Martenzyt to twarda i wytrzymała struktura powstająca podczas szybkiego chłodzenia stali. Jest to przesycony roztwór węgla w żelazie o charakterystycznej strukturze tetragonalnej, będący kluczową fazą w układzie żelazo-węgiel. Wyróżnia się bardzo wysoką twardością, jednak jego wadą może być ograniczona plastyczność. Struktura martenzytu przybiera postać cienkich igiełek lub płytek, określanych jako martenzyt płytkowy lub martenzyt listwowy.
Jego właściwości zależą od składu chemicznego stali, zawartości pierwiastków stopowych i naprężeń wewnętrznych powstałych podczas obróbki cieplnej. Dodatki, takie jak chrom, molibden czy nikiel, mogą obniżać temperaturę początku przemiany martenzytycznej, wpływając na możliwość hartowania nawet grubych elementów. To właśnie dzięki precyzyjnemu doborowi składu i parametrów cieplnych, stal może osiągać pożądane właściwości mechaniczne i użytkowe.
W Hurtowni Stali Nierdzewnych ROLL STEEL oferujemy szeroki wybór materiałów, w tym stali nierdzewnych martenzytycznych, które znajdują zastosowanie w przemyśle chemicznym, energetycznym, spożywczym i motoryzacyjnym. Sprawdź naszą ofertę tutaj: stal nierdzewna martenzytyczna ROLL STEEL.
Przemiana martenzytyczna a twardość i plastyczność stopów żelaza
Przemiana martenzytyczna zachodzi poniżej charakterystycznej temperatury początku przemiany (Ms), gdy austenit schładzany jest z odpowiednio dużą szybkością chłodzenia. To bezdyfuzyjna przemiana, w której atomy węgla i żelaza zmieniają swoje położenie w sieci minimalnie, bez migracji na duże odległości. W wyniku tego powstaje przesycony roztwór o znacznych naprężeniach wewnętrznych i bardzo wysokiej twardości.
W stopach żelaza zawierających dodatki stopowe, proces ten może zachodzić w niższych temperaturach, a w stalach o wysokiej zawartości węgla tworzy się najtwardszy martenzyt płytkowy. Z kolei w stalach niskowęglowych przeważa martenzyt listwowy. Odpowiednia kontrola temperatury początku przemiany martenzytycznej oraz szybkości chłodzenia umożliwia uzyskanie optymalnej struktury i właściwości wytrzymałościowych.
W praktyce, przemiana martenzytyczna w stalach nierdzewnych martenzytycznych pozwala uzyskać materiał o wysokiej twardości oraz odporności na ścieranie, przy zachowaniu stosunkowo dobrej odporności na korozję. To właściwości cenione szczególnie w przemyśle maszynowym, petrochemicznym i spożywczym.
Jeśli interesuje Cię zastosowanie stali o wysokiej twardości — sprawdź naszą ofertę stali nierdzewnych ROLL STEEL, gdzie znajdziesz szeroki wybór gatunków przeznaczonych do hartowania.
Obróbka cieplna i temperatura przemiany martenzytycznej
Aby uzyskać martenzyt, stal należy poddać obróbce cieplnej: nagrzać powyżej temperatury austenityzowania, a następnie schłodzić z wymaganą szybkością większą od krytycznej. Dzięki temu unika się powstawania perlitu, bainitu czy ferrytu. Kluczowa jest tu znajomość temperatury początku przemiany martenzytycznej, którą obniżają pierwiastki stopowe i zwiększona zawartość węgla.
W praktyce, jeśli stal nie zostanie schłodzona odpowiednio szybko, może dojść do zarodkowania innych struktur, co pogorszy hartowność i właściwości mechaniczne materiału. Natomiast kontrolowana przemiana martenzytyczna zwiększa wytrzymałość i twardość, choć jednocześnie ogranicza plastyczność. W stalach wysokostopowych oraz nierdzewnych odpowiedni dobór parametrów umożliwia kontrolę udziału martenzytu oraz ilości pozostającego austenitu.
Hartowanie i późniejsze odpuszczanie umożliwiają redukcję naprężeń wewnętrznych oraz dostosowanie twardości do konkretnych wymagań użytkowych. Dzięki temu stal martenzytyczna znajduje zastosowanie w produkcji narzędzi, elementów konstrukcyjnych, wałów, sprężyn oraz części pracujących w warunkach dużych obciążeń dynamicznych.
Faza martenzytyczna – jak wpływa na wytrzymałość i strukturę stali
Faza martenzytyczna odpowiada za wyjątkowe właściwości wytrzymałościowe stali. W wyniku hartowania powstaje drobnoigiełkowa struktura, której obecność znacząco zwiększa twardość i odporność na ścieranie. Właściwości wytrzymałościowe można dodatkowo regulować poprzez obróbkę cieplną, dodatki stopowe i kontrolę szybkości chłodzenia.
