Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. В. Мартенситные превращения
(а) На двумерной схеме показано превращение исходной гцк у-фазы в оцк а'-мартенсит, пластины которого имеют когерентные границы раздела с исходной фазой и создают искажение, или перекос, на пересечении с поверхностью. На соответствующем трехмерном рисунке показана инвариантная плоскость в исходной фазе, которая соответствует (параллельна) габитусной плоскости в а'-мартенсите. (б) Схематически показаны а'-пластинки в исходных зернах у-фазы при температуре Mh и последующий рост новых пластин между имеющимися пластинами при более низкой температуре. Черная линия в а'-пластинках называется мидрибом и возникает в процессе роста мартенсита. На поверхности металлографического шлифа, отполированного перед превращением, видны пластины а'-фазы, выявленные благодаря искажениям поверхности, как показано на рис. (а). Они также различимы на полированной поверхности шлифа после превращения, так как разные кристаллические структуры и направления вытравливаются по-разному, обеспечивая тем самым контраст, (в) Реальные микрофотографии мартенситных пластин в среднеуглеродистой стали и в Fe-Ni сплаве.
(Рисунок взят из D. A. Porter, К. Е. Easterling 1981. Phase Transformations in Metals and Alloys. New York: Van Nostrand Reinhold)
Number 26 2000 Los Alamos Science
327
Плутоний и его сплавы
Расширение на 12% в направлении х'
Сжатие на 18 % в направлении z'
Расширение на 12%
Рис. Г. Мартенситные превращения и деформация Бейна
(а) Бейн (1924) показал, как гцк решетка (вверху слева) может быть преобразована в объемно-центрированную тетрагональную (оцт) решетку (вверху справа), когда соответствующая ячейка, показанная красным (вверху в центре), определена как единичная ячейка; она расширяется на 12% по осям х' и у' и сжимается на 18% по оси ґ. Эта деформация Бейна правильно предсказывает единичную ячейку для оцт мартенсита в сплавах Fe-C, но, как показано на рис. (б), не создает неискаженной плоскости, как это требуется в мартенситных превращениях. Деформация Бейна создает эллипсоид из первоначальной сферы, в котором отсутствует неискаженная плоскость. Чтобы получить неискаженную плоскость с помощью деформации Бейна, нужно возвратить решетку в первоначальное положение вдоль одной из осей, например вдоль оси х, как на рис. (в). Теперь неискаженная плоскость существует, но она повернута в направлении от OAB к OAB'. Следовательно, мартенситное превращение может быть описано тремя формальными действиями: (1) посредством деформации Бейна создать новую решетку; (2) произвести сдвиг, чтобы вернуть решетку назад в одном из направлений; (3) развернуть мартенситную матрицу так, чтобы новая неискаженная плоскость заняла первоначальное положение.
(г) Сдвиг, показанный на рис. (в), должен быть деформацией, сохраняющей решетку, чтобы оцт структура, созданная деформацией Бейна, не менялась. Деформация может проходить путем скольжения или двойникования в мартенсите. Следовательно, требуется, чтобы мар-тенситная фаза имела внутреннюю субструктуру двойников или нескольких параллельных плоскостей скольжения. Действительно, такая субструктура выявлена в мартенситных линзах и пластинках
Двойник /
нии межфазной границы, что необходимо в процессе зарождения и роста (Olson, Cohen 1981). Для некоторых из наиболее изученных мартенситов в сплавах железа были развиты специальные модели. Двойникование играет также существенную роль в аккомодации изменений общей формы и объема при превращении, как показано на рис. Г(в).
Для большинства мартенситов граница превращения становится неподвижной после утолщения мартенситной пластины. Поскольку граница блокируется образовавшимися неупорядоченно расположенными атомами, она не способна двигаться в обратном направлении в процессе обратного превращения при нагреве. Поэтому обратное превращение начинается вновь внутри мартенситных пластин. Повреждения в виде дислокаций, как правило, появляются, если поля напряжений в исходной фазе в начале формирования зародышей и роста мартенситных пластин превысят предел текучести исходной фазы. С другой стороны, если мартенситные пластины упругим образом сочетаются с исходной структурой, то межфазная граница может сохранять подвижность, а превращение самопроизвольно перейдет в обратное за счет “сжатия” границы. Такие превращения, называемые термоупругими мартен-ситными превращениями, являются полностью обратимыми, как, например, в некоторых титан-никелевых сплавах.
Как уже упоминалось, большинство мартенситных превращений являются атер-мическими и зависят главным образом от температуры, а не от продолжительности выдержки при данной температуре. Температура начала превращения обозначается как Mh (рис. А). Хотя диффузия прямо не влияет на само мартенситное превращение, термическая активация имеет важное значение на стадии образования зародышей при изотермических мартенситных превращениях, так же как диффузия очень важна на последующей за превращением стадии отпуска. При изотермических мартенситных превращениях формирование зародышей инициируется термически, после чего начинают быстро распространяться мартенситные пластины или рейки (морфология зависит от многих факторов, особенно от энергии несогласованной деформации). В процессе неустойчивого формирования зародышей необходимо обеспечить тепловую активацию движения граничных дислокаций для
