ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ........................................................ -5
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ..................................... 9
1.1. Мартенситное превращение (15 3 10}............. : ГО
1.1.1. Габитусная плоскость ........................... рО
1.1.2. Ориентационное соотношение ..................... 12
1.1.3. Величина и направление макросмещения 15 превращенной области аустенита ....
1.1.4. Морфология и субструктура ...................... хб
1.1.5. Группировки..............,...................... 20
1.2. Мартенситное превращение {225}...................... 22
I.2.I Габитусная плоскость ........................... 22
1.2.2. Величина и направление макросмещения превращенной области аустенита .... 32
1.2.3. Ориентационное соотношение..............'. 38
1.2.4'. Морфология и субструктура...................... 39
1.2.5. Группировки .................................... 43
1.3. Мартенситное превращение под действием внешнего напряжения.......................................... 49
1.3.1. Зарождение мартенсита под действием внешнего напряжения. Мартенсит напряжения и мартенсит деформации ......................... 50
1.3.2. Отбор вариантов мартенсктного превращения под действием внешнего напряжения 51
1.3.3. Морфология мартенсита напряжения и мартенсита деформации.................................... 52
1.3.4. Габитусная плоскость ........................... 53
1.3.5. Ориентационное соотношение ..................... 54
1.3.6. Группировки 54
ГЛАВА П. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................... 57
глава ш. материалы и методы исследования........................ 59
3.1. Материалы исследования и их термическая обработка.............................................. 59
3.2. Методика приготовления образцов .................. 60
3.3. Использованные методы ............................ 61
3.3.1. Уточнение локальной кристаллографы-
ческой ориентировки кристаллов методом дифракционной электронной микроскопии.................... 61
3.3Л.Определение вектора Бюргерса дислокаций ... 64
3.4. Разработанные методы ................................. 66
3.4Л.Метод определения в световом микроскопе деформации формы аустенитной области, претерпевающей мартенситное превращение ....................... 66
3.4.2.Определение методом дифракционной электронной микроскопии ориентационного соотношения
между аустенитом и мартенситом..................... 76
3.4.3.Экспериментальное определение закономерности расположения направлений оси напряжения (ориентационного фактора) по отношению к варианту превращения, реализующемуся под
действием внешнего напряжения...................... 84
3.4.4.Определение области положений нормалей к га-битусным плоскостям кристаллов мартенсита с извеетным ориентационным соотношением .... 87
3.4.5.Определение типа индексов плоскости по следам ее пересечения с некоторыми плоскостями
в кристалле..................................... 89
3.4.6.Электронномикроскопический метод определения деформации форш аустенитной области, претерпевающей мартенситное превращение ... 91
ГЛАВА ЗУ. СТРУКТУРНЫЕ И КШСТАЛЛ0ГЮЖ1МЧЕСЖИЕ ОСОБЕННОСТИ
ПЛАСТИН МАРТЕНСИТА НАПРЯЖЕНИЯ В Ре-Лй- С СТАЛЯХ . 103
4.1. Закономерности расположения направлений оси растяжения по отношению к стандартному варианту • • мартенсктного превращения ............................... 103
4.2. Группировки кристаллов мартенсита охлаждения и мартенсита напряжения..................................106
4.2.1.Ориентировки кристаллов мартенсита охлаждения в молниеобразных и ромбовидных группах 106
4.2.2.Группировки кристаллов мартенсита напряжения 118
4.3. Внутренняя структура кристаллов мартенсита охлаждения и мартенсита напряжения.......................121
4.4. Ориентационное соотношение кристаллов мартенсита охлаждения и мартенсита напряжения .................
4.5. Габитусная плоскость кристаллов мартенсита охлаждения и мартенсита напряжения ......................
4.6. Величина и направление макросмещения аустенит-ных объемов, изменяющих свою первоначальную форму в результате мартенсктного превращения ..
4.7. Низкотемпературное обратное превращение ....
4.7.1. Природа аустенитных пластин ..................
