зоваться в различных структурах, причем при изменении температуры и давления возможна перестройка одной структуры в другую, более устойчивую для данных условий. Явление это называется полиморфизмом или аллотропией.

Процесс перехода вещества из одной модификации в другую можно пояснить так.

По мере повышения температуры вещества величина свободной энергии различных модификаций уменьшается с различной скоростью, и тем быстрее, чем выше удельная теплоемкость модификации. Поскольку при 0° К уровень свободной энергии модификаций различен, а убывание энергии происходит по разным законам, то

Тлр Тш -273 0 273 550 625 1100 1375 Ю50

Рис. 3. Схема полиморфных превращений веществ в связи с изменением энергетического состояния в зависимости от температуры.

при некоторой температуре превращения Тпр кривые изменения свободной энергии пересекутся (рис. 3, а). Устойчивой будет та модификация, которая в данных условиях имеет меньшую величину свободной энергии: в нашем случае — р-модификация при низких и a-модификация при высоких температурах. Переход из |3- в а-мо-дификацию произойдет при определенной температуре — Тпр.

В ряде случаев процесс полиморфных превращений несколько усложнен. Так, железо, например, имеет две модификации: a-Fe .и y-Fe. Кривые изменения свободной энергии а- и ^-модификаций железа (рис. 3, б) пересекаются в двух точках в связи с возрастанием удельной теплоемкости a-Fe в интервале температур 910— 1400° С.

В области 0° К—910° С устойчива модификация a-Fe с кубической объемноцентрированной решеткой. При температуре ~ 910° С модификация a-Fe переходит в Y-Fe с кубической гранецентри-рованной решеткой. Модификация Y-Fe устойчива в интервале температур 910—1400° С, а при дальнейшем нагревании вновь

приобретает объемноцентрированную кубическую решетку, т. е. переходит в a-Fe1.

Полиморфизм — явление довольно широко распространенное. Некоторые металлы имеют по три (Сг, Са, Li, Se) и даже по четыре модификации (Мп). Полиморфные превращения, как правило связанные с изменением параметров кристаллической решетки, удельного веса и многих других свойств металлов, играют важную роль в производстве и использовании последних.

§ 5. НЕСОВЕРШЕНСТВА В СТРОЕНИИ МЕТАЛЛОВ

N

п+—

I

Идеальное расположение атомов в кристаллах, строго соответствующее типу кристаллической решетки, в реальных условиях почти не встречается. В любом реальном кристалле металла или сплава имеются различные несовершенства, т. е. отклонения от абсолютно правильного размещения атомов. Такие несовершенства существенно сказываются на всех свойствах металлов, и прежде всего, на их прочности, пластичности, упругости, коррозионной стойкости и т. п.

Нарушения правильной кристаллической структуры практически неизбежны уже при образовании монокристаллов. При объединении последних в блоки и образовании поликристаллов создаются, кроме того, дополнительные виды несовершенств. Ниже рассматриваются наиболее важные примеры несовершенств монокристаллов и поликристаллических блоков.

Упругие искажения. Под действием любой силы, независимо от ее природы, атомы кристалла смещаются из своих первоначальных положений. В результате этого кристаллическая структура искажается (рис. 4).

Упругая деформация металла, вызванная действием приложенной внешней силы, является результатом суммирования незначительных по абсолютной величине искажений размеров отдельных ячеек кристаллической решетки. Поскольку первоначальное правильное расположение атомов соответствует минимальному значению сгободной энергии, а поэтому устойчиво, любое отклонение из этого положения требует дополнительной затраты работы. Работа, израсходованная на упругое деформирование металла, сохраняется им в форме потенциальной энергии атомов до тех пор, пока не сняты усилия. При соответствующих условиях эта энергия может

Рнс. 4. Искажение кристаллической решетки под действием сил сдвига.

1 В литературе эту модификацию иногда называют б-Fe. В действительности она почти тождественна a-Fe — отличается от нее только расстоянием между атомами.