مارتنزیت

مارتنزیت ( به انگلیسی: Martensite ) فازی است که با یک تبدیل بدون پراکندگی، و برشی آستنیت در فولادها شکل می گیرد و ساختار اصلی فولادهای سخت شده است. از آنجایی که مارتنزیت در شرایط تعادل شکل نمی گیرد، در نمودار آهن - کربن نیز نشان داده نمی شود. به طور کلی برای ایجاد مارتنزیت باید یک خنک کاری سریع تا زیر دمای بحرانی پایین ( A1 ) انجام شود. همان طور که از نمودار آهن - کربن نیز انتظار می رود اگر فولاد تا زیر دمای A1 گرم شود، مارتنزیت در نهایت به فازهای سمنتیت و فریت تجزیه می شود. [ ۱]
مارتنزیت در فولادهای کربنی با خنک کردن سریع ( quenching ) آهن با ساختار آستنیتی بدست می آید. سرعت این خنک کاری بقدری بالا است که اتم های کربن فرصت لازم برای پخش شدن به مقادیر کافی در ساختار کریستالی و تشکیل سمنتیت ( Fe3C ) را پیدا نمی کنند. آستنیت، آهن فاز - گاما ( γ - Fe ) ، یک محلول جامد از آهن و عناصر آلیاژی است. آستنیت با ساختار مکعب مربعی مرکز - وجهی ( fcc ) ، پس از کوئنچ شدن ( خنک کاری بسیار سریع ) به ساختاری مکعب مستطیلی مرکز بدنی ( bct ) شدیداً کشیده شده به نام مارتنزیت تبدیل می شود که با کربن، فوق اشباع شده است. تغییر شکل ایجاد شده تعداد زیادی نابجایی ( dislocation ) ایجاد می کند، که مکانیزم اصلی سخت شدن فولادها است. بالاترین سختی فولادهای پرلیتی نهایتاً می تواند ۴۰۰ برینل باشد در حالی که سختی فولادهای مارتنزیتی تا ۷۰۰ برینل نیز می رسد. [ ۲]
واکنش مارتنزیتی در هنگام خنک شدن شروع می شود، یعنی زمانی که آستنیت به دمای شروع مارتنزیت ( Ms ) می رسد و آستنیت مادر به طور مکانیکی ناپایدار می شود. وقتی نمونه کوئنچ می شود، درصد قابل توجهی از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود تا زمانی که دمای کمتر از تبدیل ( Mf ) به دست آید، که در آن زمان تبدیل به پایان می رسد. [ ۳]
در فولاد یوتکتوید ( یعنی فولاد حاوی ۰٫۷۸٪ کربن ) ، ۶ تا ۱۰٪ از آستنیت، که آستنیت حفظ شده نامیده می شود، باقی خواهد ماند. درصد آستنیت حفظ شده از مقدار ناچیزی برای فولادهای حاوی ۰٫۶٪ کربن افزایش یافته و به ۱۳٪ آستنیت حفظ شده در فولاد حاوی ۰٫۹۵٪ کربن خواهد رسید. مقدار آستنیت حفظ شده برای فولاد کربنی حاوی ۱٫۴٪ کربن به ۳۰ تا ۴۷٪ می رسد. برای ایجاد مارتنزیت، نیاز به یک خنک کاری بسیار سریع داریم. در یک قطعه فولاد کربنی یوتکتیک با مقطع نازک، اگر کوئنچینگ از دمای ۷۵۰ درجه سلسیوس تا دمای ۴۵۰ درجه سلسیوس در ۰٫۷ ثانیه اتفاق بیفتد ( یعنی با نرخ ۴۳۰ درجه سلسیوس بر ثانیه ) ، هیچ پرلیتی ایجاد نخواهد شد و یک فولاد مارتنزیتی با مقدار کمی آستنیت حفظ شده خواهیم داشت. [ ۲]