ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или, как их называют, в разных полиморфных (аллотропических) модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства метал-

лов принято обозначать буквой a, а при более высокой - b, затем g и т.д.

Известны полиморфные превращения для металлов: Fe_a « Fe_g , Ti_a «Ti_b , Mn_a « Mn_b « Mn_g « Mn_d , Sn_a « Sn_b , а также для Ca, Li, Na и многих другим металлов.

Полиморфное превращение протекает вследствие того, что образование новой модификации сопровождается уменьшением свободной энергии системы. В условиях равновесия полиморфное превращение протекает при постоянной температуре (критическая точка) и сопровождается выделением теплоты, если превращение идет при охлаждении, или поглощением теплоты в случае нагрева (рис. 16, а).

Рис.16. Кривая охлаждения металла, имеющего две полиморфные формы: b - с решеткой ГЦК, a - ОЦК

а - кривая охлаждения, б - схема превращений структуры

Как и при кристаллизации из жидкой фазы, чтобы полиморфное

превращение протекало, нужно некоторое переохлаждение (или перегрев) относительно равновесной температуры для возникновения разности свободных энергий между исходной и образующей новой модификациями. В твердом металле в отличие от жидкого возможно достижение очень больших степеней переохлаждения. Полиморфное превращение по своему механизму – кристаллизационный процесс, осуществляемый путем образования зародышей и последующего их роста (рис.16, б)

В результате полиморфного превращения образуются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому такое превращение называется еще и перекристаллизацией. Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металла или сплава: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электрической проводимости, магнитных, механических и химических свойств.

Резюме

Полиморфные (аллотропические) модификации - различные кристаллографические формы одного и того же вещества, возникающие при различных температурах. Полиморфное превращение протекает вследствие того, что образование новой модификации сопровождается уменьшением свободной энергии системы.

Для протекания полиморфного превращения, нужно некоторое переохлаждение (или перегрев) относительно равновесной температуры для возникновения разности свободных энергий между исходной и образующей новой модификациями.

Полиморфное превращение по своему механизму – кристаллизационный процесс, осуществляемый путем образования зародышей и последующего их роста.

В результате полиморфного превращения образуются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому такое превращение называется еще и перекристаллизацией. Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металла или сплава.

Вопросы для повторения

1. Что такое полиморфная модификация?

2. При каких условиях протекает полиморфное превращение?

3. Каков механизм полиморфного превращения?

4. Почему полиморфное превращение называют перекристаллизацией?