Widmanstätten desen - Widmanstätten pattern

Segmenti Toluca göktaşı yaklaşık 10 cm genişliğinde

Widmanstätten desenleri, Ayrıca şöyle bilinir Thomson yapılarıuzun figürler nikel –Demir içinde bulunan kristaller oktahedrit demir göktaşları ve bazı palazitler. İnce bir serpiştirmeden oluşurlar kamasit ve taenit bantlar veya şeritler lameller. Genellikle, lameller arasındaki boşluklarda, ince taneli bir kamasit ve taenit karışımı adı verilir. plessit bulunabilir. Widmanstätten kalıpları, modern çeliklerdeki özellikleri tanımlar,[1] titanyum ve zirkonyum alaşımları.

Keşif

Widmanstätten deseninde Staunton göktaşı[ben]

1808'de bu rakamlar, Alois von Beckh Widmanstätten Sayısı İmparatorluk Porseleninin müdürü Viyana. Alev ısınırken demir göktaşları,[3] Widmanstätten rengi fark etti ve parlaklık çeşitli demir alaşımları farklı oranlarda oksitlendiğinden bölge farklılaşması. Bulgularını yalnızca meslektaşları ile sözlü iletişim yoluyla iddia ederek yayınlamadı. Keşif tarafından kabul edildi Carl von Schreibers, yapıya Widmanstätten'in adını veren Viyana Maden ve Zooloji Kabinesi müdürü.[4][5]:124Bununla birlikte, artık metal kristal modelinin keşfinin aslında İngiliz mineraloguna atanması gerektiğine inanılıyor. William (GuglielmoThomson aynı bulguları dört yıl önce yayınladığı için.[6][5][7][8]

1804'te Napoli'de çalışan Thomson, Krasnojarsk göktaşı ile Nitrik asit oksidasyonun neden olduğu donuk patinayı gidermek için. Asidin metalle temas etmesinden kısa bir süre sonra, yüzeyde yukarıda anlatıldığı gibi detaylandırdığı garip şekiller belirdi. Güney İtalya'daki iç savaşlar ve siyasi istikrarsızlık, Thomson'ın İngiltere'deki meslektaşlarıyla iletişimini sürdürmesini zorlaştırdı. Bu, taşıyıcısı öldürüldüğünde önemli yazışmaları kaybetmesinde gösterildi.[7] Sonuç olarak, 1804'te, bulguları yalnızca Fransızca olarak Bibliothèque Britannique.[5]:124–125 [7][9] 1806'nın başında, Napolyon işgal etti Napoli Krallığı ve Thomson kaçmak zorunda kaldı Sicilya[7] ve o yılın Kasım ayında, Palermo 46 yaşında. 1808'de Thomson'ın çalışması, ölümünden sonra İtalyanca olarak (orijinal İngilizce el yazmasından çevrilmiştir) yeniden yayınlandı. Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena.[10] Napolyon Savaşları Thomson'ın bilim camiasıyla temaslarını engelledi ve erken ölümüne ek olarak Avrupa'daki seyahatleri, katkılarını yıllarca engelledi.

İsim

Bu rakamlar için en yaygın isimler Widmanstätten desen ve Widmanstätten yapısıancak bazı yazım varyasyonları vardır:

Ayrıca, keşif önceliği nedeniyle G. Thomson, birkaç yazar bu rakamları çağırmayı önerdi Thomson yapısı veya Thomson-Widmanstätten yapısı.[5][7][8]

Lamel oluşum mekanizması

Desenin nasıl oluştuğunu açıklayan faz diyagramı. İlk meteorik demir tamamen taenitten oluşmaktadır. Soğutulduğunda bir faz sınırını geçer. kamasit taenitten çıkarılmıştır. Meteorik demir yaklaşık% 6'dan daha az nikel (heksahedrit ) tamamen kamasit olarak değiştirilmiştir.
Widmanstätten desen, metalografik cilalı kesit

Demir ve nikel form homojen alaşımlar altındaki sıcaklıklarda erime noktası; bu alaşımlar taenit. 900 ila 600 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda (Ni içeriğine bağlı olarak), farklı nikel içeriğine sahip iki alaşım stabildir: daha düşük Ni içerikli (% 5 ila 15 Ni) kamasit ve yüksek Ni'li (% 50'ye kadar) taenit. Oktahedrit göktaşları için norm arasında bir nikel içeriğine sahip kamasit ve taenit; bu, yavaş soğutma koşullarında kamasitin çökelmesine ve belirli boyunca kamasit plakalarının büyümesine kristalografik düzlemler içinde taenit kristal kafes.

