з) Полиморфные превращения в металлах
Канал "Металлург" вновь приветствует всех подписчиков и гостей! Сегодня мы завершаем раздел 1 - Особенности кристаллического строения металлов.
Заключительная подтема раздела I - полиморфные превращения в металлах.
В ряде случаев при изменении температуры или давления может оказаться, что для одного и того же металла более устойчивой будет другая решетка, чем та, которая существует при данной температуре или давлении.
Так, например, существует железо с решетками объемно-центрированного и гранецентрированного кубов, обнаружен кобальт с гранецентрированной и с гексагональной решетками.
Существование одного и того же металла (вещества) в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии.
Различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными или аллотропическими модификациями (Аллотропические формы обозначаются греческими буквами, и т.д., которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая форма при самой низкой температуре, обозначается буквой, следующая - и т. д).
Явление полиморфизма основано на едином законе об устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии. Запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур более устойчивой является одна модификация, а в другом – другая.
Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.
Представителями полиморфных превращений служат железо и титан.
При нормальном состоянии при комнатной температуре железо имеет решетку ОЦК. (ά-Fe). При нагреве металла до температуры 911°С, атомы решетки начинают перестраиваться в новую модификацию и формируется решетка ГЦК (β-Fe). Если железо нагревать далее, то при температуре 1399°С атомы решетки снова перестраиваются и получается δ-Fe с решеткой ОЦК, которая существует вплоть до расплавления металла.
Титан также имеет не постоянную кристаллическую решетку. До температуры 882°С ά-Ti имеет решѐтку ГПУ, а при достижении данной температуры атомы перемещаются и выстраиваются в решетку ОЦК, такой титан принято называть β – Ti.
Такая особенность металлов существенно влияет на структурообразование и механические свойства в процессе термической обработки или горячей деформации. Поэтому при выборе режимов термической обработки или горячей деформации температуру нагрева назначают выше критической температуры полиморфного превращения.
Механизм роста кристаллов новой фазы может быть нормальным кристаллизационным и мартенситным. Нормальный механизм роста – это зарождение новой фазы на границах зерен, блоков, фрагментов при малых степенях переохлаждения (Sn Sn).
Мартенситный механизм реализуется при низких температурах и большой степени переохлаждения, при малой диффузионной подвижности атомов путем их сдвига (смещения) по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям. Новая фаза имеет форму игл и растет очень быстро (Co Co).
Аллотропическое превращение сопровождается изменением свойств, объема и появлением внутренних напряжений.
Сегодня мы завершили разбор раздела I - особенности кристаллического строения металлов. Спасибо всем за проявленное внимание к нашему каналу!
❗Больше информации о материаловедении и металлургии на канале "Металлург" ❗