Концы разорванной стальной полосы не срастаются вновь, если их приложить друг к другу. Почему же, разогрев докрасна две полосы стали, кузнец может прочно соединить их ударами молота?

Для того чтобы понять, почему разогретые стальные полосы могут быть прочно соединены ударами молота, нужно рассмотреть несколько физических явлений и процессов, которые происходят при нагреве и ковке металлов. Это включает в себя понятие кристаллической структуры металлов, диффузию, пластичность, адгезию и термодинамические условия.

1. Кристаллическая структура металлов
   Металлы, такие как сталь, состоят из кристаллической решётки атомов. В обычных условиях в металлических изделиях присутствуют границы между кристаллами (зернами), микроскопические дефекты, окислительные слои и загрязнения, которые препятствуют образованию прочной связи между двумя металлическими поверхностями. Когда два куска стали просто прижимаются друг к другу при комнатной температуре, между ними остаются пустоты, а атомы на поверхностях не могут взаимодействовать, потому что они отделены загрязнениями и воздушным зазором.

2. Нагревание до красного каления
   При нагревании металла до температуры красного каления (примерно 700−900 °C для стали) происходят следующие изменения:

   • Атомы в кристаллической решётке начинают вибрировать с большей амплитудой, что ослабляет связи внутри материала. Металл становится более пластичным, то есть легче деформируется под воздействием внешних сил.
   • Загрязнения на поверхности металла могут частично испариться или разрушиться под действием температуры, что позволяет более чистой металлической основе выйти на поверхность.
   • На поверхности металла начинается формирование оксидной плёнки, но при высоких температурах её структура становится хрупкой, и она может быть разрушена ударами молота.

3. Пластичность металла
   Нагретый металл становится пластичным, что позволяет его форму легко изменять под действием внешних сил. Это свойство крайне важно для процесса ковки. Когда кузнец бьёт молотом по разогретой стали, молекулы металла смещаются, ломаются границы зерен и дефекты, и происходит "сваривание" поверхности.

4. Диффузия атомов
   Диффузия — это процесс перемещения атомов внутри вещества под действием тепловой энергии. При высоких температурах атомы на поверхности двух разогретых металлических частей начинают диффундировать (перемещаться) друг в друга. Если две поверхности стали плотно прижаты друг к другу под действием ударов молота, атомы начинают "переползать" из одной части в другую, создавая соединение на атомарном уровне. Это приводит к тому, что две части металла сливаются в одно целое.

5. Адгезия и разрушение оксида
   Когда кузнец бьёт молотом, удары разрушают оксидные слои и загрязнения на поверхности металла. Это позволяет чистым металлическим атомам соприкасаться друг с другом. При этом под высоким давлением атомы на поверхности начинают взаимодействовать, образуя прочные металлические связи.

6. Условия для "сваривания"
   Для того чтобы разогретые стальные полосы прочно соединились, важно выполнение следующих условий:

   • Металл должен быть нагрет до температуры, при которой он становится пластичным, но ещё не начинает плавиться.
   • Поверхности металла должны быть очищены от загрязнений и оксидов (что достигается ударами молота).
   • На полосы должно быть приложено достаточное давление, чтобы атомы на поверхности могли вступить в контакт.

Таким образом, ударами молота кузнец создаёт условия, при которых атомы разогретой стали могут "проникать" друг в друга, образуя монолитное соединение. Этот процесс называется ковочной сваркой, и он основан на физико−химических принципах взаимодействия атомов и структурных изменений в металле.