Martenzit 1

Martenzit

Prikaz martenzita kod niskolegiranog čelika 42CrMo4 (AISI 4140).

Brzina hlađenja čelika.

Martenzit je prezasićena kruta otopinaugljika u volumno centriranoj tetragonalnojkristalnoj rešetci željeza. Nastaje kada sečelik austenitne mikrostrukture ohladi naodređenu, dovoljno nisku temperaturu (Ms -temperatura početka stvaranja martenzita;Mf - temperatura završetka stvaranjamartenzita) donjom kritičnom brzinomhlađenja. U mikrostrukturi takvog tzv.kaljenog čelika, martenzit se javlja u oblikunakupina igličastih kristala, koji se sijekupod određenim kutevima. Pretvorba je bezdifuzije, zavisna samo o temperaturi, a ne i ovremenu (atermička reakcija). Nestabilan je,tvrd je oko 728 HB (tvrdoća po Brinellu) ikrhak, te je odgovoran za veliku tvrdoćukaljenih čelika. Martenzit ima najvećispecifični obujam u odnosu na svemikrostrukturne faze čelika. Naziv je dobiopo njemačkom metalurgu Adolfu Martensu(1850–1914). [1]

Brzina hlađenja čelika

Ukoliko se čelik hladi s povećanom brzinomnedostatno je vrijeme za završetak procesadifuzije; ili ovaj proces ne započinje, zbogpada temperature na onu vrijednost kod kojeje difuzija "beskonačno" spora. To se čestodogađa u proizvodnji, gdje uslijed ubrzanoghlađenja fazni preobražaji nastupaju prinižim temperaturama od ravnotežnih ili donjih uopće ne dolazi. Mikrostruktura takvogčelika razlikuje se od one koju dajeravnotežni dijagram stanja, tim više što je veća brzina hlađenja, a ovisi još o sastavu legure i temperaturizaustavljanja brzog hlađenja. [2]

Utjecaj brzine hlađenja na temperature faznih prijelaza odnosno na raspad austenita kod jednog podeutektoidnogčelika s 0,45% C (maseni udjel) prikazan je na slici. Kod

Martenzit 2

CCT dijafram za čelik prikazuje uvjete za stvaranje martenzita.

Ugljični čelik s 0,35%C, kaljen s vodom s temperature 870°C.

malih brzina hlađenja (< 50 ºC/s) linije Ar3 iAr1 su značajno udaljene. Ispod linije Ar3izlučuje se proeutektoidni ferit, a kod Ar1preostali austenit pretvara se u perlit.

S povećanjem brzine hlađenja u ovompodručju izdvaja se sve manje ferita. Kodbrzine hlađenja od 50 ºC/s dolazi dospajanja dviju linija u jednu točku, jer seviše ne izdvaja proeutektoidni ferit, većnastaje samo finolamelarni perlit. Strukturanastalog perlita tako je fino heterogena, dapod mikroskopom malog povećanja izgledahomogena i različita od strukture perlita. Tajstrukturni sastojak čelika dobio jesvojevremeno naziv sorbit, premaengleskom metalurgu Henry Clifton Sorbyu,koji se danas više ne upotrebljava.

Daljnjim porastom brzine hlađenja smanjujese temperatura Ar1. Kod brzine hlađenja od250 ºC/s dolazi do nagle promjenemikrostrukture: pored perlita koji nastajekod 600 ºC (Ar') pojavljuje se novimikrostrukturni sastojak čelika martenzitkod 300 ºC (Ms), koji je dobio naziv premanjemačkom metalurgu Adolfu Martensu. Onnastaje kada se čelik austenitne struktureohladi na određenu, dovoljno niskutemperaturu Ms (temperaturu početkastvaranja martenzita) brzinom hlađenja kojase naziva donja kritična brzina hlađenja.U mikrostrukturi takvog tzv. kaljenog čelikamartenzit se javlja u obliku nakupinaigličastih kristala, koji se sijeku pododređenim kutevima.

Kod martenzitne reakcije transformira se γ-faza s plošno centriranom kubičnom kristalnom rešetkom u α-fazu sbazno-centriranom tetragonskom rešetkom. Uslijed velike brzine hlađenja i pada temperature brzina difuzijepribližava se praktički nuli, pa ugljik više nema mogućnosti da difundira kroz kristalnu rešetku ferita (α-Fe). Zbogviška atoma ugljika u prezasićenoj čvrstoj otopini kubična struktura α-Fe deformira se u tetragonsku. Tetragonskakristalna struktura martenzita zapravo je prezasićena čvrsta otopina ugljika u α-Fe. Nastala struktura ima određenuunutrašnju napetost, kojom se objašnjavaju visoka tvrdoća i otpornost martenzita prema nagrizanju s metalografskimreagensima.Martenzitna transformacija ne nastaje procesom difuzije već spada u veoma brze, nedifuzijske procese. Temperaturapočetka stvaranja martenzita Ms ne ovisi o brzini hlađenja, već o sastavu legure, temperaturi s koje se čelik hladi(temperaturi kaljenja) i postupku kojem je čelik podvrgnut prije samog hlađenja. Ipak, da bi uopće mogao nastatimartenzit mora biti dosegnuta i određena brzina hlađenja (donja kritična brzina hlađenja).

