Autocatalytic mechanism of pearlite transformation in steel
PHYS REV APPL 7, 014002 (2017)
Значит, смотрите. Мы все еще живем в железном веке. Сталь все еще основной материал нашей цивилизации - ну, один из основных. И ничегошеньки ведь про нее непонятно. Во-первых, железо само по себе не подарок, там и магнетизм, и корреляционные эффекты (причем, нелокальные). Во-вторых, у него весьма сложная (и местами counterintuitive) фазовая диаграмма, ее еще саму по себе объяснять не переобъяснять. В-третьих, и в главных, сталь - композитный материал, жесткий (и хрупкий) карбид - цементит называется - в пластичной (и мягкой) матрице феррита. Ее свойства определяются тем, как это все сосуществует. А мы не умеем пока объяснять, как это все сосуществует - это часть проблемы pattern formation, часть проблемы происхождения сложности. Вот когда с реальной проблемой такого сорта сталкиваешься, выясняется, что вздымать палец к небу и говорить "Пригожин! Синергетика! Emergence!" ни фига не помогает. Одно из лучших, в структурном смысле, состояний стали - так называемый перлит. Это когда включения цементита образуют регулярную структуру - ну, полосками, скажем. Почему они это делают? Ребус. Кроссворд.
(Зевая во весь рот) Да... Ну так, этот ребус мы решили. Начиная с основ, с квантовой механики, через некоторую упрощенную модель ("такую простую, как возможно, но не проще", как завещал дедушка Эйнштейн). Основываясь на наших предыдущих работах по теории стали и на одном наблюдении наших друзей из Дюссельдорфа. Наблюдение такое.
Давным-давно известно, что высокотемпературная фаза, так называемое гамма-железо, в ферромагнитном состоянии производит тетрагональные искажения, причем, не в ту сторону, чтобы перейти в низкотемпературную альфа-фазу (этот самый феррит), а в противоположную. При металлургических температурах никаким ферромагнетизмом гамма-фазы и не пахнет, не доживает он до таких температур. Альфа-фаза - другое дело, магнетизм альфа-фазы очень важен для кинетики фазовых переходов (как, в частности, показано в наших предыдущих работах). Ну и зачем эта тетрагональность широчайшим рабочим и крестьянам, какая от нее польза? А польза от нее очень большая
Получается так. Температура высокая, пошел фазовый переход из гамма в альфа. Альфа-железо уже ферромагнитное при этих температурах, или близко к тому. Оно наводит ферромагнетизм в соседствующих областях гамма-фазы, те тетрагонально искажаются, и углерод, который не очень любит растворяться ни в альфа, ни в гамма-фазе (но в альфа сильнее не любит), со вздохом облегчения ныряет в приготовленные ему полости, формируя цементит. Сформировалась полоска. Уход углерода облегчает формирование полоски феррита. И так много раз, пока не сформируется регулярная перлитная структура.