ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные особенности термоупругого мартенситного превращеПроблема термоупругого равновесия фаз из "Обратимая пластичность кристаллов" Как при охлаждении, так и при нагреве процесс превращения мо кно было остановить на любом этапе и повести в обратном направлении. Структура оставалась неизменной, если температура была постоянной. Каждой температуре соответствовала определенная картина рельефа устанавливалось равновесие между кристаллами мартенсита и матрицей, в которой они росли. Гистерезис превращения практически отсутствовал. [c.148] В дальнейшем термоупругие мартенситные превращения были обнаружены во многих сплавах [2, 280]. При этом всегда сохранялись описанные вьпде особенности подобного превращения, хотя их количественные характеристики могли сильно различаться. В частности, в некоторых сплавах наблюдался существенный температурный гистерезис термоупругого мартенситного превращения. Зависимость гистерезиса от состава в сплавах Си-А1-К1 и Си-А1-Мп подробно изучалась в работах [286, 287]. Оказалось, что, варьируя химический состав сплава, можно в широких пределах изменять гистерезис и постепенно перейти от сплавов для которых области температур прямого и обратного превращений перекрываются, к сплавам, где они не перекрьшаются (т.е. от термоупругого превращения с малым гистерезисом к превращению, протекающему с большим гистерезисом). [c.149] Тот факт, что термоупругие свойства кристаллов сохраняются при больших размерах мартенситных включений, означает, что по границе раздела ф з (которая перемещается при изменении размеров мартенситного включения) сохраняется правильное когерентное сопряжеше, обеспечивающее упругий и обратимый характер превращения. [c.149] Наиболее принципиальным моментом в изучении физической природы термоупругого преврашения является исследование влияния внешних напряжений на это превращение. Одной из первых работ, посвященных анализу влияния упругих деформаций кристалла на ход термоупругого мартенситного превращения, была работа [288]. В ней установлено, что при деформации сжатием /3-латуни при температуре выше мартенситной точки образуются кристаллы мартенсита. Эти кристаллы растут по мере увеличения нагрузки, а затем уменьшаются и исчезают при снятии нагрузки. Детальное исследование роста кристаллов мартенситной фазы при изменении температуры и под действием приложенных напряжений проведено в [289]. Установлено, что в результате действия напряжений растут только те кристаллы, которые благоприятно ориентированы по отношению к приложенному напряжению. Поведение растущих кристаллов является упругим межфазные границы перемещаются в обратном направлении при снятии нагрузки либо при перемене знака изменения температуры. Лишь в случае образования кристалла мартенсита с единственной грашщей, пересекающей весь монокристалл, граница не перемещается в обратном направлении при снятии нагрузки. [c.149] В работе [289] сделан важный вьшод, что тот факт, что одни и те же кристаллы мартенситной фазы могут менять свои размеры как при изменении температуры, так и при изменении внешних напряжений, не изменяя ориентировки межфазной границы, говорит о том, что эти два явления имеют один и тот же атомный механизм. Таким механизмом, как это теперь очевидно, является перемещение дислокаций превращения либо под действием внешних упругих напряжений, либо под действием термодинамических напряжений вдоль границ сопряжения фаз. [c.150] В тех случаях, когда образец является монокристаллом, мартенситные кристаллы могут прорезать образец по всему сечению. Их форма перестает быть клинообразной, но даже в этом случае мартенсит часто состоит из двух половинок, поверхности которьа наклонены друг к другу и по отношению к исходному зерну под некоторым углом (рис. 5.4в). Определение ориентировки средних и габитусных плоскостей в крупных кристаллах мартенсита, изображенных на рис. 5.4, можно производить с достаточной точностью. Ориентировка средних плоскостей, согласно [290], близка к (llO) j. Плоскости межфазных границ наиболее часто совпадают с (331 ) з , хотя и имеют значительные отклонения от этой плоскости ). [c.151] Типичной формой термоупругого мартенситного кристалла, изучению которой посвящено много исследований, является копье (см, рис. 5.3). Структура копья во многих сплавах исследована весьма детально благодаря использованию электронно-микроскопических методов наблюдения. [c.151] Если термоупругий мартенситный кристалл развйвается в нестесненных условиях, то форма термоупругих кристаллов становится не копьевидной. Вместо систем взаимно пересекающихся двойников остается одна система параллельных. Например, в монокристаллах этих сплавов образуются толстые пластины мартенсита с одной ориентировкой. В этом случае превращение реализуется перемещением одной границы раздела. Такое превращение наблюдалось, например, в [297] при охлаждении образца монокристалла с одной стороны. Единственная граница раздела отделяет исходную 31 -фазу от мартенситной у -фазы. Последняя является сдвойникованной (пронизана плоскими двойниками). Анализируя структуру такой границы, изученную в [296] с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 5.7), можно прийти к вьшоду, что она очень напоминает границу с матрицей одной из половинок копья, т.е. в плоском случае деформация с инвариантной плоскостью может быть осуществлена более простым способом (без копьевидного образования). Наличие двойниковой структуры тем не менее необходимо для понижения упругой энергии системы [298]. [c.152] Таким образом, на основании результатов исследований микроструктуры термоупругих материалов можно Сделать вывод [3], что, по-видимому, во всех материалах, обладающих термоупругим равновесием фаз, пластины мартенсита образуют самоаккомодируемые группы. Если в сплавах на основе серебра и меди эти группы образуются в виде копий и клиньев, то в случае, например, сплава In—Т1 такая еамоаккомода-ция осуществляется путем образования взаимно пересекающихся систем параллельных двойников [302] (рис. 5.9). [c.155] Наиболее замечателыюе свойство термоупругого мартенсита заключается в том, что отдельное мартенситное включение может обратимым образом менять свою форму при изменении Температуры образца без действия внешних упругих напряжений. Это наблюдается в интервале температур Г То, когда при наличии свободной поверхности раздела равновесной является мартенситная фаза. [c.155] Но вернемся к анализу структуры копья и проблеме его моделирования. Равновесная форма копья может бьпь описана с помощыо дислокационной модели, предложенной в работе [306]. Анализируется плоская задача, в которой контур копья изображает сечение мартенситного включения, бесконечно протяженного в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка. Половинкам мартенситного клина сопоставляются пло-кие скопления прямолинейных дислокаций превращения противоположного знака (рис. 5.11). Отвлекаясь от выбора направления вектора Бюргерса отдельной дислокации, согласованного с описанной вьпие известной структурой копья, можно считать дислокации винтовыми (мы не претендуем на количественные результаты, а качественным выводам это упрощение не повредит). . [c.157] Схема на рис. 5.11 соответствует высокой степени аккомодации, при которой упругие поля дислокаций в существенной степени компенсируют друг друга. Последнее позволяет мартенситному включению увеличивать свои размеры, не очень повышая упругую энергаю в материале. Однако именно степень возрастания упругой энергии по мере роста мартенситного копья решает проблему термоупругого равновесия изолированного копья в однородном температурном и внешнем упругом полях. Поэтому мы дадам оценку возможной зависимости упругой энергии мартенситного копья и от размеров I и й(0) (Л - полудлина симметричного копья, й(0) — его максимальная ширина, которая однозначно определяет число дислокаций одного знака N /г(0)/6, где Ь — модуль вектора Бюргерса). [c.157] Нмичие логарифмического множителя 1п в (5.14) помогает понять принципиальную возможность термоупругого равновесия мартенситного включения в однородном внешнем поле. [c.158] Формулы (5.21) и (5.22) описывают полностью обратимый процесс изменения длины копья при варьирований температуры ). [c.159] Вернуться к основной статье