а – иглы термоупругого мартенсита (–133 ºС);
б – мартенсит, образованный по взрывному типу (–135 ºС)
Рисунок 129 – Мартенситная структура в сплаве Cu – 39,93% Zn
Для того чтобы такие значительные реверсивные изменения деформации были реализованы, желательно, чтобы в исходном состоянии материал был в виде монокристалла или должен состоять из весьма крупных зерен. Кроме того, исходная матрица должна обладать таким сопротивлением среды, чтобы деформация в ходе термоупругого превращения оставалась упругой.
Новые метастабильные состояния возникают в сплавах титана. Особенно характерны сплавы титана с переходными элементами, повышающими устойчивость β-модификации (бета-стабилизаторы). Схематически Ti-угол диаграммы состояния такой системы приведен на рисунок 130. В связи со сравнительно малой растворимостью этих элементов в α-Ti в широкой области составов возникает метастабильная α'-фаза – пересыщенный твердый раствор на основе α-Ti – как результат массивного (мартенситного) превращения.
Рисунок 130 – Схема диаграммы состояния титан – переходный металл, на которой показаны температуры начала (МН) и конца (МК) мартенситного массивного превращения при охлаждении и температура начала превращения
В более концентрированных сплавах титана с переходными элементами при благоприятном объемном факторе (разница атомных радиусов не более 7-7,5%) может возникать новая по структуре метастабильная α''-фаза, близкая к α=Ti (или α'), но с более низкой симметрией. Структура α''-фазы описывается в ромбической системе. Для всех трех структур выделена ромбическая ячейка с периодами а, b, с; различие между структурами выражается параметром сдвига (кроме очевидных изменений в соотношении периодов и углов, показанных на схемах). Можно считать, что α''-фаза занимает промежуточное положение между β' и α' (α)-фазам. При небольшом содержании легирующего компонента перестройка решетки β-фазы в новую структуру идет до конца с образованием г.п.у. α (α'); при значительном содержании легирующего компонента перестройка (сдвиг) останавливается на некотором промежуточном этапе; этот этап характеризуется параметром у (от у=0 для β-фазы до у=0,17bβ для α (α')-фазы), степень приближения к равновесной структуре α может характеризоваться также отношением периодов решетки в ромбической системе (при завершении перестройки а/b→1). Остановка сдвиговой мартенситной перестройки на промежуточном этапе и образование новых метастабильных структур – это типичные явления для превращений о.ц.к. координации в г.п.у. В этом смысле аналогами α"- мартенсита титановых сплавов являются мартенситные структуры в сплавах Сu-А1, Cu-Sn, Аu-Сd. В таких системах превращение испытывает упорядоченная β-фаза, имеющая координацию атомов, характерную для о.ц.к. решетки.
Возвращаясь к сплавам титана, отметим, что, в зависимости от состава β-фазы меняются температуры начала (MН) и конца (МК) мартенситного β→α' (или β→α'') -превращения соответственно, структура состоит из α' (α'')- или β + α' – (β +α'')-кристаллов (см. рисунок 130) . При дальнейшем повышении концентрации второго компонента (обязательно переходного) возникает новая метастабильная фаза ω. Кроме того, отмечают еще два условия образования ω-фазы из β-фазы:
1) количество второго компонента должно соответствовать электронной концентрации 4,14-4,16 электрон/атом (для переходных элементов берется сумма s+d электронов или номер группы);
2) состав β-твердого раствора, соответствующий «критической» концентрации, отвечает примерно постоянному значению периода решетки (около 3,25Å).
«Атермическое» мартенситное превращение β→ω сопровождается заметным изменением микроструктуры, видимой в световом микроскопе. Практический интерес к выяснению природы этого фазового периода сначала был вызван сильным его влиянием на механические свойства. В настоящее время с образованием ω-фазы связывается существенное улучшение свойств сверхпроводящих материалов на основе Ti.
Рентгеновское исследование ω-фазы в образцах, приготовленных как монокристаллы β-фазы, позволило однозначно определить ее структуру.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.