HomeПростые металлы › Аллотропические превращения в металлах и связанная с ними перекристаллизация

Аллотропические превращения в металлах и связанная с ними перекристаллизация

Аллотропические превращения в металлах и связанная с ними перекристаллизацияПолучение мелкого зерна из крупного термическим способом, т. е. путем только нагрева и охлаждения в твердом состоянии, возможно только в таких металлах, которые испытывают аллотропические превращения. Эти превращения представляют переход из одной кристаллической решетки в другую, т. е. перегруппировку атомов из одного расположения в другое.

 

Каждый вид решетки представляет аллотропическое водоизменение, или модификацию металла, которую называют часто фазой1, а металлы, существующие в нескольких модификациях, называют полиморфными.

 

Каждая модификация имеет свою область температур, при которых она устойчива, и, следовательно, при некоторой определенной температуре мы должны наблюдать переход из одной модификации в другую.

 

Эта точка перехода, или аллотропического превращения, совершенно аналогична точке затвердевания (плавления), так как отвечает определенной температуре, сопровождается тепловым эффектом и является моментом перехода в новое состояние, т. е.образования новых кристаллов из кристаллов прежней модификации.

 

Таким образом, здесь также происходит процесс кристаллизации, который называют вторичной кристаллизацией в отличие от первичной, происходящей при затвердевании жидкости.

 

Примеры вторичной кристаллизации встречаются в железе, олове, марганце, кобальте и некоторых других металлах. Остановимся на аллотропических превращениях олова и особенно железа, представляющего наибольший практический интерес.

 

Модификация олова. Обычно принято обозначать отдельные модификации греческими буквами: а (альфа), р (бэта), 1 (гамма), S (дельта) и т. д. В олове твердо установлены лишь две модификации: а и р. Таким образом можно рассматривать только одно превращение:, переход из Р в а-модификацию и обратно.

 

Это превращение должно совершаться при + 18° (точка перехода), однако оно практически происходит при более низких температурах в силу обычно наблюдаемого сильного переохлаждения Р-модификации.

 

Поэтому при обыкновенной (комнатной) температуре получаются кристаллы р-модификации олова известного вида, называемого обычно белым оловом. Хотя эта модификация в условиях ниже,-)- 18° является уже неустойчивой, но переход ее в модификацию а (так называемое серое олово) не происходит при комнатной температуре, что можно объяснить, основываясь на теории Таммана: число зародышей и скорость превращения для кристаллов этой модификации в данных условиях весьма малы.

 

С понижением температуры ниже — 18° число зародышей и скорость кристаллизации возрастают, и при температурах градусов на 20 ниже нуля процесс перехода р-модификации в а-модификацию совершается сравнительно быстро вплоть до полного завершения превращения. Кристаллы р-модификации, изменяя свое внутреннее строение из тетрагональной призмы в решетку типа алмаза , вместе с тем резко изменяют удельный вес с 7,3 до 5,5 и внешние очертания.

 

При этом кристаллы а принимают такую форму, что не укладываются в плотную массу тесно прилегающих друг к другу зерен. Плотный, тягучий исходный р-металл превращается в столь хрупкий, что легко рассыпается в порошок. Конечно, всякое изделие из олова должно при этом стать невыгодным. В практике это явление известно под названием «оловянной чумы». Здесь аллотропическое превращение сопровождается полным изменением, вида первоначальных кристаллов и образованием новых, совершенно иных по величине и форме.

 

Подобное явление при перекристаллизации со столь резко выраженным изменением формы и сцепления между вновь образованными кристаллами-зернами наблюдается сравнительно редко. Большей частью в металлах при вторичной кристаллизации получается такая же плотная укладка образованных зерен, с таким же прочным их сцеплением, как и при первичной кристаллизации. Пример этого видим в железе.

 

Превращения в железе. В железе существует несколько аллотропических превращений на протяжении от точки затвердевания (1540°) до обыкновенной температуры. Из них наибольшее практическое значение имеет превращение при 910°, отвечающее переходу модификации т в модификацию а при охлаждении (и обратно при нагревании).

 

Сущность этого превращения, заключается в том, что атомы решетки -у-железа, представляющей куб с центрированными гранями, перегруппировываются в решетку центрированного куба, отвечающую а-железу. Это изменение внутреннего строения сопровождается, как и в олове, изменением внешней формы зерен-кристаллов, т. е. и здесь имеет место перекристаллизация.

 

Но в отличие от олова вновь образуемые кристаллы, несмотря на свое «перерождение», получаются плотно прилегающими друг к другу, так что прочность металла от этого не только не уменьшается, а, наоборот, часто возрастает. Возрастание прочности как раз наблюдается тогда, когда при перекристаллизации происходит заметное уменьшение размеров зерен.

 

Это наблюдается при том условии, если крупнозернистое (литое) а-железо нагреть немного выше 910° для перевода его в у-железо и снова охладить; аллотропический переход а-железа в у-железо при нагреве сопровождается образованием новых, очень мелких зерен -у-железа, плотно прилегающих друг к другу.

 

При последующем охлаждении возвращение железа снова в а-модификацию дает столь же мелкие зерна, как зерна у-модификации, так что при обыкновенной температуре получается мелкозернистый металл.

Таким образом, используя аллотропическое превращение металла, можно произвести в нем перекристаллизацию и получить мелкие

Принимая во внимание, что в первом снимке увеличение очень небольшое, а число зерен невелико, нетрудно представить, что зерна должны иметь макроскопические размеры, выражаемые миллионами квадратных микронов, при увеличении в пять раз большем наблюдается множество зерен, размеры которых могут быть порядка не более нескольких тысяч квадратных микрон.2

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.