Termen ”martensit” hänvisar vanligtvis till en form av stål med en distinkt atomstruktur skapad genom en process som kallas martensitisk transformation. Martensit är mycket hårt, vilket innebär att det inte bucklas eller repar lätt; detta gör den till ett populärt val för verktyg, såsom hammare och mejslar, såväl som svärd. Den är dock skör, så den kommer att gå sönder snarare än att böjas när den utsätts för för hårt tryck. Martensit är gjord av austenit, en fast lösning av järn med en liten mängd kol i det.
Fasförändringar
Austenit har en speciell kristallin struktur som kallas face-centered cubic (FCC). Detta innebär att varje kubikenhet har en gitterpunkt i mitten av varje sida såväl som vid varje hörn; med gitterpunkterna sammankopplade skulle kristallen se ut som en fyrkantig låda med ett X på varje sida. Denna typ av stål börjar bildas vid temperaturer på cirka 1,350 732°F (XNUMX°C). Austenit kan innehålla mer kol än andra former av järn. Om den får svalna naturligt förvandlas austenit till ferrit (alfajärn eller rent järn) och cementit (järnkarbid).
Martensitisk omvandling inträffar när austeniten snabbt kyls i en process som kallas härdning. Det snabba temperaturfallet fångar kolatomerna inuti järnatomernas kristallstrukturer. Detta gör att kristallerna ändras från FCC till kroppscentrerad tetragonal (BCT); kristallerna sträcks ut så att de är fyrkantiga i varje ände men längre på sidorna (som en skokartong), och gitterpunkterna som var i mitten av varje yta är nu sammanfogade i en punkt i mitten av kristallen. Denna nya struktur är det som kraftigt ökar stålets hårdhet.
Härdning
Det resulterande martensitiska stålet är extremt hårt, vilket innebär att det inte repar, men mycket sprött, så det kommer att gå sönder under stress. För att komma till rätta med denna svaghet värms martensit upp i en process som kallas härdning, vilket gör att martensiten delvis omvandlas till ferrit och cementit. Detta härdade stål är inte lika hårt, men blir segare (mindre benäget att gå sönder) och mer formbart och därmed bättre lämpat för industriell användning.
du använder
Härdad martensit hårdhet gör det till ett bra material för verktygsstål, eftersom motståndskraft mot nötning och deformation är viktigt i sådana applikationer. Det är en vanlig komponent i maskindelar och smidesformar. Härdat stål som innehåller kisel används ofta för fjäderstål, som kan användas för att tillverka fjädrar, musikinstrumentsträngar och komponenter på modelltåg och andra leksaker. Fjäderstål kan vridas eller böjas utan permanent deformation, vilket gör det till ett bra val för komponenter som kräver att stålet rör sig upprepade gånger utan att degraderas.
Rostfritt stål, som innehåller såväl krom som järn och kol, kan också tillverkas med en martenistisk kristallstruktur. Denna form är mindre motståndskraftig mot korrosion än andra former av rostfritt stål, men den är också starkare och mer lättbearbetad i de flesta fall. En metod för att göra det, kallad fällningshärdning (eller åldershärdning), tillför föroreningar som krom och nickel under en process med förlängd värmebehandling; nederbördshärdat martensitiskt rostfritt stål har ännu större styrka tillsammans med hög korrosionsbeständighet. Sådant stål används ofta i militära och rymdtillämpningar.
Förskjutande transformation
Den martensitiska transformationen är det mest kända exemplet på förskjutande transformation, en typ av fasförändring där atomerna i ett material rör sig korta avstånd unisont snarare än att diffundera individuellt över längre avstånd. En fasförändring uppstår när ett ämne ändras från ett tillstånd, som ett fast ämne, till ett annat, som en vätska. Eftersom de är så välkända som en typ av förskjutande transformation, används termerna ”martensit” eller ”martensitisk” ibland i en bredare mening för att beskriva allt material som produceras genom förskjutande transformation.