Widmanstätten vzor - Widmanstätten pattern

Segment Toluca meteorit, asi 10 cm široký

Widmanstätten vzory, také známý jako Thomsonovy struktury, jsou postavy dlouhé nikl –žehlička krystaly, nalezené v nerost železné meteority a nějaký pallasity. Skládají se z jemného prokládání kamacite a taenit zvané pásky nebo pásky lamely. Obvykle se v mezerách mezi lamelami nazývá jemnozrnná směs kamacitu a taenitu plessite Může být nalezeno. Widmanstättenovy vzory popisují vlastnosti v moderních ocelích,[1] slitiny titanu a zirkonia.

Objev

Widmanstätten vzor v Stauntonský meteorit[i]

V roce 1808 byly tyto údaje pojmenovány Hrabě Alois von Beckh Widmanstätten, pracuje ředitel císařského porcelánu Vídeň. Při ohřevu plamenem železné meteority,[3] Widmanstätten si všiml barvy a lesk diferenciace zón, protože různé slitiny železa oxidovaly různými rychlostmi. Nezveřejnil své nálezy, tvrdil o nich pouze prostřednictvím ústní komunikace se svými kolegy. Objev byl potvrzen Carl von Schreibers, ředitel vídeňského kabinetu minerálů a zoologie, který pojmenoval stavbu po Widmanstättenovi.[4][5]:124Nyní se však věří, že objev vzoru kovových krystalů by měl být ve skutečnosti přidělen anglickému mineralogovi William (Guglielmo) Thomson, protože zveřejnil stejná zjištění o čtyři roky dříve.[6][5][7][8]

Thomson pracoval v Neapoli v roce 1804 a ošetřil a Krasnojarsk meteorit s kyselina dusičná ve snaze odstranit matnou patinu způsobenou oxidací. Krátce po kontaktu kyseliny s kovem se na povrchu objevily podivné postavy, které popsal výše. Občanské války a politická nestabilita v jižní Itálii Thomsonovi ztěžovaly udržování kontaktu se svými kolegy v Anglii. To se projevilo jeho ztrátou důležité korespondence, když byl zavražděn její dopravce.[7] Výsledkem bylo, že v roce 1804 byla jeho zjištění zveřejněna pouze ve francouzštině v Bibliothèque Britannique.[5]:124–125 [7][9] Na začátku roku 1806 Napoleon napadl Neapolské království a Thomson byl nucen uprchnout do Sicílie[7] a v listopadu téhož roku zemřel v Palermo ve věku 46 let. V roce 1808 vyšlo Thomsonovo dílo posmrtně znovu v italštině (přeloženo z původního anglického rukopisu) v r. Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena.[10] The Napoleonské války bránil Thomsonovým kontaktům s vědeckou komunitou a jeho cestám po Evropě, kromě jeho předčasné smrti, zakrýval jeho příspěvky na mnoho let.

název

Nejběžnější názvy těchto čísel jsou Widmanstätten vzor a Widmanstätten struktura, Existují však některé pravopisné varianty:

Navíc kvůli prioritě objevu G. Thomson, několik autorů navrhlo volat tyto údaje Thomsonova struktura nebo Struktura Thomson-Widmanstätten.[5][7][8]

Mechanismus tvorby lamel

Fázový diagram vysvětlující, jak se vzor vytváří. První meteorické železo je složen výhradně z taenitu. Při ochlazování prochází fázovou hranicí, kde kamacite je vyloučen z taenitu. Meteorické železo s méně než asi 6% niklu (hexahedrit ) je zcela změněn na kamacite.
Widmanstättenův vzor, ​​metalografický leštěný řez

Žehlička a nikl formulář homogenní slitiny při teplotách pod bod tání; tyto slitiny jsou taenit. Při teplotách pod 900 až 600 ° C (v závislosti na obsahu Ni) jsou stabilní dvě slitiny s různým obsahem niklu: kamacit s nižším obsahem Ni (5 až 15% Ni) a taenit s vysokým obsahem Ni (až 50%). Nerost meteority mají obsah niklu mezi normou pro kamacite a taenit; to vede za podmínek pomalého chlazení ke srážení kamacitu a růstu kamacitových desek podél určitých krystalografické roviny v taenit krystalová mříž.

