Мартенситные превращения. Мартенситное превращение в сплавах на основе железа. Строение мартенсита в сплавах с цветными и благородными металлами, страница 19

а – увеличение 75; б – в поляризованном свете

Рисунок 128 – Микроструктура сплава In–Tl после превращения кубической структуры в тетрагональную с с/а=1,03. ´ 250

Превращение из кубической в тетрагональную структуру в ходе охлаждения происходит с весьма малыми дефектами формы в цветных сплавах. Травление выявляет тонкие полоски внутри основных крупных полос начальной фазы.

Высокотемпературные о.ц.к. фазы превращаются в процессе закалки с образованием мартенсита, который имеет в основном или г.ц.к. (β΄ и β˝), или г.п.у. (γ΄) структуры.

Мартенситному превращению часто предшествует упорядочение β→β₁. Это упорядочение соответствует при последующем мартенситном превращении гексагональной решетке. Плотность дефектов не зависит от состава и связана с природой мартенситного превращения.

Аналогичные превращения происходят и в других твердых растворах, например, таких как In–Cd, Cu–Mn, Cr–Mn и Au–Mn. Аналогичная переориентация сопровождает переход кубической структуры в тетрагональную в ходе обратимого мартенситного превращения в сверхпроводящем соединении V₃Si при температуре ниже 30 К. Тщательно изучено превращение в сплавах Au–Cd. Упорядоченная о.ц.к. (β-фаза) превращается в упорядоченную β'-фазу для сплава с 47,5 % (ат.) Cd, а при 50 % (ат.) Cd образуется уже тетрагональная β''-фаза.

Мартенситная фаза образуется при превращении большинства о.ц.к. β-фаз в сплавах на базе Cu, Ag и Au. Фазы β, образованные между этими матричными металлами в сплавах с двухвалентными Zn, Cd, Mg и Hg, наблюдаются при эквиатомном (по 50%) соотношении содержания растворенного вещества и растворителя. В ходе медленного и даже быстрого охлаждения они быстро упорядочиваются с образованием структуры типа CsCl. В сплавах с Zn и Cd все упорядоченные β'-фазы при криогенных температурах превращаются по мартенситному механизму. Особое внимание привлекли к себе превращения в системах Cu–Al, Cu–Sn и Cu–Ga, а также в тройных системах, таких как Cu–Zn–Ga.

Плотность дефектов не зависит от состава и связана с самой природой мартенситного превращения. Образование дефектов имеет место в ходе второго сдвига или деформации с инвариантной решеткой (плоскостью), необходимой для того, чтобы поверхности раздела между разупорядоченной исходной β и мартенситной β' (искаженная о.ц.к. решетка) структурами или между упорядоченной β₁ и мартенситной β₁', (дефектная тетрагональная упорядоченная решетка) структурами сохранились неискаженными. В случае г.п.у. γ'-мартенсита (орторомбическая упорядоченная решетка) деформация с инвариантной решеткой плоскостью происходит путем двойникования.

Взрывное превращение.

При определенных условиях группа пластин начальной фазы может появляться почти одновременно в каком-то одном объеме образца.

Взрывное превращение является автокаталитическим, т. е. провоцирует само себя, в результате механического взаимодействия между определенными вариантами плоскостей габитуса входе одиночного взрыва. Взрывной тип превращений обнаружен в цветных сплавах; в системе Cu-Zn  в ходе охлаждения β-фазы при криогенных температурах предшествует термоупругое поведение, которое включает медленный рост мартенситных пластин только по одному варианту в плоскости габитуса.

Среди различных типов мартенситных превращений имеется такой, в котором процесс превращения обратим, т. е. обратимость изменения температуры немедленно предопределяет обратимость самого превращения. В этом случае говорят о термоупругом мартенсите, для которого деформация при превращении незначительна. Некоторые превращения, облегчаемые механическими напряжениями, являются механически упругими,(они также обратимы и являются ответственными за особое поведение материала – сверхупругость). Миграция границ двойников в полностью превращенном материале также может обусловить сверхупругое («резиноподобное») поведение материала. По сравнению с хорошо известными пружинными материалами, такими как фосфористая и бериллиевая бронзы, которые обнаруживают упругие деформации порядка 0,5%, обратимое мартенситное превращение в сплаве Cu–Al–Ni может возвращать образцу исходную форму после деформации, в восемь раз большей. В настоящее время термоупругий и сверхупругий мартенсит обнаружен во многих материалах.