиянии механической обработки на строение металлов.

Передо мной лежит тетрадка немецкого журнала "Die Naturwissenschaften" (Естествознание) за апрель месяц этого (1922) года, посвященный обзору работ, вызванных к жизни открытием М. Ляуэ диффракции рентгеновых лучей, сделанным десять лет тому назад. Как известно, это громадной важности открытие сразу же вызвало к себе интерес и у нас в России, где возник и продолжается еще и до сих пор ряд исследований, как по самой природе явления, так и по его практическому использованию в области техники.

В свое время в "Природе" автор поместил ряд статей, излагавших сущность открытия М. Ляуэ. Так как статьи эти были написаны почти десять лет тому назад, то не мешает напомнить, в чем дело. Рентген, открывший в 1895 году лучи, получившие его имя, назвал их "икс-лучами", так как он не мог объяснить их природу. С тех пор до 1912 года физики разделялись на два лагеря: одни полагали, что эти лучи состоят из очень мелких частичек электрической природы, выбрасываемых со скоростью света рентгеновской трубкой, другие видели в этих лучах лучи той же электромагнитной природы, как и обыкновенный, видимый свет и электромагнитные волны радиотелеграфии, но только с весьма малой длиной волны, порядка одной стомиллионной сантиметра. При такой малой длине, соизмеримой с расстояниями между молекулами, нет возможности ожидать преломления и отражения этих волн. Были предприняты опыты с целью получить диффракцию рентгеновских лучей через очень узкую щель, т. е. получить явление рассеяния, хорошо известное для видимого света. Хага и Винд в 1899, Вальтер и Поль в 1908 году произвели надлежащие фотограммы, подвергшиеся затем тщательным измерениям Коха и вычислениям Зоммерфельда. Эти ответы говорили за аналогию с обыкновенным светом, однако же они не имели надлежащей убедительности, и ряд других явлений заставлял таких видных физиков, как У. X. Брагг (старший) развивать "корпускулярную" теорию рентгеновых лучей.

Только М. Ляуэ в 1912 году удалось положить конец разногласию. Он рассудил, что какими бы узкими мы не делали щели для опытов с диффракцией, они окажутся все еще слишком грубыми для малой длины волны рентгеновых лучей и, что надо в качестве светлых щелей или, лучше, отверстий выбрать светящиеся рентгеновым светом атомы твердого вещества, чтобы расстояние между этими "отверстиями" отвечало длине волны этих лучей. Кроме того, надо чтобы эти "отверстия" были правильно расположены, как это имеет место в диффракционных решетках для видимого света и для электромагнитных Герцевских волн, а для этого надо взять кристалл, в котором атомы должны быть расположены правильно, как на это указывает внешняя форма этих геометрически-правильных тел с их плоскими гранями и прямолинейными ребрами. Будучи освещено рентгеновскими лучами, такое собрание атомов само начинает испускать "вторичные" рентгеновские лучи, и каждый атом становится источником излучения, превращаясь в своего рода светящееся отверстие. Испускаемые атомами волны, вступая в интерференцию, должны вызвать неравномерное распределение яркости вокруг кристалла, характерное для явлений диффракции. Руководясь такими соображениями Ляуэ, его два соотрудника Фридрих и Книппинг пропустили тонкий пучек рентгеновских лучей через кристалл и получили вполне отчетливое диффракционное явление, которое они и сфотографировали: пучек лучей, проходя через кристалл, разложился на ряд пучков, произведших на фотографической пластинке ряд пятен. Явление было настолько определенно и так согласовалось с вычислениями, что все сомнения относительно тождества природы рентгеновского и видимого света были окончательно рассеяны.

