Bezdifuzní transformace - Diffusionless transformation - Wikipedia

Klasifikace transformací bez difúze

A bez difúzní transformace je změna fáze k tomu dochází bez dlouhého dosahu difúze z atomy ale spíše nějakou formou kooperativního homogenního pohybu mnoha atomů, který vede ke změně krystalové struktury. Tyto pohyby jsou malé, obvykle menší než meziatomové vzdálenosti, a atomy si udržují vzájemné vztahy. Uspořádaný pohyb velkého počtu atomů vede některé k tomu, že je označují jako válečný transformace na rozdíl od civilní difúzní fázové změny.[1]

Nejčastěji se setkáváme s transformací tohoto typu martenzitický transformace, která, i když je pravděpodobně nejvíce studovaná, je pouze jednou podmnožinou nedifúzních transformací. Martenzitická transformace v oceli představuje ekonomicky nejvýznamnější příklad této kategorie fázových transformací, ale stále větší počet alternativ, jako např. slitiny tvarové paměti, jsou také stále důležitější.

Klasifikace a definice

Když dojde ke strukturální změně koordinovaným pohybem atomů (nebo skupin atomů) vzhledem k jejich sousedům, pak se změna nazývá diskrétní proměna. To zahrnuje širokou škálu transformací, a proto byly vyvinuty další klasifikace [Cohen 1979].

První rozdíl lze vyvodit mezi transformacemi, kterým dominuje kmeny narušující mřížku a ty kde zamíchá mají větší význam.

Homogenní kmeny narušující mřížku, známé také jako Bainovy ​​kmeny, jsou kmeny, které jeden transformují Bravaisova mříž do jiného. To může být reprezentováno kmenem matice S který transformuje jeden vektor, y, do nového vektoru, X:

To je homogenní, protože přímky se transformují do nových přímek. Mezi příklady takových transformací patří a kubická mříž zvětšování velikosti na všech třech osách (dilatace) nebo stříhání do monoklinický struktura.

Diffusionless shuffles distortions.svg

Shuffles, jak název napovídá, zahrnuje malý pohyb atomů v jednotkové buňce. Výsledkem je, že čisté míchání obvykle nemá za následek změnu tvaru jednotkové buňky - pouze její symetrii a strukturu.

Fázové transformace obvykle vedou k vytvoření rozhraní mezi transformovaným a nadřazeným materiálem. Energie potřebná k vytvoření tohoto nového rozhraní bude záviset na jeho povaze - v podstatě na tom, jak dobře obě struktury do sebe zapadají. Pokud transformace zahrnuje změnu tvaru, dojde k dalšímu energetickému členu, protože pokud je nová fáze omezena okolním materiálem, může to vést k elastický nebo plastický deformace a tedy a kmen energetický termín. Poměr těchto mezifázových a deformačních energetických výrazů má významný vliv na kinetiku transformace a morfologii nové fáze. Tudíž v náhodných transformacích, kde jsou zkreslení malá, dominují mezifázové energie a lze je užitečně oddělit od transformací mřížkově zkreslujících, kde deformační energie má tendenci mít větší účinek.

Subklasifikaci mřížkově zkreslujících posunů lze provést zvážením dilatačních a smykových složek zkreslení. V transformacích, kterým dominuje smyková složka, je možné v nové fázi najít čáru, která je nezkreslená od rodičovská fáze zatímco všechny čáry jsou zkreslené, když převládá dilatace. Transformace ovládané smykem lze dále klasifikovat podle velikosti použitých kmenových energií ve srovnání s vrozenými vibrace atomů v mřížce, a tedy, zda mají kmenové energie významný vliv na kinetiku transformace a morfologii výsledné fáze. Pokud je deformační energie významným faktorem, pak se transformace dabují martenzitický a pokud tomu tak není, transformace se označuje jako kvazi-martenzitický.

Martensitická transformace železo-uhlík

Rozdíl mezi austenit a martenzit je v některých ohledech docela malý: zatímco jednotková buňka austenitu je v průměru dokonalá krychle, transformace na martenzit deformuje tuto krychli intersticiálními atomy uhlíku, které nemají během difuzní transformace čas difundovat. Jednotková buňka se v jedné dimenzi mírně prodlouží a v dalších dvou se zkrátí. Matematický popis obou struktur je z důvodu symetrie zcela odlišný (viz externí odkazy), ale chemická vazba zůstává velmi podobná. Na rozdíl od cementit, jehož vazba připomíná keramické materiály, je tvrdost martenzitu chemicky obtížně vysvětlitelná.

Vysvětlení závisí na jemné změně dimenze krystalu. I mikroskopický krystalit je dlouhý miliony jednotkových buněk. Protože všechny tyto jednotky čelí stejným směrem, zkreslení dokonce o zlomek procenta se zvětšuje do velkého nesouladu mezi sousedními materiály. Neshoda je vyřešena vytvořením myriády vady krystalů, v procesu připomínajícím kalení práce. Stejně jako v případě kalené oceli i tyto vady zabraňují tomu, aby atomy organizovaně klouzaly kolem sebe, což způsobilo tvrdnutí materiálu.

Slitiny s tvarovou pamětí mají také překvapivé mechanické vlastnosti, které byly nakonec vysvětleny analogicky k martenzitu. Na rozdíl od systému železo-uhlík lze zvolit slitiny v systému nikl-titan, které tvoří „martenzitickou“ fázi termodynamicky stabilní.

Pseudomartensitická transformace

Kromě diskrétní transformace a difuzní transformace byl pomocí vysokotlakého rentgenového difrakčního systému objeven nový typ fázové transformace, který zahrnuje displasivní sublattický přechod a atomovou difúzi.[2] Nový transformační mechanismus byl pokřtěn jako pseudomartensitická transformace.[3]

Reference

Poznámky

  1. ^ D.A. Porter a K.E. Easterling, Fázové transformace v kovech a slitinách, Chapman & Hall1992, str. 172 ISBN  0-412-45030-5
  2. ^ Chen, Jiuhua; Weidner, Donald J .; Parise, John B .; Vaughan, Michael T .; Raterron, Paul (2001-04-30). "Pozorování změny pořadí kationtů během přechodu olivin-spinely ve fayalitu rentgenovou difrakcí in situ synchrotronu při vysokém tlaku a teplotě". Dopisy o fyzické kontrole. Americká fyzická společnost (APS). 86 (18): 4072–4075. Bibcode:2001PhRvL..86.4072C. doi:10.1103 / physrevlett.86.4072. ISSN  0031-9007. PMID  11328098.
  3. ^ Kristin Leutwyler Nová fázová přeměna Scientific American, 2. května 2001.

Bibliografie

  • Christian, J.W., Teorie transformací v kovech a slitinách, Pergamon Press (1975)
  • Khachaturyan, A.G., Teorie strukturních transformací v tělesech, Dover Publications, NY (1983)
  • Green, D.J .; Hannink, R .; Swain, M.V. (1989). Transformační zpevňování keramiky. Boca Raton: CRC Press. ISBN  0-8493-6594-5.

externí odkazy