Фазовая перекристаллизация, включающая полиморфное или эвтектоидное превращение, приводит к коренной перестройке структуры по всему объему сплава (рисунок Системы с различными фазовыми превращениями). Полиморфное превращение в металлах можно использовать для устранения текстуры и изменения размера зерна. В этом отношении интересным примером является термическая обработка урана (так называемая pтермообработка).
Уран ниже 668 °С имеет ромбическую α-решетку, а от 668 до 774 °С — тетрагональную β-решетку. В начальный период развития атомной техники было установлено, что если изделие из поликристаллического урана подвергается многократным нагревам и охлаждениям в температурном интервале α-фазы, то оно меняет свои размеры.
В литом изделии с крупным зерном возникает шероховатость поверхности. Обработанное давлением изделие (пруток, проволока, пластина) сильно удлиняется, «растет» в одном направлении, сокращаясь в другом.
«Рост» уранового прутка
«Рост» уранового прутка, прокатанного при 300 °С (Чизуик и Келман):
вверху — пруток до воздействия теплосмен;
внизу — тот же пруток после 3000 теплосмен в интервале 50 — 550 °С.
Наиболее важным фактором, определяющим величину «роста» урана, является текстура, которая возникает при обработке давлением в α-области. Преимущественная ориентировка кристаллов в урановом изделии приводит к сильной анизотропии термического расширения, из-за которой при термических циклах возникают напряжения и направленное изменение размеров изделия. Для предотвращения вредного явления «роста» урана необходимо устранить текстуру, которая создается при обработке давлением в α-области.
Если урановый стержень с резко выраженной текстурой нагреть до температуры β-области (выше 668 °С) и затем охладить, то произойдет фазовая перекристаллизация, причем α-кристаллы, образующиеся при полиморфном превращении β → α, не получают резко выраженной предпочтительной ориентировки.
Следовательно, фазовая перекристаллизация устраняет текстуру, в результате чего во всех направлениях коэффициент термического расширения становится одинаковым. После такой термообработки скорость «роста» уранового стержня при воздействии теплосмен резко снижается.
Чем больше размер зерна, тем ярче выражена шероховатость поверхности уранового изделия, возникающая при воздействии многократных термических циклов. Зерна урана можно измельчить при фазовой перекристаллизации. Размер α-сзерен уменьшается с ускорением охлаждения из (состояния.
По аналогии с ураном полиморфное превращение в других цветных металлах и твердых растворах может быть использовано для устранения текстуры и измельчения зерна.
Эвтектоидное превращение в цветных сплавах пока редко используют как основу отжига 2-го рода.
В заключение заметим, что при полиморфном или эвтектоидном превращении нагрев выше критической точки может привести к сильному росту зерна деформированного, а также литого металла или сплава.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков