Foreversoft.ru

IT Справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Полиморфные модификации железа

Полиморфизм железа

Дата добавления: 2015-07-09 ; просмотров: 7096 ; Нарушение авторских прав

Полиморфизм. Некоторые металлы в зависимости от темпера­туры могут существовать в различных кристаллических формах. Это явление называется полиморфизм или аллотропия, а различные кри­сталлические формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Процесс перехода от одной кристаллической фор­мы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения протекают при определенной температуре.

Полиморфные модификации обозначают строчными гречески­ми буквами α, β, γ, δ и т. д., причем α соответствует модификации, существующей при наиболее низкой температуре. Полиморфизм ха­рактерен для железа, олова, кобальта, марганца, титана и некоторых других металлов.

Важное значение имеет полиморфизм железа. На рис. 5 изобра­жена кривая охлаждения железа.

Полиморфные превращения ха­рактеризуются горизонтальными участками на кривой охлаждения, так как при них происходит полная перекристаллизация металла. До 911°С устойчиво Feα, имеющее кубическую объемноцептрированную решетку. В интервале 911…1392 °С существует Feγ с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой.

При 1392…1539 °С вновь устойчиво Feα. Часто высокотемпературную модификацию Feα обо­значают Feδ. Остановка на кривой охлаждения при 768 °С связана не с полиморфным превращением, а с изменением магнитных свойств. До 768 °С железо магнитно, а выше — немагнитно.

Дефекты кристаллического строения. Реальный металлический кристалл всегда имеет дефекты кристаллического строения. Они подразделяются на точечные, линейные и поверхностные (рис. 6).

Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К точечным дефектам относятся вакансии, представляющие собой узлы кристал­лической решетки в которых отсутствуют атомы (рис. 6, а), а также замещенные атомы примеси (рис. 6, б) и внедренные атомы (рис. 6, в) которые могут быть как примесными, так и атомами основно­го металла.

Точечные дефекты вызывают местные искажения кри­сталлической решетки, которые затухают достаточно быстро по мере удаления от дефекта.

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Эти дефекты называют дислока­циями. Краевая дислокация (рис. 7) представляет собой искажение кристаллической решетки, вызванное наличием «лишней» атомной полуплоскости.

Поверхностные дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся, например, границы между отдельными зернами или группами зерен.

Полиморфизм металлов: суть, определение, примеры

Когда один элемент может существовать в виде нескольких простых веществ с разными свойствами и характеристиками, это называется аллотропией, или полиморфизмом. У металлов такая способность тоже имеется. Некоторые из них могут изменять свою структуру и качества под действием определенных факторов, что порой очень полезно в промышленности и других сферах. О том, какие металлы обладают полиморфизмом и как это проявляется, мы и расскажем.

Разные формы одного

Аллотропия – это явление, при котором один химический элемент может образовывать несколько разновидностей простых веществ. Они могут существенно отличаться друг от друга по своим физическим и химическим свойствам, но при этом состоять они будут из атомов одно и того же вида. Например, графит и алмаз совершенно не похожи: они имеют разный цвет, твердость, структуру, но оба состоят из атомов углерода.

Читать еще:  Win 10 требования к железу

Такие варианты называются аллотропными модификациями, а появляются они благодаря различному порядку расположения частиц в кристаллических решетках или различному строению молекул. Так, молекула из двух атомов оксигена (О2) образует простое вещество кислород, но если атомов оксигена в ней будет три (О3), то возникнет вещество озон.

Понятие «аллотропия» в научную терминологию ввел Йенс Якоб Берцелиус в 1841 году, после того как обнаружил, что винная и виноградная кислоты имеют одинаковый состав, но отличаются свойствами. Сегодня известно больше 400 модификаций, среди которых есть как неметаллы, так и металлы. Термин «аллотропия» применяют ко всем простым веществам, не привязываясь к их агрегатному состоянию. В отношении твердых веществ, причем как простых, так и сложных, употребляется термин «полиморфизм».

Явление полиморфизма металлов

Аллотропия – это распространенное явление, но характерно оно далеко не для всех элементов. Способность образовывать модификации зависит от внутреннего строения самого атома, и присуща тем элементам, которые изменяют свою валентность под действием внешних условий.

