Кристаллическая структура полиморфных металлов

Переход металла из одной полиморфной модификации в другую в условиях равновесия протекает при постоянной температуре и сопровождается выделением тепла, если превращение идет при охлаждении, и поглощением тепла – при нагреве. На кривых охлаждения и нагрева переход из одного состояния в другой характеризуется остановкой (для чистых металлов) или изменением характера кривой (для сплавов).

Рассмотрим явление полиморфизма на примере железа (рис. 1.16). Железо имеет две температуры полиморфного превращения – 1392 ºС и 911 ºС:

при t < 1392 ºС Fe_δ(α) → Fe_γ; ОЦК → ГЦК,

при t < 911 ºС Fe_γ → Fe_α; ГЦК → ОЦК.

При температуре 768 ºС получается остановка на кривой охлаждения, связанная не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств. Железо отличается специфическими магнитными свойствами. Эти свойства называются ферромагнитными. При нагреве ферромагнитные свойства постепенно теряются. П. Кюри показал, что полная потеря ферромагнитных свойств получается при определенной температуре, названной впоследствии точкой Кюри. Выше 768 ºС железо немагнитно (немагнитное железо Fe_α иногда называют Fe_β), ниже 768 ºС железо ферромагнитно.

Рис. 1.16. Кривая охлаждения железа

При магнитных превращениях происходит изменение не в кристаллической структуре металла, а во взаимодействии внешних и внутренних электронных оболочек атомов.

Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением свойств металлов или сплавов – удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности и т. д. Эти превращения происходят не только в чистых металлах, но и в сплавах. Это дает возможность создавать новые материалы с заданными физическими свойствами, стабилизируя различными добавками высокотемпературную или, наоборот, низкотемпературную их форму.