Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм

Атомы данного элемента могут образовать, если исходить только из геометрических соображений, любую кристаллическую решетку. Однако устойчивым, а следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.

Так, разные металлы образуют разные виды кристаллической решетки:

- Li, Na, K, Mo, W – ОЦК;

- Al, Ca, Cu, Au, Pt – ГЦК;

- Mg, Zr, Hf, осмий – ГПУ.

Однако 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 a, b, g и т.д., которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая форма при самой низкой температуре, обозначается буквой a, следующая - b 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.

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_a «Sn_b).

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_a «Co_b). Аллотропическое превращение сопровождается изменением свойств, объема и появлением внутренних напряжений.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ.

1. Что такое конструкционный материал? Каким требованиям он должен удовлетворять?

2. Классификация конструкционных материалов. Краткая характеристика каждой группы материалов.

3. В чем принципиальное отличие кристаллических и аморфных материалов?

4. Характерные свойства металлов. Чем они обусловлены?

5. Кристаллическое строение металлов. Что такое: а) поликристалл? б) кристаллическая решетка? в) элементарная кристаллическая ячейка?

6. Почему атомы в кристаллической решетке расположены на строго определенном расстоянии?

7. Какие типы кристаллических решеток встречаются у металлов? Параметры этих решеток.

8. Что такое координационное число? Коэффициент компактности?

9. Явление полиморфизма металлов. Примеры.

10. Анизотропия свойств кристаллов.

11. Почему поликристалл не является анизотропным?

12. По какому признаку классифицируются дефекты кристаллического строения?

13. Точечные дефекты. Понятие вакансии, межузельного и примесногоатома.

14. Линейные дефекты. Что такое краевая и винтовая дислокация?

15. Как характеризуется количество дислокаций в металле? В каких единицах измеряется плотность дислокаций?

16. Какие дефекты относятся к поверхностным?

17. Какие дефекты относятся к объемным?

18. Движущая сила самопроизвольной кристаллизации.

19. Что такое теоретическая температура кристаллизации? Степень переохлаждения?

20. Почему на кривой охлаждения металлов при кристаллизации образуется горизонтальная площадка?

21. Какая зависимость существует между скоростью охлаждения и степенью переохлаждения?

22. Механизм процесса кристаллизации.

23. Как зависит скорость зарождения центров кристаллизации от степени переохлаждения? (Знать, как выглядит график.)

24. Что произойдет, если степень переохлаждения DТ ®0? DТ®¥?

25. Что такое “ аморфный металл ”? Каковы условия его получения?

26. Строение слитка: из каких зон состоит, условия образования каждой зоны.

27. Что такое транскристаллизация?

28. Что такое дендрит, схема его строения.

29. Несамопроизвольнаякристаллизация. Понятие модифицирования.

ТЕМА 2. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Дата добавления: 2014-01-07