Запишите следующие металлы претерпевающие аллотропические превращения

Аллотропические и магнитные превращения в металлах.

Аллотропия или полиморфные превращения.

При переходе аморфного тела из жидкого состояния в твердое никаких качественных изменений в строении не происходит, что подтверждает монотонный ход кривой охлаждения. В твердом состоянии атомы в аморфном теле расположены так же хаотично, как и в жидком, но только более компактно и за счет этого имеют более ограниченную свободу перемещения.

При нагреве всех кристаллических тел, в том числе металлов, наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое. Такая же резкая граница существует и при переходе из жидкого состояния в твердое (рисунок 5.1).

На участке кривой 1—2 (рисунок 5.1) внешний подвод тепла сопровождается повышением температуры металла, сохраняющего свою кристаллическую решетку, атомы в которой увеличивают амплитуду колебания .за счет поглощения тепловой энергии. На участке 2—3 подвод тепла продолжается, но он не приводит к повышению температуры, т.е.

подводимая энергия целиком расходуется на разрушение кристаллической решетки и переход атомов в неупорядоченное состояние. Внешне это проявляется в переходе твердого состояния в жидкое.

В точке 3 разрушаются последние участки кристаллической решетки и продолжающийся подвод тепла вызывает повышение температуры жидкого металла (3-4).

При охлаждении происходит обратный процесс. На участке 5—6 происходит кристаллизация, сопровождающаяся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации.

Кристаллизация металла происходит не строго при температуре плавления, а при некотором переохлаждении, величина которого зависит от природы самого металла, от степени его загрязненности различными включениями и от скорости охлаждения.

Чем меньше загрязнен металл включениями, тем больше степень переохлаждения при кристаллизации.

Рисунок 5.1 – Кривые охлаждения и нагрева металла

Атомы одного элемента могут образовать, если исходить только из геометрических соображений, любую кристаллическую решетку.

Однако устойчивым, а следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.

В ряде случаев при изменении температуры или давления может оказаться, что для того же металла более устойчивой будет другая решетка, чем та, которая была при другой температуре и давлении.

Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура) называется аллотропией или полиморфизмом. Полиморфное превращение представляет собой перекристаллизацию, и для него характерны те же закономерности, что и для процесса кристаллизации.

Как и при кристаллизации из жидкой фазы, полиморфное превращение протекает только при переохлаждении или перегреве относительно равновесной температуры и возникновения разности свободных энергий между исходной и образующейся модификациями. При полиморфном превращении в отличие от кристаллизации из жидкой фазы возможно достижение очень больших степеней переохлаждения.

Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных фаз. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации.

Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств материала: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электрической проводимости, магнитных свойств, механических и химических свойств и т.д.

• Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию.
• Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe).
• Fe: – ОЦК — ;

В различных решетках кристаллизуются кобальт, олово, марганец, титан и некоторые другие металлы.

Аллотропические формы металла обозначаются буквами α, β, γ и т. д. Существующая при самой низкой температуре аллотропическая форма металла обозначается через букву α, которая в виде индекса добавляется к символу химического элемента металла и т. д.

Аллотропией, или полиморфизмом, называют способность металла в твердом состоянии иметь различные, кристаллические формы. Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называют аллотропическим превращением.

При нагреве чистого металла такое превращение сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре, что связано с необходимостью затраты определенной энергии на перестройку кристаллической решетки.

Температура при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.

Новые аллотропические формы образуются в результате зарождения центров и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния. Кривые зависимости с.к. и ч.ц.

от степени переохлаждения для аллотропического превращения имеют тот же вид, что и для кристаллизации из жидкого состояния.

В качестве общей закономерности можно указать, что высокотемпературная модификация, как правило, имеет более простое атомно – кристаллическое строение и более высокую пластичность.

При аллотропических превращениях происходит изменение свойств металлов — изменение объема металлов (особенно характерно для олова) и растворимости углерода (характерно для железа).

Превращение одной модификации в другую протекает при постоянной температуре и сопровождается тепловым эффектом. Видоизменения элемента обозначается буквами греческого алфавита в виде индекса у основного обозначения металла.

Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.

Например, железо в интервале температур 911—1392°С имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГКЦ) γ-Fе (рисунок 5.2). В интерпалах до 911˚С и от 1392 до 1539˚С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку (ОЦК) — α-Fе.

Железо – это металл серебристо – белого цвета. Абсолютно чистое железо неизвестно. Тенически чистое железо содержит Fe 99,999 %; его называют “армко железо”, которое используют в электротехнике в качестве магнитного материала.

