Видманштеттеновы узоры , также известные как Thomson структуры , являются фигурами длинного никеля - железные кристаллы, найденных в октаэдрите железных метеоритов и некоторые палласитах . Они состоят из тонких чередующихся полос или лент камасита и тэнита, называемых ламелями . Обычно в промежутках между пластинами можно найти мелкозернистую смесь камасита и тэнита, называемую плесситом . Шаблоны Видманштеттена описывают особенности современных сталей, [1] титановых и циркониевых сплавов.
Открытие
В 1808 году эти фигуры были названы в честь графа Алоиса фон Бекха Видманштеттена , директора Императорского фарфорового завода в Вене . Нагревая железные метеориты пламенем , [3] Видманштеттен заметил дифференциацию цвета и зоны блеска, поскольку различные сплавы железа окислялись с разной скоростью. Он не публиковал свои выводы, заявив о них только в устном общении со своими коллегами. Открытие было признано Карлом фон Шрайберсом , директором Венского кабинета минералов и зоологии, который назвал структуру в честь Видманштеттена. [4] [5] : 124 Однако сейчас считается, что открытие металлического кристаллического узора на самом деле должно быть приписано английскому минералогу Уильяму ( Гульельмо ) Томсону , который опубликовал те же открытия четырьмя годами ранее. [6] [5] [7] [8]
Работа в Неаполе в 1804 году, Томсон лечил Krasnojarsk метеорит с азотной кислотой в усилии , чтобы удалить тусклый налет , вызванное окислением. Вскоре после того, как кислота вступила в контакт с металлом, на поверхности появились странные фигуры, которые он подробно описал выше. Гражданские войны и политическая нестабильность на юге Италии мешали Томсону поддерживать контакты со своими коллегами в Англии. Это было продемонстрировано в его потере важной корреспонденции, когда ее носитель был убит. [7] В результате в 1804 году его открытия были опубликованы только на французском языке в Bibliothèque Britannique . [5] : 124–125 [7] [9] В начале 1806 года Наполеон вторгся в Неаполитанское королевство, и Томсон был вынужден бежать на Сицилию [7] и в ноябре того же года умер в Палермо в возрасте of 46. В 1808 году работа Томсона снова была посмертно опубликована на итальянском языке (в переводе с оригинальной английской рукописи) в Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena . [10] Наполеоновские войны препятствовали контактам Томсона с научным сообществом и его путешествием по Европе, в дополнении к его ранней смерти, затемняются его вклад в течение многих лет.
Имя
Наиболее распространенные названия для этих фигур видманштеттенова структура и структура видманштеттенова , однако есть некоторые варианты написания:
- Видманштеттер (предложен Фредериком К. Леонардом ) [11]
- Видманштеттен (используется, например, для лунного кратера Видманштеттен )
- Widmanstatten (англ.)
Более того, из-за приоритета открытия Дж. Томсона , некоторые авторы предложили называть эти фигуры структурой Томсона или структурой Томсона-Видманштеттена . [5] [7] [8]
Механизм образования ламелей
Железо и никель образуют гомогенные сплавы при температурах ниже точки плавления ; эти сплавы - тенит . При температурах ниже 900–600 ° C (в зависимости от содержания Ni) стабильны два сплава с различным содержанием никеля: камасит с более низким содержанием Ni (от 5 до 15% Ni) и тэнит с высоким содержанием Ni (до 50%). Октаэдритовые метеориты имеют промежуточное содержание никеля между нормой для камасита и тэнита ; в условиях медленного охлаждения это приводит к осаждению камасита и росту пластин камасита вдоль определенных кристаллографических плоскостей в кристаллической решетке тэнита .
Образование камасита с низким содержанием Ni происходит путем диффузии Ni в твердом сплаве при температурах от 700 до 450 ° C и может происходить только при очень медленном охлаждении, примерно от 100 до 10000 ° C / млн лет, с общим временем охлаждения 10 Мир или меньше. [12] Это объясняет, почему эта структура не может быть воспроизведена в лаборатории.
Эти кристаллические структуры становятся видимыми , когда метеориты вырезать, полированные и травлению кислоты, потому что тэнита является более устойчивой по отношению к кислоте.
Размер пластин камасита варьируется от самых крупных до самых мелких (в зависимости от их размера) по мере увеличения содержания никеля. Эта классификация называется структурной .
