Transformarea Martensitica

Una din cele mai importante transformari din materialele metalice este transformarea martensitica. Aceasta transformare se produce in unele metale care prezinta transformari polimorfice ca fierul, cobaltul, titanul si zirconium si in unele aliaje feroase si neferose ca oteluri, aliaje fier-nichel, cupru-aluminiu, cupru-staniu, indium-thaliu, litiu-magneziu etc.

Transformarea martensitica este o transformare fara difuzie; ea se produce la temperaturi scazute unde viteza de difuzie si viteza de autodifuzie sint nule. S-a aratat ca este tot o transformare cu germinare si crestere dar sint deosebiri esentiale intre transformarile cu difuzie si transformarea martensitica deosebiri care privesc atit modul de formare si natura germenilor cit si modul lor de crestere.

Germenii la transformarea martensitica pot fi formati prin trei procese:

a – germinare clasica omogena sau eterogena prin fluctuatii termice;

b - fixare prin racire brusca a embrionilor formati la temperatura inalta; acesti embrioni la temperatura de formare aveau dimensiuni subcritice, la temperatura de racire dimensiunile lor sunt supracritice;

c – pe cale atermica prin gruparea unor defecte de structura obtinindu-se centre de deformare cu structura apropiata de a martensitei. In toate cazurile nucleele sint separate de matrice prin interfatele coerente si semicoerente.

Nucleele odata formate cresc adica interfetele avanseaza prin deplasari coordonate ale unor grupuri mari de atomi din faza initiala. Astfel de deplasari se produc in asa fel incit ele dau nastere unor structuri; in timpul acestor deplasari fiecare atom parcurge distante mai mici de un parametru de retea. Fiind vorba de o deplasare simultana, coordonata a unui numar mare de atomi, procesul cresterii germenilor de martensita se deosebeste net de procesele cresterii germenilor prin difuzie fiind similar proceselor de alunecare si maclare. Dupa transformare un atom are aceeiasi vecini ca si in faza initiala, numai ca pozitiile lor relative sunt diferite.

Ca urmare compozitia chimica a martensitei este identica cu cea a fazei initiale. Un cristal de martensita contine acelasi numar de atomi ca si regiunea din cristalul initial din care s-a format dar modificindu-se reteaua, forma si volumul cristalului de martensita este diferit. Schimbarea volumului si formei prin transformarea martensitica se pune in evidenta lustruind inainte de transformarea martensitica suprafata unui cristal al fazei initiale; dupa transformare pe fata plana a cristalului initial apar regiuni inclinate.

Figura 1 Modificarea formei la cresterea unui cristal de martensita

Din figura se vede ca cristalele de martensita au forma de placi care strabat cristalul fazei initiale de la o limita la alta doar ca la cresterea sa nu intilneste alte placi de martensita; in cazul general intr-un cristal de faza initiala se formeaza mai multe placi de martensita care se intilnesc sub diferite unghiuri, pe suprafata lustruita a cristalului formind un aspect acicular caracteristic.

Placile de martensita formate intr-un cristal al fazei initiale sint paralele cu anumite plane ale fazei initiale, plane numite habitale. Planele habitale sint plane de indici mari; in cazul otelurilor cu continut ridicat in carbon planele habitale sint planele (225) ale austenitei γ. Planele habitale variaza cu compozitia si cu temperatura de reactie. Este clar ca intre cristalele de martensita si cristalele din care s-au format exista o relatie de orientare; pentru citeva metale si aliaje, aceste relatii sunt date in tabelul urmator:

Tabel Relatiile de orientare dintre cristalele de martensita si cristalele fazei initiale

Metalul sau aliajul Compozitia Transformarea la racire Relatii intre plane Relatii intre directii Plan habital

Au-Cd

Co

Fe-C

Fe-Ni

Li 47,5%at Cd

100%

0.,4-1,5% C

27-33% Ni

100% c.v.c.→ortorombic

c.f.c.→h.c.

c.f.c.→t.v.c.

c.f.c.→c.v.c.

c.v.c.→h.c. (001)║(001)

(111)║(0001)

(111)║(110)

(111)║(110)

(110)║(0001) [111]║[110]

[110]║[1120]

[110]║[111]

[110]║[110]

[111]║[1120] -

(111)

(225)

(259)

-

Variatia energiei libere cu temperature pentru o faza β care la raciere se poate transforma la subraciri mici in faza de echilibru α iar la subraciri mari in faza metastabila (martensita) α’ este aratata in figura 2

Figura 2 Variatia energiei libere cu temperatura pentru faza βde temperatura inalta, faza de echilibru α si faza metastabila α′

La T<Te este faa stabile β, iar la T= Te se afla in echilibru α+β. Faza α’ are aceeasi compozitie ca si β, fiind obtinuta din β print-o transformare fara difuzie, deci la subraciri mari. Energia ei libera F’α este mai mare decit energia libera a fazei de echilibru α pe intreg intervalul de temperaturi insa la temperaturi T<T0, Fα’ < Fβ. Ca urmare formarea fazei α’ la temperaturi T>T0 nu este posibila insa la temperaturi T<T0 se formeaza numai aceasta faza cu toate ca si la aceste temperaturi energia ei libera este mai mare decit a fazei α insa formarea ei necesita o energie de activare mult mai mica decit energia de activare a fazei α.