استیل مارتنزیتی

مارتنزیت یک فاز جامد با ساختار بلوری تتراگونال (BCT) است که در فولادهای آلیاژی وجود دارد. این ساختار به دلیل داشتن سختی و استحکام بالا به طور گسترده در فولادهای بکار رفته در صنایع مختلف مانند خودروسازی، ابزارآلات و قطعات ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مارتنزیت به عنوان نتیجه یک تغییر فاز سریع از آستنیت به مارتنزیت در طی فرآیند سرد کردن سریع (کوئنچینگ) به وجود می‌آید.

چگونگی تشکیل مارتنزیت

مارتنزیت در دمای محیط حالت پایدار ترمودینامیکی ندارد و نمی‌تواند با سرد شدن آهسته بدست آید. بنابراین مارتنزیت در نتیجه سرد کردن سریع فولاد از حالت آستنیت تشکیل می‌شود.

از دیدگاه ریزساختاری، آستنیت، که در دماهای بالا پایدار است، در اثر سرد شدن سریع تمایل دارد ساختار اولیه خود را حفظ کند اما چون مقدار کربن محلول در آهن در آن دما بیشتر از مقدار حد حلالیت آن در دمای محیط است، ساختار سرد شده دچار اعوجاج یا کشیدگی می‌شود و در نهایت به چنین فازغیرپایداری مارتنزیت گفته می‌شود.

این فرآیند بدون تغییر ترکیب شیمیایی انجام می‌شود، اما ساختار بلوری آن به طور چشمگیری دچار اعوجاج می‌کند. استیل مارتنزیتی با داشتن ساختار تتراگونال، از استیل‌های آستنیتی یا فریتی سخت‌تر هستند.

ویژگی‌های مارتنزیت

1. سختی بالا و مقاومت به سایش: سختی مارتنزیت بخاطر دارا بودن کربن بیشتر از حد تعادلی در ساختار آهن است و این ویژگی باعث می‌شود در برابر سایش مقاومت کند. بنابراین از فولاد مارتنزیتی در ابزارها و قطعات صنعتی استفاده می‌شود.
2. شکنندگی: علی‌رغم سختی بالا، مارتنزیت ذاتاً شکننده است و بدون عملیات تکمیلی حین تولید می‌تواند تحت تنش‌های شدید ترک بخورد.
3. حساسیت به فرآیند تمپرینگ: فولاد مارتنزیتی نیاز به عملیات متعادل سازی و یا تمپرینگ دارد تا شکنندگی آن کاهش یابد و تعادل مناسبی بین سختی و انعطاف‌پذیری ایجاد شود. به همین دلیل فولادهای با ساختار مارتنزیت می‌توانند مقاومت به ضربه خوبی هم داشته باشند.

این ویژگی‌ها مارتنزیت را به ماده‌ای مناسب برای قطعاتی که نیاز به سختی بالا و مقاومت به سایش و ضربه دارند تبدیل می‌کند.

کاربردهای مارتنزیت شدن فولاد چیست؟

فاز مارتنزیت به دلیل خواص ویژه‌ای که دارد، در طیف گسترده‌ای از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• ابزارآلات صنعتی: مارتنزیت به دلیل سختی بالا و مقاومت در برابر سایش، در ساخت تیغه‌ها، مته‌ها و ابزارهای برشی استفاده می‌شود.
• صنایع خودروسازی: در تولید قطعاتی مانند شفت‌ها، چرخ‌دنده‌ها و دیگر قطعاتی که نیاز به سختی، استحکام بالا و شکل پذیری مناسب دارند.
• صنایع هوافضا: بال‌ها و بدنه هواپیما در معرض بارگذاری های متناوب هستند و از آنجائیکه مارتنزیت مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد که به معنای تحمل تعداد زیادی چرخه بارگذاری بدون شکست است.

این کاربردها نشان‌دهنده اهمیت مارتنزیت در صنایعی است که نیاز به استحکام و دوام بالا دارند.

اهمیت عملیات حرارتی در فولاد مارتنزیتی

استیل مارتنزیتی پس از تشکیل نیاز به عملیات حرارتی ثانویه دارند. یکی از عملیات‌های کلیدی برای این نوع فولادها، تمپرینگ است. تمپرینگ فرآیندی است که پس از کوئنچینگ انجام می‌شود هدف از تمپرینگ، کاهش تنش‌های داخلی ایجاد شده در حین کوئنچ، افزایش چقرمگی و کاهش شکنندگی فولاد، بدون کاهش قابل توجه سختی آن است.

در طی فرایند تمپرینگ، بخشی از مارتنزیت به کاربیدهای ریز و پایدارتری تبدیل می‌شود که باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد، از جمله افزایش مقاومت به ضربه و کاهش احتمال ترک‌خوردگی، می‌شود. انتخاب دمای و زمان تمپرینگ به ترکیب شیمیایی فولاد و خواص مکانیکی مورد نظر بستگی دارد. این عملیات باعث بهبود خواص مکانیکی و افزایش عمر مفید قطعات فولادی می‌شود.

مارتنزیت در فولاد ضد زنگ

در استیل‌های ضد زنگ، مارتنزیت یکی از فازهای بلوری است که به فولاد خواص استحکام و سختی می‌دهد.

توجه: مقاومت به خوردگی در فولادهای ضد زنگ ویژگی مربوط به ماتنزیت نیست و مقاومت به خوردگی در فولادهای ضد زنگ عمدتاً به دلیل وجود عنصر کروم است.

این نوع فولاد ضد زنگ برای کاربردهایی که نیاز به سختی بالا و مقاومت در برابر سایش دارند، مانند تیغه‌های جراحی و ابزارهای دقیق، بسیار مناسب است.