Бездиффузионное преобразование - Diffusionless transformation
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, чем межатомные расстояния, и атомы сохраняют свои относительные отношения. Упорядоченное движение большого числа атомов приводит к тому, что некоторые называют это военными преобразованиями в отличие от фазовых изменений, основанных на гражданской диффузии.
Наиболее часто встречающимся превращением этого типа является мартенситное превращение, которое, хотя и является, вероятно, наиболее изученным, но представляет собой лишь одно подмножество 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
Когда структурное изменение происходит за счет скоординированного движения атомов (или групп атомов) относительно своих соседей, такое изменение называется трансформацией смещения . Это охватывает широкий диапазон 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 трансформируются 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, а именно от того, насколько хорошо две структуры подходят друг к другу. Дополнительный член энергии возникает, если преобразование включает в себя изменение формы, поскольку, если новая фаза ограничивается окружающим материалом, это может вызвать упругую или пластическую деформацию и, следовательно, член энергии деформации . Соотношение этих элементов межфазной энергии и энергии деформации оказывает заметное влияние на кинетику превращения и морфологию новой фазы. Таким образом, в преобразованиях перестановки, 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 нет, то превращение называют квазимартенситным .
Железоуглеродистое мартенситное превращение
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 внедрения атомов углерода, которые не успевают диффундировать в течение преобразование смещения. 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. Несовпадение 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 по аналогии с мартенситом. В отличие от системы железо-углерод, в системе никель-титан можно выбрать сплавы, которые делают «мартенситную» фазу термодинамически стабильной.
Псевдомартенситное преобразование
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 смещение подрешеточного перехода и атомную диффузию. Новый механизм трансформации получил название псевдомартенситной трансформации.
Ссылки
Заметки
Библиография
- Кристиан, Дж. У., Теория превращений в металлах и сплавах , Pergamon Press (1975)
- Хачатурян А.Г. Теория структурных превращений в твердых телах // Dover Publications, NY (1983).
- Грин, диджей; Hannink, R .; Суэйн, М.В. (1989). Трансформационное упрочнение керамики . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5 .