4.7.2. Кристаллографический анализ дислокационной "бахромы”, видимой вдоль поверхности аустенитных пластин и полностью двоиникованных кристаллов мартенсита ............................ ...
ГЛАВА У. СТРУКТУРНЫЕ И КРИСТАМОГЕО^ИРРНЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МАРТЕНСИТА ДЕФОРМАЦИЙ В ТРИП-СТАЛИ........................................................
5.1. Структура й кристаллогеометрия мартенситного превращения при охлаждении трип-стали .....
5.1.1. Морфология и субструктура пластин мартенсита охлаждения .....................................
5.1.2. Ориентировка габитусной плоскости .....
5.1.3. Величина и направление макросмещения аустенитной области, претерпевающей мартен-ситное превращение при охлаждении трип-стали
5.2. Структурные особенности мартенсита деформации . .
5.2.1 Закономерности расположения направлений оси ' приложения внешней нагрузки по отношению к стандартному варианту мартенситного превращения ..................................................
ГЛАВА У1. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...............................
6.1. Ориентирующее влияние внешнего напряжения на мартенситное превращение в сплавах железо-никель-углерод ...............................................
6.1.1. Термодинамика мартенситного превращения в . . поле внешнего напряжения. С какой деформацией взаимодействуют внешние напряжения . . .
6.1.2. Ориентационный фактор для макродеформации . .
6.1.3. Ориентационный фактор дая деформации Бейна 6.1.4’. Сопоставление с экспериментальными результатами ...............................................
126
131
134
142
142
153
157
167.
К7
157
159
Т60
169
172
172
172
177
181
183
6.2. Влияние внешнего напряжения на взаимное расположение пластин мартенсита напряжений ....................... 187
6.2.1. Самосогласованные стыки и пространственная организация молниеобразных групп кристаллов мартенсита охлаждения высоконикелевых сплавов. Дислокационная модель молниеобразных
групп.............................................167
6.2.2. Группировки кристаллов мартенсита напряжения 194
6.3. Влияние внешних напряжений на ориентировку габи-
тусной плоскости, ориентационное соотношение и внутреннюю структуру пластин мартенсита напря-
жений в сплавах железо-нккель-углерод ............. 197
6.3.1. Относительная доля двойников ........ 200
6.3.2. Ориентационный фактор одноосной нагрузки . 203
6.3.3. Габитусная ориентировка ....................... 205
6.3.4. Ориентационное соотношение фаз ................ 209
6.4. Релаксация о обратное превращение . . . 209
6.4.1. Структурные проявления релаксационных процессов, происходящих в образовании полностью двойникованных кристаллов мартенсита напряжений и мартенсита охлаждения.....................211
6.4.2. Структурные проявления релаксационных процессов, происходящих в мартенсите, при обратном мартенситном превращении ...................... 216
6.5. Обсуждение механизма Г.Ц.К. - О.Ц.К. мартенсит-ного превращения, предложенного Божерсом-Бюргер-
сом, с точки зрения экспериментальных данных . 216
6.6. Ориентирующее влияние внешней деформации на выбор варианта мартенсита деформации ..................... 221
ВЫВОДЫ............
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
223
.224
5
ВВЕДЕНИЕ
За последние годы высокопробные матастабильные аустенитные стали привлекли внимание исследователей и нашли новое техническое применение благодаря использованию мартенситного превращения в качестве механизма пластической релаксации внутренних напряжений июпользованию самого мартенсита, появляющегося в ходе деформации, в качестве фактора локального упрочнения.
Сдвиговый характер мартенситного превращения обуславливает возможность релаксации внутренних напряжений в местах перенапряжений. При этом дальнейшая деформация претерпевшего превращение участка затрудняется в процесс вовлекаются соседние участки. Распространение деформации по объему идет до тех пор, пока превращение не охватин весь образец. Локализация упрочнения предотвращает образование шейки, что способствует равномерной деформации образца вплоть до его разрушения, а все возрастающее количество мартенсита по мере увеличения степени деформации обуславливает высокий коэффициент упрочнения. Именно в результате одновременного действия двух этих факторов и достигается высокая пластичность в сочетании с высокой прочностью.
Для управления процессами образования мартенсита требуются детальные сведения о формировании мартенситной структуры в сталях и сплавах на основе железа. Под структурой понимается форма и взаимное расположение кристаллов мартенсита, внутренняя структура отдельных кристаллов (системы скольжения и двойникования, толщина и относительная доля двойников), кристаллогеометрия мартенситного превращения (положение габитусных плоскостей, ориентационное соотношение и макросмещение аустенитного объема, претерпевающего мартенситное превращение).
6
Все эти характеристики относительно хорошо изучены для мартенсита охлаждения. Для мартенсита напряжений (мартенсита, на образование которого внешнее напряжение воздействует прямо ) и мартенсита деформации (на образование которого внешнее напряжение воздействует через посредство пластической деформации) имевшихся до настоящей работы данных было недостаточно даже для того, чтобы ответить на вопрос, существуют ли принципиальные различия между их структурой.
В связи с этим было предпринято исследование структуры и субструктуры мартенсита напряжений и мартенсита деформации. Методически работа ставилась таким образом, чтобы сравнить соответствующие характеристики мартенсита охлаждения и мартенсита напряжений, мартенсита охлаждения и мартенсита деформации. Для этого потребовалось уточнить некоторые характеристики мартенсита охлаждения и был получен ряд ранее не известных результатов. В целом полученные в настоящей работе данные составляют необходимую основу для выявления структурного механизма мартенситного превращения в сплавах на основе железа.
Основными методами исследования являлись методы световой и дифракционной электронной микроскопии. Для эффективного решения вопросов, поставленных в работе, были разработаны новые методики, позволяющие в частности, электронномикроскопическим методом определить величину и направления макросмещения при мартенситном превращении, связь между ориентационным вариантом превращения к направлением оси нагружения, ориентационные соотношения между аустенитом и мартенситом, индексы габитусной плоскости пластин неизвестной природы.
7
Основные результаты работы. Показано, что внешнее напряжение оказывает влияние на внутреннюю структуру, положение габитусной плоскости, величину и направление макросмещения при мартенсит-ном превращении (з 10 15} , что соответствует термодинамической теории влияния внешнего напряжения на структуру мартенситных кристаллов. Показано, что под действием внешнего напряжения предпочтительно образуются те варианты мартенситного превращения, для которых работа внешних сил в системе макродешорглации при превращении максимальна. Изучено образование самосогласованных групп при мартенситном превращении. Показано, что внешнее напряжение изменяет группировку мартенситных кристаллов, заменяя молниеобразные группы тупоугольными парами. В Ге - /Л - С сталях обнаружено низкотемпературное обратное превращение, продуктом которого являются аустенитные пластины со сложной структурой. Получены данные о тонкой структуре областей аустенита, примыкающю к границам полностью двойникованных мартенситных кристаллов. Показано, что мартенсит деформации, образующийся под действием внешней силы, имеет ориентационные варианты, закономерно связанные с направлением внешней силы. При этом кристаллогеометрия превращения при образовании мартенсита деформации не подтверждает механизма, предложенного Божерсом и Бюргерсом для Г.Ц.К.+О.Ц.К. превращения.
Структура диссертации.
Глава I. Дан анализ современного состояния наших знаний о морфологии, субструктуре и кристаллогеометрии мартенсита охлаждения, мартенсита напряжений и мартенсита деформации в сплавах на основе железа. Показано, что существует два типа мартенсита, условно называемые нами мартенсит (з 10 15) и {225} и дальнейшие исследования целесообразно проводить раздельно для этих двух типов мартенсита.
8
Глава П. Сформулированы основные задачи работы и обоснован выбор методики.
Глава Ш. Описаны методики, ранее использовавшиеся, а также разработанные специально для эффективного решения вопросов, поставленных в работе.
Главы 1У и У содержат результаты эксперимента.
В главе 1У проводится сравнительное исследование структуры мартенсита [з 10 15}, образующегося при охлаждении и под нагрузкой. Здесь же рассматриваются особенности низкотемпературного обратного превращения.
В глазе У проводится сравнительное исследование структуры мартенсита {225}, образующегося при охлаждении и в условиях деформации.
В главе У1 обсуждены полученные экспериментальные результаты. Отдельные факты сопоставлены с результатами других авторов.
В заключении кратко изложены основные результаты работы и сделаны выводы.
9
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ! ОБЗОР* КРИСТАЛЛОГЕОМЕТРИЯ ^об 1;!АРТЕН-СИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ОХШДЕНИИ И ДЕФОРМАЦИИ.
Изучение кристаллогеометрки у-*о£ мартенситного превращения началось более 50-ти лет тому назад с определения кристаллографической связи между решетками аустенита и мартенсита. Курдюмов и Закс первыми сделали эту работу на закаленных монокристаллах сплава Ге-1,4$С [I] . Теоретические полюсные фигуры, построенные в предположении параллельности плотноулакованных плоскостей {III}А и {011}од и направлений <01Г>А и <ПГ>М, сравнивались с построенными экспериментально и оказались в хорошем согласии друг с другом. В настоящее время это ориентационное соотношение называется по имени своих первооткрывателей, и нет, пожалуй, статьи, где не было бы ссылки на эту работу, давно ставшую классической. Через четыре года Нишияма обнаружил в сплаве Ге-ЗО&У*. ориентационное соотношение {111}^Н{оп}м , <0П>А отклонено на 5° от <1Н>до, а <112>дИ|<011>до, несколько отличное от соотношения Курдюмова-Закса [2]. Это ориентационное соотношение называется соотношением Нншиямы. В дальнейшем появились сообщения о новых ориентационных соотношениях между аустенитом и мартенситом, но все они являлись лишь отклонениями от ориентационного соотношения Курдюмова-Закса.
Новым этапом в развитии научных знаний о мартенситном превращении явилась работа Гренингера и Трояно [з], разделившая мар-тенситное превращение на два кристаллографических типа {225} и {259} индексам габитусных плоскостей мартенеитных пластин. Гре-нингер и Трояно не только измерили ориентировки габитусных плоскостей, но и связали их с морфологией и группировками кристаллов мартенсита. В дальнейшем обзор будет вестись по этим двум типам мартенсита.
10
1.1. Мартенситное превращение (і5 3 іо}.
1.1.1. Габитусная плоскость.
Большинство работ по кристаллограф™ мартенситного превращения в сплавах на основе железа посвящено не определению, а скореє, уточнению индексов габитусных плоскостей кристаллов мартенсита высоконикелевых сплавов. Здесь в первую очередь следует выделить работу [4], автор которой попытался получить наиболее полное представление о характере зависимости индексов габитусных плоскостей кристаллов мартенсита от состава сплава. Автор [4] находил положение нормали к габитусным плоскостям частично двой-никованиых кристаллов мартенсита пяти сплавов, содержащих от 29,5 до 32,1%Лі , по следам мидрибов пластин на двух, а иногда и на трех взаимно перпендикулярных гранях шлифов, уточняя ориентировку каждой грани по следам не менее трех систем скольжения или двойникования. Было получено, что области положений нормалей к габитусным плоскостям всех пяти сплавов четко различаются между собой, и их индексы прямо зависят от состава сплава: при увеличении содержания Лі области плавно смещаются (рис. 1,а) в одну сторону в заметном интервале углов от некоторого среднего направления с иррациональными индексами **[і5 4 8] до-[514] .
