Фазовые превращения I и II рода

Кристаллизация металлов и их фазовые превращения в твердом состоянии

Фазовые превращения I и II рода

Фазовые превращения в металлических материалах подразделяются на превращения первого и второго рода. В чистых металлах при фазовых переходах I рода энтальпия (теплосодержание) Н и удельный объем изменяются скачками при температуре перехода Т_п. Разницу в энтальпии двух фаз ΔН при температуре перехода называют теплотой фазового превращения. К фазовым переходам I рода в металлах относятся плавление, кристаллизация и полиморфные превращения. При фазовых переходах II рода скачкообразного изменения энтальпии и удельного объема в точке перехода не наблюдается (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Изменение энтальпии от температуры при фазовых превращениях I (а) и II (б) рода.

К фазовому переходу II рода в металлах относится магнитное превращение. Происходит переход при нагревании из ферромагнитного состояния в парамагнитноеи обратный переход при охлаждении. Температуру превращения в этом случае называют точкой θ_с Кюри. При переходе через точку Кюри тип кристаллической решетки не меняется. Выше температуры Кюри у парамагнетика в отсутствие внешнего магнитного поля собственные магнитные моменты атомов имеют хаотичную пространственную ориентацию. Переходчерез точку Кюри во время охлаждения означает возникновение в кристалле ферромагнитных доменов – областей самопроизвольной намагниченности, внутри которых и при отсутствии внешнего магнитного поля собственные магнитные моменты атомов имеют одинаковую пространственную ориентацию (благодаря действию сил обменного взаимодействия квантовой природы). При нагревании ферромагнетика усиливающееся тепловое движение атомовпостепенно размывает магнитный порядок (взаимную параллельность магнитных моментов атомов), и в точке Кюри самопроизвольная намагниченность исчезает: ферромагнетик становится парамагнетиком. С повышением температуры самопроизвольная намагниченность плавно падает, причем с приближением к точке Кюри это падение усиливается. Рассмотренное магнитное превращение происходит в железе, никеле, кобальте и некоторых редкоземельных металлах. Поскольку магнитное превращение не связано с диффузионными перемещениями атомов, то температура Кюри не зависит от скорости охлаждения (и нагревания), в то время как температура начала кристаллизации и полиморфных превращений могут сильно снижаться с увеличением скорости охлаждения.