Аллотропические превращения металлов

Мы привыкли смотреть на твердое тело как на что - то неизменяемое. В действительности, это не так. Некоторые металлы, будучи уже в твердом состоянии, могут претерпевать при определенных температурах изменения в своем строении. Изменения, которые происходят в строении металла, находящегося в твердом состоянии, называются аллотропическими превращениями. Сущность этих превращений заключается в том, что у некоторых металлов (железо, олово, титан и др.) при определенной температуре наблюдается перестройка атомов из одного типа кристаллической решетки в другой. Способность металла при одном и том же химическом составе иметь различное строение, а следовательно и свойства, носит название полиморфизма (многообразие).

Различные структурные формы одного и того же металла называются его модификациями. Они обозначаются буквами греческого алфавита. Модификация, существующая при наиболее низкой температуре, обозначается буквой а, при повышенной 3, при еще более высокой у и затем 5. Из курса химии известно много примеров аллотропических превращений в простых телах (белый и красный фосфор, несколько форм серы, углерод в виде алмаза и графита и др.). Превращения, протекающие в твердых металлах, также сопровождаются поглощением или выделением тепла, как и при процессе кристаллизации, поэтому на кривых охлаждения наблюдаются небольшие горизонтальные площадки. Температуры, соответствующие этим площадкам, называются критическими. Кривая охлаждения олова. Верхняя горизонтальная площадка соответствует температуре кристаллизации, а нижняя - аллотропическому превращению.

Понятно, что перестройка кристаллической решетки вызывает изменение свойств металла. Весьма показательным в этом отношении является олово. Мягкое и пластичное белое олово (Sn(3) на сильном морозе испытывает аллотропическое превращение и переходит в другую модификацию (Sna), при которой оно приобретает серый цвет, теряет свою пластичность и легко рассыпается в порошок. Аллотропические превращения в железе оказывают значительное влияние на его свойства, но внешний вид железа не изменяют. Аллотропические превращения можно искусственно затормозить или вовсе не допустить путем быстрого охлаждения металла или добавкой в него других элементов. Практическое значение аллотропических превращений металла очень велико, в частности с ними связано большинство видов термической обработки стали. Процесс образования кристаллов из жидкого металла называют первичной кристаллизацией. Превращения, протекающие в твердом металле, называют вторичной кристаллизацией. При термической обработке происходят процессы вторичной кристаллизации.