Войти
Фрагмент метеорита Толука, шириной около 10 см Узоры Видманштеттена, также известные как структуры Томсона, представляют собой фигуры из длинных кристаллов никеля - железа, обнаруженных в октаэдрите железные метеориты и некоторые палласиты. Они состоят из тонких прослоек камасита и тэнита полос или лент, называемых пластинками. Обычно в промежутках между пластинами можно найти мелкозернистую смесь камасита и тэнита, называемую плесситом. Шаблоны Widmanstätten описывают особенности современных сталей, сплавов титана и циркония.
Образец Видманштеттена в В 1808 году эти фигуры были названы в честь графа Алоиса фон Бекха Видманштеттена, директор Императорского фарфорового завода в Вене. Нагревая пламенем железные метеориты, Видманштеттен заметил дифференциацию зон цвета и блеска, поскольку различные сплавы железа окислялись с разной скоростью. Он не публиковал свои выводы, заявив о них только в устном общении со своими коллегами. Открытие было признано Карлом фон Шрайберсом, директором Венского кабинета минералов и зоологии, который назвал структуру в честь Видманштеттена. Однако теперь считается, что открытие металлического кристаллического узора должно быть приписано английскому минералогу Уильяму (Гульельмо) Томсону, так как он опубликовал те же открытия четырьмя годами ранее.
Работая в Неаполе в 1804 году, Томсон обработал Красноярский метеорит азотной кислотой, чтобы удалить тусклую патину, вызванную окислением. Вскоре после контакта кислоты с металлом на поверхности появились странные фигуры, которые он подробно описал выше. Гражданские войны и политическая нестабильность на юге Италии мешали Томсону поддерживать контакты со своими коллегами в Англии. Это было продемонстрировано в его потере важной корреспонденции, когда ее носитель был убит. В результате в 1804 году его находки были опубликованы только на французском языке в Британской библиотеке. В начале 1806 года Наполеон вторгся в Неаполитанское королевство, и Томсон был вынужден бежать на Сицилию, и в ноябре того же года он умер в Палермо в возрасте 46 лет. В 1808 году работа Томсона снова была посмертно опубликована на итальянском языке (в переводе с оригинальной английской рукописи) в Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena. Наполеоновские войны препятствовали контактам Томсона с научным сообществом, а его путешествия по Европе, помимо его ранней смерти, на долгие годы заслонили его вклад.
Наиболее распространенными названиями этих фигур являются узор Видманштеттен и структура Видманштеттена, однако есть некоторые варианты написания:
Более того, из-за приоритета открытий Г. Томсона, некоторые авторы предложили называть эти фигуры Томсон структура или структура Томсона-Видманштеттена.
Фазовая диаграмма, объясняющая, как формируется узор. Первое метеоритное железо состоит исключительно из тэнита. При остывании оно проходит через фазовую границу где камасит выделен из тэенита. Метеорное железо с содержанием никеля менее примерно 6% (гексаэдрит ) полностью превращается в камасит. 
Видманштеттенский узор, металлографический шлифованный профиль Железо и никель образуют однородные сплавы при температурах ниже t он точка плавления ; эти сплавы - тэнит. При температурах ниже 900–600 ° C (в зависимости от содержания Ni) стабильны два сплава с различным содержанием никеля: камасит с более низким содержанием Ni (от 5 до 15% Ni) и тэнит с высоким содержанием Ni (до 50%). октаэдрит метеориты имеют промежуточное содержание никеля между нормой для камасита и таенита ; в условиях медленного охлаждения это приводит к осаждению камасита и росту пластин камасита вдоль определенных кристаллографических плоскостей в кристаллической решетке таенита .
Образование бедного никелем камасита происходит путем диффузии Ni в твердом сплаве при температурах от 700 до 450 ° C и может происходить только при очень медленном охлаждении, примерно от 100 до 10 000 ° C / млн лет, с общим временем охлаждения 10 млн лет или меньше. Это объясняет, почему эту структуру нельзя воспроизвести в лаборатории.
кристаллические узоры становятся видимыми при резке, полировке и травлении метеоритов, поскольку тенит более устойчив к кислоте.
Мелкий узор Видманштеттена (ширина ламелей 0,3 мм) метеорита Гибеон.Размер пластин камасита варьируется от самых крупных до самых мелких (в зависимости от их размера) по мере увеличения содержания никеля. Эта классификация называется структурной классификацией.
Поскольку кристаллы никель-железо вырастают до длины в несколько сантиметров только тогда, когда твердый металл остывает исключительно медленно (в течение нескольких миллионов лет), наличие этих узоров является доказательством внеземного происхождения материала и может быть использовано, чтобы легко определить, был ли кусок железа получен из метеорита.