Ниже 911 0С железо существует в форме α; при 911 °С объемноцентрированная решетка Feα переходит в гранецентрированную решетку Feγ, которая при 1392 °С вновь превращается в объемноцентрированную α -решетку (рисунок). Высокотемпературную α-модификздию иногда обозначают буквой .

Таким образом, одна и та же решетка у железа (кубическая объемно-центрированная) устойчива в двух интервалах температур. Превращение  сопровождается уменьшением координационного числа кристаллической решетки и уменьшением компактности.

Если бы это уменьшение не компенсировалось в значительной степени уменьшением атомного радиуса, то железо- должно было бы при превращении  увеличиваться в объеме на 9 %. На самом деле (благодаря уменьшению атомного радиуса) объем железа увеличивается при этом примерно лишь на 1 %.

Следует отметить, что структурные напряжения, вызванные даже этим незначительным увеличением объема, имеют большое значение.

При 768° С получается остановка на кривой охлаждения, связанная не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств. Выше 768 °С α-железо немагнитно (немагнитное α-железо называдат иногда β-железом). Ниже 768° С железо ферромагнитно.

Рисунок 5.2 — Аллотропические превращения в железе.

Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки.

Превращения в металлах и сплавах в твердом состоянии

Превращения в металлах и сплавах в твердом состоянии по своей физической сущности во многом напоминают кристаллизацию жидких металлов. Эти превращения называют фазовой перекристаллизацией, а при их исследованиях используют те же подходы в отношении механизмов и кинетики формирования новой фазы, включая образование зародышей и последующий их рост.

В чистых металлах основными превращениями в твердом состоянии являются аллотропические (полиморфные), а также магнитные превращения. В сплавах превращения в твердом состоянии дополняются целым рядом превращений, таких как эвтектоидное, перитектоидное, растворение и выделение избыточных фаз и др. Их изучение потребует знания диаграмм фазового равновесия и будет кратко рассмотрено позже.

Аллотропическим (полиморфным) превращением называют изменение пространственной решетки кристаллического тела.

В качестве примеров аллотропических превращений можно привести превращение низкотемпературной аллотропической формы a — Fe с объемно-центрированной кубической решеткой в высокотемпературную форму g — Fe с гранецентрированной кубической решеткой, при температуре 911 °С и последующее превращение при температуре 1392 °С g — Fe в d — Fe с объемно-центрированной кубической решеткой, аналогичной a — Fe. Аналогичные превращения можно наблюдать в титане, цирконии и т.д. В титане и цирконии низкотемпературной аллотропической формой являются a — Ti, a — Zr с гексагональной плотноупакованной решеткой. При температуре выше 882° С для титана и 862° С для циркония образуются b — Ti и b — Zr, обладающие объемно-центрированной решеткой.

Аллотропическое превращение заключается в том, что атомное строение кристаллического тела изменяется при нагреве и охлаждении при переходе через критическую точку.

Сам процесс перестройки кристаллической решетки происходит изотермически при постоянной температуре, кривая охлаждения сплава претерпевающая аллотропические превращения, аналогична кривой, наблюдаемой при затвердевании жидкого металла (рисунок 2. 11).

Температура перехода называется критической точкой превращения. При температуре (Т0) наблюдается фазовое равновесие двух аллотропических разновидностей.

Аналогично процессу кристаллизации аллотропическое превращение идет с поглощением тепла при нагреве и выделением его при охлаждении. Аллотропическое превращение (также по аналогии с процессом кристаллизации) происходит путем образования зародышей и их последующего роста, в связи с чем оно протекает всегда с наличием переохлаждения (при охлаждении) и перенагрева при нагреве.

Аллотропическое превращение происходит так же как и процесс кристаллизации, в связи со стремлением системы к уменьшению свободной энергии, и поскольку линии, характеризующие изменения свободной энергии в зависимости от температуры, пересекаются при температуре Т0 (рисунок 2.12). При температурах выше Т0 стабильной является b — фаза, при более низкой температуре стабильной оказывается a — фаза, имеющая меньший запас свободной энергии.

В процессах кристаллизации основным препятствием образования твердых кристаллов являются затраты энергии на образование границы раздела фаз. Это вызывает необходимость переохлаждения для начала процесса кристаллизации.

При аллотропическом превращении кроме энергии, затрачиваемой на образование границы раздела фаз, необходимы дополнительные затраты энергии на преодоление упругого сопротивления твердой фазы, связанные с тем, что полиморфные превращения всегда приводят к изменением объема. Поскольку затраты энергии для образования зародышей при аллотропическом превращении больше, чем при кристаллизации из жидкого состояния, то переохлаждение при превращениях в твердом состоянии должны быть гораздо больше, чем при кристаллизации.

