 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Преобразование бездиффузионного является изменением фазы , которое происходит без дальней диффузии из атомов , а некоторая формой кооперативного, однородного движения многих атомов , что приводит к изменению в кристаллической структуре. Эти движения небольшие, обычно меньше межатомных расстояний, и атомы сохраняют свои относительные отношения. Упорядоченное движение большого числа атомов приводит к тому, что некоторые называют их военными преобразованиями в отличие от фазовых изменений, основанных на гражданской диффузии. [1]
Наиболее часто встречающимся превращением этого типа является мартенситное превращение, которое, хотя и является, вероятно, наиболее изученным, но представляет собой лишь одну подгруппу недиффузионных превращений. Мартенситное превращение в стали представляет собой наиболее экономически значимый пример этой категории фазовых превращений, но все большее количество альтернатив, таких как сплавы с памятью формы , также становятся все более важными.
Классификация и определения [ править ]
Когда структурное изменение происходит за счет скоординированного движения атомов (или групп атомов) относительно своих соседей, это изменение называется трансформацией смещения . Это охватывает широкий спектр преобразований, поэтому были разработаны дальнейшие классификации [Cohen 1979].
Первое различие можно провести между преобразованиями, в которых преобладают деформации, искажающие решетку, и преобразованиями, в которых перетасовки имеют большее значение.
Однородные деформации, искажающие решетку, также известные как деформации Бейна, представляют собой деформации, которые превращают одну решетку Браве в другую. Это может быть представлено матрицей деформации S, которая преобразует один вектор y в новый вектор x :
Это однородно, поскольку прямые линии превращаются в новые прямые. Примеры таких преобразований включают кубическую решетку, увеличивающуюся в размере по всем трем осям (расширение), или сдвиг в моноклинную структуру.
Перемешивание, как следует из названия, предполагает небольшое движение атомов внутри элементарной ячейки. В результате чистая перетасовка обычно не приводит к изменению формы элементарной ячейки - только ее симметрии и структуры.
Фазовые преобразования обычно приводят к созданию интерфейса между преобразованным и исходным материалом. Энергия, необходимая для создания этого нового интерфейса, будет зависеть от его природы - по сути, от того, насколько хорошо две структуры подходят друг к другу. Дополнительный энергетический член возникает, если преобразование включает изменение формы, поскольку, если новая фаза ограничивается окружающим материалом, это может вызвать упругую или пластическую деформацию и, следовательно, деформацию.термин энергии. Соотношение этих параметров межфазной энергии и энергии деформации оказывает заметное влияние на кинетику превращения и морфологию новой фазы. Таким образом, в преобразованиях перемешивания, где искажения малы, преобладают межфазные энергии, и их можно с пользой отделить от преобразований, искажающих решетку, где энергия деформации имеет тенденцию иметь больший эффект.
Подклассификация смещений, вызывающих искажение решетки, может быть сделана путем рассмотрения компонентов искажения, связанных с растяжением и сдвигом. В преобразованиях, в которых преобладает компонент сдвига, можно найти линию в новой фазе, которая не искажена по сравнению с исходной фазой, в то время как все линии искажены, когда преобладает расширение. Преобразования с преобладанием сдвига могут быть дополнительно классифицированы в соответствии с величиной задействованных энергий деформации по сравнению с врожденными колебаниями атомов в решетке и, следовательно, по тому, имеют ли энергии деформации заметное влияние на кинетику превращения и морфологию образующейся фазы. . Если энергия деформации является значительным фактором, то превращения называют мартенситными.а если это не так, то превращение называют квазимартенситным .
Мартенситное превращение железо-углерод [ править ]
Разница между аустенитом и мартенситом в некотором смысле довольно мала: хотя элементарная ячейка аустенита в среднем представляет собой идеальный куб, превращение в мартенсит искажает этот куб из-за межузельных атомов углерода, которые не успевают диффундировать в течение смещение трансформации. Элементарная ячейка становится немного длиннее в одном измерении и короче в двух других. Математическое описание этих двух структур сильно различается по причинам симметрии (см. Внешние ссылки), но химическая связь остается очень похожей. В отличие от цементита , связка которого напоминает керамические материалы, твердость мартенсита трудно объяснить химическими терминами.
Объяснение зависит от тонкого изменения размера кристалла. Даже микроскопический кристаллит состоит из миллионов элементарных ячеек. Поскольку все эти элементы обращены в одном направлении, искажения даже в доли процента усиливаются и превращаются в серьезное несоответствие между соседними материалами. Несоответствие устраняется созданием множества дефектов кристаллов , что напоминает процесс наклепа . Как и в случае закаленной стали, эти дефекты не позволяют атомам организованно скользить мимо друг друга, в результате чего материал становится более твердым.
Сплавы с памятью формы также обладают удивительными механическими свойствами, которые в конечном итоге были объяснены аналогией с мартенситом. В отличие от системы железо-углерод, в системе никель-титан можно выбрать сплавы, которые сделают «мартенситную» фазу термодинамически стабильной.
Псевдомартенситное преобразование [ править ]
В дополнение к смещающему преобразованию и диффузионному преобразованию с использованием системы дифракции рентгеновских лучей высокого давления был обнаружен новый тип фазового превращения, который включает в себя смещающий подрешеточный переход и диффузию атомов. [2] Новый механизм трансформации был назван псевдомартенситным преобразованием. [3]
Ссылки [ править ]
Заметки [ править ]
- ^ DA Портер и KE Истерлинг, Фазовые превращения в металлах и сплавах, Chapman & Hall , 1992, стр.172 ISBN 0-412-45030-5
- ^ Чен, Цзюхуа; Weidner, Donald J .; Париз, Джон Б.; Vaughan, Michael T .; Ратеррон, Пол (30 апреля 2001 г.). «Наблюдение переупорядочения катионов во время перехода оливин-шпинель в фаялите с помощью синхротронной дифракции рентгеновских лучей при высоком давлении и температуре». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 86 (18): 4072–4075. Bibcode : 2001PhRvL..86.4072C . DOI : 10.1103 / physrevlett.86.4072 . ISSN 0031-9007 . PMID 11328098 .
- ^ Kristin Leutwyler Новый фазовый переход Scientific American , 2 мая 2001.
Библиография [ править ]
- Кристиан, Дж. У., Теория превращений в металлах и сплавах , Pergamon Press (1975)
- Хачатурян А.Г. Теория структурных превращений в твердых телах // Dover Publications, Нью-Йорк (1983).
- Грин, диджей; Hannink, R .; Суэйн, М.В. (1989). Трансформационное упрочнение керамики . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5 .
Внешние ссылки [ править ]
- Обширные ресурсы Кембриджского университета
- Переход от кубической к тетрагональной
- Европейский симпозиум по мартенситным превращениям (ESOMAT)
- PTCLab для кристаллографии мартенсита
