Аллотропия и анизотропия металлов

Лекция 2

Cтруктура литых материалов

Аллотропия и анизотропия металлов.

Некоторые металлы при разных температурах имеют различную кристаллическую решетку. Способность металла существовать в различных кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Принято обозначать полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, индексом α, при более высокой индексом β, затем γ и т. д. Известны полиморфные превращения железа: α-Fe ↔ γ-Fe, титана α-Ti ↔ β-Ti и других элементов.

Температура превращения одной кристаллической модификации в другую называется температурой полиморфного превращения.

Основной причиной аллотропии является стремление любого вещества обладать минимальным запасом свободной энергии F, которая изменяется в зависимости от абсолютной температуры Т. Если у металла по достижении какой -то определенной температуры изменение типа кристаллической решетки обеспечивает уменьшение запаса свободной энергии, то такой металл претерпевает аллотропическое превращение.

При полиморфном превращении меняются форма и тип кристаллической решетки. Это явление называется перекристаллизацией.

Так, например, у железа объемноцентрированная кубическая решетка (ОЦК), соответствующая α-железу, устойчива в двух интервалах температур: ниже 911⁰С и от 1392 до температуры плавления (1539⁰С), (высокотемпературную модификацию α-железа обозначают еще буквой δ). В интервале температур 911-1392⁰С устойчиво γ-Fe. При нагреве выше 911⁰С атомы решетки ОЦК (объемноцентрированная кубическая) перестраиваются, образуя решетку ГЦК (гранецентрированная кубическая). Быстрое охлаждение может сохранить высокотемпературную модификацию в течение длительного времени, так как низкая диффузионная подвижность атомов при температурах уровня комнатной не способна вызвать перестройку решетки. На этом явлении основана термическая обработка металлов.

При переходе из одной полиморфной форму в другую меняются свойства, в частности плотность и соответственно объем вещества. Например, плотность γ-Fe с более плотноупакованной ГЦК решеткой (как мы помним координационное число К и коэффициент компактности Q равны 12 и 74%) на 3% больше плотности α-Fe (значения К и Q равны и 8 и 68%, соответственно).

Вследствие того, что в разных плоскостях решетки плотность расположения атомов неодинаковая, свойства кристаллов (механические, физические, химические) в разных направлениях различны. Такое разнообразие свойств кристаллов в зависимости от направления называется анизотропией. Все кристаллы анизотропны.

В реальных металлах, состоящих из большего числа по-разному ориентированных мелких анизотропных кристаллов (поликристалл), свойства во всех направлениях получаются одинаковыми (усредненными). Эта кажущаяся независимость свойств от направления называется квазиизотропией (ложной изотропией).

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 599; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!