Martenzit

Martenzit, çelik kristal yapının çok sert bir şeklidir . Adını Alman metalurji uzmanı Adolf Martens' ten almıştır . Benzetme yoluyla bu terim, difüzyonsuz dönüşümle oluşturulan herhangi bir kristal yapıya da atıfta bulunabilmektedir.

Martenzit, karbon çeliklerinde, demirin östenit formunun o kadar yüksek bir hızda soğutulması ile oluşur ki, karbon atomlarının sementit (Fe3C) oluşturmak için kristal yapıdan yeterince büyük miktarlarda difüze etmek için zamanı olmamaktadır. Östenit, katı bir demir ve alaşım elementleri çözeltisi olan gama fazlı demirdir (γ-Fe) . Su vermenin bir sonucu olarak, yüzey merkezli kübik östenit, karbon ile aşırı doygun olan martenzit adı verilen oldukça gergin hacim merkezli tetragonal forma dönüşmektedir. Ortaya çıkan deformasyonlar, çeliklerin birincil güçlendirme mekanizması olan çok sayıda dislokasyon üretmektedir. Perlitik bir çeliğin en yüksek sertliği 400 Brinell' dir, martenzit ise 700 Brinell'e ulaşmaktadır.

Martenzitik reaksiyon, östenit martenzit başlangıç sıcaklığına (Ms) ulaştığında soğutma sırasında başlamaktadır ve ana östenit mekanik olarak kararsız hale gelmektedir. Numune soğutuldukça, östenitin giderek daha büyük bir yüzdesi, dönüşümün tamamlandığı daha düşük dönüşüm sıcaklığı Mf' ye ulaşılana kadar martenzite dönüşmektedir.

%0-0,6 karbonlu çelik için martenzit çıta görünümündedir ve çıta martenziti olarak adlandırılmaktadır. % 1'den fazla karbon içeren çelik için, plaka martenziti adı verilen plaka benzeri bir yapı oluşturacaktır. Bu iki yüzde arasında, tanelerin fiziksel görünümü ikisinin karışımıdır.

Kalan östenit miktarı arttıkça martenzitin gücü azalmaktadır. Soğutma hızı kritik soğutma hızından daha yavaş ise, Ms sıcaklığına ulaşılana kadar tanelere dönüşeceği tane sınırlarından başlayarak bir miktar perlit oluşmaktadır, daha sonra kalan östenit çelikteki ses hızının yaklaşık yarısı kadar martenzite dönüşmektedir.

Bazı alaşımlı çeliklerde, çeliğin Ms sıcaklığında çalıştırılarak Ms' nin altına soğutularak ve daha sonra plastik deformasyonlarla orijinalin % 20 ila % 40'ı arasında enine kesit alanı azaltılarak martenzit oluşturulmaktadır.

Martenzit fazının büyümesi çok az termal aktivasyon enerjisi gerektirmektedir, çünkü süreç, atomik pozisyonların ince fakat hızlı yeniden düzenlenmesiyle sonuçlanan difüzyonsuz bir dönüşümdür ve kriyojenik sıcaklıklarda bile meydana geldiği bilinmektedir.

Martenzit, bir denge fazı olmadığı için demir-karbon sisteminin denge faz diyagramında gösterilmemiştir. Denge fazları, difüzyon için yeterli zamana izin veren yavaş soğutma hızları ile oluşurken, martenzit genellikle çok yüksek soğutma hızları ile oluşturulmaktadır. Kimyasal süreçler (dengeye ulaşma) daha yüksek sıcaklıkta hızlandığından, martenzit ısı uygulamasıyla kolayca yok edilmektedir. Bu işleme temperleme denilmektedir. Bazı alaşımlarda, sementit çekirdeklenmesine müdahale eden tungsten gibi elementler eklenerek etki azaltılmaktadır, ancak çoğu zaman çekirdeklenmenin gerilimleri azaltmak için ilerlemesine izin verilmektedir. Su vermenin kontrol edilmesi zor olabileceğinden, birçok çeliğe aşırı miktarda martenzit üretmek için su verilmektedir, ardından amaçlanan uygulama için tercih edilen yapı elde edilene kadar konsantrasyonunu kademeli olarak azaltmak için temperlenmektedir. Martenzitin iğne benzeri mikro yapısı, malzemenin kırılgan davranışına yol açmaktadır. Çok fazla martenzit çeliği kırılgan bırakmaktadır; çok azı yumuşatmaktadır.