Ni-zayıf kamasit oluşumu, 700 ila 450 ° C arasındaki sıcaklıklarda katı alaşımda Ni'nin difüzyonu ile ilerler ve yalnızca çok yavaş soğutma sırasında, yaklaşık 100 ila 10.000 ° C / Myr, toplam soğutma süreleri 10'dur. Myr veya daha az.[12] Bu, bu yapının neden laboratuvarda yeniden üretilemediğini açıklıyor.

kristal meteorlar kesildiğinde, cilalandığında ve asitle kazındığında desenler görünür hale gelir, çünkü taenit aside daha dirençlidir.

İnce Widmanstätten deseni (lamel genişliği 0,3 mm) Gibeon göktaşı.

Boyutu kamasit lamellae aralığı en kaba -e en iyi (boyutlarına göre) nikel içeriği arttıkça. Bu sınıflandırmaya yapısal sınıflandırma.

Kullanım

Nikel-demir kristalleri, yalnızca katı metal son derece yavaş bir hızda (birkaç milyon yıldan fazla) soğuduğunda birkaç santimetre uzunluğa kadar büyüdüğünden, bu modellerin varlığı, dünya dışı malzemenin kökeni ve bir parça olup olmadığını kolayca belirlemek için kullanılabilir. Demir bir göktaşı.[kaynak belirtilmeli ]

Hazırlık

Widmanstätten desenini demir meteorlar üzerinde ortaya çıkarmak için kullanılan yöntemler değişiklik gösterir. En yaygın olarak, dilim öğütülür ve parlatılır, temizlenir, Nitrik asit veya Demir klorür yıkandı ve kurutuldu.[13][14]

Şekil ve yönlendirme

Oktahedron
Farklı kesimler, farklı Widmanstätten desenler üretir

Göktaşının farklı düzlemler boyunca kesilmesi, Widmanstätten figürlerinin şeklini ve yönünü etkiler çünkü oktahedritlerdeki kamasit lameller tam olarak düzenlenmiştir. Oktahedritler isimlerini kristal yapıya paralel olan kristal yapıdan alırlar. sekiz yüzlü. Karşıt yüzler paraleldir, bu nedenle bir oktahedronun 8 yüzü olmasına rağmen, yalnızca 4 set vardır. kamasit tabaklar. Demir ve nikel-demir, çok nadiren dış oktahedral yapıya sahip kristaller oluşturur, ancak bu yönelimler hala dış alışkanlık olmadan kristalografik olarak açıkça tespit edilebilir. Farklı düzlemler boyunca bir oktahedrit göktaşının kesilmesi (veya kübik simetrinin bir alt sınıfı olan oktahedral simetriye sahip herhangi bir başka malzeme) şu durumlardan biriyle sonuçlanacaktır:

  • Üç (kübik) eksenden birine dikey kesim: birbirine dik açılı iki şerit kümesi
  • oktahedron yüzlerinden birine paralel kesim (kristalografik merkezden aynı mesafede 3 kübik eksenin tümünü keser): 60 ° açıyla çalışan üç grup şerit
  • başka herhangi bir açı: farklı kesişme açılarına sahip dört şerit grubu

Meteoritik olmayan malzemelerdeki yapılar

Dönem Widmanstätten yapısı yeni bir oluşumdan kaynaklanan geometrik bir modele sahip bir yapıyı belirtmek için meteoritik olmayan malzemede de kullanılır. evre kesinlikle kristalografik düzlemler bazılarında basketweave yapısı gibi ebeveyn aşamasının zirkonyum alaşımları. Widmanstätten yapılar, ana metallerin tane sınırları içinde yeni fazların büyümesi nedeniyle oluşur ve genellikle metalin sertliğini ve kırılganlığını artırır. Yapılar, tek bir kristal fazın iki ayrı faza çökelmesi nedeniyle oluşur. Bu şekilde, Widmanstätten dönüşümü diğer dönüşümlerden farklıdır. martensit veya ferrit dönüşümü. Yapılar, kristal kafeslerin düzenine bağlı olarak değişebilen çok hassas açılarda oluşur. Bunlar genellikle mikroskopla görülmesi gereken çok küçük yapılardır, çünkü çıplak gözle görülebilen yapılar üretmek için genellikle çok uzun bir soğutma hızına ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, genellikle alaşımın özellikleri üzerinde büyük ve genellikle istenmeyen bir etkiye sahiptirler.[15]

