ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм мартенситного превращения из "Теория термической обработки металлов " Механизм перестройки решетки при мартенситном превращении описан в классических работах Г. В. Курдюмова Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются друг относительно друга на расстояния, не превышающие межатомные . Отсутствие обмена атомов местами означает бездиффузионность превращения аустенита в мартенсит, отсутствие диффузионного перераспределения компонентов в аустените, неизменность концентрации углерода в процессе превращения. Отсутствие диффузионного перераспределения атомов разного сорта само по себе не является отличительной особенностью мартенситного механизма превращения. В чистом металле, например железе, состоящем из атомов одного сорта, при полиморфном превращении вообще не может быть и речи о таком перераспределении. Однако и в чистом металле механизм полиморфного превращения в определенных условиях может быть мартенситным, отличающимся от механизма нормального превращения. [c.218] Мартенситный механизм перестройки решетки отличается кооперативным, взаимосвязанным характером перемещений атомов на расстояния меньше межатомных (без свойственного самодиффузии обмена атомов местами), причем соседи любого атома в исходной фазе остаются соседями этого же атома в новой, мартенситной фазе. В случае, если исходная фаза является твердым раствором, как аустенит, мартенситный механизм предопределяет отсутствие диффузионного перераспределения атомов разного сорта в момент превращения. [c.219] Следствием рассмотренной главной особенности мартенситного превращения является когерентность на границе мартенсита и исходной фазы во время роста мартенситного кристалла. Действительно, если при превращении соседи любого атома в исходной фазе остаются его же соседями в новой фазе, на границе фаз окружение из старых соседей вокруг каждого атома также должно сохраняться, т. е. граница должна быть когерентной (см. рис. 75). [c.219] Когерентность и упругое сопряжение двух рещеток на границе мартенсита и исходной фазы обусловливают возможность чрезвычайно быстрого движения границы в сторону матрицы даже при очень низких температурах, так как для такого скользящего движения не требуется диффузии с миграцией атомов на расстояния, превышающие межатомные. На границе происходит лишь кооперативное перемещение атомов на расстояния меньше межатомного, результатом которого и является перемещение самой границы в сторону исходной фазы, т. е. рост мартенситного кристалла. [c.219] С ростом мартенситного кристалла на когерентной границе накапливается упругая деформация пока, наконец, не достигается предел текучести и наступает разрядка упругих напряжений вследствие нарушения когерентности. Теперь уже, когда на границе кристалла мартенсита с материнской фазой возникает неупорядоченное расположение атомов, скользящее движение границы становится невозможным и быстрый рост кристалла по мартенситному механизму прекращается. Дальнейший рост кристалла мартенсита возможен только самодиффузионным путем, а так как мартенситное превращение протекает в области температур, где самодиффузии идет крайне медленно, то и подрастание мартенситного кристалла после разрыва когерентности может практически не наблюдаться. [c.219] В сталях и других сплавах при мартенситном превращении когерентность частично нарушается из-за появления дислокаций на границе раздела фаз. Если эти дислокации могут скользить вместе с границей, то мартенситный кристалл растет так же быстро, как и в случае полностью когерентной границы. Если же с продвижением фронта превр ащения дислокации способны двигаться только переползанием, то быстрый рост кристалла по мартенситному механизму может прекратиться, а дальнейшее его подрастание, возможное только диффузионным путем, при низких температурах практически не наблюдается. [c.220] Рассмотренный механизм перестройки решетки объясняет две важные особенности мартенситного превращения громадную скорость роста кристаллов мартенсита в условиях малой подвижности атомов (вплоть до температур, близких к абсолютному нулю) и быстрое прекращение их роста. [c.220] Представление о когерентном росте позволило Г. В. Курдюмову предсказать явление термоупругого равновесия кристаллов мартенсита и исходной фазы, позднее обнаруженное в алюминиевых бронзах и некоторых других сплавах. Сущность этого явления состоит в следующем. [c.220] Если температура стабильного равновесия двух модификаций чистого металла достаточно высока (например, 91 ГС у железа, 882,5°С у титана, 