Какие модификации углерода и железа существуют? Почему происходит упрочнение железа при закалке стали? Что является единицей любого перевоплощения? Об этом рассказывает доктор технических наук Валентин Крапошин.

Можно сказать, с детства из художественной литературы все знают превращения кристалла — это графит и алмаз. Это углерод в двух модификациях, это то, что называется «кристаллическая модификация»: графит черного цвета, он проводит электрический ток, имеет одну кристаллическую структуру, а алмаз имеет совсем другую, другие свойства — это всем хорошо известно. Именно превращения в кристаллах очень важны в металлах. Закалка стали — чудесное явление, известное около 3000 лет назад. В Китае уже умели закаливать сталь, и это основано именно на том же явлении, что в случае углерода, который может быть графитом, может быть алмазом. Железо может иметь при обычном давлении две разные кристаллические модификации, по-разному устроенные кристаллические решетки, разную структуру — на этом основано явление закалки, и оно до сих пор не известно, и непонятно, как же перестраивается одна структура в другую, но при этом весь кусок металла не разрушается.

Вторая загадка в превращении кристаллов — это плавление, потому что считается, что жидкость — это хаос. Кристалл — это полностью упорядоченная структура, а жидкость — полностью разупорядоченная. Однако, как все хорошо знают, кристалл воды легче, чем вода. А считается, что кристаллическая упаковка самая плотная, и вдруг лед плавает. В металлах тоже очень много странного при переходе в жидкость. Почти никакие физические свойства металлов при плавлении не изменяются: он так же проводит электрический ток, такая же у него плотность, такие же магнитные свойства, какие были в кристаллическом виде, только одно свойство меняется кардинально: он становится жидким, текучим. И тут наступает проблема пропущенных решений. Строение жидкости узнать было трудно, она же хаотическая, не дает дифракционной картины, которую дают кристаллы, и мы не знаем, как она устроена.

Было непонятно, как же один кристалл превращается в другой. Во всех книжках до сих пор рисуют упрощенное движение одной плоскости по другой. Это двумерная картина, которая не позволяет описать всего богатства явлений, превращения и изменения свойств. Только сейчас, благодаря тому, что привлекли для описания структур многомерную кристаллографию или обобщенную кристаллографию, которая работает в четырех измерениях, такой математический подход и позволил описать превращение в трехмерном пространстве, не как движение двух пластиночек, одно по другому. Такого просто не бывает. Поэтому до сих пор описания превращения не было.