Martenzit 3

S porastom brzine hlađenja između donje i gornje kritične brzine ne mijenja se mikrostruktura čelika, već samoodnos između udjela perlita i martenzita. Pod mikroskopom relativno malog povećanja vide se tamne mrlja u oblikurozeta (tj. perlit koji se lako nagriza s metalografskim reagensima) uložene u svijetli martenzit, koji je otporan premanagrizanju. Kako se fina lamelarna struktura perlita nije mogla vidjeti bez elektronskog mikroskopa ovamikrostruktura nazvana trostit, prema američkom metalurgu Geraldu Troostu opet je pogrešno proglašena novimstrukturnim sastojkom čelika.Iznad gornje kritične brzine hlađenja (od 600 ºC/s) ne nastaje više perlit već se dobiva samo martenzit. Ako se čelikohladi na temperaturu između A1 i A3 brzinom iznad kritične dobivaju se strukture koje pored martenzita(eventualno trostita) sadrže ferit, odnosno sekundarni cementit.Kada se čelik hladi brzinom između gornje i donje kritične brzine hlađenja na nižim temperaturama (izmeđutemperature stvaranja perlita i martenzita) tada se dobiva struktura sastavljena od ferita i cementita, ali različita odperlita. To je struktura međustupnja ili međustruktura nazvana bainit, prema američkom metalurgu Edgaru Bainu,koja nije jako izražena kod nelegiranih čelika. Struktura bainita razlikuje se od strukture perlita, jer je brzina difuzijeatoma ugljika na ovoj temperaturi tako mala da se atomi ugljika ne mogu pomicati na veće udaljenosti i stvoritilamele cementita. Zbog toga se umjesto lamela ferita i cementita stvaraju samo lamele ferita na čijim granicama seizdvaja cementit u obliku sitnih, kuglastih čestica vidljivih samo pomoću elektronskog mikroskopa. Razlika ustrukturi između perlita i bainita posljedica je razlike u procesima njihovog nastajanja. [3]

Martenzitna pretvorbaU ravnotežnom dijagramu željezo-ugljik austenitnu strukturu nije moguće (u potpunosti) zadržati na sobnojtemperaturi ni uz najveću brzinu hlađenja, jer nastaje neravnotežni mikrokonstituent martenzit. Martenzitnapretvorba se javlja i u drugim sustavima npr. Cu-Sn, Fe-Ni, Au-Cd i Co-Ni. Ona se u mnogo čemu razlikuje odperlitne reakcije ili rekristalizacije, odnosno difuzijskih procesa, koje obilježavaju nukleacija i rast kristala. Osnovneznačajke martenzitne transformacije su, da je: atermička, smicajna ili displacivna, bez difuzije i autokatalitička.Martenzitna pretvorba je atermička, jer martenzit nastaje samo pri naglom hlađenju legure ispod određenetemperature Ms, dok njegova količina ovisi o temperaturi zakaljivanja. Kod temperature Mf transformacija umartenzit je potpuna.Martenzitna pretvorba je smicajna (displacivna), jer je proces nastajanja martenzita povezan sa smicanjem kristalnerešetke. Vidljiva potvrda smicanja može se dobiti pomoću eksperimenta kada na poliranu površinu uzorka austenitnemikrostrukture se urežu paralelne linije; uzorak se zatim zakaljuje na temperaturu ispod Ms pri čemu nastajemartenzit, a na mjestima gdje označene linije sijeku pločice martenzita dolazi do njihovog smicanja. Smicanje ilidisplacivna priroda martenzitne pretvorbe tijekom reakcije stvara određena naprezanja.Martenzitna pretvorba je proces bez difuzije, jer austenit i martenzit imaju isti kemijski sastav. Kod difuzijskihprocesa kao što je reakcija stvaranja perlita dolazi do preraspodjele atoma ugljika, pa kemijski sastavi produkata ireaktanta nisu isti. Martenzitna reakcija se ne može spriječiti u pravilu ni najbržim zakaljivanjem, što znači da nemavremena za bilo kakav difuzijski proces. [4]

Martenzit 4

Izvori[1] (http:/ / www. simet. unizg. hr/ nastava/ predavanja/ Fizikalna metalurgija I. pdf/ view) "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc.

Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.[2][2] "Specijalni čelici", dr. sc. Stjepan Kožuh, doc., Metalurški fakultet, www.simet.unizg.hr, 2010.[3][3] "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.[4] (http:/ / www. ffri. uniri. hr/ ~zvonimir/ Materijali/ 05Metali. pdf) "Metali", www.ffri.uniri.hr, 2011.

Izvori rabljeni u članku i suradnici 5

Izvori rabljeni u članku i suradniciMartenzit  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?oldid=4018204  Doprinositelji: Croq, Mmarre, Orijentolog

Izvori, licencije i suautori slikaDatoteka:Martensite.jpg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:Martensite.jpg  Licencija: GNU Free Documentation License  Doprinositelji: Scm83xDatoteka:Brzina hladenja celika.jpg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:Brzina_hladenja_celika.jpg  Licencija: nepoznato  Doprinositelji: MmarreDatoteka:CCT dijafram za celik.jpg  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:CCT_dijafram_za_celik.jpg  Licencija: nepoznato  Doprinositelji: MmarreDatoteka:Steel 035 water quenched.png  Izvor: http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Datoteka:Steel_035_water_quenched.png  Licencija: Public Domain  Doprinositelji: Original uploaderwas Unbound at en.wikipedia

LicencijaCreative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported//creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/