В основе полиморфных превращений лежит изменение структуры без изменения состава. Полиморфные превращения свойственны многочисленным металлическим элементам. В частности, и тяжелым (U, Pt). Структура, форма и фазы определяются как изменением температуры, так и давления, воздействием ударных волн, пластической деформацией. Полиморфные превращения могут проходить как путем зарождения и роста, так и по мартенситному типу, в зависимости от условий их реализации. Важное значение имеет чистота по примесям, размер зерна исходной фазы и скорость охлаждения.
Если полиморфное превращение, в целом (включая рост новой фазы), контролируется диффузионными процессами, то его скорость зависит от чистоты образца, температуры превращения и других факторов, например больших объемов изменений.
Фазовые превращения в олове (Sn) со сменой о.ц.к. структуры (белое Sn) на структуру типа алмаза (серое Sn) проходит по механизму зарождения и роста. Оно начинается приблизительно при комнатной температуре (180С), максимум скорости достигается в районе температуры сухого льда (-78 0С). Удельный объем α-Sn на 20 % больше, чем у β-Sn. Превращение сопровождается значительной деформацией и растрескиванием α-Sn, который является более хрупким. Участки α-Sn вырастают в форме серых точек, видимых на поверхности. Этот процесс получил название «оловянная чума».
Способы укладки атомных слоев г.ц.к. и г.п.у. структур подобны. В кальции, лантане, скандии имеется г.п.у. решетка при низкой температуре и г.ц.к. при более высокой. В Со обнаружена устойчивость г.п.у. структуры при комнатной температуре, а при температуре более 400 0С происходит превращение в г.ц.к. Возникает сжатие межатомных расстояний. Зародышами в таких превращениях являются дефекты упаковки.
В Ti, Zr, Tl, Li, Na переход о.ц.к. в г.п.у., устойчивее при низких температурах. Структура о.ц.к. механически менее устойчива и предполагает большие амплитуды термических колебаний атомов, чем в г.п.у., следовательно, в о.ц.к. можно ожидать большие значения энтропии.
Из о.ц.к. щелочных металлов: K, Rb, Cs не превращаются, а превращение о.ц.к. ® г.п.у. имеют только Li и Na. В некоторых β-латунях также наблюдается превращение при очень низких температурах.
Li, который должен иметь при глубоком охлаждении г.п.у. структуру, превращается в результате холодной деформации при температуре жидкого азота с образованием искаженной г.ц.к. структуры. Степень развития этого превращения зависит от температуры холодной деформации. Не только температура и холодная деформация, но и всестороннее давление, а также приложенное давление, сопровождаемое пластическим течением, может вызывать фазовые превращения в металлах.
Полиморфные переходы могут быть первого рода. При переходе второго рода изменение кристаллической структуры невелико, а иногда и вовсе отсутствует. Ко второму роду часто относят также переходы типа порядок – беспорядок, переходы с появлением внутреннего вращения.
α-Sn (серое олово) с тетрагональной кубической структурой устойчиво при нормальном атмосферном давлении и любой температуре, лежащей ниже примерно 13,3°С, но при повышенной температуре самопроизвольно переходит в β-Sn (белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной структурой. β-форма устойчива вплоть до температуры плавления. Превращение α-Sn в β-Sn, происходящее при температуре ниже 13,3°, сопровождается резким увеличением хрупкости, а также объемным расширением почти на 25%. Такое изменение свойств приводит к появлению на олове характерных «наростов» и даже его разрушению в серый порошок, которое получило название «оловянной чумы».
У других металлов различие свойств отдельных модификаций менее значительно, чем для олова. Однако во всяком металле полиморфное превращение сопровождается изменением периода решетки, удельного объема, а также таких физических и механических характеристик, как электросопротивление, удельная теплоемкость, твердость, предел прочности и пластичность.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.