Аллотропические превращения могут протекать по двум механизмам:

1. диффузионным (нормальным) путем,

2. бездиффузионным (мартенситным) путем.

В отдельных металлах эти превращения могут протекать как по одному, так и по другому механизму, что будет зависеть от скорости охлаждения.

Диффузионный механизм аллотропического превращения заключается в том, что атомы, располагающиеся в решетке высокотемпературной модификации путем диффузионного перемещения, занимают новые места, характерные для новой аллотропической формы: низкотемпературной модификации.

Следовательно, развитие диффузионного механизма аллотропического превращения наиболее благоприятно при высоких температурах, обеспечивающих большую скорость диффузионного перемещения атомов.

Кроме того, если температура превращения настолько высока, что обеспечивает высокую пластичность, то затраты энергии на преодоление упругого сопротивления тела образованию и росту новой фазы, отличающейся от новой фазы удельным объемом становятся меньше, в связи с чем аллотропическое превращение протекает при минимальном переохлаждении. Зародыши новой фазы появляются на границах зерен старой фазы и на других дефектах кристаллов. В дальнейшем происходит рост этих зародышей за счет перехода атомов из старой фазы в новую. Наряду с этим наблюдается продолжение зарождения новых зародышей образующейся фазы.

При переходе металла из одного кристаллографического состояния в другое происходит не только изменение кристаллической структуры, но и имеет место полный процесс фазовой перекристаллизации, при которой на месте старых зерен образуются совершенно новые зерна с новым расположением границ. Причем на месте старого одного зерна могут возникнуть несколько новых или на месте нескольких старых — одно новое зерно.

Этот процесс зависит, главным образом, от скорости охлаждения и степени переохлаждения, которые в основном определяют количество образующихся в единицу времени центров кристаллизации и скорость роста новой фазы. Чем выше скорость охлаждения и выше степени переохлаждения, тем больше количество центов кристаллизации, тем более дисперсными являются зерна новой фазы.

Поскольку аллотропические превращения происходят в твердой среде, наиболее интенсивно процесс фазовой перекристаллизации будет происходить в том случае, если длина диффузных путей будет минимальной. А это означает, что при образовании зародышей должен соблюдаться принцип структурного и размерного соответствия.

Он сформулирован С.Т.

Конобеевским и заключается в том, что: «форма и ориентировка зародышей новой фазы при кристаллизации должны соответствовать минимуму поверхностной энергии при данном объеме, а минимум поверхностной энергии обеспечивается при максимальном сходстве в расположении атомов на соприкасающихся гранях старой и новой фаз».

Поэтому зарождение новой фазы начинается на плоскостях, которые являются наиболее сходными у обеих кристаллических решеток. Например, при переходе g — Fe в a — Fe наибольшее сходство имеют плоскости {111} в g — Fe и {110} в a — Fe (рисунок 2.13).

Преобразованием плоскостей {111} g в {110} a и направлений [110] g в [111] a во всем объеме металла протекает рассматриваемое аллотропическое превращение. При этом происходит лишь небольшой поворот кристаллографических направлений, при котором обеспечиваются углы 70°30¢ и 54°45¢ соответствующие расположению атомов в объемно-центрированном кубе.

Форма выделений новой фазы в основном определяется упругой энергией, возникающей при выделении. Если при аллотропическом превращении наблюдается большая степень размерного и структурного соответствия кристаллов старой и новой фаз, упругая энергия системы минимальна, а кристаллы новой фазы имеют форму дисков (пластин).

Кроме того, на форму выделяющихся кристаллов оказывает влияние степень анизотропии упругих свойств обеих фаз. Если модули упругости возникающей фазы для всех направлений меньше, чем модули переходной фазы, в этом случае форма выделений — диски или пластины.

Если модуль новой фазы только для одного из направлений меньше, чем модуль исходной фазы, то может появиться игольчатая форма выделений.

Появление новой фазы с новым удельным объемом может способствовать развитию сопутствующих процессов, таких как наклеп (фазовый) и рекристаллизации.

Кроме того, на развитие аллотропии может оказывать влияние наличие примесей, которые могут играть роль дополнительных зародышевых центров.

Все эти дополнительные параметры могут оказать влияние на окончательную структуру и свойства металла, претерпевшего аллотропическое превращение.

