Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией. Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или разных модификациях. Существование одного металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма.

В результате полиморфного превращения атомы кристаллического те- ла, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Полиморфную моди- фикацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, а при более высокой – β, γ и т. д.

Таблица 2.1

Кристаллическая структура полиморфных металлов

При переходе металла из одной полиморфной модификации в другую происходит фазовая перекристаллизация, вследствие образования новых зерен в структуре металла. Можно считать, что процесс перекристаллиза- ции при полиморфном превращении подчиняется тем же законам, что и

процесс перекристаллизации. Полиморфное превращение прежде всего развивается в тех участках структуры, в которых уровень свободной энер- гии повышен. Такими участками являются границы зерен и приграничные области. Чем меньше размер зерна, тем больше межзеренная поверхность и тем больше возникает зародышевых центров. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного превращения.

Переход металла из одной полиморфной модификации в другую в ус- ловиях равновесия протекает при постоянной температуре и сопровожда- ется выделением тепла, если превращение идет при охлаждении, и погло- щением тепла – при нагреве. На кривых охлаждения и нагрева переход из одного состояния в другой характеризуется остановкой (для чистых ме- таллов) или изменением характера кривой (для сплавов).

Рассмотрим явление полиморфизма на примере железа (рис. 2.7). Же- лезо имеет две температуры полиморфного превращения – 1392 ºС и 911 ºС:

при t < 1392 ⁰С; Fe_δ(α) → Fe_γ; ОЦК → ГЦК, при t < 911 ⁰С; Fe_γ → Fe_α; ГЦК → ОЦК.

При температуре 768 ºС получается остановка на кривой охлаждения, связанная не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств. Железо отличается специфическими магнитными свойствами. Эти свойст- ва называются ферромагнитными. При нагреве ферромагнитные свойства постепенно теряются. П. Кюри показал, что полная потеря ферромагнит- ных свойств получается при определенной температуре, названной впо- следствии точкой Кюри. Выше 768 ºС Fe_α немагнитно (немагнитное Fe_α иногда называют Fe_β), ниже 768 ºС железо ферромагнитно.

t, °С

   Ж 1539°

1600                                        

1400

1200

1000

800

Fe_δ

911°    

768°

1392°

Fe_γ

Fe_β(α)

немагнитно

600

Fe_α

магнитно

τ, сек

Рис. 2.7. Кривая охлаждения железа

Магнитное превращение имеет ряд особенностей, отличающих его от полиморфического превращению. Магнитные свойства железа постепенно

падают по мере приближения к точке превращения, и эта точка не отвечает скачкообразному изменению свойств:

· магнитное превращение не имеет температурного гистерезиса, уве- личение скорости охлаждения не снижает температуры превращения;

· механические и некоторые физические свойства при превращении не изменяются, изменяются многие электрические, магнитные и тепловые свойства;

· магнитное превращение не сопровождается перекристаллизацией. При магнитных превращениях происходит изменение не в кристалли-

ческой структуре металла, а во взаимодействии внешних и внутренних электронных оболочек атомов.

Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным измене- нием свойств металлов или сплавов – удельного объема, теплоемкости, те- плопроводности, электропроводности и т. д. Эти превращения происходят не только в чистых металлах, но и в сплавах.