Использовать
Поскольку кристаллы никель-железо вырастают до нескольких сантиметров только тогда, когда твердый металл остывает исключительно медленно (в течение нескольких миллионов лет), наличие этих структур является доказательством внеземного происхождения материала и может быть использовано для легко определить , если кусок железа происходит от метеорита . [ необходима цитата ]
Подготовка
Методы, используемые для выявления картины Видманштеттена на железных метеоритах, различаются. Чаще всего ломтик шлифуют и полируют, очищают, протравливают химическим веществом, например азотной кислотой или хлоридом железа , промывают и сушат. [13] [14]
Форма и ориентация
Разрезание метеорита по разным плоскостям влияет на форму и направление фигур Видманштеттена, поскольку пластинки камасита в октаэдритах расположены точно. Октаэдриты получили свое название от кристаллической структуры, параллельной октаэдру . Противоположные грани параллельны, поэтому, хотя октаэдр имеет 8 граней, имеется только 4 набора пластин камасита . Железо и никель-железо образуют кристаллы с внешней октаэдрической структурой очень редко, но эти ориентации все еще четко обнаруживаются кристаллографически без внешнего габитуса. Разрезание октаэдрита метеорита по разным плоскостям (или любого другого материала с октаэдрической симметрией, который является подклассом кубической симметрии) приведет к одному из следующих случаев:
- перпендикулярный разрез к одной из трех (кубических) осей: два набора полос под прямым углом друг к другу
- параллельный разрез одной из граней октаэдра (разрезание всех трех кубических осей на одинаковом расстоянии от кристаллографического центра): три набора полос, идущих под углом 60 ° друг к другу
- любой другой угол: четыре набора полос с разными углами пересечения
Конструкции из неметеоритных материалов
Термин « структура видманштеттена» также используется для неметеоритного материала для обозначения структуры с геометрическим рисунком, возникающей в результате образования новой фазы вдоль определенных кристаллографических плоскостей исходной фазы, такой как структура корзиночного плетения в некоторых сплавах циркония . Структуры Видманштеттена образуются из-за роста новых фаз на границах зерен основных металлов, обычно увеличивая твердость и хрупкость металла. Структуры образуются из-за выделения монокристаллической фазы на две отдельные фазы. Таким образом, превращение Видманштеттена отличается от других превращений, таких как мартенситное или ферритное превращение. Структуры образуются под очень точными углами, которые могут варьироваться в зависимости от расположения кристаллических решеток. Обычно это очень маленькие структуры, которые необходимо рассматривать в микроскоп, потому что для создания структур, видимых невооруженным глазом, обычно требуется очень большая скорость охлаждения. Однако они обычно оказывают сильное и часто нежелательное влияние на свойства сплава. [15]
Структуры Видманштеттена имеют тенденцию формироваться в определенном температурном диапазоне, со временем увеличиваясь в размерах. В углеродистой стали , например, структуры Видманштеттена образуются во время отпуска, если сталь выдерживается при температуре около 500 ° F (260 ° C) в течение длительных периодов времени. Эти структуры образуются в виде игольчатых или пластинчатых наростов цементита на границах кристаллов мартенсита. Это увеличивает хрупкость стали до такой степени, что ее можно уменьшить только путем перекристаллизации. Структуры Видманштеттена, сделанные из феррита, иногда встречаются в углеродистой стали, если содержание углерода ниже, но близко к эвтектоидному составу (~ 0,8% углерода). Это происходит в виде длинных игл феррита внутри перлита . [15]
Структуры Видманштеттена образуются и во многих других металлах. Они образуются в латуни, особенно если в сплаве очень высокое содержание цинка, и становятся иголками цинка в медной матрице. Иглы обычно образуются, когда латунь остывает от температуры рекристаллизации, и становятся очень крупными, если латунь подвергается отжигу до 1112 ° F (600 ° C) в течение длительных периодов времени. [15] Теллурическое железо , представляющее собой сплав железа с никелем, очень похожее на метеориты, также имеет очень грубые структуры Видманштеттена. Теллурическое железо - это металлическое железо, а не руда (в которой обычно содержится железо), и оно происходит с Земли, а не из космоса. Теллурическое железо - чрезвычайно редкий металл, который встречается лишь в нескольких местах в мире. Как метеоритов, самые грубые видманштеттеновы структуры , скорее всего , развиваться через очень медленное охлаждение, за исключением того, что охлаждение произошло в мантии Земли и земной коры , а не в вакууме и невесомости в космосе . [16] Такие закономерности также наблюдались в шелковице , тройном урановом сплаве, после старения при температуре или нижеПри 400 ° C в течение от минут до часов образуется моноклинная ɑ ″ фаза. [17]
Однако внешний вид, состав и процесс формирования этих земных структур Видманштеттена отличаются от характерной структуры железных метеоритов.
Когда железный метеорит выкован в инструмент или оружие, узоры Видманштеттена остаются, но растягиваются и искажаются. Узоры обычно не могут быть полностью устранены с помощью кузнечного дела, даже при длительной работе. Когда нож или инструмент выковывают из метеоритного железа и затем полируют, на поверхности металла появляются узоры, хотя и искаженные, но они, как правило, сохраняют некоторую часть первоначальной восьмигранной формы и вид тонких пластинок, пересекающих друг друга. [18] Стали с сваркой по образцу, такие как дамасская сталь, также имеют рисунок, но его легко отличить от любого рисунка Видманштеттена.