В результате собирательной рекристаллизации, сопутствующей аллотропическому превращению, происходит укрупнение зерна, причем тем больше, чем выше температура нагрева. В случае же нагрева до температур, лежащих выше критической точки, когда происходит образование зерен новой фазы, но не успевает начаться укрупнение зерна, обычно получается очень маленькое зерно.

Бездиффузионный или мартенситный механизм аллотропического превращения осуществляется при низких температурах, при которых диффузия или самодиффузия почти не осуществляется.

Это превращение происходит или в металлах с низкой температурой аллотропического перехода или при сильном переохлаждении высокотемпературной аллотропической формы в металлах с высокой температурой превращения. Так у кобальта, у которого Т0 = 420 °С, аллотропическое превращение идет только бездиффузионным путем.

В железе, титане, цирконии и других металлах с высокой температурой Т0 при большом переохлаждении превращение идет бездиффузионным путем, а при малом переохлаждении — диффузионным путем.

При мартенситном аллотропическом превращении новая фаза образуется путем кооперативного и закономерного перемещения атомов таким образом, что они сохраняют своих соседей и смещаются по отношению один к другому на расстояния, не превышающие междуатомные.

Основное предположение мартенситного превращения заключается в том, что в процессе перехода старой фазы в новую сохраняется сопряженность (когерентность) их пространственных решеток. При наличии когерентности двух фаз поверхностная энергия границы очень мала, что способствует интенсивному росту образовавшихся кристаллов.

Упругая энергия сравнительно велика, она все время возрастает в процессе роста кристалла. Это происходит до тех пор, пока не будет превзойден предел упругости в переходной зоне. При этом в ней происходит пластический сдвиг, нарушающий когерентность кристаллических решеток старой и новой фаз.

Возникновение некогерентной границы приостанавливает рост данного кристалла мартенситной фазы. Дальнейшее увеличение количества образующейся фазы происходит путем образования новых зародышей и мгновенного их роста. Скорость роста кристаллов при мартенситном превращении очень велика и достигает скорости звука.

Скорость образования центров кристаллизации подчиняется общим закономерностям фазовых превращений. При развитии мартенситного механизма аллотропического превращения участки новой фазы располагаются вдоль определенных кристаллографических плоскостей старой фазы и выглядят под микроскопом в виде иголок или пластин.

Это является результатом структурного и размерного соответствия, устанавливающегося между решетками старой и новой фаз.

Важной особенностью мартенситного превращения является то, что в изотермических условиях превращения только часть старой фазы переходит в новую. Дальнейшее превращение может протекать только при понижении температуры. Мартенситное превращение происходит в интервале температур.

Различают точки Мн и Мк — начало и конец мартенситного превращения. Во многих случаях превращение не доходит до конца даже при очень низких температурах. Установлено, что мартенситное превращение, как и нормальное — диффузионное обратимо.

Образование высокотемпературной формы из низкотемпературной при достаточной степени перенагрева может происходить бездиффузионным путем.

Магнитное превращение, наблюдаемое в ферромагнитных материалах, не является обычным фазовым превращением.

Оно не связано с перемещением диффузией атомов, а вызывается только изменением взаимодействия магнитно нескомпенсированных d или f — электронов, обусловливающих возникновение ферромагнетизма. Характер изменения магнитных свойств зависит от физической природы металла.

Температура потери магнитных свойств, называемая точкой Кюри, не зависит от скорости нагрева или охлаждения. Эта температура постоянна для каждого металла. Для железа она равна 768° С, никеля — 365- 370° С, кобальта — 1050° С.

Глава 3

ПОИСК

АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
 [c.14]

Как видно из кривой охлаждения железа (рис. 1.8, в), при температуре ниже 911 С а-железо может быть магнитным и немагнитным при одном и том же строении кристаллической решетки.

Немагнитную область железа в интервале температур от 911 до 768 С называют 3-железом, а магнитную область от температуры 768 °С и ниже — а-железом. Аллотропические превращения металла происходят при большинстве видов термической обработки стали.
 [c.

15]

Для изучения аллотропических превращений металлов являются особенно ценными исследования А. А Байкова. Травлением полированной поверхности железа в струе хлористого водорода при высоких температурах А. А. Байкову удалось впервые выявить, что чистое железо при температуре выше 906° имеет иную микроструктуру, чем при низкой температуре.
 [c.136]

Аллотропические превращения металлов представляют собою процесс вторичной кристаллизации, или перекристаллизации. Последняя осуществляется аналогично кристаллизации из жидкого состояния.
 [c.76]

Прессование титановых сплавов используют для получения проволоки, прутков, труб и фасонных профилей. Лучшие свойства достигаются при прессовании в интервале температур, когда не происходит аллотропическое превращение металла. При прессовании титановых сплавов смазкой служит смесь, содержащая
 [c.295]

Теплота кристаллизации аллотропического превращения металлов
 [c.14]

Таким образом, используя аллотропическое превращение металла, можно произвести в нем перекристаллизацию и получить мелкие
 [c.36]

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 Р в а.

