этой зоны объясняется их случайной ориентацией, которая является причиной столкновения кристаллов и прекращения их роста. Эта зона очень тонка и не всегда различима невооруженным глазом.

Зона столбчатых кристаллов (2-я зона) формируется после образования корки вследствие уменьшения степени переохлаждения. Кристаллы это зоны растут в направлении обратном отводу тепла.

Зона равноосных кристаллов (3-я зона) формируется в центре слитка, где нет определенной направленности отвода тепла, наблюдается наименьшая степень переохлаждения, и кристалл может расти практически с одинаковой скоростью по всем направлениям.

Применяя различные технологические приемы, можно изменить количественные соотношения зон или исключить из структуры слитка -ка кую-либо зону вообще. В верхней части слитка, которая затвердевает в последнюю очередь, концентрируется усадочная раковина(4). Под усадочной раковиной металл получается рыхлым, в нем содержится много усадочных форм. Часть слитка с усадочной раковиной и рыхлым металлом отрезают.

1.6. Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм

Образование и рост новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией. Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или разных модификациях. Существование одного металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма.

В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, а при более высокой – β, γ и т. д. Примеры полиморфных металлов приведены в таблице 1.2.

При переходе металла из одной полиморфной модификации в другую происходит фазовая перекристаллизация, вследствие образования новых зерен в структуре металла. Можно считать, что процесс перекристаллизации при полиморфном превращении подчиняется тем же законам, что и процесс перекристаллизации. Полиморфное превращение прежде всего развивается в тех участках структуры, в которых уровень свободной энергии повышен. Такими участками являются границы зерен и приграничные области. Чем меньше размер зерна, тем больше межзеренная поверхность и тем больше возникает зародышевых центров. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название

температуры полиморфного превращения.

30

			Таблица 1.2
	Кристаллическая структура полиморфных металлов
Металл		Кристаллическая	Температура существования
		структура	модификации, ºС
Титан		ГП	До 882
		ОЦК	882–1668
Цирконий		ГП	До 862
		ОЦК	862–1852
Олово		Алмазная	До 13
		ТОЦ	13–232
Уран		Ромбическая	До 663
		ТОЦ	663–764
		ОЦК	764–1130
Кобальт		ГП	До 447
		ГЦК	477–1490

Переход металла из одной полиморфной модификации в другую в условиях равновесия протекает при постоянной температуре и сопровождается выделением тепла, если превращение идет при охлаждении, и поглощением тепла – при нагреве. На кривых охлаждения и нагрева переход из одного состояния в другой характеризуется остановкой(для чистых металлов) или изменением характера кривой (для сплавов).

Рассмотрим явление полиморфизма на примере железа (рис. 1.16). Железо имеет две температуры полиморфного превращения– 1392 ºС и 911

ºС:

при t < 1392 0С; Feδ(α) → Feγ; ОЦК → ГЦК,

при t < 911 0С; Feγ → Feα; ГЦК → ОЦК.

При температуре 768 ºС получается остановка на кривой охлаждения, связанная не с перестройкой решетки, а с изменением магнитных свойств. Железо отличается специфическими магнитными свойствами. Эти свойства называются ферромагнитными. При нагреве ферромагнитные свойства постепенно теряются. П. Кюри показал, что полная потеря ферромагнитных свойств получается при определенной температуре, названной впоследствии точкой Кюри. Выше 768 ºС Feα немагнитно (немагнитное Feα иногда называют Feβ), ниже 768 ºС железо ферромагнитно.

31