ویکی‌پدیا

مارتنزیت: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
بدون خلاصۀ ویرایش
ویرایش به‌وسیلهٔ ابرابزار:
خط ۲:
[[Image:Steel 035 water quenched.png|thumb|200px|0.35%Cفولاد خنک شده در اب از ۸۷۰ °C]]
 
'''مارتنزیت''' {{به انگلیسی|Martensite}} فازی است که با یک تبدیل بدون انتشار، و برشی آستنیت در فولادها شکل می گیردمی‌گیرد و ساختار اصلی فولادهای سخت شده استشده‌است. از آنجایی که مارتنزیت در شرایط تعادل شکل نمیگیرد،نمی‌گیرد، در [[نمودار فازی آهن-کربن|نمودار آهن-کربن]] نیز نشان داده نمی شودنمی‌شود. به طوربه‌طور کلی برای ایجاد مارتنزیت باید یک خنک کاری سریع تا زیر ''دمای بحرانی پایین'' (A<sub>1</sub>) انجام شود. همانطورهمان‌طور که از نمودار آهن-کربن نیز انتظار می رودمی‌رود اگر فولاد تا زیر دمای A<sub>1</sub> گرم شود، به فازهای [[سمنتیت]] و [[فریت]] تجزیه می شودمی‌شود.<ref name=":12">{{یادکرد کتاب|عنوان=ASM Handbook: Steel heat treating, fundamentals and processes. Volume 4A|سال=2013|ناشر=ASM International|نویسنده=Jon L. Dossett, George E. Totten|صص=13}}</ref>
 
== خواص ==
خط ۱۱:
صفجات رابط موسومند. اگر فاز آستنیت نتواند تغییر شکل‌های مومسان حاصل از برش‌های مارتنزیت را تحمل کند در فصل مشترک مارتنزیت - آستنیت مادر جدایش یا ترک خوردگی ایجاد می‌گردد. در نتیجه خنک کردن سریع، آستنیت FCC به فرم BCT به نام مارتنزیت تبدیل می‌شود که با کربن اشباع شده‌است. تغییر شکل‌های برشی که موجب ایجاد تعداد زیاد نابجایی می‌شود، یک مکانیسم اصلی تقویت فولاد است. بالاترین سختی یک فولاد مرواریدی ۴۰۰ [[سختی برینل|برینل]] است در حالی که سختی مارتنزیت می‌تواند به ۷۰۰ برینل برسد.<ref name="Marks'">{{cite book|last=Baumeister, Avallone, Baumeister|title=Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8th ed.|year=1978|url=https://archive.org/details/marksstandardhan00baum|publisher=McGraw Hill|isbn=978-0-07-004123-3|chapter=6|pages=[https://archive.org/details/marksstandardhan00baum/page/n16 17], 18}}</ref>
 
واکنشهای مارتنزیتی در تعدادی آلیاژهای آهنی زیرزمینی فاقد بینابینی مشاهده می شود،می‌شود، ساختار محصول از تقارن مکعب است اگر [https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897299002960 parents phase] یک محلول جامد ایده آلایده‌آل و تتراگونال  (t) باشد آنگاه مارتنزیت مقداری از نظم را به ارث می بردمی‌برد. از آستنیت در سیستمسیستم‌های های خاص ،خاص، با یک استنت کم از انرژی گسل انباشته (SFE) یک انتقال مارتنزیتی به یک محصول شش ضلعی کاملاً منسجم و بسته نزدیک (c.p.h (ϵ مشاهده می شودمی‌شود. در بیشتر موارد ،موارد، تشکیل ϵ مارتنزیت پیش از تشکیل 'α مارتنزیت است ،است، اما ممکن است در تغییر شکل کرنشی مرتبط با 'α مارتنزیت نیز تشکیل شود.
 