Widmanstätten yapılar, belirli bir sıcaklık aralığında oluşma eğilimindedir ve zamanla daha da büyür. İçinde karbon çelik Örneğin, Widmanstätten yapıları tavlama Çelik uzun süre 500 ° F (260 ° C) civarında tutulursa. Bu yapılar, iğne veya plaka benzeri büyümeler şeklinde oluşur. sementit martensitin kristal sınırları içinde. Bu, çeliğin kırılganlığını ancak yeniden kristalleştirme ile giderilebilecek şekilde arttırır. Widmanstätten yapılar ferrit Bazen karbon çeliğinde karbon içeriği aşağıda ancak yakınsa meydana gelir. ötektoid bileşim (~% 0.8 karbon). Bu, içindeki uzun ferrit iğneleri olarak meydana gelir. perlit.[15]

Widmanstätten yapılar birçok başka metalde de oluşur. Pirinçte oluşacaklar, özellikle alaşım çok yüksek çinko içeriğine sahipse, bakır matrisinde çinko iğneleri haline gelecekler. İğneler genellikle pirinç yeniden kristalleşme sıcaklığından soğuduğunda oluşur ve pirinç uzun süre 1,112 ° F (600 ° C) 'ye tavlanırsa çok kaba hale gelir.[15] Tellürik demir Meteorlara çok benzeyen bir demir-nikel alaşımı olan, aynı zamanda çok kaba Widmanstätten yapılar sergiliyor. Tellürik demir, bir cevherden ziyade (genellikle demirin bulunduğu) metalik demirdir ve uzaydan ziyade Dünya'dan kaynaklanmıştır. Tellürik demir, dünyanın yalnızca birkaç yerinde bulunan son derece nadir bir metaldir. Göktaşları gibi, çok kaba Widmanstätten yapıları da büyük olasılıkla çok yavaş soğumayla gelişir, ancak soğumanın Dünya'nın mantosunda ve kabuğunda meydana gelmesi dışında vakum ve mikro yerçekimi nın-nin Uzay.[16] Bu tür desenler ayrıca dut, sonra üçlü bir uranyum alaşımı yaşlanma veya altında 400 ° C dakika ile saat arasındaki dönemler için bir monoklinik ɑ ″ aşaması.[17]

Bununla birlikte, bu karasal Widmanstätten yapılarının görünümü, bileşimi ve oluşum süreci, demir meteorların karakteristik yapısından farklıdır.

Bir demir göktaşı bir alete veya silaha dönüştürüldüğünde, Widmanstätten desenleri kalır, ancak gerilir ve bozulur. Kalıplar genellikle demircilikle, kapsamlı çalışma yoluyla bile tamamen ortadan kaldırılamaz. Bir bıçak veya alet meteorik demirden dövüldüğünde ve daha sonra cilalandığında, metal yüzeyinde desenler bozulmuş olsa da, orijinal oktahedral şeklinin bir kısmını ve birbirini çapraz kesen ince lamellerin görünümünü koruma eğilimindedirler.[18] Desen kaynaklı gibi çelikler Şam çeliği desenler de taşır, ancak bunlar herhangi bir Widmanstätten modelinden kolayca ayırt edilebilir.

  • Widmanstätten örüntüsü Zircaloy 4, βZr tane sınırları, ttenZr Widmanstätten'e dönüştürülmüş olsa bile hala görülebilir.

