Поліморфізм металів - студопедія

Поліморфізм це таке явище, коли матеріал в одному інтервалі температур або тисків має одну кристалічну структуру, а в інших інтервалах - іншу. Іншими словами зі зміною температури або тиску спостерігається зміна кристалічної структури матеріалу. Температуру і тиск, при яких відбувається зміна кристалічної структури матеріалу, називають відповідно температурою і тиском поліморфного або аллотропического перетворення.

Різні кристалографічні модифікації одного матеріалу прийнято позначати буквами грецького алфавіту # 945 ;, # 946 ;, g, # 948 ;, # 949 ;, # 963; і т.д. Модифікацію, що спостерігається при найнижчих температурах, позначають буквою # 945 ;, при більш високих температурах - # 946 ;, і т.д.

Яскравим прикладом поліморфізму у неметалічних матеріалів є наявність двох кристалографічних модифікацій чистого вуглецю, відомих як алмаз і графіт. Обидва матеріали є ідентичними за хімічним складом і відрізняються лише кристалічною структурою. В результаті властивості алмазу і графіту виявляються суттєво різними. Графіт це м'який, крихкий і непрозорий матеріал, в той час як алмаз є одним з найбільш твердих мінералів, що зустрічаються в природі, і, як правило, прозорий.

Поліморфізм досить поширене явище в світі металів. Багато з металів володіють поліморфізмом. Наприклад, у Зі з підвищенням температури ГПУ-структура перебудовується в ГЦК-структуру, а у Ti ГПУ-структура перебудовується в ОЦК-структуру.

Найбільш яскраво поліморфізм проявляється у заліза, яке при нагріванні два рази змінює свою кристалічну структуру (рис. 11).

ОЦК ГЦК ОЦК рідина

# 945; -Fe # 946; -Fe # 947; -Fe # 948; -Fe

768 911 1392 1539 Т, ° С.

Мал. 11. Кристалографічні модифікації заліза.

При температурах нижче 768 ° С залізо є феромагнітним матеріалом, а при температурах вище 768 ° С - парамагнітним. Раніше вважали, що зміна магнітних властивостей заліза пов'язане зі зміною його кристалічної структури і тому феромагнітна залізо стали позначати # 945; -Fe, а парамагнітне - # 946; -Fe. Пізніше з'ясувалося, що це не так. І те й інше залізо мають однакову ОЦК-структуру. Однак історично склалося підрозділ заліза на # 945; -Fe і # 946; -Fe зберегли. В даний час залізо з ОЦК-структурою, що спостерігається в інтервалі температур до 911 ° С, називають # 945; залізо.

В інтервалі температур від 911 до 1392 ° С залізо має ГЦК-структуру. Таке залізо позначають # 947; -Fe. ГЦК-структура відрізняється від ОЦК-структури більш високою щільністю упаковки атомів. Тому при нагріванні заліза до температур вище 911 ° С спостерігається зменшення розміру (обсягу) зразка.

В інтервалі температур від 1392 до 1539 ° С залізо знову має ОЦК-структуру. Однак період кристалічної решітки цього заліза трохи більше ніж у # 945; -заліза. Таке залізо позначають # 948; -Fe.

При температурах вище 1539 ° С чисте залізо плавиться і перетворюється в рідкий розплав.

Іншим яскравим прикладом поліморфізму металів є поліморфізм олова. При температурах нижче -30 ° С біле і пластичне # 946; -олово (# 946; -Sn) перетворюється в свою # 945; -модифікацію, тобто в # 945; -Sn, яке є сірим порошком. Не маючи жодного уявлення про природу цього явища, його, свого часу, назвали «олов'яної чумою».

Явище поліморфізму в черговий раз підкреслює, що властивості матеріалів визначаються не тільки їхнім хімічним складом, але і в значній мірі їх структурою.

3. ФОРМУВАННЯ мікроструктури МЕТАЛІВ

І СПЛАВІВ ПРИ затвердіння

Процес переходу речовини з рідкого стану в тверде кристалічна состояніеназивают кристалізацією. Зворотний процес називають плавленням. Розглянемо детально процес кристалізації металів.