واکنش مارتنزیتی در هنگام خنک شدن شروع می‌شود زمانی که آستنیت به دمای شروع مارتنزیت (M<sub>s</sub>) می‌رسد و آستنیت به‌طور مکانیکی ناپایدار می‌شود. همان‌طور که نمونه خنک می‌شود، درصد قابل توجهی از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود تا زمانی که دمای کمتر از استحاله (M<sub>f</sub>) به دست آید، که در آن زمان استحاله به پایان می‌رسد.<ref name="A.Q. Khan, University of Leuven, Belgium">{{citation|last=Khan|first=Abdul Qadeer|author-link =Abdul Qadeer Khan|last2=|first2=|author2-link=|title=The effect of morphology on the strength of copper-based martensites,|place=Leuven, Belgium|publisher=A.Q. Khan, University of Leuven, Belgium|series=|volume=1| origyear =1972|date=March 1972|edition=1|chapter=3|chapterurl=|page=| pages=300|language=German, English|url=|archiveurl=| archivedate=|doi=|id=|isbn=|mr=|zbl=|jfm=}}</ref>
 
برای فولاد یوتکتوئید(%۰٫۷۸ کربن)، ۶ تا ۱۰٪ از آستنیت به نام آستنیت حفظ شده باقی می‌ماند. درصد آستنیت حفظ شده از مقدار ناچیزی برای فولاد کمتر از ۰٫۶٪ کربن افزایش می‌یابد به ۱۳٪ آستنیت حفظ شده در فولاد ۰٫۹۵٪ کربن و ۳۰–۴۷٪ آستنیت حفظ شده برای فولاد کربن ۱٫۴٪. کربن خنک کردن بسیار سریع برای ایجاد مارنزیت ضروری است.
برای یک فولاد کربن یوتکتیک مقطع نازک، اگر خنک کردن با شروع شدن ۷۵۰ درجه سانتیگراد و پایان دادن به ۴۵۰ درجه سانتیگراد در ۰٫۷ ثانیه (نرخ ۴۳۰ درجه سانتی گراد / ثانیه) اتفاق بیفتد، هیچ پرلیتی ایجاد نخواهد شد و فولاد مارتنزیتی با مقدار کمی آستنیت حفظ شده به دست می‌آید.<ref name="Marks'" />
 
برای فولاد ۰–۰٫۶٪ کربن، مارتنزیت ظاهر توفالی دارد و مارتنزیت توفالی نامیده می‌شود. برای فولاد با بیش از ۱٪ کربن، یک ورق مارتنزیتی تشکیل می‌شود. بین این دو درصد، ظاهر فیزیکی دانه‌ها ترکیبی از هر دو است. استحکام مارتنزیت کاهش می‌یابد اگر مقدار آستنیت حفظ شده رشد کند. اگر نرخ خنک کردن کندتر از نرخ خنک کردن بحرانی باشد، مقدار کمی از پرلیت تشکیل خواهد شد، از مرزهای دانه شروع می‌شود به سمت داخل دانه رشد می‌کند تا زمانی که درجه حرارت به M<sub>s</sub> برسد، آستنیت باقی‌مانده باسرعت نزدیک به نصف سرعت صوت در فولاد تبدیل به مارتنزیت می‌شود.
در آلیاژهای خاص فولاد مارتنزیت نیز می‌تواند از طریق کار و به همین ترتیب تغییر شکل فولاد تشکیل شود، در حالی که فولاد در فرم آستنیتی است، با خنک کردن به زیر دمای M<sub>s</sub> و سپس با تغییر شکل پلاستیک را اعمال می‌کنیم تا سطح مقطع عرضی بین ۲۰٪ تا ۴۰٪ از سطح مقطع اصلی کمتر شود. این روند باعث افزایش نابجایی تا 10<sup>13</sup>/cm<sup>2</sup> می‌شود. رسوبات نابجایی‌ها را در محل قفل می‌کنند و فولاد را بسیار سخت می‌کنند. این شیوه به‌طور معمول در سرامیک‌های سخت مانند [[زیرکونیا]] تثبیت شده با اتریا و در فولادهای ویژه مانند [[فولاد تریپ|فولادهای TRIP]] استفاده می‌شود؛ بنابراین، مارتنزیت می‌تواند به صورت گرمایی یا تنشی ایجاد شود.<ref name="A.Q. Khan, University of Leuven, Belgium" /><ref name="Verhoeven">{{cite book|last=Verhoeven|first=John D.|title=Steel Metallurgy for the Non-Metallurgist|year=2007|publisher=American Society for Metals|isbn=978-0-87170-858-8|pages=26–31}}</ref>
 
