Полиморфные превращения в металлах

Некоторые химические элементы имеют два (и более) устойчивых типа кристаллических решеток, существующих при разных температурах.

Существование одного металла в различных кристаллических формах (модификациях) при разных температурах называется полиморфизмом или аллотропией. Процесс перехода из одного кристаллического строения в другое называется полиморфным (аллотропическим) превращением. В результате полиморфного превращения получается строение, называемое аллотропической формой; обычно их обозначают начальными буквами греческого алфавита а, р, у. К полиморфным металлам относятся Со, Sn, Mn, Fe и др.

Изменение строения кристаллической решетки всегда вызывает изменение свойств металла. Полиморфное превращение чистого металла протекает при постоянной температуре (при критической точке) в том случае, если при данной температуре возможно существование металла с иным типом кристаллической решетки и меньшим уровнем свободной энергии, т.е. при наличии разности свободных энергий между существующей и образующейся модификацией, что обеспечивается переохлаждением (или перенагревом) относительно равновесной температуры, причем в твердом металле необходимо большее переохлаждение. Полиморфное превращение всегда сопровождается поглощением теплоты при нагреве и выделением теплоты при охлаждении. Полиморфное превращение аналогично процессу кристаллизации: вначале образуются зародыши, а затем происходит рост зерен новой модификации, которые имеют другие форму и размеры. По сути такое превращение является перекристаллизацией, и его используют для измельчения крупного зерна.

Полиморфные превращения протекают и в чистых металлах, и в сплавах. В результате полиморфных превращений скачкообразно изменяются свойства металлов и сплавов (электрическая проводимость и теплопроводность, теплоемкость, удельный вес; механические, химические и магнитные свойства).

Металлы, имеющие только один тип кристаллической решетки, называются изоморфными (например, Al, Си, Ni, Cr, W и др.).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

• 1. Расскажите о строении атома.
• 2. Каково кристаллическое строение и свойство металлов?
• 3. Какие виды кристаллических решеток существуют?
• 4. Как определить индекс кристаллографической плоскости?
• 5. В чем суть анизотропии?
• 6. Дайте определение дислокации. Какие виды дислокаций вы знаете?
• 7. Что такое диффузия? Назовите виды диффузий.
• 8. Как происходит кристаллизация металлов?
• 9. Какое строение имеет металлический слиток?
• 10. Где образуется дендритная ликвация?
• 11. Охарактеризуйте процесс полиморфного превращения.