Tvorba kamacitu chudého na Ni probíhá difúzí Ni v pevné slitině při teplotách mezi 700 a 450 ° C a může k ní dojít pouze při velmi pomalém ochlazování, přibližně 100 až 10 000 ° C / rok, s celkovou dobou chlazení 10 Myr nebo méně.[12] To vysvětluje, proč tuto strukturu nelze reprodukovat v laboratoři.

The krystalický vzory se stanou viditelnými, když jsou meteority broušeny, leštěny a leptány kyselinou, protože taenit je vůči kyselině odolnější.

Jemný vzor Widmanstätten (šířka lamel 0,3 mm) a Gibeonský meteorit.

Rozměr kamacite lamely se pohybují od nejhrubší na nejlepší (podle jejich velikosti) se zvyšujícím se obsahem niklu. Tato klasifikace se nazývá strukturální klasifikace.

Použití

Vzhledem k tomu, že krystaly niklu a železa dorůstají do délky několika centimetrů pouze tehdy, když se pevný kov ochladí výjimečně pomalou rychlostí (po několik milionů let), je přítomnost těchto vzorů důkazem mimozemský původ materiálu a lze jej použít ke snadnému určení, zda se jedná o kus žehlička pochází z meteorit.[Citace je zapotřebí ]

Příprava

Metody použité k odhalení Widmanstättenova vzoru na železných meteoritech se liší. Nejčastěji se plátek brousí a leští, čistí, leptá chemickou látkou, jako je kyselina dusičná nebo chlorid železitý, promyty a sušeny.[13][14]

Tvar a orientace

Octahedron
Různé řezy vytvářejí různé vzory Widmanstätten

Řezání meteoritu v různých rovinách ovlivňuje tvar a směr Widmanstättenových obrazců, protože kamacitové lamely v oktaedritech jsou přesně uspořádány. Octahedrites odvozují svůj název od krystalové struktury paralelní s osmistěn. Protilehlé tváře jsou rovnoběžné, takže i když má osmistěn 8 tváří, existují pouze 4 sady kamacite desky. Železo a nikl-železo tvoří krystaly s vnější oktaedrickou strukturou jen velmi zřídka, ale tyto orientace jsou stále jasně detekovatelné krystalograficky bez vnějšího zvyku. Řezání oktaedritového meteoritu v různých rovinách (nebo jakýkoli jiný materiál s oktaedrickou symetrií, což je podtřída kubické symetrie) bude mít za následek jeden z těchto případů:

  • kolmý řez na jednu ze tří (kubických) os: dvě sady pásů v pravém úhlu
  • paralelní řez na jednu z oktaedronových ploch (řezání všech 3 kubických os ve stejné vzdálenosti od krystalografického středu): tři sady pásů probíhajících navzájem v úhlech 60 °
  • jakýkoli jiný úhel: čtyři sady pásů s různými úhly průniku

Struktury v nemeteoritických materiálech

Termín Widmanstätten struktura se také používá na nemeteoritický materiál k označení struktury s geometrickým vzorem vyplývajícím z formování nové fáze po jisté krystalografické roviny rodičovské fáze, například struktura basketweave v některých slitiny zirkonia. Widmanstättenovy struktury se tvoří v důsledku růstu nových fází uvnitř hranic zrn základních kovů, což obecně zvyšuje tvrdost a křehkost kovu. Struktury se tvoří v důsledku srážení monokrystalické fáze na dvě oddělené fáze. Tímto způsobem se Widmanstättenova transformace liší od ostatních transformací, například a martenzit nebo feritová transformace. Struktury se tvoří ve velmi přesných úhlech, které se mohou lišit v závislosti na uspořádání krystalových mřížek. Obvykle se jedná o velmi malé struktury, na které je třeba pohlížet mikroskopem, protože k vytvoření struktur viditelných pouhým okem je obvykle zapotřebí velmi vysoká rychlost ochlazování. Obvykle však mají velký a často nežádoucí účinek na vlastnosti slitiny.[15]