Результаты [4] легко сопоставить с данными других авторов, полученными в разное время на сплавах примерно таких же составов какие использовал [4] . На рис. 1,6 отмечены области положений нормалей к габитусным плоскостям кристаллов мартенсита, образовавшихся в поликристаллических образцах сплавов Ре-ЗІ%Лі [5], 32 %Лі [б], 32,Ь%Лі [ЗІ и монокристаллах сплава Ге-32,9^і[7І Резуль-
таты измерений на монокристаллах сплава Ре-30$Л [8] представле-
II
ны отдельно на рис. 1,в, т.к. область разброса нормалей к габи-тусным плоскостям мартенсита перекрывает данные всех других авторов. Данные [9] на монокристаллах сплава с 31,7% Лі не приведены потому, что сами авторы не представили их ни в графическом виде, ни в форме таблиц, а указали только окончательный результат.
Методы определения положения норлалей к габитусным плоское-тягл кристаллов мартенсита несколько различались. Авторы [3,5,7 , 9] применяли двухповерхностный метод следового анализа, используя для определения ориентировки аустенита метод обратной Лауэ съемки или следы систем {III} плоскостей на обеих поверхностях шлифа, при этом [3,5] использовали следы мидрибов, а [7, 9] -следы габитзч)ных плоскостей кристаллов мартенсита. В работе [б]применялся одноповерхностный метод [II].
Все экспериментально полз'яенные области всех перечисленных выше сплавов вне зависимости от различий в методах определения накладываются друг на друга в областях 4 и 5 рис. 1,а и это дает основание осторожно относиться к результатам и выводам [4].
Единственной в своем роде является работа [ю] , в которой на поликристаллах сплава Ре-31,7# и 32,8%Ж доказывается, что только первые кристаллы мартенсита имеют габитусную плоскость {і5 3 ю). Габитусы пластин, образующихся в том же зерне во вторую очередь, при понижении температуры сплава на 20°С показывают значительное отклонение от полюса (і5 3 ю) . Это явление авторы объяснили влиянием больших деформаций, вносимых в аустенит первыми из растзгщих пластин мартенсита.
Метод определения положения нормалей к габитусным плоскостям кристаллов мартенсита, использованный авторами [10] , в принципе, не отличается от обычного метода двухповерхностного следового анализа, реззотьтаты же противоречат экспериментальным
12
данным работы [з], авторы которой не обнаружили различии в индексах габитусных плоскостей кристаллов мартенсита, образующихся при разных (-77° и -196°С) температурах охлаждения в сплаве почти такого же (Ге-32,5$-УО состава.
Немногочисленные данные о положении нормалей к габитусным плоскостям кристаллов мартенсита высоконккелевых углеродистых сталей не позволяют судить о том, зависит ли габитус мартенсита от количества углерода в сталях [з,П,12]. Однако можно видеть (рис. 2), что габитусная плоскость мартенситрых пластин Ге }к~С сталей располагается где-то между плоскостями {925} и [15 3 Ю]. Мартенсит с габитусной плоскостью {925} наблюдался только однажды в сталях с 1,5+1,78^0 (рис. 3) [3].
На основании фактов, накопленных к настоящему времени, можно сказать, что в высоконикелевых сплавах пластины мартенсита с габитусом [925} не наблюдаются и скорее следует говорить о некоторой области габитусных плоскостей с иррациональными индексами, лежащей между плоскостями {925} и [15 3 10}. Габитусная плоскость пластин мартенсита каждого сплава имеет некоторый разброс, который не устраняется даже тогда, когда габитусная плоскость определяется по направлению следа плоскости мидриба, и существует не за счет экспериментальной ошибки.
1.1.2. Ориентационное соотношение.
Гренингер и Трояно [II] первыми расширили представление об ориентационных соотношениях между аустенитом и мартенситом в сплавах на основе железа, сложившимся после работ [1,2]. Используя методику прецизионного определения ориентировок отдельных кристалоов мартенсита и аустенита в плоскости их раздела ( метод Лауэ-съемки) и построение совместных стереографических про-
і
І
І
І
Рис.