Открытие Ляуэ имело два крупных следствия. С одной отороны оно повело к основанию и развитию спектроскопии рентгеновского света, а через нее и к более детальному знанию свойств атома, с другой — к раскрытию истинного расположения атомов в кристаллах, к экспериментальному определению кристаллической структуры. Помеченный в заголовке этой статьи вопрос всецело относится к вопросам кристаллической структуры, так как металлы состоят из собрания очень мелких кристалликов, расположенных друг относительно друга в самых разнообразных положениях. На это относительное положение отдельных кристалликов влияют внешние силы, которыми мы действуем на массу металла во время его обработки. Особенно резко эти внешние силы сказываются при вытягивании металла в проволоку и во время его прокатки в пластинки. Определить расположение кристалликов в такой обработанной металлической массе, разумеется, в высшей степени важно, как с чисто научной, так и с технической стороны. Эта задача решена теперь для некоторых частных случаев, как в Германии, так и в России, и сопоставить результаты этих работ, сделанных независимо друг от друга и опубликованных лишь на-днях, будет весьма интересно и поучительно. Прежде, однако же чем изложить содержание этих работ, мы предпошлем несколько общих замечаний о способах определения строения кристаллов.

Фотографический снимок с диффракционного явления, вызываемого кристаллом в волне рентгеновского света дает возможность судить о распределении яркости этого света вокруг кристалла, а так как это распределение яркости зависит от распределения атомов внутри кристалла, то мы можем судить по фотограмме о строении кристалла. Задача упрощается тем, что, как показали исследования Брагга младшего и автора этой статьи, падающий луч разбивается в кристалле на ряд лучей, из которых каждый является как бы отражением падающего луча на одной из плоскостей различного направления, по которым располагаются атомы в кристалле. Если при этом падающий луч содержит в себе свет лишь одной определенной волны, даваемый так называемой монохроматической рентгеновской трубкой, то он лишь тогда отразится от такой атомной плоскости, когда его угол падения, длина его волны и расстояние между атомными слоями, параллельными этой плоскости, будут удовлетворять совершенно определенному математическому условию. Иначе отражения не произойдет. Таким образом, имея такой луч, мы должны отыскать для его отражения от определенной атомной плоскости или грани кристалла подходящий угол, измерив который мы можем вычислить расстояния атомных слоев (метод Брагга) или же дать, так сказать, самому лучу найти плоскость подходящего наклона, пропустив его через кучку порошка из кристалла (метод Дебай-Шеррера). Если в последнем случае поставить фотографическую пластинку перпендикулярно к первичному лучу по выходе его из кристалла, и если кристаллики в порошке расположены без всякого порядка, то на пластинке получаются сплошные концентрические круги, из которых каждый соответствует отражению луча на одной серии параллельных атомных плоскостей, имеющих в кристалле определенное направление. По диаметру круга, по длине волны в луче и по расстоянию между кучкой порошка и фотографической пластинкой можно вычислить расстояние смежных атомных плоскостей в различных их сериях и отсюда вывести заключение о строении кристалла.

В нашем вопросе мы имеем дело не со строением отдельных кристаллов — это строение не изменяется от обработки, но с относительным расположением самих кристалликов, о котором мы тоже можем судить по рентгенограмме, получаемой по способу Дебая-Шеррера. Действительно, если в кучке кристалликов, последние расположены не как попало, а известная их часть имеет определенную ориентировку, то круги на рентгенограмме не будут равномерны по всей своей окружности, и по положению более ярких их частей можно будет судить о группировках кристалликов, имеющих параллельное положение. Таким образом, тип фотограммы определяется способом расположения кристалликов в их общей массе.