Widmanstättenovy struktury mají tendenci se tvořit v určitém teplotním rozmezí a postupem času se zvětšují. v uhlíková ocel, například Widmanstätten struktury se tvoří během popouštění pokud je ocel dlouhodobě udržována v rozmezí kolem 260 ° C. Tyto struktury se tvoří jako jehličkovité nebo deskovité výrůstky cementit uvnitř krystalických hranic martenzitu. To zvyšuje křehkost oceli způsobem, který lze uvolnit pouze rekrystalizací. Widmanstätten struktury vyrobené z ferit někdy se vyskytují v uhlíkové oceli, pokud je obsah uhlíku pod, ale blízko eutektoid složení (~ 0,8% uhlíku). K tomu dochází jako dlouhé jehly feritu uvnitř perlit.[15]

Widmanstättenovy struktury se tvoří také v mnoha jiných kovech. Budou se tvořit v mosazi, zejména pokud má slitina velmi vysoký obsah zinku, a stanou se jehličkami zinku v měděné matrici. Jehly se obvykle vytvoří, když se mosaz ochladí z teploty rekrystalizace, a budou velmi hrubé, pokud bude mosaz žíhána na teplotu 600 ° C po delší dobu.[15] Telurické železo, což je slitina železa a niklu velmi podobná meteoritům, také vykazuje velmi hrubé Widmanstättenovy struktury. Telurické železo je spíše kovové železo než ruda (ve které se železo obvykle nachází) a pochází spíše ze Země než z vesmíru. Telurické železo je extrémně vzácný kov, který se vyskytuje jen na několika místech na světě. Stejně jako meteority se velmi hrubé Widmanstättenovy struktury s největší pravděpodobností vyvíjejí velmi pomalým ochlazováním, až na to, že ochlazování probíhalo spíše v zemském plášti a kůře než v vakuum a mikrogravitace z prostor.[16] Takové vzory byly také vidět v moruše, ternární uranová slitina, po stárnutí na nebo níže 400 ° C po dobu minut až hodin vytváří a monoklinický phase ″ fáze.[17]

Vzhled, složení a proces formování těchto pozemských Widmanstättenových struktur se však liší od charakteristické struktury železných meteoritů.

Když je železný meteorit kovaný do nástroje nebo zbraně, Widmanstättenovy vzory zůstanou, ale stanou se napnutými a zkreslenými. Tyto vzory obvykle nelze zcela eliminovat kovářstvím, a to ani při rozsáhlém zpracování. Když je nůž nebo nástroj kovaný z meteorického železa a poté vyleštěn, objeví se vzory na povrchu kovu, i když zkreslené, ale mají tendenci zachovat si některý z původního oktaedrického tvaru a vzhled tenkých lamel, které se navzájem protínají.[18] Svařované vzorem oceli jako např Damašková ocel také nesou vzory, ale jsou snadno rozeznatelné od jakéhokoli Widmanstättenova vzoru.

  • Widmanstättenův vzor pozorovaný v Zircaloy 4, hranice zrna βZr jsou stále viditelné, i když byl βZr transformován na Widmanstätten.

