المارتنسيت

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
المارتنسيت في فولاذ AISI 4140
فولاذ كربوني بنسبة 0.35%، مُقسّى بالماء من درجة حرارة 870  درجة مئوية

المارتنسيت هو شكل شديد الصلابة من البنية البلورية للفولاذ . سُمّي نسبةً إلى عالم المعادن الألماني أدولف مارتنز . وبالمثل، يمكن أن يشير المصطلح أيضًا إلى أي بنية بلورية تتشكل عن طريق التحول غير الانتشارى . [ 1 ]

ملكيات

يتشكل المارتنسيت في الفولاذ الكربوني نتيجة التبريد السريع ( التبريد المفاجئ ) للأوستنيت الحديدي بمعدل عالٍ جدًا، بحيث لا يتوفر لذرات الكربون الوقت الكافي للانتشار خارج البنية البلورية بكميات كافية لتكوين السمنتيت ( Fe₃C ) . الأوستنيت هو حديد غاما (γ-Fe)، وهو محلول صلب من الحديد وعناصر السبائك . نتيجةً للتبريد المفاجئ، يتحول الأوستنيت المكعب ذو المراكز الوجهية إلى شكل رباعي الأضلاع ذي مركز جسمي شديد الإجهاد يُسمى المارتنسيت، وهو مشبع بالكربون . تُنتج تشوهات القص الناتجة عددًا كبيرًا من الانخلاعات، وهي آلية تقوية أساسية للفولاذ. تبلغ أعلى صلابة للفولاذ البرليتي 400 برينل ، بينما يمكن أن يصل المارتنسيت إلى 700 برينل. [ 2 ]  

يبدأ التفاعل المارتنسيتي أثناء التبريد عندما تصل الأوستنيت إلى درجة حرارة بدء التحول المارتنسيتي (Ms ) ، ويصبح الأوستنيت الأصلي غير مستقر ميكانيكيًا. ومع تبريد العينة فجأة، تتحول نسبة متزايدة من الأوستنيت إلى مارتنسيت حتى الوصول إلى درجة حرارة التحول الدنيا Mf ، وعندها يكتمل التحول. [ 1 ]

بالنسبة للفولاذ اليوتكتويدي (0.76% كربون)، يتبقى ما بين 6 و10% من الأوستنيت، ويُسمى الأوستنيت المتبقي. تزداد نسبة الأوستنيت المتبقي من نسبة ضئيلة في الفولاذ الذي يحتوي على أقل من 0.6% كربون، إلى 13% عند 0.95% كربون، وإلى 30-47% في الفولاذ الذي يحتوي على 1.4% كربون. يُعد التبريد السريع جدًا ضروريًا لتكوين المارتنسيت. بالنسبة للفولاذ الكربوني اليوتكتويدي ذي المقطع الرقيق، إذا تم التبريد السريع بدءًا من 750  درجة مئوية وانتهاءً عند 450  درجة مئوية في غضون 0.7 ثانية (بمعدل 430  درجة مئوية/ثانية)، فلن يتشكل البيرلايت، وسيكون الفولاذ مارتنسيتيًا مع كميات ضئيلة من الأوستنيت المتبقي. [ 2 ]

بالنسبة للفولاذ الذي يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 0 و0.6%، يتخذ المارتنسيت شكلًا صفائحيًا ويُسمى مارتنسيت صفائحي. أما الفولاذ الذي يحتوي على نسبة كربون تزيد عن 1%، فيُشكّل بنيةً صفائحية تُسمى مارتنسيت صفائحي. وبين هاتين النسبتين، يكون المظهر الفيزيائي للحبوب مزيجًا من الشكلين. تقلّ قوة المارتنسيت مع ازدياد كمية الأوستنيت المتبقي. إذا كان معدل التبريد أبطأ من معدل التبريد الحرج، يتشكّل جزء من البيرلايت، بدءًا من حدود الحبوب حيث ينمو داخلها حتى الوصول إلى درجة حرارة التحول المارتنسيتي (M<sub> s </sub>)، ثم يتحول الأوستنيت المتبقي إلى مارتنسيت بسرعة تقارب نصف سرعة الصوت في الفولاذ.

في بعض سبائك الصلب ، يمكن تشكيل المارتنسيت بتشكيل الصلب عند درجة حرارة M<sub> s</sub> عن طريق التبريد السريع إلى ما دون M<sub> s</sub> ، ثم تشكيله بالتشويه اللدن لتقليل مساحة المقطع العرضي بنسبة تتراوح بين 20% و40% من المساحة الأصلية. تُنتج هذه العملية كثافة انخلاعات تصل إلى 10<sup> 13</sup> /سم<sup> 2 </sup>. يؤدي العدد الكبير من الانخلاعات، بالإضافة إلى الرواسب التي تُنشئ الانخلاعات وتُثبتها في مكانها، إلى إنتاج فولاذ شديد الصلابة. تُستخدم هذه الخاصية بكثرة في السيراميك المُقسّى، مثل الزركونيا المُثبّتة بالإيتريا، وفي أنواع خاصة من الصلب، مثل فولاذ TRIP . بالتالي، يمكن تحفيز المارتنسيت حراريًا أو إجهاديًا. [ 1 ] [ 3 ]