Среди видов такого расположения самым простым является так называемое осевое расположение, при котором целые группы кристалликов ориентированы параллельно одному кристаллографическому направлению, являющемуся как бы осью вращения для всей группы. Такую группу можно, напр., получить из кубических кристалликов, если их расположить так, чтобы в каждом кубике четыре ребра были параллельны одной и той же прямой независимо от того, как повернуты отдельные кубики на этой оси. В этом случае осью группы будет ребро куба. Такую структуру можно назвать волокнистой, так как она встречается в волокнах, напр., целлулозы или шелка (Шеррер, Герцог, Янке). При этом длина волокна является осью структуры. Это простая волокнистая структура. Бывают случаи, когда несколько кристаллографических направлений служат осями структуры, которая тогда может быть названа сложной волокнистой структурой. Напр., кубические кристаллы могут расположиться параллельно оси структуры не только своими ребрами, но и своими диагоналями. Получается двойная волокнистая структура. Тройная получится тогда, когда к этому расположению присоединятся кубики, параллельные оси диагоналями своих граней и т. д.

Если помощью монохроматической трубки снять рентгенограмму с кристаллической массы, имеющей волокнистую структуру, то вместо сплошных концентрических кругов, получим разорванные, при чем, оставшиеся участки кругов располагаются симметрично относительно двух взаимноперпендикулярных направлений, одно из которых совпадает с направлением оси волокон. Так, рис. 1 изображает схематически рентгенограмму с необработанной медной проволоки, рис. 2, с проволоки 1 — протянутой на холоду. Если при съемке рентгенограммы мы будем вращать волокнистую структуру около ее оси, то, разумеется, мы никакого изменения в рентгенограмме не вызовем.

Рис. 1.	Рис. 2.

Ближайшее исследование волокнистой структуры в металлических проволоках произвели Полании (Polanyi), Эттиш (Ettisch) и Вейссенберг (Weissenberg). Результаты их работы в высшей степени интересны и поучительны. До сих пор ими были исследованы металлы, кристаллизующиеся в кубической системе: вольфрам, железо, молибден, медь, палладий, аллюминий. Между первыми двумя и последними тремя металлами существует разница в строении. В первых трех атомы металла располагаются в пространстве по вершинам кубов и в их центрах, в последних — по вершинам кубов и в центрах их граней.

Для первых трех характерна простая волокнистая структура, в которой кубики располагаются параллельно одной из диагоналей своих граней, т. е. кристаллографическим направлением [110]. Этот факт упомянутые исследователи предложили выражать символически

где D означает направление оси проволоки (оси структуры).

Ясно, что при упорядоченной и в частности при простой волокнистой структуре каждое поперечное сечение структуры представляется одной кристаллографической плоскостью. В данном случае такой плоскостью является какая нибудь диагональная плоскость куба, т. е. какая нибудь плоскость ромбического додекаэдра (110), всегда перпендикулярная к одному из направлений [110]. (См. рис. 3). Этот факт можно выразить символом

Рис. 3. Плоскость (110) в центрированном кубе.

Такую структуру можно схематически представить рис. 3 и 4. На рис. 3 прямоугольное сечение куба, параллельное плоскости чертежа, представляет одну из плоскостей (110). На верхней грани куба проведена ось структуры, перпендикулярная к этой плоскости и параллельная кристаллографическому направлению [110]. На рис. 4 представлено сечение проволоки и в нем контуры отдельных кристалликов. Сетки из прямоугольников с диагоналями означают, что в сеченни лежат диагональные плоскости центрированных кубов.

Рис. 4. Схематический поперечный разрез тянутой проволоки с центрированным кубом.

Остальные металлы Cu, Pd и Al обнаруживают более сложную, двойную волокнистую структуру, в которой кубики структуры располагаются параллельно оси или своими телесными диагоналями [111], или же своими ребрами [100], так что символ их структуры будет

Так как телесная диагональ куба перпендикулярна к октаэдрической плоскости (111), а ребро куба к кубической плоскости (100), то эту структуру можно выразить еще и другим символом

Рис. 5.	Рис. 6.
Плоскости (111) и (100) въ кубе с центрированными гранями располагаются перпендикулярно оси структуры.

Рис. 5 и 6 показывают относительное положение элементов структуры куба с центрированными гранями по отношению к оси структуры. Рис. 7 представляет схематический чертеж поперечного сечения структуры (проволоки). Квадратной сеткой обозначены кубические плоскости, ромбической — октаэдрические.