  • Mikrofotografie předchozí sondy

Viz také

Reference

  1. ^ The Stauntonský meteorit byl nalezen poblíž Staunton, Virginie v polovině 19. století. V průběhu několika desetiletí bylo umístěno šest kusů niklu a železa o celkové hmotnosti 270 lb.[2]
  1. ^ Dominic Phelan a Rian Dippenaar: Tvorba feritových desek Widmanstätten v nízkouhlíkových ocelích, KOVOVÉ A MATERIÁLOVÉ TRANSAKCE A, OBJEM 35A, PROSINEC 2004, s. 3701
  2. ^ Hoffer, F.B. (Srpen 1974). "Meteority ve Virginii" (PDF). Virginia Minerals. 20 (3).
  3. ^ O. Richard Norton. Skály z vesmíru: Meteority a lovci meteoritů. Mountain Press Pub. (1998) ISBN  0-87842-373-7
  4. ^ Schreibers, Carl von (1820). Beyträge zur Geschichte und Kenntniß meteorischer Stein und Metalmassen, und Erscheinungen, welche deren Niederfall zu begleiten pflegen [Příspěvky k historii a znalostem meteorických kamenů a kovových hmot a jevů, které obvykle doprovázejí jejich pád] (v němčině). Vídeň, Rakousko: J.G. Heubner. 70–72.
  5. ^ A b C d John G. Burke. Kosmické trosky: Meteority v historii. University of California Press, 1986. ISBN  0-520-05651-5
  6. ^ Thomson, G. (1804) „Essai sur le fer malléable trouvé en Sibérie par le Prof. Pallas“ (Esej o kujné litině nalezené na Sibiři profesorem Pallasem), Bibliotèque Britannique, 27 : 135–154  ; 209–229. (francouzsky)
  7. ^ A b C d E Gian Battista Vai, W. Glen E. Caldwell. Počátky geologie v Itálii. Geologická společnost Ameriky, 2006, ISBN  0-8137-2411-2
  8. ^ A b O. Richard Norton. Cambridge Encyclopedia of meteorites. Cambridge, Cambridge University Press, 2002. ISBN  0-521-62143-7.
  9. ^ F. A. Paneth. Objev a nejčasnější reprodukce postav Widmanstatten. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1960, 18, str. 176–182
  10. ^ Thomson, G. (1808). „Saggio di G.Thomson sul ferro malleabile trovato da Pallas na Sibiři“ [Esej G. Thomsona o temperované litině nalezený Pallasem na Sibiři]. Atti dell'Accademia delle Scienze di Siena (v italštině). 9: 37–57.
  11. ^ O. Richard Norton, Osobní vzpomínky Fredericka C. Leonarda Archivováno 2008-07-05 na Wayback Machine, Meteorit Magazine - Část II
  12. ^ Goldstein, J. I.; Scott, E.R.D; Chabot, N.L (2009), „Železné meteority: krystalizace, tepelná historie, mateřské tělesa a původ“, Chemie der Erde - geochemie, 69 (4): 293–325, Bibcode:2009ChEG ... 69..293G, doi:10.1016 / j.chemer.2009.01.002
  13. ^ Harris, Paul; Hartman, Ron; Hartman, James (1. listopadu 2002). "Leptání železných meteoritů". Meteoritové časy. Citováno 14. října 2016.
  14. ^ Nininger, H.H. (únor 1936). "Pokyny pro leptání a konzervaci kovových meteoritů". Sborník Colorado Museum of Natural History. 15 (1): 3–14.
  15. ^ A b C Metalografie a mikrostruktura ve starověkých a historických kovech David A. Scott - J. Paul Getty Trust 1991 strana 20–21
  16. ^ Meteoritické železo, telurické železo a tepané železo v Grónsku Autor: Vagn Fabritius Buchwald, Gert Mosdal - Kommissionen pro videnskabelige Undersogelse i Gronland 1979 Strana 20 na straně 20
  17. ^ Dean, C.W. (24. října 1969). „Studie chování transformace času a teploty uranu = 7,5% hmotnostních niobu - 2,5% hmotnostních slitiny zirkonia“ (PDF). Union Carbide Corporation, Rostlina Y-12, Národní laboratoř v Oak Ridge: 53–54, 65. Oak Ridge Report Y-1694. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  18. ^ Železo a ocel ve starověku autor: Vagn Fabritius Buchwald - Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab 2005 strana 26

externí odkazy