یکی از تفاوت‌های این دو فاز این است که مارتنزیت دارای [[ساختار بلوری]] متشکل ازBCT است، در حالی که آستنیت دارای ساختار FCC است. انتقال بین این دو ساختار نیاز به [[انرژی فعال سازی]] حرارتی بسیار کم دارد، زیرا این یک تبدیل بدون نفوذ است که منجر به بازسازی ظریف اما سریع موقعیت اتمی می‌شود و حتی در دماهای سرد نیز دیده می‌شود.<ref name="A.Q. Khan, University of Leuven, Belgium" /><ref name="EM2">{{cite book|last=Ashby|first=Michael F.|authorlink=M. F. Ashby|author2=David R. H. Jones|title=Engineering Materials 2 |url=https://archive.org/details/engineeringmater0000ashb_g7u9|origyear=1986|edition=with corrections|year=1992|publisher=Pergamon Press|location=Oxford|isbn=0-08-032532-7}}</ref> مارتنزیت دارای چگالی کمتری نسبت به آستنیت است، پس مارتنزیتی شدن استنیت منجر به تغییر نسبی حجم می‌شود. بسیار مهمتر از تغییر حجم، کرنش برشی است که مقداری حدود ۰٫۲۶ دارد و شکل صفحات مارتنزیت را تعیین می‌کند.<ref name="EM3">{{cite book|last=Bhadeshia|first=H. K. D. H.|authorlink=Harry Bhadeshia|title=Geometry of Crystals |origyear=2001|edition=with corrections|year=2001|publisher=Institute of Materials|location=London|isbn=0-904357-94-5}}</ref>
 
مارتنزیت در [[نمودار فازی]] تعادل سیستم آهن- کربن نشان داده نمی‌شود، زیرا فاز تعادلی نیست. فازهای تعادلی با سرعت آهسته خنک کردن شکل می‌گیرند که زمان کافی برای نفوذ دارند، در حالی که مارتنزیت معمولاً با نرخ خنک کردن بسیار بالا شکل می‌گیرد. از آنجائیکه فرایندهای شیمیایی (دستیابی به تعادل) در دمای بالاتر تسریع می‌شوند، مارتنزیت به راحتی توسط گرمادهی تخریب می‌شود. این فرایند [[گرمادهی]] نامیده می‌شود. در بعضی از آلیاژها، این فرایند بر اثر اضافه شده عناصری مانند [[تنگستن]] که باعث ایجاد مزاحمت برای هسته سمانتیت می‌شود، کاهش می‌یابد، اما بیشتر از آن، هسته سمانتیت اجازه می‌دهد که فشار از بین برود. از آنجا که خنک کردن ممکن است کنترل کردنش دشوار باشد، بسیاری از فولادها برای تولید بیش از حد مارتنزیت خنک می‌شوند و سپس به تدریج آن‌ها را گرمادهی می‌کنند تا زمانی که ساختار ترجیحی برای کاربرد مورد نظر به دست آید. ریز ساختار سوزنی مارتنزیت منجر به رفتار شکننده مواد می‌شود. مارتنزیت بیش از حد فولاد را [[ترد]] می‌کند و مارتنزیت کم آن را [[نرم]] می‌کند.
 
== عملیات هایعملیات‌های حرارتی ==
دمای شروع تحول مارتنزیت عملکردی از ترکیب شیمیایی آستنیت است. رابطه بین Ms و ترکیب شیمیایی توسط معادله تجربی زیر ارائه شده استشده‌است:
 
 
<math>Ms=539-432C-30.4Mn-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo</math>
 
جایی که مقدار عنصر به وزن مرتبط است. معادله فوق وابستگی بسیار شدیدی از Ms به میزان كربنکربن و وابستگی كمترکمتر Ms به عناصر آلیاژی منگنزمنگنز، ،کروم، كروم ، نیكلنیکل و مولیبدن را نشان میمی‌دهد دهد كهکه غالباً برای بهبود سختی پذیری اضافه می شوندمی‌شوند. هنگامی که درجه حرارت Ms از ترکیب یک فولاد با محتوای یکنواخت کربن یا در یک نقطه از کربن برقی محاسبه می شود ،می‌شود، مقدار مارتنزیت که در خنک کنندهخنک‌کننده تا دمای فرونشست معین ،معین، Tq تشکیل می شود ، میمی‌شود، توانمی‌توان از این طریق تخمین زد:
 
<math>f_m=1- \exp(-0.011\Delta\Tau)</math>
 
جایی که fm کسری از حجم مارتنزیت است ،است، و ΔT زیر مجموعه ای از Ms است.
 
