Martenzyt jest bardzo twardą strukturą metastabilną o strukturze krystalicznej tetragonalnej ze środkiem w ciele (BCT). Martenzyt powstaje w stalach, gdy szybkość chłodzenia z austenitu jest tak duża, że atomy węgla nie mają czasu na dyfuzję ze struktury krystalicznej w wystarczająco dużych ilościach, aby utworzyć cementyt (Fe3C). Jest on zatem produktem przemiany bezdyfuzyjnej. Jakakolwiek dyfuzja prowadzi do powstania faz ferrytu i cementytu. Jego nazwa pochodzi od nazwiska niemieckiego metalurga Adolfa Martensa (1850-1914).

W przeciwieństwie do izotermicznego rozkładu składników fazowych przez dyfuzję, martenzyt nie jest fazą związaną z równowagą cieplną. Tak więc, nie pojawia się na wykresie fazowym równowagi żelazo-węgiel. Można myśleć o nim jako o produkcie przemiany, który jest konkurencyjny w stosunku do perlitu i bainitu.

Mikrostruktura martenzytu w stalach ma różne morfologie i może pojawić się jako martenzyt łaty lub martenzyt płyty. Dla stali 0-0.6% węgla martenzyt ma wygląd kraty, i jest nazywany martenzytem kraty. Dla stali większej niż 1% węgla będzie tworzyć płytę jak struktura zwana martenzytem płyty. Martenzyt płytowy, jak sama nazwa wskazuje, tworzy się jako soczewkowate (w kształcie soczewki) kryształy z zygzakowatym wzorem mniejszych płyt. Pomiędzy tymi dwoma procentami, fizyczny wygląd ziaren jest mieszanką tych dwóch. Wytrzymałość martenzytu zmniejsza się wraz ze wzrostem ilości zachowanego austenitu.

Przemiana martenzytyczna

Hartowanie przemienne, znane również jako hartowanie z przemianą martenzytyczną, jest jedną z najczęstszych metod hartowania, która jest stosowana głównie do stali (tj. stali węglowych, jak również stali nierdzewnych). Przemiana martenzytyczna nie jest jednak charakterystyczna tylko dla stopów żelaza z węglem. Znajduje się w innych systemach i charakteryzuje się, w części, przez dyfuzjiless transformacji.

Martenzytycznych stali używać przeważnie wyższe poziomy C i Mn wraz z obróbki cieplnej w celu zwiększenia wytrzymałości. Gotowy produkt będzie miał duplex mikrostrukturę ferrytu z różnymi poziomami zdegenerowanego martenzytu. Pozwala to na różne poziomy wytrzymałości. W metalurgii, hartowanie jest najczęściej używane do hartowania stali poprzez wprowadzenie martenzytu. Istnieje równowaga między twardością i ciągliwością w każdej stali; im twardsza stal, tym mniej twarda lub odporna na uderzenia jest, a im bardziej odporna na uderzenia jest, tym mniej twarda jest.

Martenzyt jest wytwarzany z austenitu w wyniku hartowania, lub innej formy szybkiego chłodzenia. Austenit w stopach żelaza z węglem jest zwykle obecny tylko powyżej krytycznej temperatury eutektoidu (723°C), a poniżej 1500°C, w zależności od zawartości węgla. W przypadku normalnej szybkości chłodzenia, podczas chłodzenia austenitu, węgiel dyfunduje z austenitu i tworzy bogaty w węgiel węglik żelaza (cementyt) i pozostawia ubogi w węgiel ferryt. W zależności od składu stopu, może powstać warstwa ferrytu i cementytu, zwana perlitem. Ale w przypadku szybkiego chłodzenia, węgiel nie ma wystarczająco dużo czasu, aby dyfundować i przekształca się w wysoce naprężonej ciała centrowanego tetragonalnej formie zwanej martenzyt, który jest przesycony węglem. Wszystkie atomy węgla pozostają jako zanieczyszczenia międzywęzłowe w martenzycie. Szybkość chłodzenia określa względne proporcje martenzytu, ferrytu i cementytu, a zatem określa właściwości mechaniczne stali wynikowej, takie jak twardość, wytrzymałość na rozciąganie i ciągliwość, jak również.