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 кристаллизации и последующего роста
 [c.43]

Рис. 17. Кривая охлаждения при аллотропическом превращении металла

Прессование применяют для получения проволоки, прутков, труб и фасонных профилей из титановых сплавов. Лучшие свойства достигаются при прессовании в интервале температур, когда не происходит аллотропического превращения металла. При прессовании титановых сплавов применяют смазку, содержащую графит, слюду и другие добавки. Матрицы, изготовленные из карбида титана, устраняют налипание металла к их поверхности и обеспечивают хорошее качество изделий.
 [c.250] Аллотропические превращения различных металлов имеют свои особенности.
 [c.57]

Цинк металл с низкой температурой плавления (419°С) и очень низкой температурой кипения (906°С), высокой плотностью (7,1 г/см ). Прочность цинка низка (ств=15 кгс/мм ) при высокой пластичности (6 = 50%). Кристаллическая решетка гексагональная. Аллотропических превращений не имеет.
 [c.628]

К этим металлам относятся золото, серебро, металлы платиновой группы, а также их сплавы. Свое название они получили из-за высокой коррозионной стойкости — практически они совершенно не склонны к коррозии в обычной атмосфере, воде и многих других средах.

Все эти металлы (кроме золота и серебра) имеют высокую температуру плавления, высокую плотность, не имеют аллотропических превращений (кроме родия), очень пластичны (кроме родия и осмия). Все эти металлы отличаются высокой стоимостью.
 [c.

630]

Старением металлов и сплавов следует считать процессы изменения их свойств в зависимости от времени, связанные с любыми превращениями металлов и сплавов в твердом состоянии. По данным Я. С.

Уманского и других исследователей к основным видам превращений в твердом состоянии относятся полиморфное (аллотропическое) превращение, мартенситное превращение и распад мартенситной структуры, растворение в твердом состоянии и распад пересыщенных твердых растворов, упорядочение и разупрочнение твердых растворов, образование твердого раствора из эвтектоидной смеси и эвтектоидный распад.
 [c.8]

В табл. 11 и 12 даны температуры рекристаллизации и аллотропических превращений чистых металлов.
 [c.301]

Аллотропические превращения в чистых металлах
 [c.318]

Для удобства рассмотрения влияния термического воздействия на изменение свойств металла в зонах влияния сплавы целесообразно разделять на две группы 1) сплавы, не имеющие аллотропических превращений при нагреве до температуры плавления и при последующем охлаждении до исходного состояния, и 2) сплавы, имеющие аллотропические превращения.
 [c.354]

Наибольшие затруднения при сварке стали с аллотропическими превращениями может вызвать возникновение в зонах термического влияния структур с высокой или повышенной твёрдостью. В зависимости от толщины, состава и исходного состояния стали и режимов принятого метода сварки в зонах влияния иногда наблюдаются структуры мартенсита или других форм распада аустенита.

Если известны кривые охлаждения, максимальные температуры металла в отдельных участках зоны влияния и С-образные кривые свариваемой стали, то при сопоставлении их можно предугадать конечную структуру стали в зонах влияния после сварки. Например, при охлаждении стали I (фиг. 81) в определённой точке зоны термического влияния по кривой 1 аустенит будет
 [c.

355]

Рассмотрим сначала компоненты системы железо— цементит. Чистое железо относится к полиморфным металлам, т. е. оно имеет аллотропические превращения. При температурах от абсолютного нуля до 768° С суще-
 [c.35]

Кроме того, физические свойства металлов зависят от способа перехода металла в твердое состояние. Предшествующая термическая обработка образца сильно влияет на величину кристаллов, а также на природу и распределение присутствующих в металле примесей, а характер первоначальной механической обработки металла (с нагревом или на холоду) дополнительно изменяет его свойства. Наконец, па физические характеристики металла влияют и аллотропические превращения, благодаря которым при одной и той же температуре могут существовать различные кристаллические модификации. В этом отношении предшествующая термообработка и первоначальная механическая обработка являются основными факторами, определяющими кристаллическую структуру исследуемого образца.
 [c.33]

Старение материала — это процесс изменения строения и свойств материалов, происходящий или самопроизвольно, или в течение длительного времени при рабочей температуре деталей. Старение характеризуется переходом материала из метастабильного состояния в стабильное.

