Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка с полиморфным превращением / Когерентный рост мартенситного кристалла

Когерентный рост мартенситного кристалла


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 (смотрите рисунок Схемы строения когерентной и полукогерентной границ).

Когерентность и упругое сопряжение двух решеток 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.

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 самодиффузия идет крайне медленно, то и подрастание мартенситного кристалла после разрыва когерентности может практически не наблюдаться.

Полностью когерентная граница раздела мартенсита и исходной фазы известна только в случае превращения β-кобальта с гранецентрированной кубической решеткой в α-кобальт с гексагональной плотноупакованной решеткой.

В обеих модификациях имеются плотноупакованные плоскости [111]β и {1000}α с одинаковым строением в виде гексагональной сетки (вокруг каждого атома на ближайшем расстоянии находятся шесть соседей). Такая плоскость плотнейшей упаковки, будучи общей для кристаллов обеих фаз, обеспечивает полную когерентность на границе раздела и делает эту границу способной к скольжению при любых низких температурах.

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 превращения 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.

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.

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.

При когерентном росте кристалла мартенсита накопление энергии упругой деформации решетки может привести к тому, что рост кристалла прекращается еще до разрыва когерентности. Тогда устанавливается термоупругое равновесие между мартенситом и матрицей.

Это равновесие смещается в ту или иную сторону с изменением температуры: при понижении температуры ∆Fоб возрастает и кристалл растет, пока не установится новое равновесие (или не нарушится когерентность), а при повышении температуры ∆Fоб уменьшается и кристалл будет сокращаться в размерах.

Обнаружение «термоупругих» кристаллов мартенсита можно рассматривать как блестящее подтверждение правильности представлений о когерентности на границе мартенсита с исходной фазой и о ведущей роли соотношения ∆Fоб и ∆Fупр в термодинамике мартенситных превращений.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков