מרטנזיט

מרטנזיט הוא מבנה גבישי של ברזל, תוצאה של חיסום, הוא טרנספורמציה מהירה (ללא תהליך דיפוזיה) ממצב אוסטניט. לרוב, מקובל להשתמש במונח "מרטנזיט" בהקשר של תרכובת פלדה פחמנית. תרכובת זו, ביחסים שונים בין הפחמן לברזל, שימושית מאוד בתעשייה המודרנית ומשמשת לרוב כחומר גלם לבניית כלים, חלקי מכונות ושאר היישומים התעשייתיים. המרטנזיט נקרא על שם המטלורג הגרמני אדולף מארטנס (1850 – 1914).

המרטנזיט נוצר על ידי קירור מהיר, המכונה ריווי, של תרכובת הנמצאת בפאזה אוסטניטית, אם בהשקעת הפלדה החמה במים קרים ובתהליכים תעשייתיים מתקדמים יותר אף בחנקן נוזלי. הקירור המהיר גורם לאטומי הפחמן להילכד בגביש, כיוון שאינם מספיקים לצאת בדיפוזיה אל מחוץ למבנה הגבישי המתהווה. מבנה זה מכיל מאמצים פנימיים כתוצאה ממהירות המעבר מהפאזה האוסטניטית לפאזה המרטנזיטית. בהגדלה מיקרוסקופית של מרטנזיט מוצק, ניתן לראות שגרעיני הגבישים הם דמויי מחטים מחודדות – דבר המבחין את המרטנזיט מפאזות אחרות.

מבנהו המולקולרי הגבישי של המרטנזיט הוא טטרגונל ממורכז גוף לעומת המבנה של האוסטניט – שהוא קובייתי ממורכז פאה. חרף הרכבם הכימי הזהה של חומרים שונים, אף כי נוסחתם הכימית זהה, אלה יכולים להיבדל בתכונותיהם בשל מבנה מולקולרי שונה למשל מרטנזיט ואוסטניט.

המעבר מפאזה אוסטניטית לפאזה מרטנזיטית דורש מעט מאוד אנרגיית אקטיבציה, כיוון שהתהליך הוא תוצאה של ארגון מחדש עדין, אך מהיר, של מיקומי האטומים אלה ביחס לאלה. צפיפות המרטנזיט נמוכה יותר מזו של האוסטניט, לכן המעבר בין שתי הפאזות גורם לשינוי בנפח התרכובת.

הפאזה המרטנזיטית יכולה להיהרס בקלות עם חימום התרכובת לסף טמפרטורה הייחודי לכל חומר, זאת משום שתהליכים כימיים מואצים בטמפרטורות גבוהות ובהתאם לחוק השני של התרמודינמיקה. התהליכים השונים נקראים חיסום, הרפיה וריפוי. בסגסוגות מסוימות, התופעה ניתנת לשיכוך על ידי הוספת יסודות דוגמת טונגסטן, שמשתתפים בהתגרענות של הצמנטיט.

כיוון שקשה לשלוט בתהליך הריווי, פלדות רבות מקוררות בשיטה זו, כך שייווצר עודף של מרטנזיט ואז על ידי הרפיה, ריכוזי המרטנזיט משנים פאזה למבנה הרצוי בהתאם לשימוש העתידי של אותה פלדה. כיוון שיתר מרטנזיט גורם לפריכות של הפלדה ואילו מיעוט מרטנזיט יגרום לפלדה להיות רכה מדי, נחקרו קצבי החיסום הרצויים באקדמיה ובחברות מסחריות, ונוסחו מתכונים מדויקים לקבלת מבנים פנימיים רצויים של הסגסוגת.

מקורות 
 Fundamentals of Materials Science and Engineering, 5th edition, William D. Callister, Jr. et.al

ראו גם
 קריסטלוגרפיה

קישורים חיצוניים

Extensive resources from Cambridge University Press
The cubic-to-tetragonal transition
New Phase Transition
מבוא לקריסטלוגרפיה ומערכות גביש במינרלים
מילון למונחי קריסטלוגרפיה
מבני סריג גבישי
ארגון הקריסטלוגרפיה האמריקני

הערות שוליים

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
מטלורגיה
פלדה