Мартенситное превращение

        полиморфное превращение (см. Полиморфизм), при котором изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (или молекул) происходит путём их упорядоченного перемещения, причём относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с междуатомным расстоянием. Перестройка кристаллической решётки в микрообластях обычно сводится к деформации её ячейки, и конечная фаза М. п. может рассматриваться как однородно деформированная исходная фаза. Величина деформации мала (Мартенситное превращение1—10 %) и соответственно мал, по сравнению с энергией связи в кристалле, энергетический барьер, препятствующий однородному переходу исходной фазы в конечную. Необходимое условие М. п., которое развивается путём образования и роста областей более стабильной фазы в метастабильной, — сохранение упорядоченного контакта между фазами. Упорядоченное строение межфазных границ при малости барьера для однородного фазового перехода обеспечивает их малую энергию и высокую подвижность. Как следствие, избыточная энергия, необходимая для зарождения кристаллов новой фазы (мартенситных кристаллов), мала и при некотором отклонении от равновесия фаз становится сопоставимой с энергией дефектов, присутствующих в исходной фазе. Поэтому зарождение мартенситных кристаллов происходит с большой скоростью и может не требовать тепловых флюктуаций. Вследствие воздействия образовавшейся фазы на исходную фазу энергетический барьер для перемещения границы фаз существенно меньше, чем для однородного перехода; при небольших отклонениях от равновесия он исчезает — кристалл растет со скоростью порядка звуковой и без тепловой активации (превращение возможно при температурах, близких к абсолютному нулю).

         Существенную роль при М. п. играют внутренние напряжения, возникающие из-за упругого приспособления кристаллических решёток, сопрягающихся по границам фаз. Поля упругих напряжений приводят к смещению точки равновесия взаимодействующих фаз относительно положения истинного термодинамического равновесия для изолированных, неискажённых фаз; соответственно, температура начала М. п. может значительно отличаться от температуры истинного равновесия. Стремление к минимуму упругой энергии напряжений определяет морфологию, внутреннюю структуру и взаимное расположение мартенситных кристаллов. Новая фаза образуется в форме тонких пластинок, определенным образом ориентированных относительно кристаллографических осей. Пластинки, как правило, не являются монокристаллами, а представляют собой пакеты плоскопараллельных доменов — областей новой фразы, различающихся ориентировкой кристаллической решётки (двойники). Интерференция полей напряжений от различных доменов приводит к их частичному уничтожению. Дальнейшее уменьшение упругих полей достигается образованием ансамблей из закономерно расположенных пластин. Таким образом, в результате М. п. образуется поликристаллическая фаза со своеобразным иерархическим порядком (ансамбли — пластины — домены) в расположении структурных составляющих.

         Рост внутренних напряжений в процессе М. п. в определённых условиях приводит к установлению двухфазного термоупругого равновесия, которое обратимо смещается при изменении внешних условий: под действием механических нагрузок или при изменении температуры размеры отдельных кристаллов и их число изменяются.

         Представленная картина, которой достаточно полно отвечают М. п. в сплавах цветных металлов, обычно в той или иной мере искажена процессами пластической релаксации — рождением и перемещением дислокаций. Релаксация внутренних напряжений делает М. п. существенно необратимыми, между прямым и обратным превращением возникает значительный гистерезис. «Оседание» дислокаций на межфазных границах уменьшает их подвижность и увеличивает их энергию, соответственно растет барьер для зарождения. Чем больше степень релаксации, тем при меньших отклонениях от точки истинного равновесия фаз может проходить превращение, но тем меньше его скорость и менее отчётливо проявляется закономерный характер продуктов превращения. В одном и том же материале, в зависимости от степени отклонения от точки истинного равновесия фаз и скорости релаксации, наблюдаются кинетически и структурно различные варианты превращения (быстрые «атермические» М. п., изотермические М. п., «нормальные», по кинетике подобные кристаллизации).

         М. п. обнаружены во многих кристаллических материалах: чистых металлах, многочисленных сплавах, ионных, ковалентных и молекулярных кристаллах. Наиболее полно изучены М. п. в сплавах на основе железа, в частности в связи с закалкой (См. Закалка) стали (см. Мартенсит). Большие перспективы практического применения имеют возможность большого обратимого формоизменения при М. п. (например, создание «сверхупругих» сплавов и изделий, восстанавливающих первоначальную форму при нагреве после пластической деформации — «эффект памяти»), а также связь М. п. с появлением сверхпроводящих свойств в некоторых металлах. М. п. (часто в сочетании с диффузионным перераспределением компонентов и изменением атомного порядка) составляют основу многочисленных структурных превращений, благодаря которым с помощью термической и механической обработки осуществляется направленное изменение свойств кристаллических материалов. Значительный вклад в изучение М. п. внесли работы советских учёных (Г. В. Курдюмов и его школа).

        

         Лит.: Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Физическое металловедение, под редакцией Р. Кана, выпуск 2, М., 1968; Несовершенства кристаллического строения и мартенситные превращения. Сборник статей, М., 1972.

         А. Л. Ройтбурд.