Рис. 7. Схематический разрез тянутой проволоки со структурой кубов с центрированными гранями.

Чтобы обобщить вышеприведенные факты, необходимо принять во внимание, что в структуре с центрированными кубами плоскость ромбического додекаэдра является наиболее плотною, т. е. наиболее густо усеяна атомами, в структуре же куба с центрированными гранями наиболее плотною оказывается плоскость октаэдра, следующей по плотности — плоскость куба. Имея это в виду, можно сказать, что въ волокнистыхъ структурах кристаллы располагаются перпендикулярно оси структуры своими наиболее плотными плоскостями.

Автор должен, однако же, заметить, что хотя этот вывод и отвечает фактам, но он не содержит в себе еще никакого механического объяснения этих фактов. В конце статьи читатель найдет такое объяснение и соответственно измененную формулировку общего закона.

Рис. 8. Рентгенограмма прессованного порошка индиго.

Опыт показал, что всякое механическое воздействие влияет на ориентировку кристаллов в их аггрегатах. Рис. 8 изображает рентгенограмму с прессованного порошка индиго. Неодинаковая яркость кругов по их окружности указывает на то, что среди кристалликов, ориентированных как попало, находятся и группы, ориентированные определенным образом.

Рис. 9.	Рис. 10.
Кристалл, вытянутый въ плоскую ленту, примыкающую с двух концов к хрупким кристаллам (увел. ок. 5 раз).

В высшей степени интересны опыты физика Гомперца (Е. v. Gomperz) над вытяжением приготовленных им кристаллов цинка, имеющих вид проволоки и названных им "тягучими проволоками". Будучи растянут по длине, такой цилиндрический кристалл вытягивается, прежде всего, в пластинку, ширина которой равна ширине кристалла. Такой деформированный кристалл изображен на двух фотограммах рис. 9 и 10. На первой — пластинка снята в ребро, и видно, как кристалл сплющился, на второй — мы смотрим перпендикулярно к пластинке, и это сплющивание заметно лишь по светотени. Получаемая при этом длина проволоки превосходит в 5—6 раз первоначальную длину. Такую лентообразную проволоку можно вытянуть и дальше, если только она не разорвется. При этом, однако же, уменьшается ширина пластинки, толщина же ее остается неизменной, и пластинка превращается в тонкую цилиндрическую проволоку. Рис. 11 изображает такую пластинку, вытянувшуюся по средине в цилиндрическую проволоку, так что видно, как ширина пластинки уменьшилась в несколько раз. Рис. 12 изображает такую же вытянутую пластинку, но в ребро, так что никакой разницы в толщине пластинки и проволоки не заметно Исследование таких пластинок рентгеновскими лучами показывает строение, схематически изображенное на рис. 13. Цинк кристаллизуется в гексагональной системе, а потому расположение атомов в его кристаллах может быть схематически изображено в виде шестигранных столбиков. В пластинке эти столбики располагаются почти перпендикулярно к плоскости пластинки, образуя угол с длиною пластинки в 72°—80° (угол 90°-µ на рис. 13). Одна из пар боковых граней столбиков располагается параллельно длине пластинки. В недеформированных кристаллах, разумеется, эти столбики расположены не поперек, а вдоль кристалла.

Рис. 11.	Рис. 12.
Пластинка, вытянутая в проволоку, примыкающую с двух концов к пластинке.

Таким образом, при растяжении кристалла решетка составляющих его атомов должна повертываться и принимать другое положение, задаваемое, очевидно, действующими на атомы силами деформации.

При вытяжении цинковой проволоки происходит то же самое, что и с отдельным кристаллом: кристаллики, составляющие массу вытягиваемого металла, повертываются и располагаются, как и в пластинках, поперек проволоки.