Wysoka zawartość naprężeń oraz struktura tetragonalna powodują, że martenzyt charakteryzuje się dużą kruchością. W stalach konstrukcyjnych i narzędziowych stosuje się go, by uzyskać materiały o maksymalnej twardości i wytrzymałości, natomiast w stalach nierdzewnych martenzytycznych łączy się odporność na korozję z wysoką wytrzymałością mechaniczną.
W ofercie ROLL STEEL znajdziesz stal nierdzewną martenzytyczną, idealną do elementów wymagających maksymalnej twardości oraz odporności na trudne warunki pracy. Zobacz więcej: stal nierdzewna ROLL STEEL.
Rola węgla i składników stopowych w strukturze martenzytu oraz jego właściwościach
Martenzyt to twarda faza powstająca w wyniku bezdyfuzyjnej przemiany fazowej austenitu, zachodzącej podczas szybkiego chłodzenia stali z szybkością większą od szybkości krytycznej. Struktura martenzytyczna to przesycony roztwór węgla w sieci żelaza α o strukturze tetragonalnej, powstający w wyniku uwięzienia atomów węgla w międzywęzłowych pozycjach sieci krystalicznej żelaza. Węgiel w martenzycie ma ogromne znaczenie — jego zawartość wpływa na twardość, kruchość i właściwości plastyczne materiału. Wysoka zawartość węgla powoduje powstawanie martenzytu płytkowego o najwyższej twardości, natomiast przy niższej zawartości węgla w stali formuje się martenzyt listwowy o lepszej plastyczności.
Obróbka cieplna oraz zależności od składu chemicznego i zawartości węgla pozwalają sterować ilością powstającego martenzytu oraz jego właściwościami. W stalach o niskiej zawartości węgla oraz przy zbyt wolnym chłodzeniu przemiana nie zachodzi lub dochodzi do powstania innych faz, np. bainitu. Ważnym parametrem jest również temperatura Ms i Mf (temperatura początku i końca przemiany martenzytycznej). W stalach wysokostopowych oraz stopach na bazie żelaza parametry te można regulować dodatkami stopowymi (oprócz kobaltu), co pozwala kontrolować zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej.
W strukturze stali po hartowaniu pozostaje też często austenit resztkowy oraz niewielkie ilości austenitu szczątkowego. Faza austenitu może występować przy wyższej temperaturze hartowania lub zbyt małej szybkości chłodzenia. Martenzyt ε, powstający w określonych warunkach, wykazuje niższą twardość od klasycznego martenzytu tetragonalnego.
W zaawansowanych stopach żelaza występują również stopy z pamięcią kształtu na bazie żelaza, w których po obróbce cieplnej właściwości materiału zależą od ilości nowej fazy oraz szybkości chłodzenia. Węgiel w sieci żelaza oraz jego rozmieszczenie w sieci krystalicznej żelaza wpływa bezpośrednio na twardość i odporność na odkształcenia sprężyste. W strukturze martenzytu ilość węgla w roztworze międzywęzłowym decyduje o stopniu przesycenia i naprężeniach wewnętrznych.
Zjawisko przemiany zachodzi tylko w stalach o odpowiedniej zdolności stali do tworzenia struktury martenzytycznej, co jest zależne od składu chemicznego i zawartości pierwiastków stopowych, poza kobaltem. W stalach o niskiej zawartości węgla oraz po wygrzaniu w tej temperaturze przemiana martenzytyczna może nie zajść, a powstały roztwór stały węgla w żelazie α ulega powolnej przemianie dyfuzyjnej.
Zastosowania stali martenzytycznej i zalety fazy martenzytycznej
Stal nierdzewna martenzytyczna jest materiałem stosowanym tam, gdzie poza odpornością na korozję liczy się bardzo wysoka twardość, odporność na ścieranie oraz wytrzymałość mechaniczna. Typowe zastosowania obejmują:
- noże przemysłowe i kuchenne,
- sprężyny i zawory w przemyśle energetycznym,
- narzędzia chirurgiczne,
- elementy maszyn pracujących pod dużym obciążeniem.
Dzięki korzystnemu połączeniu twardości i odporności na korozję, stal martenzytyczna jest popularnym wyborem w przemyśle petrochemicznym, farmaceutycznym i spożywczym.
Jeśli szukasz niezawodnych materiałów o wysokiej odporności na zużycie i korozję, zapoznaj się z pełną ofertą ROLL STEEL: hurtownia stali nierdzewnej ROLL STEEL.