Utwardzony Martenzyt

Względna zdolność stopu żelaza do tworzenia martenzytu nazywa hartowność. Hartowność jest powszechnie mierzona jako odległość poniżej hartowanej powierzchni, przy której metal wykazuje określoną twardość 50 HRC, na przykład, lub określony procent martenzytu w mikrostrukturze. Najwyższa twardość stali perlitycznej wynosi 43 HRC, podczas gdy martenzyt może osiągnąć 72 HRC. Świeży martenzyt jest bardzo kruchy, jeśli zawartość węgla jest większa niż około 0,2 do 0,3%. Jest tak kruchy, że nie może być używany do większości zastosowań. Ta kruchość może być usunięta (z pewną utratą twardości), jeśli hartowana stal jest ogrzewana lekko w procesie znanym jako odpuszczanie. Odpuszczanie jest osiągane przez podgrzewanie stali martenzytycznej do temperatury poniżej eutektoidy przez określony czas (na przykład pomiędzy 250°C a 650°C).

Ta obróbka cieplna odpuszczania umożliwia, poprzez procesy dyfuzyjne, tworzenie martenzytu ulepszonego, zgodnie z reakcją:

martenzyt (BCT, jednofazowy) → martenzyt ulepszony (ferryt + fazy Fe3C)

gdzie jednofazowy martenzyt BCT, który jest przesycony węglem, przekształca się w martenzyt ulepszony, składający się ze stabilnych faz ferrytu i cementytu. Jego mikrostruktura jest podobna do mikrostruktury sferoidytu, ale w tym przypadku martenzyt ulepszony zawiera niezwykle małe i równomiernie rozproszone cząstki cementytu osadzone w ciągłej matrycy ferrytowej. Odpuszczony martenzyt może być prawie tak twardy i mocny jak martenzyt, ale ze znacznie zwiększoną plastycznością i toughness.

Martenzytyczna stal nierdzewna

Martenzytyczna stal nierdzewna jest podobna do stali ferrytycznych w oparciu o chrom, ale mają wyższe poziomy węgla aż do 1%. Są one czasami klasyfikowane jako niskowęglowe i wysokowęglowe martenzytycznych stali nierdzewnych. Zawierają one 12 do 14% chromu, 0,2 do 1% molibdenu, a nie znaczną ilość niklu. Wyższe ilości węgla pozwala im być hartowane i odpuszczane podobnie jak węgla i stali niskostopowych. Mają umiarkowaną odporność na korozję, ale są uważane za twarde, mocne, lekko kruche. Są one magnetyczne i mogą być niezniszczalne testowane za pomocą metody magnetycznej kontroli cząstek, w przeciwieństwie do austenitycznej stali nierdzewnej. Wspólne martenzytycznej nierdzewnej jest AISI 440C, który zawiera 16 do 18% chromu i 0,95 do 1,2% węgla. Gatunek 440C stal nierdzewna jest używana w następujących zastosowaniach: bloki pomiarowe, sztućce, łożyska kulkowe i wyścigi, formy i matryce, noże.

Jak napisano, martenzytyczne stale nierdzewne mogą być hartowane i odpuszczane przez wiele sposobów starzenia się / obróbki cieplnej: Mechanizmy metalurgiczne odpowiedzialne za przemiany martenzytyczne, które zachodzą w tych stopów nierdzewnych podczas austenityzowania i hartowania są zasadniczo takie same jak te, które są używane do hartowania niższych stopów zawartości węgla i stali stopowych. Obróbka cieplna obejmuje zazwyczaj trzy etapy:

• Austenityzacja, w którym stal jest podgrzewana do temperatury w zakresie 980 – 1050 ° C w zależności od klasy. Austenit jest fazą sześcienną ześrodkowaną czołowo.
• Hartowanie. Po austenityzacji, stale muszą być hartowane. Martenzytyczne stopy nierdzewne mogą być hartowane za pomocą nieruchomego powietrza, próżni pod dodatnim ciśnieniem lub przerywanego hartowania oleju. Austenit jest przekształcany w martenzyt, twarde ciało-centered tetragonalnej struktury krystalicznej. Martenzyt jest bardzo twardy i zbyt kruchy dla większości zastosowań.
• Upuszczanie, tj. ogrzewanie do około 500 °C, utrzymywanie w temperaturze, a następnie chłodzenie powietrzem. Zwiększenie temperatury odpuszczania zmniejsza granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie, ale zwiększa wydłużenie i odporność na uderzenia.

