1. Кристаллизация металлов, охлаждение чистого железа, его модификации

Металлы - неорганические, кристаллические, абсолютно плотные вещества, обладающие специфическими свойствами: металлическим блеском, высокой прочностью, электро- и теплопроводимостью (самый распространенный – алюминий).

Кристаллизация - процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое. Кристаллизация состоит из двух процессов: 1) зарождения мельчайших частиц кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и 2) роста кристаллов из этих центров.

С понижением температуры подвижность ионов падает и вблизи температуры плавления образуются скопления атомов, в которых они расположены, как в кристаллах, правильными рядами и они начинают обрастать новыми слоями. Такие скопления являются центрами кристаллизации (зародышами). Кристаллы свободно растут до тех пор, пока со всех сторон их окружает жидкий металл. По достижению температуры затвердевания, вновь образуется кристаллическая решетка и металл переходит в твердое состояние.

Температура кристаллизац. Меа - такая температура, когда энергия жидкого и твердого Меа находятся в равенстве, а охлаждение Меа продолжается. Атомы Меа в жидком состоянии непрерывно движутся, при охлаждении Меа движение атомов замедляется, и образуются центры кристаллов (скопления атомов, в которых они расположены правильными рядами, как в кристаллах). Важно, чтобы охлаждение происходило равномерно, чтобы не нарушилась кристаллическая решетка, и Ме не потерял свои св-ва.

Чистое железо (суммарное содержание примесей — до 0,1%, углерода — до 0,02%). Технически чистое железо мягкое (не твёрдое)устойчиво к коррозии, обладает повышенной электропроводностью и очень высокой пластичностью.

До температуры 1539 °С происходит охлаждение жидкого железа. На кривой охлаждения появляется площадка. При этой температуре железо затвердевает, и выделяется скрытая теплота кристаллизации. По окончании кристаллизации и до температуры 1392 °С железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку. При 1392 °С на кривой появляется вторая площадка, связанная с аллотропическим превращением α-железа (Feα) в -железо (Fe), имеющее гранецентрированную кубическую решетку.

Следующая площадка наблюдается на кривой охлаждения при температуре 911 °С по причине превращения Fe в Feα. Кристаллическая решетка превращается из гранецентрированной опять в объемно-центрированную кубическую, которая сохраняется до самых низких температур.

Площадка на кривой охлаждения, соответствующая температуре 768 °С, связана с перестройкой электронных оболочек атомов и изменением магнитных свойств. Ниже 768 °С железо магнитно, а выше – немагнитно.

Чистое железо кристаллизуется в виде трех модификаций α, и β (α-феррит, аустенит и β-феррит), каждая из которых устойчива в своем интервале температур. Модификации α и β обладают одинаковой кубической пространственно центрированной решеткой и представляют собой одну фазу. β-Fe отличается от α-Fe только параметрами объёмноцентрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика. Его не выделяют как отдельную фазу, и рассматривает как разновидность α-Fe; модификация является кубической гранецентрированной решеткой.