У металлов полиморфизм проявляется преимущественно под воздействием температур. Если нагреть вещество до определенного значения, ионы и атомы в его кристаллической решетке начнут перестраиваться, изменяя свое положение относительно друг друга. В итоге вещество приобретет иные свойства и перейдет в другую модификацию.

Каждая новая форма обозначается строчной буквой греческого алфавита, которая через дефис присоединяется к названию элемента. Чем ниже температура, при которой образуется модификация, тем раньше в алфавите стоит буква.

Полиморфизм металлов нашел широкое применение в промышленности. Нередко это свойство веществ используется для создания прочных сплавов. К аллотропии склоны около 30 металлов. Температурная аллотропия характерна для олова, железа, урана, бериллия, титана, кобальта. Цинк, сурьма, цезий, ртуть, галлий, литий и кадмий переходят в другие формы под действием давления.

Железо

Fe, или железо, – один из самых распространенных элементов в земной коре. В таблице Менделеева он стоит под 26-м номером. В качестве простого вещества железо является светлым пластичным металлом с сильными магнитными свойствами. Оно часто применяется в различных сферах жизни, но в большинстве случаев используется в виде сплавов с углеродом, хромом, никелем, марганцем и другими металлами.

Полиморфизм железа проявляется в четырех формах:

  • Феррит (α-Fe) — до температуры в 769 °C. Обладает объемноцентрированной кубической решеткой и ферромагнетическими свойствами.
  • β-Fe – выше 769 °C. Обладает ведет себя как парамагнетик и отличается от феррита только некоторыми параметрами кубической решетки. Не всегда выделяется в отдельную модификацию и рассматривается как α-Fe.
  • Аустенит (γ-Fe) – выше 917 °C. Имеет гранецентрированную кубическую решетку, хуже феррита проводит ток и тепло, ведет себя как парамагнетик.
  • δ-Fe – выше1394 °C. Объемноцетрированная кубическая решетка.

Олово

В периодической таблице олово, или Sn, стоит под номером 50. Это легкий, блестящий, серебристо-белый металл, который хорошо поддается плавлению и ковке. Полиморфизм металла также проявляется при разных температурных режимах:

  • Серое олово (α-Sn) – ниже 13,2 °С. Кубическая решетка алмазного типа, вещество существует в виде серого порошка, проявляет себя как узкозонный полупроводник.
  • Белое олово(β-Sn) – выше 13,2 °С. Привычная форма олова единственная из всех модификаций имеет практическое применение и используется в промышленности. Обладает тетрагональной решеткой, при сгибании издает характерный хруст. При охлаждении превращается в α-Sn, теряя плотность и рассыпаясь. Этот процесс был назван «оловянной чумой».
  • (γ-Sn) – выше 161 °С. Имеет ромбическую решетку, характеризуется повышенной хрупкостью и плотностью.
Читать еще:  Грузовые тарифы железнодорожного транспорта

Железо и его свойства. Полиморфизм железа

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-ЦЕМЕНТИТ

Цель работы: Ознакомление со свойствами железа и явлением полиморфизма; изучение фаз на диаграмме состояния железо-цементит и микроструктур доэвтектоидных, заэвтектоидных и эвтектоидной стали.

Задачи:Определение микроструктуры сплавов железа с углеродом, с различным содержанием углерода и при различных температурах.

Железо – металл серебристого цвета с температурой плавления 1539 °С. До 910 °С железо имеет кристаллическую решетку объемно-центриро­ван­ную кубическую (ОЦК) с периодом решетки 2,86 Å. До 727°С решетка носит наименование -железо, от 727 до 911 °С – -железо. В интервале температур от 911 до 1392 °С железо имеет решетку гранецентрированную кубическую (ГЦК) и называется -железо. Выше 1392 °С до плавления железо снова имеет решетку -железа, то есть ОЦК, и нередко его обозначают как -железо.

Свойство металла при повышении температуры приобретать разные кристаллические решетки, а, следовательно, и разные физико-механические свойства, называется аллотропией или полиморфизмом.

Форма существования решетки называется модификацией – ; переход от одной модификации к другой – аллотропическим или полиморфным превращением.

