| Martensit |
|---|
| Faser af jern-carbon-legeringer |
|
| Strukturer af jern-carbon-legeringer |
|
| Blive |
|
| støbejern |
|
Martensit er en mikrostruktur af en nåleformet (lamellær) såvel som en lægte (pakke) type, observeret i hærdede metallegeringer og i nogle rene metaller , som er karakteriseret ved polymorfi . Martensit er den vigtigste strukturelle komponent i hærdet stål ; er en ordnet overmættet fast opløsning af kulstof i α-jern af samme koncentration som den oprindelige austenit . Hukommelseseffekten af metaller og legeringer er forbundet med omdannelsen af martensit under opvarmning og afkøling . Opkaldt efter den tyske metallurg Adolf Martens . I analogi kan udtrykket også referere til enhver krystalstruktur, der er dannet af en diffusionsfri transformation .
Den fysiske mekanisme for martensitdannelse er fundamentalt forskellig fra mekanismen for andre processer, der forekommer i stål under opvarmning og afkøling. Andre processer er diffusion , det vil sige, at atomerne bevæger sig med lav hastighed, for eksempel under den langsomme afkøling af austenit , dannes ferrit og cementit (Fe 3 C) krystalkerner , yderligere atomer er knyttet til dem som et resultat af diffusion , og endelig får hele volumen perlit- eller ferrit-perlitstruktur . Den martensitiske transformation er diffusionsfri (shear transformation), atomerne bevæger sig med høj hastighed gennem forskydningsmekanismen, udbredelseshastigheden er omkring tusind meter i sekundet.
Krystalstrukturen af martensit er tetragonal , enhedscellen har form af et rektangulært parallelepipedum , jernatomer er placeret i hjørnerne og midten af cellen, carbonatomer er i cellernes volumen. Strukturen er uligevægtig, og der er store indre spændinger i den , hvilket i høj grad bestemmer den høje hårdhed og styrke af stål med martensitisk struktur.
Når stål med martensitisk struktur opvarmes, sker der en diffusionsomfordeling af kulstofatomer . To faser forekommer i stål- ferrit , der indeholder meget lidt kulstof (op til 0,02 vægtprocent ) og cementit (6,67 vægtprocent kulstof). Enhedscellen af ferrit har form som en terning , jernatomer er placeret ved hjørnerne og i midten af kuben ( kropscentreret struktur), cementit har en rombisk struktur. Enhedscellen af cementit har form som et rektangulært parallelepipedum .
Krystalgitteret af martensit er forbundet med konstante krystallografiske forhold med gitteret af den oprindelige austenitstruktur, det vil sige, at planerne med visse krystallografiske indekser i martensitstrukturen er parallelle med planerne med visse indekser i austenitstrukturen. Forholdet mellem de krystallografiske retninger i gitteret af martensit og austenit er ens.
1. Lamellar eller nåleformet (tvilling) martensit, som er dannet i kulstof- og legeret stål ved en temperatur, hvor martensitisk omdannelse begynder under 200 °C. I dette tilfælde har de dannede martensitplader en midterlinje med øget ætsbarhed, som kaldes midrib . Midtribben består af et stort antal tvillinger langs {112}-planerne, hvis tykkelse er 5-30 nm.
2. Lath eller anden pakke (dislokation) martensit, typisk for lav-carbon, medium-carbon og højlegerede stål , for hvilke temperaturen for begyndelsen af martensitisk transformation er over 300 °C. I dette tilfælde er martensitkrystaller tynde lægter 0,2-2 µm tykke og aflange i én retning. Koncentrationen af skinner parallelt med hinanden danner pakker. Lægterne er adskilt fra hinanden af tynde mellemlag af tilbageholdt austenit 10-20 nm tyk.
Dannelsen af en eller anden strukturel type martensit bestemmes af temperaturen af dens dannelse, som afhænger af sammensætningen af legeringen og andre faktorer. Et betydeligt interval mellem temperaturen i begyndelsen og slutningen af den martensitiske transformation fører til tilstedeværelsen i stål af to typer martensit, som dannes ved forskellige temperaturer. Den lave styrke af austenit ved høj temperatur bidrager til dannelsen af lægtemartensit, og ved et temperaturfald, når styrken af austenit er højere, stiger andelen af lamelmartensit [1] .
Der findes også martensitstål med lavt kulstofindhold, hvor der kun dannes martensit af lægtetype, og der ikke er tilbageholdt austenit. Temperaturen for begyndelsen af martensitisk transformation for sådanne stål er omkring 400 °C.
Lath martensite har en øget afspændingsevne.
Den martensitiske omdannelse under afkøling sker ikke ved en konstant temperatur, men i et bestemt temperaturområde, mens omdannelsen ikke begynder ved austenitnedbrydningstemperaturen under ligevægtsforhold , men flere hundrede grader lavere. Transformationen ender ved en temperatur et godt stykke under stuetemperatur. I temperaturområdet for martensitisk transformation i stålkonstruktionen er der således sammen med martensit også restaustenit. Temperaturerne ved både begyndelsen og slutningen af martensitisk transformation kan i høj grad afhænge af koncentrationerne af legeringselementer.
Under plastisk deformation af stål ved temperaturer af martensitisk transformation stiger mængden af martensit. I nogle tilfælde påvirkes elastisk deformation også . Det er muligt at omdanne austenit til martensit ved stuetemperatur under påvirkning af plastisk deformation.
Ud over jern-carbon-legeringer observeres martensitisk transformation også i nogle andre materialer, for eksempel legeringer baseret på titanium (Ti) (legeringer af VT6, VT8, VT14 typer), kobber (bronze af typen BrAMts 9-3 ) ), formhukommelsesmaterialer , oxidmaterialer (ZrO 2 ).