Рис.
2 Габитусные плоскости кристаллов мартенсита в Те-Лі-С сталях.
I Габитусные плоскости кристаллов мартенсита в Ге-І/Ї сплавах.
Рис. 3 Габитусные плоскости кристаллов мартенсита в стали ГеГ,78#С [з]
14
екции ориентировок на сетке Вульфа диаметром 30 см., они нашли, что в стали Ге-22$М - 0,8#С ориентационное соотношение пластин с габитусом (15 3 10) - промежуточное между соотношением Курдю-мова-Закса и Нишиямы: (Ш)д находится в 1° от (0П)М, [ОП] д-в 2,5°от [III] до. Это ориентационное соотношение впоследствии тоже получило шля своих первооткрывателей.
Авторы последующих работ [5,6], по-видимому, не ставили своей задачей найти связь между типом габитусной плоскости и ориентационным соотношением мартенситных пластин и ограничивались проверкой ориентационного соотношения какого-либо одного выбранного ими кристалла. В обоих случаях методика определения ориентационных соотношений и сам результат были аналогичны [II] .
Просвечивающая электронная микроскопия позволила увидеть и расшифровать не только внутреннюю структуру пластин мартенсита, но и определить ориентировки двух соседних кристаллов аустенита и мартенсита как бы малы они не Оыли. В ряде работ сообщались результаты таких определений, но только в [14] были использованы и геометрия микрофракционной картины, и возможности уточнения взаимной ориентировки кристаллов мартенсита и аустенита с помощью темнопольных измерений [30]. Авторы [14] определили ориентационное соотношение для периферии десяти частично двойникованных кристаллов мартенсита сплава ?е-30%Ж-2%У .
Их результат представлен на рис. 4. На рис. 4, а показано отклонение направлении[III] до, лежащих в плоскостях (ОП)до, от направления [0П]д, лежащего в плоскости (Ш)А, в координатной системе 211 д -0Па-Ша, а на рис. 4,6 - отклонение плоскостей (ОН )до от плоскости (III)А исходного аустенита в координатной системе 2Пд-1Па-0Пд. Можно видеть, что в среднем ориентацион-
15
ное соотношение между аустенитом и мартенситом в сплаве Ге-30% Ж -2%Ч близко к ориентационному соотношению Гренингера-Трояно, полученному рентгенографическим методом на стали Ге-22%Ж -0,8$С.
1.1.3. Величина и направление макросмещения превращенной области аустенита.
То обстоятельство, что превращение аустенита в мартенсит связано с однородной деформацией решетки и в макроскопическом масштабе приводит к деформации, которую можно наблюдать экспериментально в виде рельефа на предварительно полированной поверхности исходной фазы, позволило авторам [II] впервые провести количественный анализ рельефа превращения в стали Ге-22$Ж-0,8#С. Анализ проводился с помощью измерения наклона и смещений прямолинейных рисок на полированном шлифе аустенита, а в некоторых случаях - на двух смежных взаимно перпендикулярных гранях шлифа, на которые выходила одна и та же пластина. Было установлено, что деформация в области пластины близка к простому сдвигу в ее габит5'сной плоскости (15 3 10 ), угол сдвига составляет в среднем 10,75° * 2°, направление сдвига имеет индексы [0,5642-0,3828-0,7315] с точностью т 5° (рис. 5).
Позднее в работе [8] был измерен рельеф, связанный с образованием пластины мартенсита (925) в сплаве Те-30%М (рис.6) и было показано, что макросмещение имеет направление[Й5] т1°,
которое не лежит в плоскости габитуса (количественный металлографический анализ на трех взаимно перпендикулярных смежных шлифах монокристалла аустенита, пересекаемых пластинкой мартенсита ). Основной вывод работы [8]состоит в том, что все возможные кристаллографические варианты мартенситных пластин,
16
возникающих з монокристалле, имеют макродеформацшо одинакового типа.
