A martenzit egy nagyon kemény, testközpontú tetragonális (BCT) kristályszerkezetű metastabil szerkezet. A martenzit akkor képződik az acélokban, amikor az ausztenitből való lehűlés sebessége olyan nagy, hogy a szénatomoknak nincs idejük elég nagy mennyiségben kihűlni a kristályszerkezetből, hogy cementit (Fe3C) képződjön. Ezért ez a diffúziómentes átalakulás terméke. Bármilyen diffúzió ferrit és cementit fázisok kialakulását eredményezi. Nevét Adolf Martens német kohászról (1850-1914) kapta.

A fázisalkotók diffúzióval történő izotermikus bomlásával ellentétben a martenzit nem a termikus egyensúlyhoz kapcsolódó fázis. Így nem jelenik meg a vas-szén egyensúlyi fázisdiagramon. Úgy gondolhatunk rá, mint egy átalakulási termékre, amely a perlittel és a bainittal versenyez.

A martenzit mikroszerkezete az acélokban különböző morfológiájú, és megjelenhet lécmartenzit vagy lemezmartenzit formájában. A 0-0,6%-os széntartalmú acélok esetében a martenzit lécszerű megjelenésű, és lécmartenzitnek nevezik. Az 1%-nál nagyobb széntartalmú acéloknál lemezszerű szerkezetet képez, amelyet lemezmartenzitnek nevezünk. A lemezes martenzit, ahogy a neve is mutatja, lencse alakú (lencse alakú) kristályok formájában alakul ki, kisebb lemezek cikk-cakkos mintázatával. E két százalékos arány között a szemcsék fizikai megjelenése a kettő keveréke. A martenzit szilárdsága a megtartott ausztenit mennyiségének növekedésével csökken.

Martenzites átalakulás

A martenzites átalakulási keményítés, más néven martenzites átalakulási keményítés az egyik legelterjedtebb keményítési módszer, amelyet elsősorban acélok (azaz szénacélok, valamint rozsdamentes acélok) esetében alkalmaznak. A martenzites átalakulás azonban nem csak a vas-szén ötvözetekre jellemző. Más rendszerekben is megtalálható, és részben a diffúziómentes átalakulás jellemzi.

A martenzites acélokban a szilárdság növelése érdekében túlnyomórészt magasabb C- és Mn-tartalmat alkalmaznak hőkezeléssel együtt. A késztermék ferritből álló duplex mikroszerkezetű lesz, különböző mértékű degenerált martenzittel. Ez lehetővé teszi a különböző szilárdsági szintek elérését. A kohászatban az árasztást leggyakrabban a martenzit bevezetésével történő acélkeményítésre használják. Minden acélban egyensúly van a keménység és a szívósság között; minél keményebb az acél, annál kevésbé szívós vagy ütésálló, és minél ütésállóbb, annál kevésbé kemény.

A martenzit az ausztenitből keletkezik az árasztás vagy a gyors hűtés más formájának eredményeként. Az ausztenit a vas-szén ötvözetekben általában csak a kritikus eutektoid hőmérséklet (723°C) felett, illetve 1500°C alatt van jelen, a széntartalomtól függően. Normál hűtési sebesség esetén, ahogy az ausztenit lehűl, a szén diffundál az ausztenitből, és szénben gazdag vas-karbidot (cementit) képez, és szénben szegény ferritet hagy maga után. Az ötvözet összetételétől függően kialakulhat a ferrit és a cementit rétegződése, az úgynevezett perlit. Gyors lehűlés esetén azonban a szénnek nincs elég ideje a diffúzióra, és a martenzitnek nevezett, szénnel túltelített, erősen feszült testközpontú tetragonális formává alakul át. A martenzitben az összes szénatom interstitiális szennyeződésként marad. A hűtési sebesség határozza meg a martenzit, a ferrit és a cementit relatív arányát, és ezért meghatározza a keletkező acél mechanikai tulajdonságait, például a keménységet, a szakítószilárdságot és a szívósságot is.

