В полиморфных металлах упаковка атомов, обеспечивающая минимальное значение термодинамического потенциала в одних условиях, становится нестабильной в других. В этом случае при изменении температуры и давления происходит полиморфное превращение. Модификации полиморфного металла, переходящие одна в другую с повышением температуры, обозначают буквами α, β, γ и δ.
На рис.1 показаны диаграммы фазового равновесия и изменение термодинамического потенциала полиморфного металла в твердом состоянии при постоянном давлении. В области температур, лежащих выше Т0, стабильна β – модификация, поскольку она обладает меньшим термодинамическим потенциалом. Модификация α существует в этих условиях лишь в метастабильном состоянии. При Т< Т0 стабильна упаковка атомов, присущая α – модификации, поскольку ее термодинамический потенциал ниже, чем β – модификации. При Т= Т0 обе модификации имеют одинаковые термодинамические потенциалы и стабильно существуют. Переходы одной модификации в другую происходят при изменении давления и температуры. Снижение, например, температуры ниже Т0 приведет к переходу β – модификации в α. Повышение температуры выше Т0 вызывает превращение модификации α в β. Термодинамический потенциал металла при этих превращениях снижается.
Перекристаллизация полиморфных металлов имеет много общего с кристаллизацией: она также происходит в результате образования зародышей и последующего роста новой фазы. Фазовые превращения в твердом состоянии имеют, однако, и особенности, поскольку исходная фаза не жидкая, а кристаллическая.
Первая особенность связана с изменением удельного объема металла. Если при затвердевании объемные изменения заметно не влияют на образование зародышей вследствие текучести (податливости) расплава, то при перекристаллизации их роль велика. Изменение объема металла сопровождается деформацией исходных и образующихся фаз, для чего требуется дополнительная энергия. Благодаря этому энергетический стимул превращения – разность термодинамических потенциалов – уменьшается на величину энергии деформации.
