Martenzit - Martensite

Martenzit z oceli AISI 4140
0,35% uhlíková ocel, kalená vodou od 870 ° C

Martenzit je velmi tvrdá forma ocelové krystalické struktury. Je pojmenována podle německého metalurga Adolfa Martense . Analogicky se termín může také vztahovat na jakoukoli krystalovou strukturu, která je vytvořena bezdifúzní transformací .

Vlastnosti

Martensit se tvoří v uhlíkových ocelích rychlým ochlazováním ( kalením ) austenitické formy železa tak vysokou rychlostí, že atomy uhlíku nemají čas difundovat z krystalové struktury v dostatečně velkém množství, aby vytvořily cementit (Fe 3 C) . Austenit je železo v gama fázi (γ-Fe), pevný roztok železa a legujících prvků. V důsledku zhášení se plošně centrované krychlové austenit transformuje do vysoce namáhaného tělo-tetragonální formě nazývá martenzit, který je přesycené s uhlíkem . Výsledkem smykových deformací je velké množství dislokací, což je primární posilovací mechanismus ocelí. Nejvyšší tvrdost perlitické oceli je 400  Brinell , zatímco martenzit může dosáhnout 700 Brinell.

Martenzitická reakce začíná během ochlazování, když austenit dosáhne počáteční teploty martenzitu (M s ), a původní austenit se stává mechanicky nestabilním. Když se vzorek zchladí, stále větší procento austenitu se transformuje na martenzit, dokud není dosaženo nižší transformační teploty M f , kdy je transformace dokončena.

U eutektoidní oceli (0,78% C) zůstane 6 až 10% austenitu, který se nazývá zadržený austenit. Procento zadrženého austenitu se zvyšuje z nevýznamného u oceli s méně než 0,6% C na 13% zadrženého austenitu při 0,95% C a 30–47% zadrženého austenitu u 1,4% uhlíkové oceli. Pro vytvoření martenzitu je nezbytné velmi rychlé uhasení. U eutektoidní uhlíkové oceli tenkého průřezu, pokud ke kalení začínajícímu na 750 ° C a končícímu na 450 ° C dojde za 0,7 sekundy (rychlost 430 ° C / s), perlit se nevytvoří a ocel bude martenzitická s malé množství zadrženého austenitu.

U oceli s 0–0,6% uhlíku má martenzit vzhled lišty a nazývá se lištový martenzit. U oceli s obsahem uhlíku vyšším než 1% bude tvořit deskovitou strukturu zvanou deskový martenzit. Mezi těmito dvěma procenty je fyzický vzhled zrn směsí těchto dvou. S rostoucím množstvím zadrženého austenitu se snižuje pevnost martenzitu. Pokud je rychlost ochlazování pomalejší než kritická rychlost ochlazování, vytvoří se určité množství perlitu, počínaje hranicemi zrn, kde bude růst do zrn, dokud nebude dosažena teplota M s , poté se zbývající austenit přemění přibližně na polovinu na martenzit rychlost zvuku v oceli.

V některých legovaných ocelích může být martenzit vytvořen opracováním oceli při teplotě M s kalením pod M s a následným zpracováním plastickými deformacemi na zmenšení plochy průřezu mezi 20% až 40% originálu. Tento proces produkuje dislokační hustoty až 10 13 / cm 2 . Velké množství dislokací v kombinaci s precipitáty, které vznikají a drží dislokace na místě, produkuje velmi tvrdou ocel. Tato vlastnost se často používá v tvrzené keramice, jako je oxid zirkoničitý stabilizovaný ytriem, a ve speciálních ocelích, jako jsou oceli TRIP . Martenzit tedy může být tepelně indukován nebo vyvolán stresem.

Růst martenzitické fáze vyžaduje velmi malou tepelnou aktivační energii, protože proces je bezdifuzní transformace, která vede k jemnému, ale rychlému přeskupení atomových pozic a je známo, že k ní dochází i při kryogenních teplotách. Martenzit má nižší hustotu než austenit, takže martenzitická transformace vede k relativní změně objemu. Podstatně větší důležitost než změna objemu má smyková deformace , která má velikost asi 0,26 a která určuje tvar desek martenzitu.

Martensit není zobrazen v rovnovážném fázovém diagramu systému železo-uhlík, protože to není rovnovážná fáze. Rovnovážné fáze se tvoří pomalými rychlostmi ochlazování, které umožňují dostatek času pro difúzi, zatímco martenzit se obvykle tvoří velmi vysokými rychlostmi ochlazování. Protože chemické procesy (dosažení rovnováhy) se zrychlují při vyšší teplotě, martenzit se snadno ničí působením tepla. Tento proces se nazývá temperování . U některých slitin je účinek snížen přidáním prvků, jako je wolfram, které interferují s nukleací cementitu, ale častěji je povoleno pokračovat v nukleaci za účelem zmírnění napětí. Vzhledem k tomu, že kalení může být obtížné kontrolovat, je mnoho ocelí kaleno za vzniku nadbytku martenzitu, poté temperováno tak, aby se postupně snižovala jeho koncentrace, dokud není dosaženo preferované struktury pro zamýšlené použití. Jehličkovitá mikrostruktura martenzitu vede ke křehkému chování materiálu. Příliš mnoho martenzitu zanechává ocel křehkou ; příliš málo nechává měkké.

Viz také

Reference

externí odkazy