1. Чистий метал;

2. Твердий розчин заміщення;

3. Твердий розчин втілення.

Компоненти сплаву в результаті хімічної взаємодії можуть утворювати хімічні з'єднання

Компоненти можуть не утворювати твердого розчину і не вступати в хімічне з'єднання. В цьому випадку сплав представляє собою механічну суміш компонентів.

Швидкість кристалізації (Ш.К.) визначають по степені переміщення кристала, який росте (мм) за одиницю часу (мін) в одному напрямку, тому її називають лінійною швидкістю кристалізації.

Дослідження Г. Таммана (1861 - 1938) показали, що при температурі фазового переходу (і), яка відповідає горизонтальній ділянці на кривій охолодження (фіг. 2.6), швидкість зародження центрів кристалізації і лінійної швидкості кристалізації близькі до нуля. По мірі збільшення переохолодження (А() ці параметри швидко зростають, але не в однаковій степені. Число центрів зародження росте значно швидше, чим швидкість кристалізації. Тому, чим більше переохолодження, тим дрібніші будуть утворення при затвердінні кристала. Так як ступінь переохолодження пропорційна швидкості охолодження, то можна зробити висновок, що при збільшенні швидкості охолодження його кристали будуть дрібнішими.

Утворені при затвердінні метала кристали мають неправильну зовнішню форму, не дивлячись на упорядковану внутрішню будову. В металознавстві такі кристали називають зернами. Чому утворені при затвердінні металів кристали мають неправильну форму, можна представити зі схеми утворення зерен (фіг. 2.8). Спочатку кругом центрів кристалізації групуються атоми з розплаву і кристали мають правильну форму. По мірі охолодження металу кристали ростуть, а рідкої фази стає все менше.

Зерниста структура найбільш сприятлива для механічних властивостей металу. Але в деяких випадках метал набуває в процесі кристалізації дендритну1 структуру, яка по формі нагадує гілку хвойного дерева.

Фіг. 2.8. Схема процесу утворення зерен:

1 - утворення центрів кристалізації;

2,3,4 - ріст кристалів:

5 - тіснота мішає прийняти правильну форму;

6 - зерна.

2.5. Алотропія металів

Деякі метали в залежності від температури і тиску можуть набувати кристалічну решітку звичайного типу. Зі зміною останньої змінюються властивості металів. Це явище одержало назву алотропії.

Різним алотропічним станом (модифікаціям) прийнято присвоювати назви початкових букв грецького алфавіту. Модифікації, які існують для даного металу при самій низькій температурі, позначають буквою ос , а подальші модифікації по мірі підвищення температури — буквами , , .

Перехід металу з одного алотропічного стану в інший аналогічний затвердінню (плавленню), так як він пов'язаний з утворенням нових кристалів попередньої модифікації. Алотропічні перетворення супроводжуються зміною питомого об'єму і виділенням або поглинанням теплової енергії. Останнє дозволяє встановити наявність алотропічних перетворень і наглядати за їх ходом.

Вторинна кристалізація має місце у олова, заліза, Марганця, кобальта і деяких інших металів. Особливо різко змінюються властивості при перекристалізації олова. У олова бачимо дві алотропічні модифікації і . Олово при температурі вище 13,2°С має тетрагональну об’ємноцентровану решітку зі щільною упаковкою іон-атомів в комірці. При переході в а стан олово набуває кристалічну решітку типу алмаза з менш щільною упаковкою іон-атомів. В результаті цього об'єм зерен різко виростає, і білий ковкий метал розсипається, перетворюючись в сірий крихкий порошок.

Такі різкі зміни структури і властивостей металу при алотропічних перетвореннях мають місце відносно рідко. Частіше всього при перекристалізації зберігається міцність зчеплення між зернами. Але деякі властивості змінюються. Наприклад, при переході заліза з а стану в у стан метал зовнішньо не змінюється, але помітно зменшуються розміри зерен, збільшуються параметри елементарних решіток і різко міняється властивість заліза розчинювати вуглець. Останнє має велике значення при термічній і хіміко-термічній обробці сталі.