перераспределиться и занять ближайшие свободные октаэдрические пустоты вдоль направлений [100] и [010] с одновременным исчезновением тетрагональности. Для этого достаточно диффузионных перемещений на очень малые расстояния - в пределах одной элементарной ячейки. Однако в действительности решетка мартенсита сохраняет тетрагональность при комнатной температуре. Тео-. ретический анализ, выполненный А. Г. Хачатуряном, показал, что между атомами углерода в мартенсите стали существует такое деформационное взаимодействие, которое делает термодинамически выгодным их упорядоченное распределение с предпочтительным расположением вдоль одной из кристаллографических осей. Таким образом, тетрагональное искажение решетки мартенсита отвечает минимуму свободной энергии благодаря минимизации энергии упругой деформации решетки, связанной с внедренными атомами углерода, при их упорядоченном расположении.

С повышением температуры дальний порядок в расположении атомов углерода должен был бы исчезнуть. Но этому препятствует упруго-напряженное состояние кристалла мартенсита в матрице остаточного аустенита. Благодаря ему дальний порядок в пересыщенном твердом растворе углерода в а-железе (мартенсите) сохраняется при всех температурах, при которых мартенсит еще не претерпевает распада.

Важную роль в развитии представлений о механизме мартенситного превращения сыграло установление рентгеновским методом ориентационных соотношений решеток исходной и мартенситной фаз. Для сплавов железа известны три главных ориентационных соотношения решеток аустенита и мартенсита: Курдюмова- Закса, Ниши ямы и Гренингера-Трояно.

Ориентационное соотношение Курдюмова-Закса (пример - углеродистые стали с 0,5-1,4% С) можно записать в следующей форме:

(111)а II (101)м и [ITOIa II [llf]m.

Такого рода взаимная ориентация решеток легко объяснима: плоскость плотнейшей упаковки \ IU\ в г. ц. к. решетке наиболее близка по атомному строению к плоскости плотнейшей упаковки 110( в о. ц. к. решетке, а направление плотнейшей упаковки <110> в г. ц. к. решетке наиболее близко по атомному строению к направлению плотнейшей упаковки <111>в о. ц. к. решетке. Подобная взаимная ориентация решеток наиболее полно удовлетворяет принципу структурного соответствия. Так как в г. ц. к. решетке аустенита имеются четыре кристаллографически эквивалентных плоскости типа 111, а именно (111), (Ш), (Ш), (Ш), и шесть кристаллографически эквивалентных направлений типа <С110>-, то относительно одного положения кристалла аустенита возможны 24 ориентации кристаллов мартенсита, удовлетворяющие соотношению Курдюмова-Закса. т

-- Ориттщионное соотношение Нишиямы (пример сплавы-железа € 27-34% Ni) можно записать в фэрме ,

/ (111)а )(101)м и [121]а [10Г]м.

чг Соотношение Гренингера-Трояно (пример - сплав Ее -22% Ji:,-0,8% С) является промежуточным между соотношениями Курдюмова-Закса и Нишиямы.

Деформация Бейна, наглядно пояснившая, как с помощью кратчайших атомных смещений г. ц. к. решетка аустенита может превратиться в объемноцентрированную тетрагональную решетку мартенсита, одна не в состоянии привести, например, к 24 ориен-тациям Курдюмова - Закса, так как ребра элементарной ячейки мартенсита остаются параллельными ребрам исходной тетрагональной ячейки аустенита (см. рис. 105). Для получения ориента-ционного соотношения Курдюмова-Закса необходимы более сложные траектории атомных перемещений, чем при деформации Бейна. Истинные траектории движения атомов при мартенситном превращении неизвестны. Формально все экспериментально обнаруженные ориентационные соотношения решеток аустенита и мартенсита можно получить, дополнив деформацию Бейна поворотом решетки мартенсита, при котором становятся параллельными соответствующие плоскости и соответствующие направления в решетках исходной и мартенситной фаз.

5. Инвариантность габитусной плоскости мартенсита и дополнительная деформация при мартенситном превращении

Вслед за установлением ориентационных соотношений исключительно важную роль в понимании кристаллогеометрин мартенсйтных превращений и внутреннего строения мартенситной фазы сыграло количественное изучение рельефа на плоской полированной поверхности образца. Появление такого рельефа всегда сопровождает мартенсйтное превращение из-за изменения формы превращенного объема.

На рис. 106 плоская поверхность FGHE относится к исходному аустенитному состоянию образца. При образовании мартенситной пластины ABCDLMNO поверхность образца на участке ABCD наклоняется по отношению к ее исходной плоскости. Как показали эксперименты, линия АВ остается неповернутой, а риски типа STTS, которые до превращения были прямолинейными, остаются прямыми на наклонном участке поверхности ABCD и непрерывными на всей своей длине. Так как это справедливо по отношению .к любой выбранной исходной поверхности образца, то делается Вывод, что в процессе мартенситного превращения габитусная плоскость мартенситного кристалла ABML (плоскость раздела мартенситной и аустенитной фаз) макроскопически приблизительно > -199

инвариантна - она не искажается и не вращается (любые отрезки на этой плоскости остаются неизменными по длине и направлению).

Инвариантность габитусной плоскости обеспечивает минимум упругих деформаций при превращении. Это особенно легко себе представить в случае превращения с одной поверхностью раздела между исходньш и мартенситным кристаллом: инвариантность 3Tq поверхности предотвращает образование упругих макродеформаций в исходной и мартенситной фазах. ]-Возникает вопрос, как может реализоваться инвариантность плоскости раздела фаз, если при мартенситном превращении изменяется элементарная ячейка, т. е. деформируется сама кристаллическая решетка. Схема, показанная на рис. 107, помогает ответить на этот вопрос.

На рис. 107, а представлен участок исходной фазы до превращения, а на рис. 107, б тот же участок после превращения, состоящего в изменении типа решетки. Хорошо видно, как изменение формы и размеров элементарных ячеек, т. е. однородная деформация решетки, приводит к макроизменению формы превращенного участка.

Макроскопическое изменение формы участка исходной фазы можно получить принципиально иным путем, без изменения элементарных ячеек - пластической деформацией скольжением (рис. 107, в), а также двойникованием.

Комбинация деформации решетки (изменения элементарной ячейки) и пластической деформации, например, скольжением (рис, 107, г), может сохранить неизменной исходную форму макроучастка, несмотря на прохождение фазового превращения (тип решетки на рис. 107, г отличается от исходного на рис. 107, а). Естественно, что боковая поверхность габитуса кристалла новой фазы на рис. 107, г является инвариантной только в макромасштабе: из-за развития скольжения на ней образовались микроскопические ступеньки.

Рис. 106. Рельеф на исходной плоской поверхности РОЕН образца при образовании в нем мартенситной пластины ABCDLMNO (по Билби и Кристиану);

STTS в ломаная риска, бывшая до превращения прямой

Рис. 107. Виды деформации при мартенситном превращении (по Билби и Кристиану)