Аллотропические видоизменения чистого железа

Многие металлы в зависимости от температуры претерпевают структурные изменения кристаллической решетки.

Железо, олово, титан и другие металлы обладают свойствами аллотропии, т.е. способностью одного и того же элемента при различной температуре иметь разную кристаллическую структуру. Аллотропические превращения сопровождаются выделением или поглощением теплоты. Железо имеет четыре аллотропические формы: , , , . Практическое значение имеют и , так как и отличаются от только величиной межатомного расстояния, а для характерно отсутствие магнитных свойств.

Температура, при которой, происходит переход металла из одного аллотропического вида в другой, называется критической. Величины этих температур видны на диаграмме охлаждения и нагревания чистого железа (рис. 2) в виде участков, свидетельствующих о том, что фазовые превращения происходят с выделением теплоты при нагревании. До точки Кюри ( ) железо магнитно, выше – немагнитно.

Рис. 2. Кривые охлаждения и нагревания железа

Все металлы находятся в твердом состоянии до определенной температуры. При нагреве металла амплитуда колебания атомов достигает некоторой критической величины, при которой происходят разрушение кристаллической решетки и переход металлов из твердого в жидкое состояние. Процесс кристаллизации заключается в росте кристаллов путем отложения новых кристаллических групп вокруг возникших зародышей. Рост кристаллических образований происходит в определенных направлениях. Вначале образуются главные оси кристалла путем роста в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а затем от каждой из этих осей образуются новые и возникает не полностью завершенный кристалл, называемый дендритом. В дальнейшем все промежутки между осями дендрита заполняются упорядоченно расположенными атомами.

В условиях несвободной кристаллизации образующиеся кристаллы получают неправильные очертания и форму и называются кристаллитами, или зернами. Величина зерен оказывает существенное влияние на механические свойства металлов: чем мельче зерна, тем прочнее металл.

Технические металлы и сплавы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа различно ориентированных кристаллических зерен (поперечные размеры зерен 0,001 – 0,1 мм). Поэтому в целом металлы принято считать условно изотропными телами.

Однако при одинаковой ориентации кристаллитов такой мнимой изотропности наблюдаться не будет. Кристаллическая решетка реальных металлов и сплавов далека от идеального строения.