Старение металлов включает аллотропическое превращение, мартенсит-ное превращение и распад мартенситной структуры, растворение металлов в твердом состоянии и распад пересыщенных твердых растворов, упорядочение и разупорядочение твердых растворов и ряд других процессов.
 [c.

26]

Основной причиной аллотропии является стремление любого вещества обладать минимальным запасом свободной энергии Р, которая изменяется в зависимости от абсолютной температуры Г по формуле Р = и-Т8, где и — внутренняя энергия вещества, 8 — энтропия (термодинамическая функция). Если у металла по достижении какой-то определенной температуры изменение типа кристаллической решетки обеспечивает уменьшение запаса свободной энергии, то такой металл претерпевает аллотропическое превращение.
 [c.11]

Образовавшиеся в затвердевшем металле шва в результате первичной кристаллизации столбчатые кристаллиты имеют аустенитную микроструктуру (диаграмма состояния системы Fe- сплавов на рис. 6.2, справа).

При дальнейшем охлаждении металла, при температуре аллотропического превращения Асз начинается процесс перестройки атомов пространственной решетки — перекристаллизация. В результате перекристаллизации происходит распад части аустенита и превращение его в феррит.

Так как растворимость углерода в феррите меньше, чем в аусте-ните, выделяющийся углерод вступает в химическое соединение с железом, образуя цементит.
 [c.257]

Самый распространенный в технике металл — железо — имеет аллотропические превращения. За этими превращениями можно легко проследить, если рассмотреть процесс охлаждения жидкого железа до комнатной температуры. На рис. 7 показана кривая охлаждения железа. По вертикальной оси отложены температуры, по горизонтальной — время.
 [c.14]

Диаграмма для металлов, имеющих аллотропические превращения 53
 [c.53]

Диаграмма состояния металлов, испытывающих аллотропические превращения
 [c.53]

Многие металлы имеют несколько различных типов кристаллических решеток, устойчивых при разных температурах. Сплавы таких металлов также испытывают аллотропические превращения, во время которых происходит перекристаллизация в твердом состоянии.
 [c.53]

На рис. 36, а -представлена диаграмма состояния двух металлов, полностью взаимно нерастворимых в твердом состоянии. Металл А может иметь две аллотропических модификации при низких температурах А а., при высоких Ац.

Верхняя часть диаграммы состояния такая же, как у двух взаимно нерастворимых металлов, не имеющих аллотропических превращений. Она соответствует первичной кристаллизации из жидкого сплава. Линия АСВ — ликвидус, линия M N — солидус.

 [c.53]

Термический метод является основным наиболее распространенным методом изучения сплавов, особенно при затвердевании их из жидкого состояния, сопровождающемся значительным выделением теплоты кристаллизации, что позволяет надежно определять критические точки.

При наличии аллотропических превращений в твердом состоянии переход металла от одной кристаллической решетки к другой, особенно при изменении растворимости в твердом состоянии, может сопровождаться незначительным выделением тепла и термическим методом определяется очень плохо.

Поэтому превращения в твердом состоянии лучше исследовать по изменениям в структуре, объемным изменениям, изменениям магнитных и электрических свойств, твердости и т. д.
 [c.90]

В случае аллотропического превращения, как и при затвердевании жидкого сплава, выделяется тепло, и, на кривых охлаждения наблюдаются температурные остановки в виде горизонтальных площадок. Однако тепла здесь выделяется в несколько раз меньше, чем при затвердевании.

Изменение кристаллической структуры при аллотропическом превращении совершается в твердом состоянии, поэтому называется вторичной кристаллизацией.

В простейших случаях, например, когда аллотропическое превращение происходит в чистом металле, входящем в структуру затвердевшего сплава, оно происходит для любого состава сплава при постоянной температуре (фиг. 65, б) на горизонтальной линии NM.
 [c.105]

Многие металлы испытывают аллотропическое превращение. Аллотропическим или полиморфным превращением называют изменение решетки кристаллического тела.

Такое изменение происходит изотермически и характеризуется температурой фазового равновесия (То) двух аллотропических разновидностей.

