التحول بدون انتشار

يشير التحول غير الانتشارى ، المعروف أيضًا بالتحول الإزاحي ، إلى تغيرات في البنية البلورية للمواد الصلبة لا تعتمد على انتشار الذرات عبر مسافات شاسعة. بل تتجلى هذه التحولات نتيجةً لتغيرات متزامنة في مواقع الذرات، حيث تخضع الذرات لإزاحات بمسافات أصغر من المسافة بين الذرات المتجاورة، مع الحفاظ على ترتيبها النسبي. ومن الأمثلة على هذه الظاهرة التحول المارتنسيتي، وهو ظاهرة ملحوظة في سياق المواد الفولاذية.

صِيغَ مصطلح " المارتنسيت " في الأصل لوصف المكون الصلب والمتفرق بدقة الذي يظهر في الفولاذ عند تعرضه للتبريد السريع. وكشفت دراسات لاحقة أن موادًا أخرى غير السبائك الحديدية، مثل السبائك غير الحديدية والسيراميك، يمكن أن تخضع أيضًا لتحولات غير انتشارية. ونتيجة لذلك، تطور مصطلح "المارتنسيت" ليشمل المنتج الناتج عن هذه التحولات بشكل أشمل. في سياق التحولات غير الانتشارية، تحدث حركة تعاونية ومتجانسة، مما يؤدي إلى تعديل في البنية البلورية أثناء تغير الطور . هذه الحركات صغيرة، وعادةً ما تكون أقل من المسافات بين الذرات، وتبقى الذرات المجاورة للذرة قريبة.

أدى التحرك المنهجي لأعداد كبيرة من الذرات إلى أن يشير البعض إليها على أنها تحولات عسكرية ، على عكس التغيرات الطورية المدنية القائمة على الانتشار، وذلك في البداية من قبل تشارلز فرانك وجون ويريل كريستيان . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يُعد التحول المارتنسيتي أكثر أنواع التحولات شيوعًا، وربما يكون الأكثر دراسة، ولكنه ليس سوى مجموعة فرعية واحدة من التحولات غير الانتشارية. ويمثل التحول المارتنسيتي في الفولاذ المثال الأكثر أهمية من الناحية الاقتصادية لهذه الفئة من تحولات الطور. ومع ذلك، يكتسب عدد متزايد من البدائل، مثل سبائك الذاكرة الشكلية ، أهمية متزايدة أيضًا.

تُعرف الظاهرة التي تتناسق فيها الذرات أو مجموعات الذرات لإزاحة نظائرها المجاورة، مما يؤدي إلى تعديل بنيوي، بالتحول الإزاحي. ويتسم نطاق التحولات الإزاحية بالاتساع، إذ يشمل طيفًا واسعًا من التغيرات البنيوية. ونتيجةً لذلك، وُضعت تصنيفات إضافية لتوفير فهم أدق لهذه التحولات. ^{[ 3 ]}

يمكن التمييز الأول بين التحولات التي تهيمن عليها الإجهادات المشوهة للشبكة وتلك التي تكون فيها عمليات إعادة الترتيب ذات أهمية أكبر.

تعمل الإجهادات المتجانسة المشوهة للشبكة، والمعروفة أيضًا باسم إجهادات باين، على تحويل شبكة برافي إلى شبكة مختلفة. ويمكن تمثيل ذلك بواسطة مصفوفة الإجهاد S التي تحول متجهًا واحدًا، y ، إلى متجه جديد، x :

${\displaystyle y=Sx}$

هذا متجانس، حيث تتحول الخطوط المستقيمة إلى خطوط مستقيمة جديدة. ومن أمثلة هذه التحولات زيادة حجم الشبكة المكعبة على المحاور الثلاثة (التمدد) أو تحولها إلى بنية أحادية الميل .

تشير عمليات إعادة الترتيب، التي سميت بهذا الاسم عن جدارة، إلى الإزاحة الدقيقة للذرات داخل الخلية الأولية. والجدير بالذكر أن عمليات إعادة الترتيب البحتة لا تُحدث عادةً تغييرًا في شكل الخلية الأولية؛ بل تؤثر بشكل أساسي على تناظرها وتكوينها الهيكلي العام.

