У некоторых металлов в твердом состоянии в зависимости от температуры нагревания, скорости охлаждения или изменения давления в пределах твердого состояния изменяются форма и периоды кристаллических решеток.
Такие изменения называют полиморфными превращениями. Они протекают при постоянной температуре и сопровождаются поглощением или выделением тепла.
Изменившееся строение кристаллической решетки при полиморфном превращении, которое произошло при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, при более высокой — буквой β, при дальнейшем повышении температуры γ и т. д.
Полиморфные превращения наблюдаются у многих металлов и могут быть обратимыми в зависимости от изменения температуры и давления в пределах твердого состояния.
Например, известны полиморфные превращения:
у железа Fe α ↔ Fe β ↔Fe γ ↔ Fe δ
у марганца Mn α ↔ Mn β ↔ Mn γ ↔ Mn δ
у олова Sn α ↔ Sn β
и т. д.
Полиморфные превращения можно обнаружить термическим методом, который заключается в следующем.
В тигель с расплавленным металлом помещают соединенный с самопишущим температурно-измерительным
прибором (потенциометром, осциллографом) термоэлектрический термометр. Расплав медленно охлаждают.
Прибор записывает кривую охлаждения в координатах «температура — время охлаждения»
Точки перегиба на кривой будут соответствовать полиморфным превращениям.
Полиморфные превращения сопровождаются изменением в твердом состоянии структуры металлов и сплавов, при этом изменяются их механические, физические и химические свойства. Такое явление широко используется в технике, например при термической обработке металлов и сплавов. Так, при закалке стальных или чугунных изделий в результате быстрого охлаждения происходит полиморфное превращение, при котором резко возрастает твердость сплавов.
Изменение в твердом состоянии структуры металлов и сплавов в результате перемены внешних условий (температуры, давления в пределах твердого состояния) называют перекристаллизацией. При перекристаллизации очень часто изменяется объем вещества, а следовательно, и плотность металла. Так, плотность Fe γ на 3% больше плотности Fe α.
Такие изменения объема влияют на форму и размеры деталей при их термической обработке, что необходимо учитывать на практике.