Например, железо при температурах до 910 °С и при 1401-1539 °С образует а-фазу и кристаллизуется в виде кубической объемноцентрированной решетки, а в интервале температур 910-1401 °С образует 7-фазу в виде кубической гранецентрированной решетки.
 [c.29]

Для медленно охлаждающегося чистого металла кривая охлаждения будет иметь вид, показанный на рис. 1.8, а. Кривая охлаждения свидетельствует о том, что жидкий металл охлаждается равномерно до точки А. В точке А понижение температуры прекращается. Между точками А и Б находится участок так называемой критической температуры, при которой начинается и заканчивается кристаллизация металла. Далее температура вновь понижается равномерно. Кривая охлаждения сплава показана на рис. 1.8, в (она станет понятна после изучения аллотропических превращений). Охлаждение аморфного тела протекает плавно (рис. 1.8, б), так как оно постепенно отвердевает вследствие уменьшения подвижности частиц. Кажущееся твердым аморфное тело по структуре представляет собой переохлажденную жидкость.
 [c.13]

Аллотропические превращения есть способность металла, находящегося в твердом состоянии, изменять свое строение при определенных температурах. Сущность этих превращений заключается в том, что у некоторых металлов (железа, олова, титана, кобальта, циркония и др.

) при определенной температуре происходит перестройка атомов из одного типа кристаллической решетки в другой. Способность металла при постоянном химическом составе иметь различное строение, а следовательно, и разные свойства, называется полиморфизмом (полиморфизм — многообразие).

 [c.14]

Аллотропические превращения, как и кристаллизация металла, протекают с поглощением или выделением теплоты, поэтому на кривых охлаждения можно наблюдать небольшие горизонтальные площадки. Температуры, соответствующие этим площадкам, называются критическими (как и при кристаллизации).
 [c.14]

Переход металла из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией, аллотропические превращения — вторичной кристаллизацией.
 [c.14]

Введение в оловянно-свинцовые припои сурьмы приводит к повышению предела ползучести, снижает склонность к старению и предотвращает аллотропические превращения олова, однако большое количество сурьмы ухудшает способность припоев,смачивать поверхность паяемых металлов. При содержании цинка и алюминия свыше 0,005 % снижается растекае-мость припоя, ухудшается его взаимодействие с паяемым металлом, появляется склонность к образованию трещин при затвердевании. Широко применяются оловянно-свинцовые припои,
 [c.86]

К старению металлов и сплавов следует относить все процессы изменения во времени их свойств, связанные с превращениями металлов и сплавов в твердом состоянии.

К основным видам превращений в твердом состоянии относятся аллотропическое и мартенситное превращения, распад мартенситной структуры, растворение в твердом состоянии и распад пересыщенных твердых растворов, упорядочение и разупорядо-чение твердых растворов, образование твердого раствора из эвтектоид-ной смеси.
 [c.104]

Атомы, находящиеся на поверхности кристалла, остаются неуравновешенными со стороны внутренних атомов его кристаллической решетки.

Силы атомной связи стремятся втянуть атомы, находящиеся на поверхности, внутрь, это и проявляется в поверхностном натяжении, величина которого определяется коэффициектом, равным избыточной поверхностной энергии, отнесенной к единице поверхности центра кристаллизации.

О величине коэффициента поверхностного натяжения металлов с газом судят по теплоте испарения, или плавления, или аллотропического превращения, которые тем выше, чем выше силы атомной связи. Например, для железа этот коэффициент 1200, для цинка — 650.

з/сл( , коэффициент поверхностного натяжения кристаллов с расплавом в несколько раз ниже, чем с газовой средой, и тем ниже, -чем плотнее укладка атомов на их поверхности.
 [c.40]

Результаты исследований сплавов, полученные термическим методом, проверяют, применяя для этой цели правило фаз.

Например, существование горизонтального участка на кривой Охлаждения чистого металла при его затвердевании, или аллотропическом нревращении вытекает из правила фаз, потому что вариантность однокомпонентной системы при наличии двух фаз (твердой и жидкой или двух твердых при аллотропическом превращении) равна нулю  [c.91]

При невысоких температурах (до 400° С), когда графитизаЬия и аллотропическое превращение исключаются, рост происходит только за счет коррозии, т. е.

окисления металла газами, Проникающими в графитные включения. При этом образуются SiOj и другие окислы, обладающие большим объемом.

Чем крупнее и прямолинейнее графитные включения и чем больше в чугуне кремния и углерода, тем сильнее его рост.
 [c.156]

Стандартный равновесный потенциал олова равен —0,136 В. Стационарный потенциал в растворе 0,5N Na l равен —0,25 В. ПДК в воде — 0,112мг/л. Олово — серебристо-белый металл, медленно тускнеющий на воздухе. Оно может существовать в двух модификациях.