До температуры 768 °С — железо ферримагнитно, а выше парамагнитно. При 768 °С идет магнитное превращение, то есть переход из ферромагнитного состояния в парамагнитное, эта температура называется точкой Кюри и обозначается как критическая точка А2. На кривой охлаждения это превращение идет при постоянной температуре. На рис. 5.1 (левая часть рисунка) показана кривая охлаждения для чистого железа. Представлены также различные модификации железа.

t2
t1
o
n
m
m
n

Рис. 5.1. Кривая охлаждения чистого железа и диаграмма состояния ЖЕЛЕЗО – ЦЕМЕНТИТ (Fe3C)

Свойство железа. Железо мягкое и пластичное; предел прочности на растяжение 250…300 МПа, условный предел текучести 120…150 МПа; относительное удлинение 50%. Чем чище железо от примесей, тем прочность и твердость ниже, а пластичность выше, и наоборот.

Дата добавления: 2014-12-26 ; Просмотров: 2217 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Полиморфизм металлов

Полиморфизм это такое явление, когда материал в одном интервале температур или давлений имеет одну кристаллическую структуру, а в других интервалах – другую. Иными словами с изменением температуры или давления наблюдается изменение кристаллической структуры материала. Температуру и давление, при которых происходит смена кристаллической структуры материала, называют соответственно температурой и давлением полиморфного или аллотропического превращения.

Различные кристаллографические модификации одного материала принято обозначать буквами греческого алфавита α, β, g, δ, ε, σ и т.д. Модификацию, наблюдаемую при самых низких температурах, обозначают буквой α, при более высоких температурах – β, и т.д.

Читать еще:  Как посмотреть свое железо на компе

Ярким примером полиморфизма у неметаллических материалов является наличие двух кристаллографических модификаций чистого углерода, известных как алмаз и графит. Оба материала являются идентичными по химическому составу и отличаются лишь кристаллической структурой. В результате свойства алмаза и графита оказываются существенно различными. Графит это мягкий, хрупкий и непрозрачный материал, в то время как алмаз является одним из наиболее твёрдых минералов, встречающихся в природе, и, как правило, прозрачен.

Полиморфизм достаточно распространённое явление в мире металлов. Многие из металлов обладают полиморфизмом. Например, у Со с повышением температуры ГПУ-структура перестраивается в ГЦК-структуру, а у Ti ГПУ-структура перестраивается в ОЦК-структуру.

Наиболее ярко полиморфизм проявляется у железа, которое при нагреве два раза меняет свою кристаллическую структуру (рис. 11).

ОЦК ГЦК ОЦК жидкость

α-Fe β-Fe γ-Fe δ-Fe

768 911 1392 1539 Т, °С.

Рис. 11. Кристаллографические модификации железа.

При температурах ниже 768°С железо является ферромагнитным материалом, а при температурах выше 768°С – парамагнитным. Ранее считали, что изменение магнитных свойств железа связано с изменением его кристаллической структуры и поэтому ферромагнитное железо стали обозначать α-Fe, а парамагнитное – β-Fe. Позже выяснилось, что это не так. И то и другое железо имеют одинаковую ОЦК-структуру. Однако исторически сложившееся подразделение железа на α-Fe и β-Fe сохранили. В настоящее время железо с ОЦК-структурой, наблюдаемое в интервале температур до 911 ° С, называют α-железом.

В интервале температур от 911 до 1392 °С железо имеет ГЦК-структуру. Такое железо обозначают γ-Fe. ГЦК-структура отличается от ОЦК-структуры более высокой плотностью упаковки атомов. Поэтому при нагреве железа до температур выше 911°С наблюдается уменьшение размера (объёма) образца.

В интервале температур от 1392 до 1539°С железо вновь имеет ОЦК-структуру. Однако период кристаллической решётки этого железа чуть больше чем у α-железа. Такое железо обозначают δ-Fe.

При температурах выше 1539°С чистое железо плавиться и превращается в жидкий расплав.

Другим ярким примером полиморфизма металлов является полиморфизм олова. При температурах ниже -30°С белое и пластичное β-олово (β –Sn) превращается в свою α-модификацию, т.е. в α-Sn, которое является серым порошком. Не имея никакого представления о природе данного явления, его, в своё время, назвали «оловянной чумой».

Явление полиморфизма в очередной раз подчёркивает, что свойства материалов определяются не только их химическим составом, но и в значительной степени их структурой.

3. ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ

И СПЛАВОВ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое состояниеназывают кристаллизацией. Обратный процесс называют плавлением. Рассмотрим подробно процесс кристаллизации металлов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 11311 — | 7592 — или читать все.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector