§ 251. Превращения кристалл-кристалл
Превращение в твердой фазе — это переход одного дальнего порядка в другой, также дальний порядок. Большой интерес представляет изучение механизма подобных превращений.
Наиболее проста картина превращения друг в друга твердых фаз простых веществ, если структура обеих фаз принадлежит к числу плотных шаровых упаковок. Так, кобальт и таллий встречаются как в виде кубической упаковки, так и в виде гексагональной упаковки. Перемещая слой, можно перевести слой из «гексагонального» положения в «кубическое» и обратно.
При превращениях этого типа из одного кристалла кубической фазы удалось даже вырастить одиночный кристалл гексагональной фазы. Обычно это не удается: рост кристаллов новой фазы начинается одновременно из многих центров; монокристалл превращается в мелкокристаллическое вещество. Чаще кристалл рассыпается при превращении. Иногда внешняя «оболочка» сохраняется и мелкокристаллическое вещество занимает строго правильный симметричный объем многогранника, свойственного бывшему монокристаллу.
Причина трудности понятна. Кристаллы новой фазы могут начать расти из разных мест. Но ведь плотнейших слоев в кубической гранецентрированной упаковке можно провести четыре системы. Вернемся к рис. 261 (стр. 572); в показанном на рисунке кристалле плотнейшие плоскости перпендикулярны к пространственным диагоналям, а их всего четыре (у куба восемь вершин). Если так, то из кристалла с кубической упаковкой могут вырасти
гексагональные кристаллы с четырьмя разными ориентировками.
Начало изучению перестройки атомов при фазовых превращениях было положено работой Г. В. Курдюмова, посвященной превращениям железа и стали. При высоких температурах железо существует в виде плотной кубической упаковки атомов. При низких температурах атомы железа располагаются в объемно-центрированной решетке. Это превращение (его называют «мартенситным») имеет огромное значение для металлургии и заслуживает поэтому подробного рассмотрения.
Рис. 284,
Что же происходит при увеличении температуры? Ответ на этот вопрос дают схемы, показанные на рис. 284. Слева изображена еще раз плотная кубическая упаковка, а справа — объемно-центрированная упаковка, изображенная в несколько необычном виде, а именно, показана проекция расположения атомов, какой она нам представится, если смотреть вдоль диагонали грани куба. Между этими рисунками, казалось бы, мало общего. Левая постройка — трехэтажная, правая — двухэтажная (треугольнички — второй этаж); это — главное различие. Другое менее существенное различие — это разница в углах ромбоц (мы не показываем ее на чертеже). По мере нагревания колебания атомов возрастают и менее плотная объемноцентрированная упаковка при температуре 906 °С становится невыгодной. Двухэтажная постройка переходит в трехэтажную попеременным сдвигом слоев, отмеченных треугольничками. Скажем, нечетные слои сдвигаются влево, а четные вправо. Этот сдвиг происходит вдоль диагонали ромба, одновременно меняется угол ромба.
При фазовом превращении железа кристаллики новой фазы могут быть ориентированы в 24 различных направлениях. Число 24
получается следующим образом. В кубическом гранецентрированном кристалле имеется четыре плотнейших плоскости, а кристалл новой фазы, как можно без труда показать, растет на плотнейшем слое в шести разных ориентировках.
Нет сомнения в том, что в переходе порядка в другой порядок упорядоченные, закономерные процессы играют важную роль. При такой перестройке порядка атомам не приходится обмениваться местами, происходит лишь некоторое организованное перемещение атомов. Таково мартенситное превращение, носящее бездиффузионный характер. Однако в других превращениях в твердом теле большую роль могут играть явления диффузии.