تؤدي التحولات الطورية عادةً إلى تكوين سطح فاصل يفصل بين المادة المتحولة والمادة الأصلية. وتعتمد الطاقة اللازمة لتكوين هذا السطح الفاصل الجديد على خصائصه، وتحديدًا مدى ترابط البنيتين. ويُضاف إلى ذلك اعتبارٌ طاقيٌ آخر عندما يتضمن التحول تغييرًا في الشكل. في هذه الحالات، إذا كان الطور الجديد مقيدًا بالمادة المحيطة، فقد يحدث تشوه مرن أو لدن ، مما يُدخل حدًا لطاقة الانفعال . ويؤثر التفاعل بين حدي طاقة السطح الفاصل وطاقة الانفعال تأثيرًا كبيرًا على حركية التحول وشكل الطور الناتج. والجدير بالذكر أنه في التحولات العشوائية التي تتميز بتشوهات طفيفة، تميل طاقات السطح الفاصل إلى أن تكون هي السائدة، مما يميزها عن التحولات التي تُشوه الشبكة البلورية حيث يكون تأثير طاقة الانفعال أكثر وضوحًا.

يمكن تصنيف الإزاحات المشوهة للشبكة البلورية إلى فئات فرعية من خلال النظر في مكونات التشوه، وهي مكونات التمدد والقص. في التحولات التي يهيمن عليها مكون القص، يمكن إيجاد خط في الطور الجديد غير مشوه عن الطور الأصلي، بينما تتشوه جميع الخطوط عندما يكون التمدد هو السائد. ويمكن تصنيف التحولات التي يهيمن عليها القص بشكل أكبر وفقًا لقيمة طاقات الإجهاد المتضمنة مقارنةً بالاهتزازات الذاتية للذرات في الشبكة البلورية، وبالتالي ما إذا كانت طاقات الإجهاد لها تأثير ملحوظ على حركية التحول وشكل الطور الناتج. إذا كانت طاقة الإجهاد عاملاً مهماً، يُطلق على التحول اسم التحول المارتنسيتي ، وإذا لم تكن كذلك، يُشار إلى التحول باسم التحول شبه المارتنسيتي .

يُعدّ التمييز بين الفولاذ الأوستنيتي والفولاذ المارتنسيتي دقيقًا بطبيعته. ^{[ 4 ]} يتميز الأوستنيت بوحدة خلية مكعبة مركزية الوجوه (FCC)، بينما ينطوي التحول إلى المارتنسيت على تشوه هذا المكعب إلى شكل رباعي مركزي الجسم (BCT). يحدث هذا التحول نتيجة لعملية إزاحة، حيث لا يتوفر الوقت الكافي لذرات الكربون البينية للانتشار إلى الخارج. ^{[ 5 ]} ونتيجة لذلك، تخضع وحدة الخلية لاستطالة طفيفة في بُعد واحد وانكماش في البُعدين الآخرين. وعلى الرغم من الاختلافات في تناظر البنى البلورية، فإن الروابط الكيميائية بينهما تظل متشابهة.

يؤدي التحول المارتنسيتي من الحديد إلى الكربون إلى زيادة في الصلابة. وتكون المرحلة المارتنسيتية للفولاذ مشبعة بالكربون، وبالتالي تخضع لتقوية المحلول الصلب . ^{[ 6 ]} وكما هو الحال في الفولاذ المُقسّى بالتشكيل ، تمنع العيوب الذرات من الانزلاق فوق بعضها البعض بشكل منظم، مما يؤدي إلى زيادة صلابة المادة.

بالإضافة إلى التحول الإزاحي والتحول الانتشارى، تم اكتشاف نوع جديد من التحول الطوري يتضمن انتقالًا إزاحيًا للشبكة الفرعية وانتشارًا ذريًا باستخدام نظام حيود الأشعة السينية عالي الضغط. ^{[ 7 ]} وقد أُطلق على آلية التحول الجديدة اسم التحول شبه المارتنسيتي. ^{[ 8 ]}

• موارد واسعة من جامعة كامبريدج
• التحول من النظام المكعب إلى النظام الرباعي
• الندوة الأوروبية حول التحولات المارتنسيتية (ESOMAT)
• مختبر PTC لعلم البلورات المارتنسيتية