Рис. 13. Схема ориентировки кристаллической решетки в кристалле, растянутом в ленту. Кристалл рассматривается с плоской стороны. Справа продольный разрез, спереди разрез, перпендикулярный к осям отдельных призматических кристалликов.

До сих пор мы излагали содержание немецких работ пользуясь обзором Полании (Polanyi) в упомянутом юбилейном нумере журнала "Die Naturwiseenschaften". Теперь мы перейдем к русским работам, сделанным в последние годы.

Прежде всего, мы укажем на близость результатов работ физика Гомперца и академика А. Ф. Иоффе и М. В. Кирпичевой, несмотря, на различие материала и способов деформации. Эти физики исследовали, что будет с кристаллом, когда деформирующие его силы превзойдут предел упругости. Они наблюдали кристаллы каменной соли, изогнутые или сдавленные так, что они больше не приходили в прежнее состояние. С деформированного кристалла снималась рентгенограмма или же интерференционное явление в рентгеновском свете наблюдалось непосредственно на экране. Во всех случаях оказывалось, что такой "остаточно" деформированный кристалл распадается, не разрушаясь однако же, на мелкие кристаллики, ориентирующиеся так, что плоскость ромбического додекаэдра остается несмещенной. В этом случае с кристаллом каменной соли случается, в общем, то же самое, что и с кристаллом цинка у Гомперца. Из этих опытов получается, кроме других, один важный вывод. Когда О. Леман н открыл свои замечательные "жидкие" кристаллы, он хотел провести по возможности полную аналогию между ними и твердыми кристаллами. Этой аналогии мешало то обстоятельство, что в кристалле атомы расположены в постоянную "пространственную решетку", тогда как в жидкости такая решетка существовать не может, благодаря подвижности частиц жидкости. Желая устранить препятствие, Леманн пытался доказать, что решетка не может считаться для кристалла чем то существенным, так как остаточно деформированные кристаллы остаются кристаллами, а в то же время их решетка искажается и теряет все свое значение. По Леманну решетка может и совсем разрушиться, когда кристалл станет жидким. Следовательно, суть кристаллического строения заключается не в расположении частиц по пространственной решетке, а в свойствах самих частиц и в способности частиц влиять на ориентировку соседних частиц. Опыты Иоффе и Кирпичевой, а затем и Гомперца ясно показывают, что при остаточной деформации кристалл распадается, не разрушаясь, на собрание мелких кристалликов, но что в каждом из этих кристалликов есть своя определенная решетка. Заметим, что нет никакой принципиальной разницы между металлическими и неметаллическими веществами по отношению к рассматриваемым явлениям: хрупкая каменная соль становится тягучей и пластичной при достаточном нагревании, металлы из тягучих превращаются в хрупкие при достаточном охлаждении.

Другая русская работа имеет целью изучить ориентировку кристаллов в металлической пластинке — это работа Н. Е. Успенского и С. Т. Конобеевского, доложенная в заседаниях Московского Физического Общества имени П. Н. Лебедева 12 и 26 февраля и 30 апреля 1920 года и напечатанная в только что вышедшем выпуске "Научных известий", посвященном работам упомянутого Общества.

Особенность этой работы заключается в изящно построенной теории рентгенограмм волокнистых структур, которая рассматривается, как собрание кристалликов, повернутых около одной общей оси.

Одного из авторов работы, Н. Е. Успенского еще раньше интересовал вопрос о расположении пятен и полос в рентгенограмме, получаемой от вращающегося кристалла и, когда им были сделаны первые снимки с металлических пластинок, он увидал сходство обоих явлений и необходимость развить теорию таких рентгенограмм. Последнее было весьма обстоятельно выполнено С. Т. Конобеевским. Задача представляется в таком виде. Как мы уже видели, каждое пятно рентгенограммы является "зайчиком" от луча, отраженного на какой нибудь атомной плоскости кристалла. Если кристалл вращать около какой нибудь проходящей через него оси, то будут вращаться и отражающие плоскости, а "зайчики" будут описывать на фотографической пластинке кривые, которые запечатлеются на пластинке в виде полос.

