Transformação sem difusão - Diffusionless transformation
Uma transformação sem difusão é uma mudança de fase que ocorre sem a difusão de longo alcance dos átomos, mas sim por alguma forma de movimento cooperativo e homogêneo de muitos átomos que resulta em uma mudança na estrutura do cristal. Esses movimentos são pequenos, geralmente menores que as distâncias interatômicas, e os átomos mantêm suas relações relativas. O movimento ordenado de um grande número de átomos leva alguns a se referir a isso como transformações militares em contraste com as mudanças de fase baseadas na difusão civil .
A transformação mais comumente encontrada desse tipo é a transformação martensítica que, embora seja provavelmente a mais estudada, é apenas um subconjunto das transformações não difusionais. A transformação martensítica em aço representa o exemplo economicamente mais significativo dessa categoria de transformações de fase, mas um número crescente de alternativas, como ligas com memória de forma , também estão se tornando mais importantes.
Classificação e definições
Quando uma mudança estrutural ocorre pelo movimento coordenado de átomos (ou grupos de átomos) em relação a seus vizinhos, a mudança é chamada de transformação deslociva . Isso cobre uma ampla gama de transformações e, portanto, outras classificações foram desenvolvidas [Cohen 1979].
A primeira distinção pode ser feita entre transformações dominadas por deformações distorcedoras de rede e aquelas em que os embaralhamentos são de maior importância.
Cepas homogêneas de distorção de rede, também conhecidas como cepas de Bain, são cepas que transformam uma rede de Bravais em outra diferente. Isso pode ser representado por uma matriz de deformação S que transforma um vetor, y , em um novo vetor, x :
Isso é homogêneo, pois as linhas retas são transformadas em novas linhas retas. Exemplos de tais transformações incluem uma rede cúbica aumentando de tamanho em todos os três eixos (dilatação) ou cisalhamento em uma estrutura monoclínica .
Os embaralhamentos, como o nome sugere, envolvem o pequeno movimento de átomos dentro da célula unitária. Como resultado, embaralhamentos puros normalmente não resultam em uma mudança de formato da célula unitária - apenas sua simetria e estrutura.
As transformações de fase normalmente resultam na criação de uma interface entre o material transformado e o material original. A energia necessária para gerar essa nova interface dependerá de sua natureza - essencialmente, quão bem as duas estruturas se encaixam. Um termo de energia adicional ocorre se a transformação incluir uma mudança de forma, uma vez que, se a nova fase for restringida pelo material circundante, isso pode dar origem a deformação elástica ou plástica e, portanto, um termo de energia de deformação . A proporção desses termos de energia interfacial e de deformação tem um efeito notável na cinética da transformação e na morfologia da nova fase. Assim, as transformações aleatórias, onde as distorções são pequenas, são dominadas por energias interfaciais e podem ser utilmente separadas das transformações de distorção de rede onde a energia de deformação tende a ter um efeito maior.
Uma subclassificação de deslocamentos de distorção de rede pode ser feita considerando os componentes de dilatação e cisalhamento da distorção. Em transformações dominadas pelo componente de cisalhamento, é possível encontrar uma linha na nova fase que não é distorcida da fase pai, enquanto todas as linhas são distorcidas quando a dilatação é predominante. As transformações dominadas por cisalhamento podem ser classificadas de acordo com a magnitude das energias de deformação envolvidas em comparação com as vibrações inatas dos átomos na rede e, portanto, se as energias de deformação têm uma influência notável na cinética da transformação e na morfologia da fase resultante . Se a energia de deformação é um fator significativo, então as transformações são chamadas de martensíticas e, se não for, a transformação é referida como quase martensíticas .
Transformação Martensítica Ferro-Carbono
A diferença entre austenita e martensita é, em alguns aspectos, bastante pequena: enquanto a célula unitária da austenita é, em média, um cubo perfeito, a transformação em martensita distorce este cubo por átomos de carbono intersticiais que não têm tempo de se difundir durante transformação deslociva. A célula unitária torna-se ligeiramente mais longa em uma dimensão e mais curta nas outras duas. A descrição matemática das duas estruturas é bastante diferente, por razões de simetria (ver links externos), mas a ligação química permanece muito semelhante. Ao contrário da cementita , que possui ligação que lembra materiais cerâmicos, a dureza da martensita é difícil de explicar em termos químicos.
A explicação depende da mudança sutil de dimensão do cristal. Mesmo um cristalito microscópico tem milhões de células unitárias de comprimento. Uma vez que todas essas unidades estão voltadas para a mesma direção, distorções de até mesmo uma fração de uma porcentagem tornam-se ampliadas em uma grande incompatibilidade entre os materiais vizinhos. A incompatibilidade é resolvida pela criação de uma miríade de defeitos de cristal , em um processo que lembra o endurecimento por trabalho . Como no aço temperado, esses defeitos impedem que os átomos deslizem uns pelos outros de maneira organizada, fazendo com que o material se torne mais duro.
Ligas com memória de forma também têm propriedades mecânicas surpreendentes, que foram explicadas por analogia à martensita. Ao contrário do sistema de ferro-carbono, ligas no sistema de níquel-titânio podem ser escolhidas para tornar a fase "martensítica" termodinamicamente estável.
Transformação pseudomartensítica
Além da transformação deslociva e da transformação difusiva, um novo tipo de transformação de fase que envolve uma transição de sub-rede displasiva e difusão atômica foi descoberto usando um sistema de difração de raios-X de alta pressão. O novo mecanismo de transformação foi batizado de transformação pseudomartensítica.
Referências
Notas
Bibliografia
- Christian, JW, Theory of Transformations in Metals and Alloys , Pergamon Press (1975)
- Khachaturyan, AG, Theory of Structural Transformations in Solids , Dover Publications, NY (1983)
- Green, DJ; Hannink, R .; Swain, MV (1989). Transformação Toughening of Ceramics . Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5 .