Полиморфные превращения

Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии. Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные модификации обозначаются греческими буквами а, р, у и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента. Полиморфную модификацию при самой низкой температуре обозначают буквой а, при более высокой (5 и т, д.

Вновь образующиеся полиморфные модификации являются следствием возникновения центров кристаллизации и роста крис-таллов, подобно кристаллизации из жидкого состояния. При полиморфном превращении в твердом состоянии элементы склонны к переохлаждению. Зависимости характеристик от степени переохлаждения для полиморфных модификаций те же, что и для кристаллизации из жидкого состояния.

Как было указано ранее, существуют две полиморфные модификации Ti: низкотемпературная модификация а (до 882° С) с кристаллической решеткой Г12 и высокотемпературная модификация (3 (с 882° С до температуры плавления) с решеткой К8.

ЖЕЛЕЗО - хим. элемент, символ Fe (лат. Ferrum), ат. н. 26, ат. м. 55,847. Блестящий серебристо-белый металл; образует полиморфные модификации, к-рые различаются по кри-сталлич. структуре или по магн. св-вам. При обычной темп-ре вплоть до 769 "С устойчиво ферромагнитное a-Fe; плотн. 7874 кг/м3. При 769 °С (точка Кюри) Ж. становится парамагнитным (p-Fe), это состояние устойчиво вплоть до 917 °С. В интервале 917-1394 °С существует y-Fe, выше 1394 °С - 5-Fe; tnn 1535 °С. Ж. пластично, легко куётся, поддаётся прокатке, штамповке и волочению. На воздухе легко окисляется - покрывается рыхлой ржавчиной. Способ-

Полиморфные модификации обозначают буквами греческого алфавита а, р, у, 8 и т.д. Модификацию, устойчивую при более низкой температуре, обозначают а, при более высокой - р, затем у и т.д. Температурным полиморфизмом обладают около тридцати металлов, например: марганец ( а-Мп, р-Мп, у-Mn, 8-Мп), титан (a-Ti, P-T), кобальт (a-Со, Р-Со), олово (a-Sn, p-Sn) и др. Часть металлов не имеют полиморфных превращений, например: № (ГЦК), Аи (ГЦК), Ag (ЩК), Pt (ГЦК), Си (ГЦК), Zn (ГПУ).

В середине восьмидесятых годов открыта третья форма углерода в виде замкнутых сферических или сфероидальных молекул, состоящих из пяти-и шестиугольников - фуллерены. В зависимости от количества объединенных атомов углерода существуют фуллерены С28...С9во Наиболее стабильными являются молекулы Qo и Сто Полиморфные модификации углерода приведены на рис.4.

Рис.4. Полиморфные модификации углерода: а - графит; б - алмаз; в - фуллерен С«> ском, температурном и химическом воздействии.

Компонентами данной системы являются железо и углерод. Железо -металл серебристо-белого цвета, атомный номер 26, атомный вес 55,85. атомный радиус 1,27 А°, температура плавления 1539 С, плотность 7,86 г/см". Железо обладает невысокой твердостью и прочностью: НВ80. ов = 250 МПа, 5 = 50%, ф = 80%; имеет три полиморфные модификации Fea, Fe» и Fes

Полиморфизмом называется существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах (модификациях). Таким образом, при полиморфном превращении изменяется расположение атомов в кристалле, т. е. изменяется тип кристаллической решетки. Полиморфное превращение — обратимый процесс; он происходит как при нагреве, так и при охлаждении твердого тела. Полиморфные формы вещества обозначаются греческими буквами, причем а указывает на модификацию, устойчивую при температуре 20° С, а высокотемпературные модификации (в порядке возрастания температуры) обозначаются соответственно буквами (J, у, д и т. д. Полиморфизм присущ многим металлам, а также наблюдается и у некоторых химических соединений (SiO2, ZrO2 и др.). Полиморфные модификации некоторых металлов приведены в табл. 7.

Так как полиморфные модификации вещества отличаются внутренней структурой, то свойства их различны. Полиморфное превращение часто наблюдается и в сплавах на основе указанных выше металлов. Явление полиморфизма имеет большое практическое значение при обработке металлов и сплавов, например для сплавов железа с углеродом.

Полиморфные модификации некоторых металлов

9. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Даже в том простейшем случае, когда компоненты сплава не образуют твердых растворов и химических соединений, диаграмма тройной системы уже является довольно сложной. Диаграмма тройных сплавов, в которых компоненты образуют ограниченные твердые растворы, или в которых происходят полиморфные превращения, значительно более сложны для графического изображения.

Мартенситное превращение, т. е. превращение, характеризуемое двумя особенностями — бездиффузионностью и ориентированностью (см. выше стр. 000), обнаружено у многих (практически у всех полиморфных) металлов и их сплавов (титана, циркония, кобальта, натрия, теллура, ртути, лития и их сплавов), а также в системах Си—Sn, Си—Zn, Си—А1 и др., имеющих полиморфные превращения твердых растворов.

Для общей оценки влияния легирующих элементов на титан важно установить, как они влияют на полиморфные превращения титана и какие химические соединения они с ними образуют (т. е. относятся ли они к группе [А, 1Б, ПА или ПБ). Ответ на эти вопросы дают двойные диаграммы состояния титан — легирующий элемент, представленные на рис. 374 в виде клас-сн'Ьнкационной схемы.

Основой процессов термической обработки является полиморфизм железа и его твердых растворов на базе а- и -у-железа. Полиморфные превращения стали данного состава происходят в определенном интервале температур, ограниченном нижней А1 и верхними Л3 и Ат критическими точками.

3. Полиморфные превращения ..................... 10

3. Полиморфные превращения

Известны полиморфные превращения Fea =*=* Fev, Со„ +* Сор, Tia =F± Tip, Sna ч=ь Srip, Mnu =pt Mnp ч± Mnv -ft Mne. Металлы Са, Li, Na, Cs, Sr, Те, Zr, V и большое число редкоземельных металлов также имеют модификации. Полиморфное превращение протекает в том случае, если при данной температуре может существовать металл с иной кристаллической решеткой и меньшим уровнем свободной энергии.

щения образуются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму. Поэтому такое превращение также называют перекристаллизацией. Если нагрев металла проведен до температуры, немного превышающей температуру полиморфного превращения (критической точки), получается очень мелкое зерно. Это используют для измельчения крупного зерна, полученного при кристаллизации из жидкого состояния или предварительном нагреве до высоких температур. Полиморфные превращения происходят не только в чистых металлах, но и в сплавах.

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения.

Полиморфные превращения имеют место в промышленных сплавах на основе железа, титана и др.