Поліморфні перетворення

Багато металів, в залежності від температури, можуть існувати в різних кристалічних формах (модифікаціях). У результаті поліморфного перетворення атоми кристалічного тіла, що мають гратки одного типу, перебудовуються, утворюючи кристалічні гратки іншого типу. Поліморфну модифікацію, стійку при низькій температурі, прийнято позначати буквою α, при більш високій - β, потім - γ тощо.

Відомі такі поліморфні перетворення: Fe_α↔Fe_γ, Co_α↔Co_β, Ti_α↔Ti_β, Sn_α↔Sn_β,

Мn_α↔Мn_β↔Мn_γ↔Мn_δ. Метали Сa, Li, Nа, Сs, Sr, V і велике число рідкоземельних металів також мають модифікації. Поліморфне перетворення протікає в тому випадку, якщо при даній температурі може існувати метал з іншою кристалічною граткою і меншим рівнем вільної енергії. Н рис.2.6. наведена температурна залежність вільних енергій α-Fe, γ-Fe, а на рис.2.7. – крива охолодження чистого заліза. З рис.2.6 видно, що в інтервалі температур 911…1392 ^оС стійким є γ-залізо (Fe_γ) (К12), яке має меншу вільну енергію, ніж α-залізо (Fe_α), а при температурах нижче 911 і вище 1392 °С стійким є α-залізо (Fe_α) (К8), тому що його вільна енергія менша, ніж γ-залізо (Fe_γ).

Перехід чистого металу з однієї поліморфної модифікації в іншу відбувається при постійній температурі (при критичній точці) (рис.2.7) і супроводжується виділенням тепла (якщо перетворення йде при охолодженні) чи його поглинанні (при нагріванні).

Як і при кристалізації з рідкої фази, для того щоб поліморфне перетворення відбувалося, потрібно деяке переохолодження (або перенагрівання) відносно рівноважної температури – для того, щоб виникла різниця вільних енергій між вихідною і новою модифікаціями. В твердому металі, на відміну від рідкого, можна досягнути великих ступенів переохолодження. Поліморфне перетворення за своїм механізмом - кристалізаційний процес і здійснюється шляхом утворення зародків і наступного їхнього зростання. Зародки нової модифікації найчастіше виникають на межах зерна вихідних кристалітів або в зонах з підвищеним рівнем вільної енергії. Кристали, що знову утворюються, закономірно орієнтовані відносно кристалів вихідної модифікації.

Рис.2.6. Температурна залежність енергії Рис.2.7. Крива охолодження

Гіббса поліморфних модифікацій заліза. чистого заліза.

У результаті поліморфного перетворення утворюються нові кристалічні зерна, які мають інший розмір і форму. Тому таке перетворення називають перекристалізацією. Якщо нагрівання металу проведено до температури, що трохи перевищує температуру поліморфного перетворення (критичної точки), утворюється дуже дрібне зерно. Це використовують для подрібнення великого зерна, отриманого при кристалізації з рідкого стану чи попереднього нагрівання до високих температур. Поліморфні перетворення відбуваються не тільки в чистих металах, але й у сплавах.

Поліморфне перетворення супроводжується стрибкоподібною зміною властивостей металів і сплавів: питомого об’єму, теплоємності, теплопровідності, електропровідності, магнітних, механічних і хімічних тощо.

Дата добавления: 2014-01-07