Интересные особенности металлов и металлургия нашего времени

Металлы-«хамелеоны». Экспедиция английского полярного исследователя Р. Скотта (не путать с ранее упоминавшимся Р. Скоттом) шла к Южному полюсу. На обратном пути все участники экспедиции погибли. Одним из «виновников» их гибели оказалось олово — обыкновенное олово, которым были запаяны резервуары с керосином. В лютые антарктические морозы белое олово превратилось в серый порошок, и все горючее вылилось из прохудившихся резервуаров. Экспедиция осталась без тепла и света. И погибла...

Произошла же вполне закономерная вещь: олово под влиянием низкой температуры перекристаллизовалось, то есть его атомы перестроились в кристаллы иной симметрии. Напомним, что и алмаз отличается от графита только симметрией кристаллической решетки, в которую выстраиваются атомы углерода. Также углерод входит в состав чугуна и стали но в незначительных количествах и почти не влияет на сталь вес которой имеет большое значение в современной промышленности.

Около половины всех металлов могут кристаллизоваться по-разному в зависимости от температуры. Кристаллы белого олова устойчивы при температуре выше 18°С. Эта разновидность олова может медленно превращаться в серую, если температура чуть ниже, при наличии хотя бы микроскопической крупинки серого олова. Если же такой затравки нет, то превращения не происходит даже при двадцатиградусном морозе. Правда, при очень сильных морозах перекристаллизация идет и без затравки.

«Оловянная чума» была известна давно. Чумой она названа недаром: «болезнь» действительно заразная. Достаточно микроскопической частичке серого олова попасть на белое — и в холодном помещении начинается «эпидемия». Еще любопытнее превращения аморфной сурьмы (получаемой электролизом ее солей) в металлическую. Оно происходит со взрывом! Перекристаллизация идет так быстро и при этом выделяется так много тепла, что металл распыляется. В наше время олово в больших объемах продается на бирже lme.

Способность некоторых металлов кристаллизоваться по-разному в зависимости от температуры, давления и других внешних условий была впервые открыта Э. Митчерлихом в 1822 году. Впоследствии она была названа полиморфизмом.

Различные кристаллические состояния (их обычно называют модификациями) одного и того же элемента принято обозначать буквами греческого алфавита. Буквой альфа обозначается форма, устойчивая при наименьшей температуре; формы бета, гамма и т. д. следуют в порядке нарастания температур.

Полиморфные металлы — титан, цирконий, гафний, скандий, железо, марганец и некоторые другие, — несмотря на относительно высокие температуры плавления, не обладают жаропрочностью. Дело в том, что после перекристаллизации, которая может происходить при температурах значительно меньших, чем точка плавления, метал-лы-«хамелеоны» резко теряют способность сопротивляться воздействию внешних усилий. Именно поэтому сплавы на основе никеля, не обладающего полиморфизмом, способны работать длительное время при температурах свыше 900°С, а сплавы на основе перечисленных выше, хотя и более тугоплавких, но полиморфных металлов— лишь при 600—700°С.

Как видим, для металлов-«хамелео-нов» температура перекристаллизации является поэтому более верным показателем жаропрочности, чем температура плавления.

При высоких температурах металлы-«хамелеоны» всегда имеют более простые кристаллические решетки, чем при низких: только кубические объемно- и гранецентрированные. Такие решетки наиболее благоприятны для перемещения атомов друг относительно друга без нарушения связи между ними во время пластической деформации. На этом основании в 1950 году Е. М. Савицким было сформулировано правило пластичности. Согласно этому правилу наиболее высокотемпературные формы всех полиморфных металлов должны обладать наибольшей способностью к пластической деформации. Это правило непосредственно указывает оптимальный режим технологии горячей обработки давлением (прокатки, ковки, прессования и др.), таких металлов и их сплавов, даже если они хрупки при комнатной температуре. Говоря проще, прокатывать, ковать, прессовать такие металлы нужно в условиях существования их высокотемпературной формы.