5.3 Мартенситные превращения
Термин «мартенситное превращение» происходит от названой в честь известного металлурга Мартенса основной структурной составляющей закаленной стали. Сейчас можно считать общепринятым, что мартенситный механизм аллотропических превращений является самым характерным не только для металлов и сплавов, но и для минералов и органических кристаллов.
5.3.1 Общие черты и отличия
Из всех известных переходных структур, несомненно, наибольшее значение имеет мартенсит – метастабильная кристаллическая модификация, которая появляется в сплаве как непосредственный результат быстрого охлаждения и ограниченной скорости диффузии содержащихся в нем элементов внедрения (С, H, N, O).
Мартенсит – пересыщенный твердый раствор элементов внедрения в металлической основе.
Основные черты мартенситного превращения были описаны в 40-х годах (Гренингер, Трояно).
1. Диффузия для реализации превращения не требуется.
2. Объемы новой фазы пластинчатой формы образуются с большой скоростью.
3. Превращение практически не идет, когда температура поддерживается постоянной.
4. Холодная деформация способствует протеканию превращения.
5. Объем превращенного материала изменяет свою форму.
6. Продукты превращения имеют определенную кристаллографическую форму и ориентационную взаимосвязь своей решетки с решеткой исходной фазы.
Полиморфные превращения мартенситного типа происходят в ряде сплавов железа, меди, никеля, цинка, олова и в чистых металлах – в литии, цирконии, железе, титане, уране и кобальте.
Мартенситное превращение более вероятно тогда, когда полиморфный переход при охлаждении сопровождается заметным уменьшением растворимости какого-либо легирующего элемента (в стали таким элементом является углерод). Мартенситному превращению может подвергаться и чистый титан, что представляет большой интерес, поскольку механические свойства этого металла очень важны.
Переходные структуры могут появляться на начальных стадиях процесса выделения кристаллов нового типа, вызванного изменением растворимости и не связанного с полиморфизмом. Принципиальные основы таких процессов во многом аналогичны процессу образования структур при полиморфных превращениях.
При мартенситном превращении в сплавах на основе железа происходит значительная деформация решетки. Для записи условий соответствия решеток аустенита и мартенсита их следует представить элементарными ячейками, содержащими одинаковое число атомов и требующими минимальной деформации (она определяется как минимальное значение суммы квадратов деформаций по главным осям). Ячейка, выделенная в решетке аустенита, должна быть более близкой к конечной ячейке мартенсита.
Морфология и субструктура кристаллов мартенсита и изменение объема при мартенситном превращении.
При мартенситном превращении новая кристаллическая фаза растет из исходной путем движения полукогерентной поверхности раздела и необходим упорядоченный, кооперативный и быстрый перенос атомов из одной структуры в другую через поверхность раздела по мере ее движения. Такая поверхность должна состоять из дислокаций, движение которых обусловливает быстрое образование мартенсита. В случае г.ц.к.↔г.п.у. превращений (например, в кобальте) сделано предположение, что для реализации мартенситного механизма движение поверхности раздела предусматривает перемещение частичных дислокаций, которые поворачиваются вокруг винтовой дислокации так, что генерируют дефект упаковки вдоль распространяющейся спирали (полюсный механизм).
Если зарождение превращения не зависит от времени изотермической выдержки (это имеет место в большинстве случаев), то мартенситное превращение идет главным образом при изменении температуры. Этот тип превращения известен как атермический. Однако может происходить и изотермическое зарождение, а мартенситные пластины могут расти как быстро, так и медленно. Рост мартенситных кристаллов сопровождается изменением объема, и на гладкой поверхности наблюдаются уступы или рельеф. Искажение полированной поверхности показано на рисунке 105. В некоторых случаях сдвиги, вызванные превращением очень малы (например, в кобальте ~ 100–300 Å), что трудно обнаруживаются. При превращении в титане, в областях, соседних с мартенситными пластинами, имеет место аккомодационное скольжение. Если скольжение происходит параллельно пластинам, то оно уменьшает или полностью компенсирует рельеф на поверхности. Сдвиги на поверхности могут быть результатом и не мартенситных превращений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