  • Önceki probun mikrografı

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Staunton göktaşı yakınında bulundu Staunton, Virginia 19. yüzyılın ortalarında. Toplam ağırlığı 270 lb olan altı adet nikel-demir birkaç on yıllık bir süre içinde bulundu.[2]
  1. ^ Dominic Phelan ve Rian Dippenaar: Düşük Karbonlu Çeliklerde Widmanstätten Ferrit Plaka Oluşumu, METALURJİK VE MALZEME İŞLEMLERİ A, CİLT 35A, ARALIK 2004, s. 3701
  2. ^ Hoffer, F.B. (Ağustos 1974). "Virginia Meteorları" (PDF). Virginia Mineralleri. 20 (3).
  3. ^ O. Richard Norton. Uzaydan Kayalar: Göktaşı ve Göktaşı Avcıları. Mountain Press Pub. (1998) ISBN  0-87842-373-7
  4. ^ Schreibers, Carl von (1820). Beyträge zur Geschichte und Kenntniß meteorischer Stein und Metalmassen, und Erscheinungen, welche deren Niederfall zu begleiten pflegen [Meteorik taşların ve metalik kütlelerin tarihine ve bilgisine katkılar ve genellikle düşüşlerine eşlik eden fenomenler] (Almanca'da). Viyana, Avusturya: J.G. Heubner. s. 70–72.
  5. ^ a b c d John G. Burke. Kozmik Enkaz: Tarihte Göktaşı. California Üniversitesi Yayınları, 1986. ISBN  0-520-05651-5
  6. ^ Thomson, G. (1804) "Essai sur le fer malléable trouvé en Sibérie par le Prof. Pallas" (Profesör Pallas tarafından Sibirya'da bulunan dövülebilir demir üzerine deneme), Bibliotèque Britannique, 27 : 135–154  ; 209–229. (Fransızcada)
  7. ^ a b c d e Gian Battista Vai, W. Glen E. Caldwell. İtalya'da jeolojinin kökenleri. Amerika Jeoloji Derneği, 2006, ISBN  0-8137-2411-2
  8. ^ a b O. Richard Norton. Cambridge Meteorit Ansiklopedisi. Cambridge, Cambridge University Press, 2002. ISBN  0-521-62143-7.
  9. ^ F. A. Paneth. Widmanstatten figürlerinin keşfi ve ilk reprodüksiyonları. Geochimica et Cosmochimica Açta, 1960, 18, s. 176–182
  10. ^ Thomson, G. (1808). "Sibirya'da Saggio di G.Thomson sul ferro malleabile trovato da Pallas" [G. Thomson'ın Pallas tarafından Sibirya'da bulunan dövülebilir demir üzerine yazdığı yazı]. Atti dell'Accademia delle Scienze di Siena (italyanca). 9: 37–57.
  11. ^ O. Richard Norton, Frederick C. Leonard'ın Kişisel Hatıraları Arşivlendi 2008-07-05 de Wayback Makinesi, Meteorite Dergisi - Bölüm II
  12. ^ Goldstein, J.I; Scott, E.R.D; Chabot, N.L (2009), "Demir göktaşları: Kristalleşme, termal tarih, ana cisimler ve kökeni", Chemie der Erde - Jeokimya, 69 (4): 293–325, Bibcode:2009ChEG ... 69..293G, doi:10.1016 / j.chemer.2009.01.002
  13. ^ Harris, Paul; Hartman, Ron; Hartman, James (1 Kasım 2002). "Demir Meteorları Aşındırma". Meteorite Times. Alındı 14 Ekim 2016.
  14. ^ Nininger, H.H. (Şubat 1936). "Metalik Meteorların Dağlanması ve Korunması için Talimatlar". Colorado Doğa Tarihi Müzesi Tutanakları. 15 (1): 3–14.
  15. ^ a b c Eski ve Tarihi Metallerde Metalografi ve Mikroyapı David A. Scott - J. Paul Getty Trust 1991 Sayfa 20–21
  16. ^ Grönland'da Meteoritik Demir, Tellürik Demir ve Ferforje Yazan: Vagn Fabritius Buchwald, Gert Mosdal - videnskabelige için Kommissionen Undersogelse i Gronland 1979 Sayfa 20 sayfa 20
  17. ^ Dean, C.W. (24 Ekim 1969). "Bir Uranyumun Zaman-Sıcaklık Dönüşümü Davranışı Üzerine Bir Çalışma = ağırlıkça yüzde 7,5 Niyobyum - ağırlıkça yüzde 2,5 Zirkonyum Alaşımı" (PDF). Union Carbide Corporation, Y-12 Tesisi, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı: 53–54, 65. Oak Ridge Raporu Y-1694. Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  18. ^ Antik Çağda Demir ve Çelik Yazan: Vagn Fabritius Buchwald - Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab 2005 Sayfa 26

Dış bağlantılar