В работе [12] представлены результаты определения величины и направления макродеформации при образовании мартенсита в стали практически такого же состава, как в работе [п] (одноповерхностный количественный анализ смещений интерференционных линий и двух рисок на каждой пластине мартенсита и рентгенографическое определение ориентировки аустенита). Область направлений макродеформаций небольшая (рис. 6), ее центр близок к направлению [414], величины деформаций колеблются от 0,178 до 0,217, индексы габитусных плоскостей близки к (15 3 10).
Сравнение имеющихся данных показывает, что практически на одном и том же сплаве получены разные направления макродеформаций при очень хорошем совпадении индексов габитусных плоскостей. Это дает основание осторожно относиться к результатам всех трех работ, особенно если помнить, что разброс индексов габитусных плоскостей в работе [8] был очень большим (си. рис. 1,в).
1.1.3. Морфология и субструктура.
Толчком к изучению внутренней структуры мартенсита явились результаты и выводы работы [II]. По данным об ориентационном соотношении и макродеформации авторы [II] установили, что для образования из аустенита мартенситной пластины, помимо наблюдаемого СДВИГа НеобХОДИМ еще ДОПОЛНИТеЛЬНЫЙ СДВИГ ПО ПЛОСКОСТИ (П2)до (или (Х23)м) в направлении [III]до. Этот сдвиг невидим, т.к. он компенсируется обратным двойникованием в мартенсите, следы которого выявляются при отпуске мартенсита.
Первые определенные свидетельства в пользу существования дополнительной деформации были получены при применении метода
17
I
л ■
•У I
гь £ .1 А >011 у
. ■ Г—!
1— 1 1 |
7 111
Гт т
‘4
7 Я I
2/ < м т
I I7
I 1
Рис. 4 Ориентационное соотношение между кристаллами
аустенита и мартенсита в сплаве Те-30%Ж-2% [14].
Рис. & Связь мевду направлением нормали к габитусной плоскости кристалла мартенсита (15 3 10 ) и макросмещением, сопровождающим его образование в сплавах I - Ге-22%М -0,8%С [II] , 2 - Ге-30$Л[8] и 3 - Ре-21,89#/К -0,82%С [12] Г' - - --■
18
электронной микроскопии. Сначала на репликах, снятых с поверхности сплава Ге-30,6$Лс [15] и Ге-27,7$Лі-І7,2$Со [16] были обнаружены тонкие регулярные полосы, расположенные на расстоянии 10
ніл друг от друга, которые являлись следами плоских дефектов по плоскости или близкой к ней {112} до* Затем наличие тонкой
полосчатости было подтверждено [17] прямым наблюдением фольг сплава Ге-30,64%Яі на просвет, но авторы ошибочно истолковали наблюдаемую ими структуру как дефекты упаковки [18]. Выполненная вскоре на сталях систем Ре-С- [19] и Ге-20&/Й-0,8#С [20] работа показала, что наблюдаемые полосы - тонкие двойники в мартенсите системы {П2}р| <ІЇІ>до,{оіі} <0ЇІ>д ХК Впоследствие оказалось,что внутреннее двойникование кристаллов мартенсита в сплавах на основе железа не исчерпывается только этой системой. В сплавах Ге- А6-С [22,23] были обнаружены вторичные двойники системы (ії^ <ІЇІ>до, которые имеют то же направление дзойникования, что и двойники превращения, но другую плоскость двойникования. Для тетрагональной решетки эта плоскость не является плоскостью двойникования. Вторичное двойникование протекает после мартенситно-го превращения и выполняет релаксационную роль.
Внутреннее двойникование происходит в мартенсите железо-ни-келевых сплавов только при содержанииА>25$ [24]. По мере увеличения Лі до 33$ узкая зона двойникования в центре пластинки мартенсита становится шире и затем занимает весь ее объем, проходя от одной границы до другой. Расширение двойниковой зоны сопрово-
х) Внутреннее двойникование не было обнаружено ранее рентгенографически потому, что приводит к возникновению ориентировки, почти полностью совпадающей с одной из Ориентировок Курдюмова-Закса, образующейся в том же аустенитном кристалле. Если соотношение Курдюмова-Закса выполняется строго, ориентировка внутренних двойников тоже точно совпадает с ориентировкой одного из вариантов ориентационного соотношения Курдюмова-Закса [21] .
