3.5. Полиморфные превращения

Некоторые металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах – разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются в решетку другого типа.

Для обозначения полиморфных модификаций используются буквы греческого алфавита: устойчивую при более низкой температуре полиморфную модификацию принято обозначать буквой α, более высокой – β, далее γ и т.п.

Известны полиморфные превращения для металлов: Fe_α ↔ Fe_γ, Ti_α ↔ Ti_β, Mn_α ↔ Mn_β ↔ Mn_γ ↔ Mn_δ, Sn_α ↔ Sn_β, а также Ca, Li, Te, Na, Cs, Zr, большого числа редкоземельных металлов и др.

Как и при кристаллизации из жидкой фазы, полиморфное превращение протекает только при переохлаждении или перегреве относительно равновесной температуры и возникновения разности свободных энергий между исходной и образующейся модификациями. При данном превращении в отличие от кристаллизации из жидкой фазы возможно достижение очень больших степеней переохлаждения. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных фаз.

Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств материала: теплопроводности, электропроводности, магнитных, химических и механических свойств и др.

Контрольные вопросы

1. Что такое кристаллизация? Какое условие необходимо для протекания процесса кристаллизации?

2. Когда процесс кристаллизации протекает быстрее: при небольшой, большой или очень большой степени переохлаждения?

3. Чем отличается гомогенное образование зародышей от гетерогенного?

4. Как можно получить мелкое зерно в литом металле?

5. Каково строение кристаллического слитка?

6. Что такое модифицирование? С какой целью его применяют?

7. Что такое полиморфное превращение? Приведите примеры.

8. Каковы необходимые условия для протекания полиморфного превращения?

Глава 4. Наклеп и рекристаллизация

4.1. Влияние деформации на металл

Деформация - это изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Деформация вызывается действием внешних сил, приложенных к телу, или различными физико-механическими процессами, происходящими в самом теле.

Различают два вида деформации: упругую и пластическую. Деформация, которая исчезает после снятия нагрузки, называется упругой. Деформация, которая остается после снятия нагрузки, называется пластической. В процессе пластической деформации атомы кристаллической решетки смещаются на большие расстояния, чем при упругой деформации, причем это смещение становится необратимым, т.е. после снятия нагрузки в результате пластической деформации размеры и форма тела изменяются.

После снятия внешней нагрузки в теле могут остаться внутренние напряжения. Существует следующая классификация внутренних напряжений:

– внутренние напряжения первого рода (макроскопические напряжения, т.е. напряжения, возникающие между крупными частями тела);

– внутренние напряжения второго рода (микроскопические напряжения, т.е. напряжения, возникающие между смежными зернами или внутри зерен);

– внутренние напряжения третьего рода (субмикроскопические напряжения, т.е. напряжения, возникающие внутри объема, охватывающего несколько ячеек кристаллической решетки).

При достаточно высоких напряжениях деформация может завершиться разрушением тела. Под разрушением понимается процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящих к разделению его на части.