Поліморфні перетворення

Кристалізація металів

Кристалізація – це перехід металу з рідкого стану в твердий. В рідкому стані атоми металу знаходяться в безперервному русі і при охолодженні займають певний порядок. Кристалізація починається при зниженні температури розплаву до певного значення.

Кристалізація відбувається в дві стадії:

- утворення зародків кристалізації;

- ріст кристалів навколо цих зародків.

Ріст кристалів відбувається за рахунок приєднання до зародків нових атомів. На початку кристалізації кристали ростуть вільно, зберігаючи правильну геометричну форму. Розмірі кристалів збільшується, як збільшується і кількість зародків. Вільний ріст кристалів триває до моменту стикування з сусідніми кристалами. У місцях стикання ріст кристалів припиняється і продовжується там, де є вільний доступ рідкого металу. В результаті геометрична форма кристалів спотворюється. Такі кристали називаються кристалітами або зернами.

Дефекти геометричної форми кристалів та збільшення розмірів зерен негативно впливає на властивості металу. Кращі властивості мають метали, під час кристалізації яких виникає якомога більша кількість зародків кристалізації. Тоді метал буде мати дрібнозернисту структуру.

Кількість зерен буде збільшуватись і вони будуть дрібнішими, якщо до рідкого металу перед початком кристалізації ввести дрібні тугоплавкі частинки нітридів, карбидів і силіцидів металів. Таке введення штучних центрів кристалізації називається модифікацією сплаву чи металу.

Поліморфним перетворенням називають зміну кристалі­чної будови залежно від температури та тиску. Перехід до ново­го типу кристалічної гратки супроводжується зменшенням ві­льної енергії кристалів, що утворюються, порівняно з вихідни­ми кристалами. Велике практичне значення має температур­ний поліморфізм, тобто наявність у металі різної кристалічної будови в інтервалі певних температур. На кривих охолодження поліморфному перетворенню відповідає горизонтальний відрі­зок сталої температури, завдяки виділенню прихованої теплоти перекристалізації. Близько 30 металів мають два, а іноді й три різні типи елементарних кристалічних граток. Кристалічну будову, стійку при низьких температурах, позначають грець­кою літерою α, при високих температурах — літерою β, при ще вищих — літерою γ і т. д. Перелічені грецькі літери у вигляді індексів долу-чають до символу хімічного елемента (наприклад, Fe_α, Fе_γ, Ті_α, Ті_β, Sn_α, Sn_β). У рівноважному стані залізо має дві температури поліморфного перет-

ворення: 911 і 1392 °С. Воно кри-сталізується при температурі 1539°С з утворенням кристаліч- ної гратки об’ємноцентрованого куба Fe_α. При температурі 1392 °С вна­слідок вторинної кристалізації об'ємноцентрована гратка Fe_α пере-ходить у гранецентровану Fе_γ, а при 911°С — знову в об'ємноцен-тровану гратку Fe_α. Критична температура 768 °С не пов’язана з вторинною кристалізацією, а лише зі змінами в міжелектронній взаємодії, внаслідок чого залізо під час охолодження набуває магніт-них властивостей. При температу-рах, вищих за 768 °С, залізо немагнітне.

Зміна типу кристалічної будо-

Рис. 1.3. Крива охолодження заліза ви у твердому стані відбувається

шляхом зародження центрів нових кристалів і подальшо­го їх росту. Такий процес іноді називають вторинною криста­лізацією на відміну від кристалізації первинної, що відбуваєть­ся у рідині. Під час вторинної кристалізації зародки нових кри­сталів найчастіше виникають на границях зерен старих криста­лів.

Дата добавления: 2014-01-04