Методы, используемые для выявления узора Видманштеттена на железных метеоритах, различаются. Чаще всего срез шлифуют и полируют, очищают, протравливают химическим веществом, таким как азотная кислота или хлорид железа, промывают и сушат.
Разрезание метеорита по разным плоскостям влияет на форму и направление фигур Видманштеттена, потому что ламели камасита в октаэдритах расположены точно. Октаэдриты получили свое название от кристаллической структуры, параллельной октаэдру . Противоположные грани параллельны, поэтому, хотя октаэдр имеет 8 граней, имеется только 4 набора пластин камасита. Железо и никель-железо образуют кристаллы с внешней октаэдрической структурой очень редко, но эти ориентации все еще четко обнаруживаются кристаллографически без внешнего габитуса. Разрезание октаэдрита метеорита по разным плоскостям (или любого другого материала с октаэдрической симметрией, который является подклассом кубической симметрии) приведет к одному из следующих случаев:
Термин структура Видманштеттена также используется для неметеоритных материалов для обозначения структуры с геометрический узор, возникающий в результате образования новой фазы вдоль определенных кристаллографических плоскостей исходной фазы, такой как структура плетеной корзины в некоторых сплавах циркония. Структуры Видманштеттена образуются из-за роста новых фаз на границах зерен основных металлов, как правило, увеличивая твердость и хрупкость металла. Структуры образуются из-за выделения монокристаллической фазы на две отдельные фазы. Таким образом, преобразование Видманштеттена отличается от других преобразований, таких как мартенситное или ферритное превращение. Структуры образуются под очень точными углами, которые могут варьироваться в зависимости от расположения кристаллических решеток. Обычно это очень маленькие структуры, которые необходимо рассматривать в микроскоп, потому что для создания структур, видимых невооруженным глазом, обычно требуется очень большая скорость охлаждения. Однако они обычно оказывают сильное и часто нежелательное влияние на свойства сплава.
Структуры Видманштеттена имеют тенденцию формироваться в определенном диапазоне температур и со временем становятся больше. В углеродистой стали, например, структуры Видманштеттена образуются во время отпуска, если сталь выдерживается при температуре около 500 ° F (260 ° C) в течение длительных периодов времени. Эти структуры образуются в виде игольчатых или пластинчатых наростов цементита внутри границ кристаллов мартенсита. Это увеличивает хрупкость стали до такой степени, что ее можно уменьшить только путем перекристаллизации. Структуры Видманштеттена, сделанные из феррита, иногда встречаются в углеродистой стали, если содержание углерода ниже, но близко к составу эвтектоида (~ 0,8% углерода). Это происходит, поскольку длинные иглы феррита в структуре перлита.
Видманштеттена образуются также во многих других металлах. Они образуются в латуни, особенно если в сплаве очень высокое содержание цинка, становясь иголками цинка в медной матрице. Иглы обычно образуются, когда латунь охлаждается от температуры рекристаллизации, и становятся очень крупными, если латунь подвергается отжигу до 1112 ° F (600 ° C) в течение длительных периодов времени. Теллурическое железо, которое является железо-никелевый сплав, очень похожий на метеориты, также имеет очень грубые структуры Видманштеттена. Теллурическое железо - это металлическое железо, а не руда (в которой обычно содержится железо), и возникло оно с Земли, а не из космоса. Теллурическое железо - чрезвычайно редкий металл, который встречается лишь в нескольких местах в мире. Подобно метеоритам, очень грубые структуры Видманштеттена, скорее всего, развиваются в результате очень медленного охлаждения, за исключением того, что охлаждение происходило в мантии и коре Земли, а не в вакууме и микрогравитации пробел. Такие рисунки также наблюдались в тутовом, тройном урановом сплаве, после старения при 400 ° C или ниже в течение периодов от нескольких минут до часов с образованием моноклинного ɑ ″.
Однако внешний вид, состав и процесс формирования этих земных структур Видманштеттена отличаются от характерной структуры железных метеоритов.
Когда железный метеорит выкован в инструмент или оружие, узоры Видманштеттена остаются, но растягиваются и искажаются. Узоры обычно не могут быть полностью устранены с помощью кузнечного дела, даже при длительной работе. Когда нож или инструмент выковывают из метеоритного железа, а затем полируют, на поверхности металла появляются узоры, хотя и искаженные, но они, как правило, сохраняют некоторую часть первоначальной восьмигранной формы и вид тонких пластинок, пересекающих друг друга. Стали, сваренные по образцу, такие как дамасская сталь, также имеют рисунок, но его легко отличить от любого рисунка Видманштеттена.
Видманштеттеновский узор, наблюдаемый в циркалое 4, границы зерен βZr все еще видны, даже несмотря на то, что βZr преобразован в видманштеттен.
Микрофотография предыдущего зонда
 | Викискладе есть материалы, связанные с узором Видманштеттена. |