8б5°С у циркония и 660°С у урана), то могут реализоваться оба механизма перестройки решетки. При сравнительно малых переохлаждениях, когда подвижность атомов достаточно высока, идет нормальное полиморфное превращение с самодиф-фузионной, неупорядоченной перестройкой решетки. Мартенситное превращение при малых переохлаждениях идти не может и поэтому не составляет конкуренции нормальному превращению. Объясняется это тем, что при неупорядоченной перестройке решетки упругая деформация кристаллов исходной фазы обусловлена только изменением удельного объема, а при мартенситном превращении — также и когерентностью решеток исходной фазы и мартенситного кристалла. Большая величина А упр при мартенситном превращении требует большого термодинамического стимула (А/ об) для развязывания превращения и, следовательно, большего переохлаждения высокотемпературной модификации, чем это необходимо для развития нормального превращения. [c.221] С ростом степени переохлаждения скорость неупорядоченной перестройки решетки возрастает, достигает максимума и затем падает в соответствии с С-кривой (см. рис. 82). При сравнительно больших переохлаждениях, когда разность свободных энергий двух модификаций становится достаточной, чтобы шло мартенситное превращение, оно происходит намного раньше, чем успеет начаться очень вялое при низкой температуре нормальное превращение. Например, у чистого железа (при содержании 0,0015% С) температура Мн равна 750°С, что соответствует степени переохлаждения около 160°С. При переохлаждении у-железа до температур, находящихся в интервале 911—7бО°С, протекает нормальное у- а-превращение, а ниже 750°С — мартенситное у — а-превращение. [c.221] У металлов с высокой температурой равновесия модификаций не всегда легко получить такие большие степени переохлаждения, которые необходимы для начала мартенситного превращения. Так, например, для реализации мартенситного механизма полиморфного превращения в железе образцы следует сильно перегревать в у-области и очень быстро охлаждать, чтобы подавить развитие нормального превращения при меньших степенях переохлаждения. [c.221] Если у чистого металла температура равновесия двух модификаций сравнительно низкая (например, 400°С у кобальта и 196°С у лития), то из-за малой подвижности атомов реализуется только мартенситное превращение, а неупорядоченная перестройка решетки вообще не наблюдается. [c.221] Противоположный случай — легирование кобальта элементами, которые так повышают температуру равновесия двух модификаций что, кроме мартенситного превращения, идущего при достаточно большом переохлаждении, становится возможным и нормальное превращение (при малых степенях переохлаждения). [c.222] Подвижность атомов углерода даже при комнатной температуре достаточна, чтобы по окончании превращения они смогли перераспределиться и занять ближайшие свободные октаэдрические пустоты вдоль направлений [100] и [010] с одновременным исчезновением тетрагональности. Для этого достаточно диффузионных перемещений на очень малые расстояния — в пределах одной элементарной ячейки. Однако в действительности решетка мартенсита сохраняет тетрагональность при комнатной температуре. Теоретический анализ, выполненный А. Г. Хачатуряном, показал, что между атомами углерода в мартенсите стали существует такое деформационное взаимодействие, которое делает термодинамически выгодным их упорядоченное распределение с предпочтительным расположением вдоль одной из кристаллографических осей. Таким образом, тетрагональное искажение решетки мартенсита отвечает минимуму свободной энергии благодаря минимизации энергии упругой деформации решетки, связанной с внедренными атомами углерода, при их упорядоченном расположении. [c.223] Такого рода взаимная ориентация решеток легко объяснима плоскость плотнейшей упаковки 111J в г. ц. к. решетке наиболее близка по атомному строению к плоскости плотнейшей упаковки 110[ в о. ц. к. решетке, а направление плотнейшей упаковки dIO в г. ц. к. решетке наиболее близко по атомному строению к направлению плотнейшей упаковки в о. ц. к. решетке. Подобная взаимная ориентация решеток наиболее полно удовлетворяет принципу структурного соответствия. Так как в г.ц.к. решетке аустенита имеется четыре кристаллографически эквивалентных плоскости типа lili , а именно (111), (1 И), (Ш), (Ш), и шесть кристаллографически эквивалентных направлений типа 110 , то относительно одного положения кристалла аустенита возможны 24 ориентации кристаллов мартенсита, удовлетворяющие соотношению Курдюмова — Закса. [c.224] Вернуться к основной статье