Вторичная кристаллизация (перекристаллизация) металлов

Вторичная кристаллизация (перекристаллизация) металлов

К превращениям, протекающим в металлах в твердом состоянии, как уже было сказано выше, относятся аллотропические превра­щения. Перекристаллизация, связанная с аллотропическими прев­ращениями, сопровождается при нагреве поглощением тепла, а при охлаждении — его выделением. Аллотропическое превращение происхо­дит при определенной температуре.

Кривая охлаждения при аллотропическом превращении металла

Кривая охлаждения при аллотропическом превращении металла

На рис. 17 приведена кривая охлаж­дения при аллотропическом превраще­нии металла, полученная методом тер­мического анализа. Нижний горизон­тальный участок на кривой охлажде­ния соответствует температуре перехода металла из одной модификации в дру­гую — из β в α. Явление аллотропии также объясняется стремлением металла перейти из состояния с более высоким запасом свободной энергии в состояние с ее меньшим запасом. Для начала ал­лотропического превращения, так же как и для начала кристаллизации, необходимо переохлаждение; образова­ние новых зерен происходит путем возникновения центров кристаллизации и последующего роста кристаллов.

Аллотропические превращения имеют большое значение, так как свойства различных модификаций металлов разные. Так, эле­ментарная кристаллическая решетка Feα (объемноцентрированный куб) имеет параметр, равный 0,286 нм (2,86 А) при температурах от 0 до 910° и 0,293 нм (2,93 А) — при температурах от 1390 до 1535°. Высокотемпературную модификацию Feα называют Feδ . Модифика­ция железа Feγ (решетка гранецентрированного куба) существует в интервале температур 910-1390° и имеет параметр 0,361 нм (3,61 А). Feγ обладает более компактной кристаллической решеткой и плотность его выше, чем у Feα. Поэтому аллотропическое прев­ращение γ-железа в α-железо сопровождается изменением объема, что вызывает в металле при охлаждении значительные структурные напряжения. Растворимость углерода большая в γ-железе (2%), меньшая — в α-железе (0,02%). α-Железо магнитно (ферромагнитно), а γ-железо немагнитно (парамагнитно).

Другим примером металла, имеющего модификации, является олово. Олово существует в двух модификациях: ниже 18° в виде α-модификации (серое олово), а выше 18° — в виде γ-модификации (белое олово). Белое олово имеет тетрагональную решетку, а серое — решетку типа алмаза. Решетка белого олова компактнее решетки серого олова и поэтому аллотропическое превращение β-олова в α-олово вызывает большие структурные напряжения; олово стано­вится хрупким, а после длительного хранения при низких темпе­ратурах (ниже — 30°) рассыпается в порошок. Это явление называ­ют «оловянной чумой».