Авторы исследовали тонкую фольгу из металлов платины (толщиной в 0,06 mm.), алюминия (0,2 mm.), меди (0,05 mm.) и железа (0,2 mm.) и пользовались трубками с платиновым вольфрамовым и родиевым антикатодами. Особенную пользу сослужила трубка с родиевым антикатодом, как "монохроматическая".

Вполне определенные результаты были получены для алюминия, меди и платины, железо же не дало достаточно простых рентгенограмм, которые позволили бы сделать какие либо выводы. Напомним, что по строению железо стоит отдельно от трех остальных металлов.

Исследуя алюминиевую пластинку, авторы нашли размер структуры этого металла, согласный с найденным Дебаем и Шеррером и пришли к заключению, что механическая обработка не влечет сколько нибудь заметной деформации пространственной решетки кристаллов.

Для комплексов составляющих пластинку кристаллов было найдено: 1) что осью вращения является направление [211], т. е. высота грани октаэдра; 2) что две из граней октаэдра расположены перпендикулярно к пластинке; 3) что одна из осей симметрии второго порядка, т. е. направление [110], перпендикулярна к пластинке; 4) что ось вращения кристалликов совпадает с направлением прокатки и б) что кристаллики повернуты около оси на ограниченный угол, вероятно, меньше 30°. Исследование меди и платины в общем дало те же результаты.

Вопрос о тех физических причинах, в силу которых кристаллики располагаются в известном порядке, равно как и вопрос о влиянии различных физических факторов (механических, термических и проч.) на это расположение авторами не был затронут и авторы делают следующий вывод чиcто геометрического характера: если расположить октаэдры по закону, имеющему силу для пластинок, то окажется, что они расположатся наиболее тесно друг около друга, т. е. наиболее экономно.

Мы должны с чувством удовлетворения отметить, что изложенные русские работы сделаны не только независимо от немецких, но даже раньше последних. Взаимно подтверждая друг друга, эти работы и взаимно друг друга дополняют. В немецких работах детально изучена структура проволок, кстати сказать, более простая, в русских — структура пластинок, более сложная. Полании в своем обзоре указывает, впрочем, что пластинками занимается Вейсенберг, констатировавший в своей еще не опубликованной работе бо́льшую сложность их строения, чем проволок и отсутствие в них настоящих осей вращения.

Как немецкие работы, так и русская работа Н. Е. Успенского и С. Т. Конобеевского не решают вопроса о связи положения кристаллов с внешними силами и ограничиваются лишь геометрической стороной явления. Из немецких работ остается неясным, почему перпендикулярно к оси проволоки располагаются наиболее плотные атомные плоскости, из русской работы неясно, почему в пластинке надо располагать октаэдры наиболее плотно, тем более, что ведь в кристаллической массе нет октаэдров, как таковых, а есть неправильно ограниченные зерна. Автор этой статьи позволяет себе высказать свои соображения по этим вопросам, тем более, что они ему кажутся очень простыми.

Положим, что мы растягиваем массу металла, действуя на нее силами, равными и противоположными. Эти силы действуют на каждый участок массы, не только перемещая, но и поворачивая группы частиц, связанных силами сцепления. Рис. 14 изображает две частицы А и В, на которые действует "пара сил", т. е. приложено по равной и противоположной силе. Будучи связаны силами сцепления, частицы составляют как бы стерженек АВ, поворачивающийся под действием сил и стремящийся стать вдоль линии их действия. Чем длиннее стерженек, тем больше будет, как говорят, момент сил, и тем легче силы его повернут. Таким образом, при вытягивании проволок, под влиянием растягивающих сил, частицы располагаются своими наибольшими расстояниями вдоль сил. Но кристаллография учит, что наибольшие расстояния между частицами расположены в кристаллах вышеизученных металлов перпендикулярно к наиболее плотным плоскостям. Отсюда становится понятно, почему эти плоскости располагаются перпендикулярно к оси структуры в проволоках.