Обычная металлическая модификация с плотностью 7,31 ф-фаза) носит название белое олово . Более легкая металлоидная форма (о -фаза) с плотностью 5,75 носит название серое олово . Белое олово устойчиво при температуре выше +13 ° С, серое олово — при температуре ниже +13 °С.

Максимальная скорость перехода белого олова в серое олово устанавливается при —48 °С. Аллотропическое превращение белого олова в серое олово аналогично по внешнему проявлению коррозионному разрушению. Начавшееся превращение ускоряет процесс перехода. Это явление получило название оловянной чумы.

Введение в олово 0,5 % Bi или Sb исключает подобное явление.
 [c.211]

Pereosnastka.ru

• Аллотропия металлов
• Категория:
• Металлы

Аллотропия металлов

Многие твердые тела способны существовать при различных условиях температуры и давления в нескольких кристаллических разновидностях (модификациях). О таких телах говорят, что они полиморфны или обладают полиморфизмом.

Углерод, например, может существовать в двух полиморфных формах или модификациях: в виде алмаза с весьма сложной кристаллической решеткой (решетка типа алмаза) и графита (гексагональная решетка).

Применительно к простым кристаллическим образованиям, типичным для металлов, принято говорить не о полиморфизме, а об аллотропии и об аллотропических модификациях.

Аллотропия свойственна не менее чем двенадцати металлам, Ряд из которых имеют важнейшее техническое значение (Sn, Ti, Zr. Сг, Mn, Fe, Co, Ni, V, Np, Pu).

Аллотропические модификации, число которых в некоторых случаях доходит до пяти, принято обозначать греческими буквами а, р, у, 8, « с добавлением символа элемента, например a-Sn, y-Fe, e-Pu и т. д.

Железо при разных температурах способно кристаллизоваться в кубической объемноцентрированной и в кубической гране-центрированной решетках.

Оно находится в виде аллотропической модификации альфа (объемноцентрированный куб) в пределах от абсолютного нуля до 910°, модификации гамма (гране-центрированный куб) в пределах от 910 до 140Г и от 1401 до точки плавления 1539° — вновь в виде модификации альфа.

При нагревании и охлаждении чистого железа на кривых температура—время (рис. 1) при переходе одной аллотропической модификации в другую наблюдаются температурные точки скачкообразного превращения в виде горизонтальных участков.

На кривой нагревания заметны две такие остановки: первая наблюдается при 910°, где а-железо переходит в у-железо, и вторая при 1401°, где Т-железо вновь превращается в a-железо.

Остановки при 768° и при 1539° не являются точками аллотропических превращений, так как первая остановка сопровождается не перестройкой решетки, а лишь потерей железом магнитных свойств.

Вторая остановка при 1539° характеризует не перестройку решетки, а ее разрушение, т. е. переход металла в жидкое состояние.

1. Из изложенного следует, что на кривой нагревания имеется четыре критические точки:
   1) при 768° точка магнитного превращения, при которой железо в процессе нагревания утрачивает магнитность (международное обозначение Асг);
   2) при 910° точка аллотропического превращения а-железа немагнитного в т-железо (обозначение Ас3);
   3) при 1401° точка аллотропического превращения у-железа вновь в a-железо немагнитное (Ас4);
2. 4) при 1539° точка плавления.

При охлаждении превращения идут в обратном порядке. Критическими точками окажутся: точка затвердевания при 1539°; точка Аг4 при 1401°, точка Аг3 при 898° вместо 910° вследствие температурного отставания или гистерезиса и точка Агг при 768°.

Рис. 1. Термические кривые охлаждения (а) и нагрева (б) железа

Кобальт при температурах до 419° имеет гексагональную решетку (а-Со), а от 419 и до точки плавления 1492° — гране-центрированную кубическую (р-Со).

Олово при комнатных и более высоких температурах существует в виде модификации fi-Sn (белое олово) с тетрагональной решеткой, а при температурах ниже 13,2° — в виде модификации a-Sn (серое олово) со сложной пространственной решеткой типа решетки алмаза.

Полиморфизм (аллотропия) присущ всем химическим элементам, с изменением температуры изменяющим свою валентность, т. е. способным отдавать в среду электронного газа переменное число электронов.

Такое изменение электронного газа сопровождается перестройкой пространственной решетки, причем новая модификация, как обладающая меньшим запасом свободной энергии, оказывается в данной температурной области более устойчивой по сравнению с прежней.

Реклама: