Бездиффузионное преобразование

Бездиффузионная трансформация , широко известная как трансформация смещения , означает изменения твердого состояния в кристаллических структурах , которые не зависят от диффузии атомов на большие расстояния. Скорее, эти преобразования проявляются в результате синхронизированных сдвигов в положениях атомов, при которых атомы смещаются на расстояния, меньшие, чем расстояние между соседними атомами, при этом сохраняя свое относительное расположение. Примером такого явления является мартенситное превращение, заметное явление, наблюдаемое в отношении стальных материалов.

Термин « мартенсит » первоначально был придуман для описания жесткой и мелкодисперсной составляющей, которая появляется в сталях, подвергающихся быстрому охлаждению. Последующие исследования показали, что материалы, помимо сплавов железа, такие как сплавы цветных металлов и керамика, также могут подвергаться бездиффузионным превращениям. Следовательно, термин «мартенсит» эволюционировал и теперь более широко охватывает результирующий продукт, образующийся в результате таких превращений. В контексте бездиффузионных превращений происходит кооперативное и однородное движение, приводящее к изменению кристаллической структуры во время фазового перехода . Эти движения малы, обычно меньше межатомных расстояний, и соседи атома остаются близкими.

Систематическое движение большого количества атомов побудило некоторых называть их военными трансформациями, в отличие от фазовых изменений, основанных на гражданском распространении, первоначально предложенных Фредериком Чарльзом Франком и Джоном Уайрилом Кристианом . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Наиболее часто встречающимся превращением этого типа является мартенситное превращение, которое, вероятно, наиболее изучено, но представляет собой лишь одну из подгрупп недиффузионных превращений. Мартенситное превращение в стали представляет собой наиболее экономически значимый пример этой категории фазовых превращений. все большее число альтернатив, таких как сплавы с памятью формы Однако все большее значение приобретают и .

Классификация и определения

Явление, при котором атомы или группы атомов координируются, смещая свои соседние аналоги, что приводит к структурной модификации, известно как трансформация смещения. Масштаб смещающих преобразований обширен и включает в себя разнообразный спектр структурных изменений. В результате были разработаны дополнительные классификации, обеспечивающие более детальное понимание этих преобразований. ^{[ 3 ]}

Первое различие можно провести между преобразованиями, в которых преобладают деформации, искажающие решетку, и теми, в которых перетасовка имеет большее значение.

Однородные деформации, искажающие решетку, также известные как деформации Бейна, преобразуют одну решетку Браве в другую. Это можно представить матрицей деформаций S , которая преобразует один вектор y в новый вектор x :

y=Sx

Это однородно, поскольку прямые линии преобразуются в новые прямые. Примеры таких преобразований включают кубическую решетку, увеличивающуюся в размерах по всем трем осям (расширение) или сдвиг в моноклинную структуру.

Перетасовка, удачно названная, относится к минутному смещению атомов внутри элементарной ячейки. Примечательно, что чистые перетасовки обычно не вызывают изменения формы элементарной ячейки; вместо этого они преимущественно влияют на его симметрию и общую структурную конфигурацию.

Фазовые превращения обычно приводят к образованию границы раздела, разделяющей трансформированные и исходные материалы. Энергия, необходимая для установления этого нового интерфейса, зависит от его характеристик, в частности от того, насколько хорошо эти две структуры взаимодействуют. Дополнительный энергетический аспект возникает, когда преобразование включает в себя изменение формы. В таких случаях, если новая фаза ограничена окружающим материалом, упругая или пластическая может возникнуть деформация, в результате чего появляется член энергии деформации . Взаимодействие между этими терминами, связанными с межфазной границей и энергией деформации, существенно влияет на кинетику превращения и морфологию образующейся фазы. Примечательно, что в шафл-преобразованиях, характеризующихся минимальными искажениями, межфазные энергии имеют тенденцию преобладать, что отличает их от преобразований, искажающих решетку, где влияние энергии деформации более выражено.

Подклассификацию смещений, вызывающих искажение решетки, можно провести, рассматривая компоненты искажения, связанные с разбавлением и сдвигом. В преобразованиях, в которых преобладает сдвиговая компонента, можно найти линию в новой фазе, которая не искажается по сравнению с исходной фазой, в то время как все линии искажаются, когда дилатация преобладает. Преобразования с преобладанием сдвига можно дополнительно классифицировать в зависимости от величины участвующих энергий деформации по сравнению с врожденными колебаниями атомов в решетке и, следовательно, по тому, оказывают ли энергии деформации заметное влияние на кинетику превращения и морфологию образующихся фаза. Если энергия деформации является значимым фактором, то превращения называют мартенситными , если нет, то превращение называют квазимартенситным .

Железо-углеродное мартенситное превращение

Различие между аустенитными и мартенситными сталями по своей природе тонкое. ^{[ 4 ]} Аустенит имеет элементарную гранецентрированную кубическую (ГЦК) ячейку, тогда как превращение в мартенсит влечет за собой искажение этого куба в объемноцентрированную тетрагональную форму (ВЦТ). Это преобразование происходит из-за процесса смещения, когда межузельным атомам углерода не хватает времени для диффузии. ^{[ 5 ]} Следовательно, элементарная ячейка претерпевает небольшое удлинение в одном измерении и сжатие в двух других. Несмотря на различия в симметрии кристаллических структур, химическая связь между ними остается одинаковой.

Мартенситное превращение железо-углерод приводит к увеличению твердости. Мартенситная фаза стали перенасыщена углеродом и поэтому подвергается твердорастворному упрочнению . ^{[ 6 ]} Как и в упрочненных сталях, дефекты не позволяют атомам организованно скользить друг мимо друга, в результате чего материал становится тверже.

Псевдомартенситное превращение

Помимо смещения и диффузионного превращения, с помощью рентгеновской дифракционной системы высокого давления был обнаружен новый тип фазового превращения, который включает в себя смещенный подрешеточный переход и атомную диффузию. ^{[ 7 ]} Новый механизм превращения получил название псевдомартенситного превращения. ^{[ 8 ]}

Ссылки

Примечания

^ Д.А. Портер и К.Е. Истерлинг, Фазовые превращения в металлах и сплавах, Chapman & Hall , 1992, стр.172. ISBN 0-412-45030-5
^ Зенджи Нисияма (1967) «Дефекты решетки в мартенсите» . ... . Общества металлов Японии японском 6 ) Журнал на . языке ( 7 . ) ( – через J - ЭТАП.
^ Коэн, Моррис; Олсон, Великобритания; Клапп, ПК (1979). О классификации смещенных фазовых превращений (PDF) . Международная конференция по мартенситным превращениям. стр. 1–11.
^ Дюамель, К.; Венкатараман, С.; Скудино, С.; Экерт, Дж. (май 2008 г.), «Бездиффузионные превращения» , Основы термодинамики и фазовые переходы в сложных интерметаллидах , Серия книг по сложным металлическим сплавам, том. 1, WORLD SCIENTIFIC, стр. 119–145, Bibcode : 2008btpt.book..119D , doi : 10.1142/9789812790590_0006 , ISBN 978-981-279-058-3 , получено 11 августа 2023 г.
^ Шьюмон, Пол Г. (1969). Превращения в металлах . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 333. ИСБН 978-0-07-056694-1 .
^ Банерджи, С.; Мухопадьяй, П. (2007). Фазовые превращения: примеры сплавов титана и циркония . Серия материалов Пергам. Амстердам; Оксфорд: Эльзевир/Пергамон. ISBN 978-0-08-042145-2 . OCLC 156890507 .
^ Чен, Цзюхуа; Вайднер, Дональд Дж.; Париз, Джон Б.; Воган, Майкл Т.; Ратеррон, Пол (30 апреля 2001 г.). «Наблюдение переупорядочения катионов во время перехода оливин-шпинель в фаялите с помощью синхротронной рентгеновской дифракции in situ при высоком давлении и температуре» . Письма о физических отзывах . 86 (18). Американское физическое общество (APS): 4072–4075. Бибкод : 2001PhRvL..86.4072C . дои : 10.1103/physrevlett.86.4072 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 11328098 . Архивировано из оригинала 17 июня 2023 г.
^ Лейтвайлер, Кристин (2 мая 2001 г.). «Новый фазовый переход может объяснить глубокие землетрясения» . Научный американец . Архивировано из оригинала 17 ноября 2014 г. Проверено 17 июня 2023 г.

Библиография

Кристиан, Дж. В., Теория превращений в металлах и сплавах , Pergamon Press (1975).
Хачатурян, А.Г., Теория структурных превращений в твердых телах , Dover Publications, Нью-Йорк (1983).
Грин, диджей; Ханник, Р.; Суэйн, М.В. (1989). Трансформационное упрочнение керамики . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5 .

Внешние ссылки

[1] Д.А. Портер и К.Е. Истерлинг, Фазовые превращения в металлах и сплавах, Chapman & Hall , 1992, стр.172. ISBN 0-412-45030-5

[2] Зенджи Нисияма (1967) «Дефекты решетки в мартенсите» . ... . Общества металлов Японии японском 6 ) Журнал на . языке ( 7 . ) ( – через J - ЭТАП.

[Cohen-3] Коэн, Моррис; Олсон, Великобритания; Клапп, ПК (1979). О классификации смещенных фазовых превращений (PDF) . Международная конференция по мартенситным превращениям. стр. 1–11.

[4] Дюамель, К.; Венкатараман, С.; Скудино, С.; Экерт, Дж. (май 2008 г.), «Бездиффузионные превращения» , Основы термодинамики и фазовые переходы в сложных интерметаллидах , Серия книг по сложным металлическим сплавам, том. 1, WORLD SCIENTIFIC, стр. 119–145, Bibcode : 2008btpt.book..119D , doi : 10.1142/9789812790590_0006 , ISBN 978-981-279-058-3 , получено 11 августа 2023 г.

[5] Шьюмон, Пол Г. (1969). Превращения в металлах . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 333. ИСБН 978-0-07-056694-1 .

[6] Банерджи, С.; Мухопадьяй, П. (2007). Фазовые превращения: примеры сплавов титана и циркония . Серия материалов Пергам. Амстердам; Оксфорд: Эльзевир/Пергамон. ISBN 978-0-08-042145-2 . OCLC 156890507 .

[7] Чен, Цзюхуа; Вайднер, Дональд Дж.; Париз, Джон Б.; Воган, Майкл Т.; Ратеррон, Пол (30 апреля 2001 г.). «Наблюдение переупорядочения катионов во время перехода оливин-шпинель в фаялите с помощью синхротронной рентгеновской дифракции in situ при высоком давлении и температуре» . Письма о физических отзывах . 86 (18). Американское физическое общество (APS): 4072–4075. Бибкод : 2001PhRvL..86.4072C . дои : 10.1103/physrevlett.86.4072 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 11328098 . Архивировано из оригинала 17 июня 2023 г.

[8] Лейтвайлер, Кристин (2 мая 2001 г.). «Новый фазовый переход может объяснить глубокие землетрясения» . Научный американец . Архивировано из оригинала 17 ноября 2014 г. Проверено 17 июня 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]