Аллотропических модификаций

Рис. 37. Кривые охлаждения и нагрева металла, имеющего аллотропические превращения

Аллотропические превращения различных металлов имеют свои особенности.

При вторичной 'Кристаллизации, вследствие изменения растворимости с изменением температуры выделяются вторичные кристаллы. Вторичная кристаллизация наблюдается и в том случае, если хотя бы один из компонентов претерпевает аллотропические превращения. Таким образом, превращения в твердом состоянии наблюдаются во всех тех случаях, при которых

Для обработки по второй, третьей и четвертой группам в сплаве должны происходить фазовые превращения в твердом состоянии, т. е. при нагреве должны происходить или существенные изменения растворимости, или аллотропические превращения.

Главные источники АЭ — процессы пластической деформации, связанные с появлением, движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки, возникновением и развитием микро- и макротрещин; трение (в том числе «берегов» трещины друг о друга); фазовые (например, аллотропические) превращения в твердом теле. Эмиссия проявляется в виде отдельных акустических импульсов. Объясним это на примере механических разрушений.

Аллотропические превращения кристаллической решетки в твердом состоянии сопровождаются сигналами АЭ большой интенсивности при мартенситном превращении. Такое превращение происходит при охлаждении ниже точки перекристаллизации, в небольших объемах, путем небольшого перемещения атомов в решетке. Появляющаяся фаза имеет больший объем, чем исходная.

В некоторых материалах (железо, титан) могут происходить аллотропические превращения, т. е. изменение строения кристаллической решетки (см. § 1.2, а также кн. 1 данной серии). В результате внутри первичного зерна появляются более мелкие вто-

Наиболее характерным пассивным методом, использующим бегущие волны, является акустико-эмиссионный метод (рис. 21, е). При акустической эмиссии упругие волны излучаются самим материалом в результате внутренней динамической локальной перестройки его структуры. Такие явления, как возникновение и развитие трещин, аллотропические превращения, движение скоплений дислокаций, — наиболее характерные источники акустической эмиссии. Контактирующие с изделием пьезопреобразова-тели принимают упругие волны и позволяют установить место их источника (дефекта).

Переходя к пассивным акустическим методам контроля, отметим акустико-эмиссионный метод, при котором используют бегущие волны (рис. 2.5, г). Этот метод основан на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии, возникающих в результате динамической локальной перестройки объекта контроля. Такие явления, как возникновение и рост трещин, аллотропические превращения, движение скоплений дислокаций — наиболее характерные источники волн акустической эмиссии. Контактирующие с изделием пьезопреобразователи, принимающие упругие волны, позволяют установить наличие источника эмиссии, а при обработке сигналов от нескольких преобразователей — и расположение источника.

Аллотропические превращения — Тепловой эффект— Таблицы 1 (1-я) — 374

-— железные чистые — Аллотропические превращения 3 — 320; Химический состав 3 — 319

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют ь... температурный интервал существования его аллотропических модификаций, т. е. сдвигают точки Л3 и Л4 по температурной шкале.

ванную решетку, близкую по параметрам к гранецентрированной решетке Fe у. Это обстоятельство обусловливает возможность образования непрерывного твердого раствора между Fe^ и Mnv . Если не рассматривать превращение в сплавах, богатых марганцем, особенности которого обусловлены наличием четырех аллотропических модификаций марганца, то в остальной части диаграмма Fe—Mn аналогична диаграмме Fe—Ni.

Если основа жаропрочного сплава имеет несколько аллотропических модификаций, то существенное значение приобретает получение основы модификации с более высокой температурой рекристаллизации. Известно, что сплав с гранецентри-рованной кубической решеткой (К12) обладает более высокой температурой рекристаллизации, чем сплав, близкий по составу с объемноцентрированной кубической решеткой (К8), т. е. аустенитная структура обладает большей жаропрочностью, чем ферритная. По-видимому, это связано с большой плотностью гранецентрированной решетки. В соответствии с этим сплавы на основе Tia (решетка Г12) являются более жаропрочными, чем сплавы на основе Tip (решетка К8).

Плутоний. Плутоний, несмотря на низкую температуру плавления (640°С), имеет шесть аллотропических модификаций, устойчивых в следующих температурных интервалах: ниже Н9°С (а); 119—218°С (р); 218— 310 С (у); :ЯО-450°С (6); 450—472°С (\\)\ 472--640°С (е).

Плутоний — единственный металл, который имеет так много аллотропических модификаций.

1,43 А. Алюминий не имеет аллотропических модификаций, обладает высокой теплопроводностью, электропроводностью и очень высокой скрытой теплотой плавления.

Центры кристаллизации новой фазы самопроизвольно зарождаются с заметной скоростью только при определенном значительном переохлаждении, что также связано с объемными изменениями при превращении и с необходимостью совершить работу против упругих сил и работу пластической деформации в момент образования зародыша, даже если он возникает на поверхности образца. Для возможности превращения необходимо выполнение условия ДФ > Е, где Е — упругая энергия и работа пластической деформации, связанная с образованием зародыша полиморфной модификации (отнесенная к грамм-атому металла); ДФ — разность свободных энергий исходной и образующейся аллотропических модификаций; ДФ = L&T/TS (L — скрытая теплота превращения; ДГ -— переохлаждение; Ts — температура равновесия фаз). Из этого условия следует, что температура переохлаждения, при которой могут возникать зародыши новой фазы, должна превышать ДГ0 = ETJL.

Для чистого железа характерно наличие двух аллотропических модификаций:

Пример 1. Смесь из п компонентов с приблизительно равными коэффициентами поглощения В этом случае относительная интенсивность линии определяемого компонента также пропорциональна его содержанию в смеси. Рассматриваемый метод применим к смесям феррита и аустенита, различных аллотропических модификаций элементов и соединений и т. п.

Сера S (Sulfur) В свободном состоянии— желтые кристаллы; возможны несколько аллотропических модификаций. Распространенность в земной коре 0,05°/».

Селен Se (Selenium). Существует в ь'иде нескольких аллотропических модификаций. Наиболее устойчива твердая серая кристаллическая модификация, весьма хрупкая. Распространенность в земной коре 6-10-'%. 1пл = 217° С, ^„„=680° С; плотность 4,80. В природе рассеян, встречается в виде селенидов различных металлов вместе с серой. В химическом отношении является металлоидом.