مارتنزیت می تواندمی‌تواند در دماهای نزدیک به صفر مطلق و با سرعتی بیش از 1000۱۰۰۰ متر بر ثانیه رشد کند. رابط تبدیل پس از آن باید دارای ساختاری باشد که گلسیسیل([https://aptitudetests.in/dictionary-word/glissile glissile] ) و غیره باشد که ساختاری که نیازی به انتشار نداشته باشد. فقط واسط هایواسط‌های منسجم یا نیمه همسان می توانندمی‌توانند گلسیسیل([https://aptitudetests.in/dictionary-word/glissile glissile]) باشند. یک رابط نیمه هماهنگ شامل جابجایی هاییجابجایی‌هایی خواهد بود که بطور دوره ای ناصحیح رابط را تصحیح می کنندمی‌کنند. برای مارتنزیت ،مارتنزیت، فقط یک دسته از جابجایی هاجابجایی‌ها وجود دارد که می توانندمی‌توانند چندین آرایه تداخل ایجاد کنند. این منطق ساده دلالت بر این دارد که برای مارتنزیت ،مارتنزیت، رابط نیمه هادی باید یک خط داشته باشد که توسط فشار تحول بدون تحریف و محافظت نشده باقی بماند. این خط ثابت است که بردار خط جابجاییهای بینابینی را تعریف می کندمی‌کند. بردار برگردهای جابجایی رابط بطور کلی باید از صفحه رابط خارج باشد تا بتواند به عنوان پیشرفت مرز حرکت کند.
 
== اشکال مختلف مارتنزیت در فولادها ==
سطر ۴۷ ⟵ ۴۵:
بنابراین نوع مارتنزیت نیز توسط درصد کربن مشخص می‌شود.
 
بنابرابن مارتنزیت هامارتنزیت‌ها به سه دسته زیر تقسیم میشودند:
 
# مارتنزیت بشقابی
# مارتنزیت لایه ای
سطر ۵۶ ⟵ ۵۳:
مارتنزیت بشقابی شکل در فولادهای پر کربن) بیش از ۱٪ (و همچنین آلیاژهای آهنی) به
عنوان مثال، Fe-%33.5Ni (بوجود می‌آید. میکروساختار یاد شده از تیغه‌های درشت و
سوزنی شکل مارتنزیتی که توسط مقدار زیادی آستنیت باقی‌مانده احاطه شده‌است. مارتنزیت بشقابی ([[Plate Martensite]]) شکل در فولادهای پر کربن و هم چنین آلیاژ هایآلیاژهای آهنی دیگر به وجود می آیدمی‌آید. این میکرو ساختار از تیغه هایتیغه‌های درشت و سوزنی شکل مارتنزیت که اغلب توسط مقدار زیادی آستنیت باقی مانده احاطه شده اند،شده‌اند، تشکیل شده استشده‌است. بی نظمی آرایش تیغه هایتیغه‌های مارتنزیت در این ساختار، مستقیمامستقیماً به صفحات رابط متعدد با اندیساندیس‌های های کاملاکاملاً متفاوت در فولاد هایفولادهای پر کربن مربوط می شودمی‌شود. بر خلاف فولاد هایفولادهای کم کربن، در فولاد هایفولادهای پر کربن تیغه هایتیغه‌های مارتنزیتی ابتدا مستقل از یکدیگر روی صفحات رابط مشخص به وجود می آیندمی‌آیند و در ادامه انجام دگرگونی، تیغه هایتیغه‌های جدید مارتنزیت از تیغه هایتیغه‌های قبلی شروع و یا به آن هاآن‌ها ختم می شوندمی‌شوند. یک نتیجه بسیار مهم ناشی از تشکیل تیغه هایتیغه‌های متقاطع مارتنزیتی در آلیاژ هایآلیاژهای آهن- کربن، عبارت از ایجاد ترک هایترک‌های مویی در اثر برخورد تیغه هایتیغه‌های یاد شده با یکدیگر است. ترک هایترک‌های مویی تمایل دارند که در بزرگترین تیغه هایتیغه‌های مارتنزیت تشکیل شوند.شوند؛ بنابراین در فولادهای ریزدانه، از آنجایی که تیغه هایتیغه‌های مارتنزیت ظریفتر هستند، امکان تشکیل ترک هایترک‌های مویی کاهش می یابدمی‌یابد. مارتنزیت بشقابی در فولادهای پر کربن نسبتانسبتاً شکننده بوده و به ترک هایترک‌های مویی حساس است. در [[آلیاژ]] های‌های آهن - نیکل، مارتنزیت از انعطاف پذیریانعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار است، بنابراین تلاقی و برخورد واحد هایواحدهای منفرد مارتنزیتی با یکدیگر منجر به شکسته شدن آن ها وآن‌ها یا ایجاد ترک هایترک‌های مویی در آن هاآن‌ها نخواهد شد.
 
