Кристалічна Двоплинність: Решітка Збігу Точок та Границя Sigma-3

Дзеркало всередині кристала

Кристалічна межа зерна – це просто інтерфейс, де дві області одного й того ж кристалу зустрічаються з різними орієнтаціями. Дзеркальна межа є особливим, високо упорядкованим випадком: решітка на одній стороні є дзеркальним відображенням (або певною поворотом) решітки на іншій, і атоми на межевому плані узгоджено діляться між двома зернами – немає розірваних зв’язків, відсутня безладна переходна зона, просто решітка переходить у орієнтацію чистою чергою в одному атомному плані.

Вимірювання того, наскільки добре узгоджується межа: CSL

Не кожна пара орієнтацій утворює хорошу межу. Модель сітки збіжностей (CSL) розглядає дві взаємопроникаючі ґратки та запитує, який відсоток сайтів ґратки збігається точно. Цей відсоток виражений як 1/Σ, де Σ (завжди непарне число для кубічних кристалів) є оберненою щільністю збіжних сайтів:

Sigma = (об'єм суперсітки збіжностей) / (об'єм однієї одиничної комірки кристала) Sigma = 1 -> два зерна насправді є одним кристаллом (без межі) Sigma = 3 -> класична межа двовимірної узгодженості в FCC металах low Sigma -> більше збіжних сайтів, зазвичай нижча енергія межі A Σ3 межа у п’ятигранній центрованій кубічній металі, такому як мідь або аустенітна сталь, є двовимірною узгодженою двовимірною узгодженістю: один з трьох атомів на площині інтерфейсу знаходиться на сайті, що належить обом зернам, енергія межі незвично низька (часто менше десятої частини випадкової висококутної межі), і межа практично нерухома за нормальних умов, оскільки її переміщення вимагатиме руйнування цього особливого збігу.

Sigma = (volume of the coincidence-site superlattice)
        / (volume of one crystal's unit cell)

  Sigma = 1   -> the two grains are actually one crystal (no boundary)
  Sigma = 3   -> the classic coherent twin boundary in FCC metals
  low Sigma   -> more coincident sites, generally lower boundary energy

Чому деякі межі рухаються, а інші – ні

Рух гранічних площин під час відпалу або деформації сильно залежить від цієї подібності. Гранічні площини з високою сумою (Σ) та випадковими, висококутними гранями структурно розріджені та відносно легко рухаються – саме тому зерна ростуть і відбувається перекристалізація матеріалів. Гранічні площини з низькою сумою (Σ), особливо твіни Σ3, структурно особливі, мають низьку енергію та порівняно нерухомі – вони діють як точки фіксації, що протидіють росту зерна і можуть зупинити поширення розриву, що є однією з причин, чому твіни свідомо впроваджуються в деякі сплави.

Два способи утворення подвійних структур

Родственні близнюки утворюються під час кристалізації або відкладання тонких плівок, коли енергетично вигідніше для кристала набудувати структуру в подвійній орієнтації, ніж утворювати дефект навколо розбіжностей — це поширено серед мінералів, таких як кварц і полецьін, а також у електрохімічно відкладених або випаровувально відкладених плівках. Деформаційні близнюки утворюються, коли кристал піддається швидкому напруженню або за дуже низької температури, що призводить до того, що дислокаційне зсувність не може встигати, і решітка замість цього одночасно розрізається по площинах у відображеній орієнтації — механізм, який лежить в основі смугастих смуг Неймана, що спостерігаються в ударно-навантаженому залізній метеоритній породі та в механічно подвійних титанах і магнітах.

Твінінго-індукована пластичність у сталі

Деякі високомагнійні сталі розроблені для деформації шляхом твінінгу замість звичайного зсуву — так звані сталі TWIP (твінінго-індукована пластичність). Під час розтягування щільна мережа наномікрометрових твінів постійно поділяє зерна, створюючи нові перешкоди на межах твінів, які блокують рух дислокацій (динамічний ефект Хатчета–Петека). Це призводить до унікальної комбінації надзвичайної міцності та надзвичайної пластичності одночасно, тому сталі TWIP використовуються в критично важливих щодо удару елементах конструкції деяких автомобілів.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Crystal Twinning і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.