Odporność stali nierdzewnych na chemiczne działanie czynników korozyjnych opiera się na pasywacji. Aby pasywacja mogła wystąpić i pozostać stabilna, stop Fe-Cr musi mieć minimalną zawartość chromu około 10,5% wagowo, powyżej której pasywacja może wystąpić, a poniżej której jest niemożliwa. Chrom może być stosowany jako pierwiastek hartujący i jest często stosowany z pierwiastkiem hartującym, takim jak nikiel, w celu uzyskania lepszych właściwości mechanicznych.

Ostatnia wytrzymałość na rozciąganie

Ostatnia wytrzymałość na rozciąganie martenzytycznej stali nierdzewnej – Gatunek 440C wynosi 760 MPa.

Twardość

Twardość Brinella martenzytycznej stali nierdzewnej – Grade 440C wynosi około 270 MPa.

Inne powszechne fazy w stalach i żelazach

Obróbka cieplna stali wymaga zrozumienia zarówno faz równowagowych, jak i faz metastabilnych, które występują podczas ogrzewania i/lub chłodzenia. W przypadku stali stabilne fazy równowagowe obejmują:

• Ferryt. Ferryt lub α-ferryt jest fazą żelaza o strukturze sześciennej, która występuje w temperaturach poniżej 912°C dla niskich stężeń węgla w żelazie. α-ferryt może rozpuścić się tylko do 0,02% węgla w temperaturze 727°C. Wynika to z konfiguracji struktury żelaza. Wynika to z konfiguracji siatki żelaza, która tworzy strukturę krystaliczną BCC. Podstawową fazą stali niskowęglowej lub miękkiej oraz większości żeliw w temperaturze pokojowej jest ferromagnetyczny α-Fe.
• Austenit. Austenit, znany również jako gamma-faza żelaza (γ-Fe), jest niemagnetyczną fazą żelaza o strukturze sześciennej. Austenit w stopach żelaza z węglem jest zwykle obecny tylko powyżej krytycznej temperatury eutektoidu (723°C), a poniżej 1500°C, w zależności od zawartości węgla. Jednakże, może on być zachowany do temperatury pokojowej przez dodatki stopowe, takie jak nikiel lub mangan. Węgiel odgrywa ważną rolę w obróbce cieplnej, ponieważ rozszerza zakres temperatur stabilności austenitu. Wyższa zawartość węgla obniża temperaturę potrzebną do austenityzacji stali – tak, że atomy żelaza przestawiają się tworząc strukturę sieciową fcc. Austenit jest obecny w najczęściej używanym typie stali nierdzewnej, które są bardzo dobrze znane ze swojej odporności na korozję.
• Grafit. Dodanie niewielkiej ilości niemetalicznego węgla do żelaza handluje jego wielką plastycznością na rzecz większej wytrzymałości.
• Cementyt. Cementyt (Fe3C) jest związkiem metastabilnym i w pewnych okolicznościach można go zdysocjować lub rozłożyć, tworząc α-ferryt i grafit, zgodnie z reakcją: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafit). Cementyt w czystej postaci jest ceramiką, jest twardy i kruchy, co czyni go odpowiednim do wzmacniania stali. Jego właściwości mechaniczne są funkcją jego mikrostruktury, która zależy od sposobu zmieszania z ferrytem.

Fazami metastabilnymi są:

• Pearlit. W metalurgii perlit jest warstwową strukturą metaliczną o dwóch fazach, która składa się z naprzemiennych warstw ferrytu (87,5 % mas.) i cementytu (12,5 % mas.), która występuje w niektórych stalach i żeliwach. Jego nazwa pochodzi od podobieństwa do masy perłowej.
• Martenzyt. Martenzyt jest bardzo twardą strukturą metastabilną o strukturze krystalicznej tetragonalnej ze środkiem w ciele (BCT). Martenzyt tworzy się w stalach, gdy szybkość chłodzenia z austenitu jest tak duża, że atomy węgla nie mają czasu na dyfuzję ze struktury krystalicznej w dostatecznie dużych ilościach, aby utworzyć cementyt (Fe3C).
• Bainit. Bainit jest płytka-jak mikrostruktura, która tworzy się w stali z austenitu, gdy szybkości chłodzenia nie są szybkie
  wystarczające do produkcji martenzytu, ale nadal są wystarczająco szybkie, tak, że węgiel nie ma wystarczająco dużo czasu, aby dyfundować do tworzenia perlitu. Stale bainityczne są generalnie mocniejsze i twardsze niż stale perlityczne; jednak wykazują pożądane połączenie wytrzymałości i ciągliwości.

.