== مارتنزیت لایه ای ==
از مشخصه هایمشخصه‌های مهم میکرو ساختار مارتنزیت لایه ای ([https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/lath-martensite Lath Martensite]) شکل، موازی قرار گرفتن تعداد زیادی لایه مارتنزیتی در نواحی وسیعی از دانه هایدانه‌های [[آستنیت]] اولیه است. درصد کربن زیر(۰٫۶). هر کدام از نواحی یاد شده از یک سری صفحات موازی تشکیل شده اندشده‌اند که به بسته مارتنزیت موسوم است. با کاهش درصد کربن فولاد، تمایل به تشکیل بسته هایبسته‌های مارتنزیت افزایش می یابدمی‌یابد. واحد هایواحدهای منفرد تشکیل دهنده مارتنزیت لایه ای شکل بسیار ریزند، ولی در عین حال مارتنزیت در میکروساختار سوزنی می باشد می‌باشد. مطالعات نشان داده اندداده‌اند که با کاهش درصد کربن ابعاد لایه هایلایه‌های مارتنزیت کاهش می یابدمی‌یابد.
 
== مارتنزیت مختلط ==
در آلیاژ هایآلیاژهای آهن - کربن با 0.6۰٫۶ تا 1۱ درصد کربن، هر دو نوع مارتنزیت لایه ای و بشقابی در کنار یکدیگر به وجود می آیندمی‌آیند. در گستره فوق با افزایش درصد کربن احتمال تشکیل مارتنزیت بشقابی افزایش می یابدمی‌یابد. هم چنین با افزایش درصد کربن، واحد هایواحدهای منفرد مارتنزیتی تشکیل شده نیز درشت تر می شوندمی‌شوند. از طرف دیگر، مقدار مارتنزیت لایه ای شکل کاهش خواهد یافت. پارامتر تعیین کنندهتعیین‌کننده نوع مارتنزیت دمای تشکیل آن است. بدین صورت که اگر دمای Ms زیر یک دمای بحرانی باشد، مارتنزیت حاصل عمدتاعمدتاً از نوع بشقابی است، در غیر این صورت، مارتنزیت لایه ای شکل به وجود می آیدمی‌آید. از آنجایی که دمای Ms یک فولاد توسط درصد کربن آن کنترل می شود،می‌شود، بنابراین می توانمی‌توان گفت که نوع مارتنزیت نیز توسط درصد کربن مشخص می شودمی‌شود. از این رو، بر اساس درصد کربن فولاد یک گستره دمایی برای تشکیل مخلوط مارتنزیت بشقابی و لایه ای شکل (مارتنزیت مختلط) وجود دارد. برای فولاد هایفولادهای کربنی ساده گستره دمایی فوق تقریباتقریباً بین 200۲۰۰ تا 320۳۲۰ درجه سانتی گراد است.
 
== جستارهای وابسته ==
 
* [[عملیات حرارتی]]
* [[ساختار بلوری]]
* [[آستنیت]]
* [[سمنتیت]]
 
== منابع ==
سطر ۷۶ ⟵ ۷۲:
* V. B. Spiridonov, Yu. A. Skakov and V. N. Iordanskii, '' Microstructure of martensite in chromium-nickel steel'', Metal Science and Heat Treatment, 6, 630-632, 1964. {{Doi|10.1007/BF00648705}}
{{پایان چپ‌چین}}
 
* M.M.A. Bepari, in Comprehensive Materials Finishing, 2017
* H.K.D.H. Bhadeshia, in Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2001
 
* اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها، دکتر محمد علی گلعذار، دانشگاه
صنعتی اصفهان، زمستان ۱۳۸۷
* استحاله فازها در فلزات و آلیاژها، دی. ای. پورتر، کی. ای. ایسترلینگ، مرکز
نشر دانشگاه تهران، ۱۳۷۹
 
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/مارتنزیت»