Видманштеттен, наблюдаемый в циркалое 4, границы зерен βZr все еще видны, хотя βZr преобразован в видманштеттен.
Микрофотография предыдущего зонда
Смотрите также
- Игольчатый феррит
- Граф Алоис фон Бек Видманштеттен
- Глоссарий метеоритики
- Метеорит
Рекомендации
- ^ Стонтон метеорит был найден недалеко от Стонтон, Вирджиния в середине 19-го века. В течение нескольких десятилетий было обнаружено шесть кусков железо-никелевого сплава общим весом 270 фунтов [2].
- ^ Доминик Фелан и Риан Диппенаар: Формирование ферритных пластин Видманштеттена в низкоуглеродистых сталях, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ И МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ A, ТОМ 35A, ДЕКАБРЬ 2004 г., стр. 3701
- Перейти ↑ Hoffer, FB (август 1974 г.). «Метеориты Вирджинии» (PDF) . Вирджиния Минералс . 20 (3).
- ^ О. Ричард Нортон. Камни из космоса: метеориты и охотники за метеоритами . Паб Mountain Press. (1998) ISBN 0-87842-373-7
- ^ Шрайберс, Карл фон (1820). Beyträge zur Geschichte und Kenntniß meteorischer Stein und Metalmassen, und Erscheinungen, welche deren Niederfall zu begleiten pflegen [ Вклад в историю и знание метеорных камней и металлических масс, а также явлений, которые обычно сопровождают их падение ] (на немецком языке). Вена, Австрия: JG Heubner. С. 70–72.
- ^ a b c d Джон Г. Берк. Космический мусор: метеориты в истории . Калифорнийский университет Press, 1986. ISBN 0-520-05651-5
- ↑ Thomson, G. (1804) «Essai sur le fer malléable Trouvé en Sibérie par le Prof. Pallas» (Очерк ковкого железа, найденного в Сибири профессором Палласом), Bibliotèque Britannique , 27 : 135–154 ; 209–229. (На французском)
- ^ а б в г д Джан Баттиста Вай, У. Глен Э. Колдуэлл. Истоки геологии в Италии . Геологическое общество Америки, 2006 г., ISBN 0-8137-2411-2
- ^ а б О. Ричард Нортон. Кембриджская энциклопедия метеоритов . Кембридж, издательство Кембриджского университета, 2002. ISBN 0-521-62143-7 .
- ^ FA Панет. Открытие и самые ранние репродукции фигур Видманштеттена . Geochimica et Cosmochimica Acta, 1960, 18, стр.176–182.
- ^ Томсон, Г. (1808). «Saggio di G.Thomson sul ferro malleabile trovato da Pallas в Сибири» [Очерк Дж. Томсона о ковком железе, обнаруженном Палласом в Сибири]. Atti dell'Accademia delle Scienze di Siena (на итальянском языке). 9 : 37–57.
- ↑ О. Ричард Нортон, Личные воспоминания Фредерика С. Леонарда, заархивированные 5 июля 2008 г. в Wayback Machine , Meteorite Magazine - Часть II.
- ^ Goldstein, JI; Скотт, ERD; Шабо, Н.Л. (2009), «Железные метеориты: кристаллизация, термическая история, родительские тела и происхождение», Chemie der Erde - Geochemistry , 69 (4): 293–325, Bibcode : 2009ChEG ... 69..293G , doi : 10.1016 / j.chemer.2009.01.002
- ^ Харрис, Пол; Хартман, Рон; Хартман, Джеймс (1 ноября 2002 г.). «Офорт железных метеоритов» . Метеоритные времена . Проверено 14 октября, 2016 .
- ^ Нинингер, HH (февраль 1936 г.). «Указания по травлению и сохранению металлических метеоритов». Труды Колорадского музея естественной истории . 15 (1): 3–14.
- ^ a b c Металлография и микроструктура древних и исторических металлов Дэвид А. Скотт - J. Paul Getty Trust, 1991 г. Стр. 20–21
- ↑ Метеоритное железо, теллурическое железо и кованое железо в Гренландии. Автор: Вагн Фабрициус Бухвальд, Герт Мосдал - Kommissionen for videnskabelige Undersogelse i Gronland, 1979. Страница 20 на странице 20.
- ^ Дин, CW (24 октября 1969 г.). «Исследование поведения температурно-временного преобразования урана = 7,5% по весу, ниобий-2,5% по весу циркониевого сплава» (PDF) . Union Carbide Corporation, завод Y-12 , Национальная лаборатория Ок-Ридж : 53–54, 65. Отчет Ок-Риджа Y-1694. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ↑ Железо и сталь в древности, автор Вагна Фабрициуса Бухвальда - Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab 2005, стр. 26
Внешние ссылки
- Фигуры Видманштеттена на железном метеорите Гибеон