يتطلب نمو طور المارتنسيت طاقة تنشيط حراري ضئيلة للغاية ، لأن العملية عبارة عن تحول غير انتشاري، ينتج عنه إعادة ترتيب دقيقة ولكن سريعة لمواقع الذرات، وقد لوحظ حدوثه حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية . [ 1 ] يتميز المارتنسيت بكثافة أقل من الأوستنيت، لذا ينتج عن التحول المارتنسيتي تغير نسبي في الحجم. [ 4 ] لكن الأهم من تغير الحجم هو إجهاد القص ، الذي تبلغ قيمته حوالي 0.26، والذي يحدد شكل صفائح المارتنسيت. [ 5 ]

لا يظهر المارتنسيت في مخطط الطور المتوازن لنظام الحديد والكربون لأنه ليس طورًا متوازنًا. تتشكل الأطوار المتوازنة بمعدلات تبريد بطيئة تسمح بوقت كافٍ للانتشار، بينما يتشكل المارتنسيت عادةً بمعدلات تبريد عالية جدًا. ولأن العمليات الكيميائية (الوصول إلى حالة التوازن) تتسارع عند درجات الحرارة المرتفعة، فإن المارتنسيت يتلف بسهولة عند تسخينه. تُسمى هذه العملية بالتطبيع . في بعض السبائك، يُقلل هذا التأثير بإضافة عناصر مثل التنجستن التي تعيق تكوين السمنتيت، ولكن في أغلب الأحيان، يُسمح بتكوين السمنتيت لتخفيف الإجهادات. ولأن التحكم في التبريد السريع قد يكون صعبًا، تُبرد العديد من أنواع الفولاذ بسرعة لإنتاج كمية كبيرة من المارتنسيت، ثم تُطبع لتقليل تركيزه تدريجيًا حتى الوصول إلى البنية المطلوبة للتطبيق المقصود. تؤدي البنية المجهرية الشبيهة بالإبرة للمارتنسيت إلى سلوك هش للمادة. فزيادة المارتنسيت تجعل الفولاذ هشًا ، ونقصه يجعله لينًا.

يحدث تحول مارتنسيتي ناتج عن الإجهاد عادةً من الأوستنيت ذي البنية المكعبة مركزية الأوجه (FCC) إلى البنية المكعبة مركزية الجسم (BCC) أو البنية الرباعية مركزية الجسم (BCT) في الفولاذ. ومع ذلك، لوحظ أيضًا تحول مارتنسيتي فريد من نوعه من طور أصلي غير منتظم ذي بنية مكعبة مركزية الجسم (BCC) إلى طور ناتج ذي بنية مكعبة مركزية الأوجه (FCC) في الفولاذ [ 6 ] وسبائك عالية الإنتروبيا [ 7 ] .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 خان، عبد القدير (مارس 1972) [1972]، "3"، تأثير الشكل على قوة المارتنسيتات النحاسية (باللغتين الألمانية والإنجليزية)، المجلد  1 (  الطبعة الأولى)، لوفين، بلجيكا: عبد القدير خان، جامعة لوفين، بلجيكا، ص  300
  2. 1 2 باوميستر، أفالون، باوميستر (1978). "6". دليل ماركس القياسي للمهندسين الميكانيكيين، الطبعة الثامنة . ماكجرو هيل. ص 17 ، 18. ISBN  9780070041233.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  3. ↑ فيرهوفن، جون د. (2007). علم المعادن الفولاذية لغير المتخصصين في علم المعادن . الجمعية الأمريكية للمعادن. ص 26-31 . ISBN  9780871708588.
  4. ↑ آشبي، مايكل ف .؛ ديفيد ر. هـ. جونز (1992) [1986]. مواد هندسية 2 (مع طبعة تصحيحية). أكسفورد: مطبعة بيرغامون. ISBN  0-08-032532-7.
  5. ↑ بهاديشيا، إتش كيه دي إتش (2001) [2001]. هندسة البلورات (مع طبعة تصحيحية). لندن: معهد المواد. ISBN  0-904357-94-5.
  6. ↑ تي. أوموري، ك. أندو، م. أوكانو، وآخرون، تأثير المرونة الفائقة في سبائك الحديد متعددة البلورات، مجلة ساينس، 333 (2011) 68-71. DOI: 10.1126/science.1202232
  7. ↑ DV Louzguine-Luzgin, Y. Hamadaki, M. Mori, et al.، التحول الطوري من BCC إلى FCC الناتج عن الإجهاد والقابل للانعكاس الحراري في سبيكة Fe–Mn–Co–Ni–Cu–Al–C المشوهة بشدة، علم وهندسة المواد: أ، 927 (2025) 147991. DOI:10.1016/j.msea.2025.147991.