Martensitt

Martensitt er en fase som kan oppstå i stål med utvalgte legeringselementer, varmebehandling og avkjøling. 

Denne fasen er metastabil, det vil si at den ikke er forventet fra fasediagram, som kun viser termodynamisk stabile faser. Martensitt regnes som en ståltype med svært høy styrke, og den finnes i rustfrie varianter. 

 Dannelse av martensitt 
1. Avkjøling for å få martensitt (bråkjøling) 2. Avkjøling for å få bainitt (isotermisk) 3. Avkjøling for å få bainitt (anisotermisk) 4. Perlittområdet 5. Bainittområdet
Grunnen til at martensitt har høyere styrke enn mange andre ståltyper er blant annet den faseendringen materialet gjennomgår under bråkjølingen av austenittisk stål, som skaper store indre spenninger (egenspenninger eller restspenninger). Nedkjølingen er så hurtig at atomer får liten tid til å flytte seg særlig langt inne i kornstrukturen. All martensitt er derfor sprøtt.

Egenspenningene oppstår etter skjærdeformasjoner i austenitten, når den omdannes til martensitt. Skjærdeformasjonene er viktige for både den elastiske og plastiske oppførselen når den utsettes for laster.

 Reduksjon av egenspenninger
For å reduserer de indre spenningene blir stålet ofte spenningsglødet (temperert). Temperaturforskjellene i stålet skal da være minst mulige, så vel under gløding som avkjøling. Avhengig av anvendelsen kan temperaturen være fra 150 til 700 grader.Hutchinson, B., Lindell, D., & Barnett, M. (2015). Yielding behaviour of martensite in steel. ISIJ International, 55(5), side 1114

Brukes temperaturer i området 590–680°C, man kan regne med en liten styrkereduksjon.Almar-Næss, Almar. (2009, 15. februar). Spenningsgløding. I Store norske leksikon. Hentet 6. mai 2015 fra https://snl.no/spenningsgl%C3%B8ding. Spenningsglødingen gjør også martensitten mer duktil (seigt og strekkbart) og egnet til praktiske formål. Karbonet sammen med jern utfeller sementitt i finfordelt form i martensitten. Dette fører til en delvis utløsning av gitterspenningene slik at tvangstilstanden dempes, hardheten faller og duktiliteten øker (anløping),Almar-Næss, Almar. (2009, 14. februar). Herding: metallurgi. I Store norske leksikon. Hentet 6. mai 2015 fra https://snl.no/herding%2Fmetallurgi. samtidig er det bare en beskjeden reduksjon i styrke.

En annen måte å redusere egenspenningene på, er å strekke stålkonstruksjonen til den får plastiske deformasjoner.Hutchinson, B., Lindell, D., & Barnett, M. (2015). Yielding behaviour of martensite in steel. ISIJ International, 55(5), side 1114-1122. Martensitten begynner å få plastiske deformasjon (flyt) ved om lag halvparten av bruddspenningen. Det er flere mekanismer som kan bidra til dette.Hutchinson, B., Lindell, D., & Barnett, M. (2015). Yielding behaviour of martensite in steel. ISIJ International, 55(5), side 1114-1115. En må ha deformasjoner over to prosent for at hele stålet skal oppføre seg plastisk.Hutchinson, B., Lindell, D., & Barnett, M. (2015). Yielding behaviour of martensite in steel. ISIJ International, 55(5), 1121.

 Samvirke med bainitt
Bainitt opptrer også etter hurtig nedkjøling, men langsommere enn martensitt. Martensitten er lysere i fargen enn bainitt. Bainitt trenger i motsetning til martensitt, ikke videre varmebehandling før det kan tas i bruk. 

I en del tilfeller lager en blandinger av bainitt og martensitt, som kan øke styrken - for eksempel anvendt i kjetting. Blandinger av bainitt og martensitt reduserer duktilitet, seighet og styrke. Det er knyttet til de store forskjellene i styrke. Ved å varmebehandle blandingen, blir styrkeforskjellene vesentlig mindre. Blandingen kan da få bedre egenskaper enn de to typene hver for seg. Det gjelder spesielt ved bruk av nedre bainitt. Bruk av ca. 20% nedre bainitt i martensitt fører til økt styrke og seighet.Bhadeshia, H. K. D. H. "Bainite in steels: transformation, microstructure and properties." IOM Communications, London (2001), side 339f.

 Legeringer 
Ved å bruke noen legeringer trenger en ikke bråkjøle like fort. Temperaturen inne stålet får da lengre tid på seg til å kjøle seg ned. En kan da få dannet martensitt i tykkere tverrsnitt.Bhadeshia, Harry, and Robert Honeycombe: Steels microstructure and properties. Butterworth-Heinemann, 2017, side 248.

 Mekanisk omdanning til martensitt 
I 2016 ble det påvist at austenittisk stål kan omdannes til martensitt ved mekanisk påkjenning. Videre kan Fe-C-martensitt dannes i perlittisk stål utsatt for store påkjenninger uten høye temperaturer.Djaziri, S., Li, Y., Nematollahi, G. A., Grabowski, B., Goto, S., Kirchlechner, C., ... & Dehm, G. (2016). Deformation‐Induced Martensite: A New Paradigm for Exceptional Steels. Advanced Materials, 28(35), side 7753-7757.

Det er erfart at stål som er varmet opp slik at de blir rødglødende under bruk, er omdannet til ikke anløpt martensitt. Det har skjedd ved ploger som har blitt kjørt gjennom jord med stor hastighet og kjettinger som er blitt trukket på ru asfaltflater. De har da vært sprø, og røket ganske fort.Øystein Gabrielsen: 84mm R5 drilling rig chain breakages - Findings and causes, kurs i KranTeknisk forening, Stavanger 12.11.2019.

Referanser

Kategori:Metaller