ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Полиморфизм металлов из "Технология конструкционных материалов " Существование разных типов кристаллических решеток у одного и того же вещества при различных температуре и давлении называется полиморфизмом, или аллотропией, а процесс перехода из одной кристаллической формы в другую — полиморфным, или аллотропическим, превращением. Ряд элементов — Со, Ti, Мп, Sn, Са, У, Fe и др. имеют два и более типа (модификации) кристаллических решеток, обозначаемых малыми буквами греческого алфавита (а, р, у и т. д.). [c.12] Процесс перехода из одной формы в другую определяется термодинамическим состоянием системы и объясняется тем, что, начиная с определенной температуры (температуры перекристаллизации), новая модификация обладает меньшим запасом энергии, чем предыдущая, и является энергетически более устойчивой. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, называется температурой полиморфного превращения. Новые полиморфные формы образуются в результате зароадения центров и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния. [c.13] На рис. 1.6 приведены кривые охлаждения и нагрева железа, характеризующие его полиморфные превращения. При температурах ниже 911 °С и выще 1392 °С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку и обозначается Fe . При температурах 911... 1392 °С оно имеет гранецентрированную к) ическую решетку и обозначается Fe . Высокотемпературную модификацию Fe иногда обозначают F g. [c.13] При температуре 768 °С (точка Кюри) происходит изменение магнитных свойств железа ниже 768 °С оно магнитно, выше — немагнитно (немагнитное а-железо иногда называют р-железом). [c.13] В жидком состоянии компоненты сплава в большинстве случаев полностью растворимы друг в друге и представляют сабой жидкий раствор (рис. 1.7, а), в котором атомы различных элементов равномерно перемешаны друг с другом. При кристаллизации компоненты сплава вступают во взаимодействие, от характера которого зависит их строение. Наиболее часто встречаются твердые растворы, химические соединения и механические смеси. [c.14] Твердым раствором называется вещество, состоящее из двух или более компонентов, один из которых, сохраняя кристаллическую решетку, является растворителем, а другой (или другие) распределяется в кристаллической решетке растворителя, не изменяя ее типа. [c.14] Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляет совершенно однородные и одинаковые по составу зерна и похожа на структуру чистого металла. В зависимости от характера распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы замещения (рис. 1.7, б) и внедрения (рис. 1.7, в). Растворимость в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной. При неофаниченной растворимости возможна любая концентрация (от О до 100 %) растворенного вещества (при концентрации более 50 % растворенное вещество становится растворителем). [c.14] Если два компонента сплава не отвечают перечисленным выше условиям, то они могут растворяться друг в друге лишь ограниченно. [c.14] В реальных сплавах чаще наблюдаются твердые растворы с ограниченной растворимостью. [c.15] В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими различия в электронном строении атомов. [c.15] Механическая смесь (рис. 1.7, й) образуется, когда компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием химического соединения. При этом образуется двухфазная структура сплава, представленная чередующимися зернами чистых компонентов AviB. [c.15] При изучении явлений, протекающих в металлах и сплавах в процессе их превращений, пользуются понятиями система , фаза , компонент . [c.15] Системой называется совокупность фаз, находящихся в равнове сии при определенных внешних условиях (температура, давление). Система может быть простой, если она состоит из одного элемента, и сложной — из нескольких элементов. [c.16] Фазой называется однородная по химическому составу и внутреннему строению часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела. Фазами могут быть металлы и неметаллы, жидкие и твердые растворы, химические соединения. Однофазной системой является, например, однородная жидкость, двухфазной — механическая смесь кристаллов двух металлов. [c.16] Компонентами называются вещества, образующие n teMy Компонентами могут быть химические элементы (металлы и неметаллы) или устойчивые химические соединения. [c.16] Под числом ст еней свободы системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе. Если число степеней свободы равно единице, то можно изменить в некоторых пределах один из перечисленных факторов и это не вызовет уменьшение или увеличение числа фаз. [c.16] Для случая кристаллизации чистого металла, когда металл находится в жидком состоянии,/= 1 (одна фаза — жидкость), а число степеней свободы равно 1 (1 - 1 + 1 = 1). В момент кристаллизации/= 2 (две фазы — твердая и жидкая), аС = к -/+ 1 = 1 - 2 + 1 = 0. Это означает, что две фазы находятся в равновесии при строго определенной температуре (температуре плавления), и она не может быть изменена до тех пор, пока одна из фаз не исчезнет. [c.17] Подобным образом можно рассчитать число степеней свободы и для случая кристаллизации сплавов. [c.17] Для построения диаграммы используют кривые охлаждения чистых компонентов, образующих систему (в общем случае Аш В), vim. сплавов различного состава, полученные методом термического анализа (рис. 1.8, б). По кривым охлаждения определяют температуры фазовых превращений — критические точки. На кривых охлаждения I и V чистых компонентов AviB имеется только по одной критической точке, так как кристаллизация чистых металлов протекает при постоянной температуре (см. 1.3). [c.17] Процесс кристаллизации сплавов П...IV протекает иначе сначала в интервале температур между точками 7 и 2, а затем при постоянной температуре (точки 2 и 2 ). Ниже этой температуры происходит охлаждение уже твердого вещества. Первая критическая точка (/), отвечающая началу кристаллизации, называется ликвидус, а вторая (2), отвечающая концу кристаллизации, — салидус. [c.18] Вернуться к основной статье