мартенситное превращение

МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ [от имени А. Мартенса (A. Martens)] - один из видов структурных превращений (см. Полиморфизм), при к-ром изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (молекул) происходит в результате относит, смещений соседних атомов на расстояния, малые по сравнению с межатомным расстоянием. Перестройка кри-сталлич. решётки обычно сводится к деформации её элементарной ячейки, и конечная фаза M. п. может рассматриваться как однородно деформированная исходная фаза. Величина деформации мала (~10^-1- 10^-2) и соответственно мал (по сравнению с энергией связи частиц в кристалле) энергетич. барьер, препятствующий однородному переходу исходной фазы в коночную.

M. п. развивается путём образования и роста областей более стабильной фазы в исходной метастабильной. Необходимым условием M. п. является сохранение упорядоченного контакта между сосуществующими фазами. Упорядоченное строение межфазных границ при малости барьера для однородного фазового перехода обеспечивает их малую энергию и высокую подвижность (см. Межзёренные границы). В соответствии с малой величиной межфазной поверхностной энергии избыточная энергия, необходимая для зарождения кристаллов новой фазы, мала и при нек-ром отклонении от равновесия фаз становится сопоставимой с энергией дефектов, присутствующих в исходной фазе. Поэтому зарождение мартенситной фазы происходит с большой скоростью и может не требовать тепловых флуктуации (нетермич. M. п.).

Вследствие воздействия образовавшейся фазы на прилегающие объёмы исходной фазы барьер для перемещения межфазной границы существенно меньше, чем энергетич. барьер для однородного перехода. При небольших отклонениях от равновесия фаз барьер для межфазной границы исчезает. При этом рост мартенситной фазы лимитируется только скоростью отвода энергии или взаимодействием границы с дефектами и происходит со скоростью порядка звуковой. T. к. безбарьерное развитие M. п. не связано с тепловой активацией, то M. п. в низкотемпературную фазу не всегда может быть "заморожено" быстрым охлаждением и может протекать при При достаточно большом отклонении от равновесия фаз возможна потеря устойчивости исходной метастабильной фазы; барьер для однородного фазового перехода исчезает. Соответствующее падение сопротивления упругому искажению, переводящему кристалл в новую фазу, наблюдалось при охлаждении в нек-рых сплавах

Существ, роль при M. п. играют внутр. напряжения, возникающие из-за упругого "приспособления" кристал-лич. решёток, соприкасающихся фаз. Упругие поля напряжений приводят к смещению равновесия взаимодействующих фаз относительно положения истинного термодинамич. равновесия для изолированных, неискажённых фаз. Поэтому темп-pa начала M. п. может значительно отличаться от темп-ры истинного равновесия.

Стремление к минимуму упругой энергии определяет внутр. структуру и взаимное расположение мартенсит-ных кристаллов. Новая фаза образуется в форме тонких пластинок, определ. образом ориентированных относительно кристаллографич. осей. Пластины, как правило, не являются монокристаллами, а представляют собой пакеты плоскопараллельных доменов - областей новой фазы, различающихся ориентацией кристаллич. решётки (между собой домены находятся в двойниковом отношении; см. Домены упругие, Двойникование). Интерференция полей напряжений от разл. доменов приводит к их частичному уничтожению. Дальнейшее уменьшение упругих полей достигается за счёт формирования ансамблей из закономерно расположенных пластин. T. о. в результате M. п. возникает поли-кристаллич. фаза со своеобразным иерархич. порядком (ансамбли - пластины - домены) в расположении структурных составляющих (см. Гетерофазная структура ).Деформирование материала с такой структурой происходит в осн. за счёт смещения доменных границ ("сверхупругость"). При нагреве происходит обратное превращение мартенситной фазы в исходную, и тело восстанавливает первонач. форму, к-рую оно имело до M. п. (память формы).

Рост внутр. напряжений в процессе M. п. в определ. условиях приводит к установлению двухфазного термоупругого равновесия, к-рое обратимо смещается при изменении внеш. условий: под действием механич. нагрузок или при изменении темп-ры размеры отд. кристаллов и их число изменяются.

Представленная картина, к-рой достаточно полно отвечают M. п. в сплавах цветных металлов, обычно искажена процессами пластич. релаксации - рожде-нием и перемещением дислокаций. Релаксация внутр. напряжений делает M. п. существенно необратимым: между прямым и обратным превращением возникает гистерезис ."Оседание" дислокаций на межфазных границах уменьшает подвижность границ и увеличивает их энергию; соответственно растёт барьер для зарождения новой фазы. Чем больше степень релаксации, тем при меньших отклонениях от точки истинного равновесия фаз может проходить M. п., но тем меньше его скорость и менее отчётливо проявляется характер продуктов превращения. В одном и том же материале в зависимости от степени отклонения от точки истинного равновесия фаз и скорости релаксации наблюдаются разл. варианты превращения (быстрые нетермические M. п., изотермические M. п.; нормальные, подобные кристаллизации). Поскольку сопротивление деформации уменьшается с повышением T, характерные особенности M. п. при высоких T проявляются слабее, чем при низких.

M. п. обнаружены во MH. кристаллич. материалах: в чистых металлах (Fe, Ti, U, Na, Zr, Ce, Tl и др.), сплавах, ионных ковалентных и молекулярных кристаллах. Наиб, полно изучены M. п. в сплавах на основе Fe, в частности в связи с изучением закалки стали. Возникающая при закалке стали фаза - мартенсит дала назв. всему классу превращений. Важные прак-тич. применения имеет также изменение формы при M. п.

В сочетании с диффузионным перераспределением компонентов и изменением атомного порядка M. п. составляют основу многочисленных структурных превращений, благодаря к-рым с помощью термич. и механич. обработки кристаллич. материалов осуществляется направленное изменение их свойств.

Родственны M. п. сегнетоэластич. переходы (см. Сегнетоэластики ),для к-рых параметром фазового перехода также служит деформация. Однако в отличие от M. п., являющихся переходами 1-го рода, они являются фазовыми переходами 2-го рода.

Лит.: Несовершенства кристаллического строения и мартен-ситные превращения. [Сб. ст.], M., 1972; Курдюмов Г. В., Утевский Л. M., Энтин P. И., Превращения в железе и стали, M., 1977; Варлимонт X., Дилей Л., Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота, пер. с англ., M., 1980. А. Л. Ройтбурд.

   <<      Предметный указатель      >>