Az edzett martenzit

A vasötvözet relatív képességét a martenzit kialakítására nevezzük edzhetőségnek. Az edzhetőséget általában úgy mérik, mint a kioltott felület alatti távolságot, amelynél a fém például 50 HRC fajlagos keménységet mutat, vagy a martenzit meghatározott százalékos arányát a mikroszerkezetben. A perlitacél legnagyobb keménysége 43 HRC, míg a martenzit 72 HRC-t is elérhet. A friss martenzit nagyon rideg, ha a széntartalom nagyobb, mint körülbelül 0,2-0,3%. Olyannyira rideg, hogy a legtöbb alkalmazásban nem használható. Ez a törékenység megszüntethető (a keménység némi csökkenése mellett), ha az árnyékolt acélt enyhén felmelegítik az úgynevezett edzés során. Az edzés úgy történik, hogy a martenzites acélt meghatározott ideig (például 250 °C és 650 °C között) az eutektoid alatti hőmérsékletre melegítik.

Ez az edzési hőkezelés lehetővé teszi diffúziós folyamatok révén az edzett martenzit kialakulását, a következő reakció szerint:

martenzit (BCT, egyfázisú) → edzett martenzit (ferrit + Fe3C fázisok)

ahol az egyfázisú, szénnel túltelített BCT martenzit átalakul a stabil ferrit és cementit fázisokból álló edzett martenzitté. Mikroszerkezete hasonló a szferoidit mikroszerkezetéhez, de ebben az esetben az edzett martenzit rendkívül apró és egyenletesen eloszló cementitrészecskéket tartalmaz, amelyek egy összefüggő ferritmátrixba ágyazódnak. Az edzett martenzit közel olyan kemény és szilárd lehet, mint a martenzit, de jelentősen megnövelt alakíthatósággal és szívóssággal.

Martenzites rozsdamentes acél

A martenzites rozsdamentes acélok a ferrites acélokhoz hasonlóan króm alapúak, de magasabb, akár 1%-os széntartalommal rendelkeznek. Néha alacsony széntartalmú és magas széntartalmú martenzites rozsdamentes acélokba sorolják őket. Ezek 12-14% krómot, 0,2-1% molibdént és nem tartalmaznak jelentős mennyiségű nikkelt. A nagyobb mennyiségű szén lehetővé teszi, hogy a szén- és az alacsony ötvözetű acélokhoz hasonlóan keményedjenek és edződjenek. Mérsékelt korrózióállósággal rendelkeznek, de keménynek, erősnek, kissé ridegnek tekinthetők. Mágnesesek, és az ausztenites rozsdamentes acélokkal ellentétben roncsolásmentesen vizsgálhatók a mágneses részecskék vizsgálati módszerével. Gyakori martenzites rozsdamentes acél az AISI 440C, amely 16-18% krómot és 0,95-1,2% szenet tartalmaz. A 440C minőségű rozsdamentes acélt a következő alkalmazásokban használják: mérőeszközök, evőeszközök, golyóscsapágyak és futóművek, formák és szerszámok, kések.

Amint írták, a martenzites rozsdamentes acélokat többféle öregítési/hőkezeléssel lehet edzeni és temperálni: A martenzites átalakulásokért felelős metallurgiai mechanizmusok, amelyek ezekben a rozsdamentes ötvözetekben az ausztenitizálás és az árasztás során végbemennek, lényegében ugyanazok, mint amelyeket az alacsonyabb ötvözettartalmú szén- és ötvözött acélok edzésére használnak. A hőkezelés jellemzően három lépésből áll:

• Austenitizálás, amelynek során az acélt a minőségtől függően 980 – 1050 °C közötti hőmérsékletre melegítik. Az ausztenit egy arcközpontú köbös fázis.
• Az olvasztás. Az ausztenitizálás után az acélokat ki kell oltani. A martenzites rozsdamentes ötvözeteket csendes levegővel, túlnyomásos vákuummal vagy megszakított olajos oltással lehet kioltani. Az ausztenit martenzitté alakul át, amely egy kemény, testközpontú tetragonális kristályszerkezet. A martenzit nagyon kemény és a legtöbb alkalmazáshoz túl rideg.
• Lágyítás, azaz melegítés kb. 500 °C-ra, hőmérsékleten tartás, majd léghűtés. Az edzési hőmérséklet növelése csökkenti a folyáshatárt és a szakítószilárdságot, de növeli a nyúlást és az ütésállóságot.