Рис. 14.

В пластинках будет как раз наоборот. Пластинки получаются прокатыванием, при котором на поверхность пластинки оказывается давление. Тогда силы, приложенные к частицам А и В (рис. 14), направлены так, что они стремятся уложить стерженек АВ в плоскость пластинки и тем легче, чем он длиннее. Поэтому в плоскости пластинки расположатся наиболее длинные расстояния, а перпендикулярно к ней станет наиболее короткое. Кроме того, самыми длинными расстояниями частицы расположатся по направлению прокатки, так как с этим направлением совпадает сила наибольшего растяжения.

Все эти соображения как нельзя лучше оправдываются, как немецкими, так и русскими наблюдениями. Действительно, возьмем вольфрам, молибден и железо. Они построены по типу центрированного куба. Отдельный кубик этой структуры изображен на рис. 15. Из точки 0 проведены три главные расстояния между соседними атомами — ребро куба [100] ОВ, диагональ стороны [110] ОР и половина телесной диагонали [111] OQ. Эти расстояния относятся друг к другу следующим образом

Рис. 15.

Очевидно, что направление ОР, как самое длинное, расположится параллельно растягивающим силам, а плоскость (110), т. е. ABCD, к нему перпендикулярная, расположится перпендикулярно к силам, т. е. к длине проволоки.

Рис. 16 изображает структуру куба с центрированными гранями, характерную для меди, платины и алюминия. ABC и ABD — две октаэдрические плоскости (111), пересекающиеся по диагонали стороны куба [110]. DEFG — плоскость додекаэдра (110). Расстояние АН [111] является наиболее длинным, АЕ [100] (ребро куба) короче, расстояние AF (110) еще короче. Отношение их будет

Естественно, что кристаллики расположатся направлением АН по оси проволоки, а перпендикулярной ему октаэдрическою плоскостью перпендикулярно оси. Но тут расстояние АЕ еще достаточно велико по сравнению с AF, а потому могут оказаться в структуре и кристаллики, в которых ребро куба [100] будет параллельно оси структуры, что и наблюдается на самом деле.

Рис. 16.

В пластинках из металлов этой структуры самое короткое направление AF [110] должно стать перпендикулярно к плоскости пластинки, а вместе с ним и две плоскости октаэдра ABC и ABD станут к ней перпендикулярно. Наиболее длинным расстоянием будет диагональ прямоугольника EFGD, т. е. направление [211]. Оно, как показала работа Н. Е. Успенского и С. Т. Конобеевского, и ляжет параллельно направлению прокатки.

Неопределенность рентгенограмм железных пластинок можно очень просто объяснить большой симметрией плоскости (111), перпендикулярной к наиболее короткому направлению: в этой плоскости лежат шесть направлений [211],образующие между собою углы в 60°. Очевидно, что при таких условиях ориентировка кристалликов в плоскости пластинки не может быть так же определенна, как для структуры куба с центрированными гранями, при которой в плоскости пластинки лежат лишь четыре направления [211], образующие прямые углы. При этом, одно из них совпадает с направлением прокатки, другое с перпендикулярным к нему направлением, которое тоже является одним из главных направлений растяжения.

Все описанные опыты раскрывают одно удивительное свойство твердых тел. Что частицы их подвижны и могут смещаться под действием достаточно больших сил, это было известно и раньше. Текучесть свинца под большим давлением наблюдалась давно. Эти наблюдения были положены в основание объяснения смещений больших масс земной коры под давлением выше лежащих пластов, и они нашли себе применение в геологии. Однако же, только рентгеновские лучи позволили нам подсмотреть одну важную особенность этой текучести твердых тел — она никогда не расстраивает изумительно правильной архитектуры кристаллического вещества.