19
вдается выравниванием границ мартенситных кристаллов, и из линзовидных они становятся пластинчатыми [4,25,27] .
Полностью двойникованные кристаллы мартенсита не содержат дислокаций. Толщина двойников даже в одном кристалле колеблется от Ют 0,7 нм до 5,7т 0,3 нм, но соотношение объемов матричных и двойниковых составляющих в каждой области пластины остается приблизительно постоянным и составляет величину 0,37*0,46 [26] .
Частично дзойникованные кристаллы мартенсита имеют более сложную внутреннюю структуру по сравнению с полностью двойникованными. Работы, выполненные на фольгах сплавов £е-32,9$-Уі-0,006$С [7], 29,8%Ж [27] и 30$ Лі -2%У - 0,03$С [28] позволяют произвести детальную расшифровку кристаллогеометрии внутренней структуры частично двойникованных мартенситных кристаллов (рис.6) Их центральная зона состоит из совокупности параллельных двойниковых прослоек. Направление длинных сторон пластинок двойников -[іїі] Гд11 [0ЇІ] д - направление двойникования. В очень крупных кристаллах мартенсита может быть два или даже три мкдриба [28]. Обычно в одном кристалле наблюдается только одна система двойников превращения. Две системы встречаются крайне редко и являются исключением. При этом обе они принадлежат одной зоке<ІЇІ>м, т.е. имеют одно и то же направление вектора сдвига [7,28]. В средней зоне кристалла мартенсита обнаруживаются дислокации той же системы скольжения, что и у двойников превращения. Вблизи границы кристалла, которая весьма неровна, увеличивается плотность дислокаций вторичных систем, число которых может доходить до четырех. Эти дислокации винтового типа с векторами Бюргерса І/2а<ІІІ>м, их плотность относительно невелика 10®* 10^см~*\
В о.ц.к. материалах дислокации такого типа являются скользящими.
20
1.1.5. Группировки.
Несмотря на ряд правильных наблюдений и предположений о морфологии и кристаллографии остроугольных стыков кристаллов мартенсита, заключение авторов [20] о вариантах ориентировок пластин в остроугольных стыках оказалось совершенно неверным. К решению вопроса на экспериментальном уровне приблизились авторы [9], но и они не смогли сделать правильных выводов о причинах образования остроугольных молниеобразных групп мартенситных кристаллов с габитусной плоскостью {15 3 10}•
Подвергая монокристаллы сплава Ре-31,75&/Й предварительной деформации при комнатной температуре и прослеживая влияние этой деформации на кинетику и выбор кристаллографических вариантов мартенситного превращения при последующем охлаждении, авторы работы [9] пытались выяснить механизм взрывного мартенситного превращения, связывая его с образованием молниеобразных групп. Предварительное определение индексов габитусных плоскостей кристаллов мартенсита на одной (в некотрых случаях на двух) поверхностях шлифа (метод двухповерхностного следового анализа и обратная Ла-уэ-съёмка) дало возможность определить по следам всех видимых на поверхности шлифа кристаллов , к каким ориентационным вариантам превращения относятся эти кристаллы. Оказалось, что монокристалл можно разбить на ряд областей, каждая из которых превратилась по четырем вариантам. Нормали к габитусным плоскостям кристаллов мартенсита этих четырёх вариантов группируются вокруг общего одного направления <110>д.
Поддерживая идею авторов [29] об автокаталитичности взрывного мартенситного превращения, авторы [9] попытались объяснить образование нескольких различных групп из четырех вариантов мартенсят-ных пластин предположением, что кристалл из одной такой группы