A rozsdamentes acélok ellenállása a korróziós anyagok kémiai hatásaival szemben a passziváláson alapul. Ahhoz, hogy a passziválás létrejöjjön és stabil maradjon, a Fe-Cr ötvözetnek legalább 10,5 tömegszázalék körüli krómtartalommal kell rendelkeznie, amely felett a passziválás létrejöhet, az alatt pedig lehetetlen. A krómot keményítőelemként lehet használni, és gyakran használják egy szívósító elemmel, például nikkellel együtt, hogy kiváló mechanikai tulajdonságokat érjenek el.

Első szakítószilárdság

A martenzites rozsdamentes acél – 440C osztályú – felső szakítószilárdsága 760 MPa.

Keménység

A martenzites rozsdamentes acél – 440C osztály Brinell-keménysége körülbelül 270 MPa.

Az acélok és vasak egyéb gyakori fázisai

Az acélok hőkezelése megköveteli mind az egyensúlyi fázisok, mind a melegítés és/vagy hűtés során fellépő metastabil fázisok megértését. Az acélok esetében a stabil egyensúlyi fázisok közé tartoznak:

• Ferrit. A ferrit vagy α-ferrit a vas testközpontú köbös szerkezetű fázisa, amely 912°C alatti hőmérsékleten létezik a vasban lévő szén alacsony koncentrációja esetén. 727°C-on az α-ferrit csak 0,02 százalék szénig képes feloldódni. Ennek oka a vasrács konfigurációja, amely BCC kristályszerkezetet alkot. Az alacsony széntartalmú vagy lágyacél és a legtöbb öntöttvas elsődleges fázisa szobahőmérsékleten a ferromágneses α-Fe.
• Austenit. Az ausztenit, más néven gamma-fázisú vas (γ-Fe), a vas nem mágneses arcközpontú köbös szerkezetű fázisa. Az ausztenit a vas-szén ötvözetekben általában csak a kritikus eutektoid hőmérséklet (723 °C) felett, illetve a széntartalomtól függően 1500 °C alatt van jelen. Az ötvözetek, például nikkel vagy mangán hozzáadásával azonban szobahőmérsékletig megtartható. A szén fontos szerepet játszik a hőkezelésben, mert kitágítja az ausztenit stabilitásának hőmérsékleti tartományát. A magasabb széntartalom csökkenti az acél ausztenitizálásához szükséges hőmérsékletet – oly módon, hogy a vasatomok átrendeződnek, és fcc rácsszerkezetet alkotnak. Az ausztenit jelen van a leggyakrabban használt rozsdamentes acéltípusokban, amelyek nagyon jól ismertek korrózióállóságukról.
• Grafit. Kis mennyiségű nemfémes szén hozzáadása a vashoz a vas nagy alakíthatóságát cseréli el a nagyobb szilárdságért.
• Cementit. A cementit (Fe3C) metastabil vegyület, és bizonyos körülmények között a reakciótól függően α-ferrit és grafit formájában disszociálhat vagy bomolhat: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafit). A cementit tiszta formában kerámia, kemény és rideg, ami alkalmassá teszi az acélok erősítésére. Mechanikai tulajdonságai a mikroszerkezetétől függnek, amely attól függ, hogy miként keveredik a ferrittel.

A metastabil fázisok a következők:

• Perlit. A kohászatban a perlit egy kétfázisú réteges fémszerkezet, amely ferrit (87,5 tömegszázalék) és cementit (12,5 tömegszázalék) váltakozó rétegeiből áll, és amely egyes acélokban és öntöttvasakban fordul elő. Nevét a gyöngyházhoz való hasonlóságáról kapta.
• Martenzit. A martenzit egy nagyon kemény, testközpontú tetragonális (BCT) kristályszerkezetű metastabil szerkezet. A martenzit akkor keletkezik acélokban, amikor az ausztenitből való lehűlés sebessége olyan nagy, hogy a szénatomoknak nincs idejük elég nagy mennyiségben kidiffundálni a kristályszerkezetből a cementit (Fe3C) kialakulásához.
• Bainit. A bainit egy lemezszerű mikroszerkezet, amely az acélokban ausztenitből alakul ki, amikor a hűtési sebesség nem elég gyors
  ahhoz, hogy martenzit keletkezzen, de még mindig elég gyors ahhoz, hogy a szénnek ne legyen elég ideje diffundálni a perlit kialakulásához. A bainitos acélok általában erősebbek és keményebbek, mint a perlitacélok; mégis a szilárdság és a képlékenység kívánatos kombinációját mutatják.