Martenzit

Martenzitické transformácie sú bezdifúzne reakcie. Zmena kryštálovej štruktúry prebieha rovnomernou deformáciou pôvodnej fázy. Aby bola deformačná energia potrebná pre vznik martenzitu čo najnižšia, martenzit sa vytvára vo forme latiek v špecifických kryštalografických rovinách, v tzv. habitových rovinách. Súvislosti tohto mechanizmu je možno pozorovať aj na makroskopickej úrovni, pretože tvar transformovanej oblasti sa mení. Deformácia vzniká kombináciou strihu pôsobiaceho v smere rovnobežnom s habitovou rovinou a dilatačných deformácií v smere kolmom na habitovú rovinu.

Martenzit môže rásť aj pri teplote blízkej absolútnej nule a rýchlosť jeho vzniku môže dosahovať až 1000 m/s. Transformačné rozhranie má v takomto prípade čisto sklzový charakter, t.z. že nevyžaduje ani minimálnu difúziu. Sklzový charakter môžu mať iba semikoherentné a koherentné rozhrania. Semikoherentné rozhranie sa vyznačuje periodicky usporiadanými dislokáciami, ktoré „naprávajú“ misfit na rozhraní (rozdiel medzi mriežkovými parametrami dvoch fáz na ich rozhraní). V prípade martenzitu existuje iba jedno možné usporiadanie dislokácií: zoskupenia dislokácií vzájomne interferujú čím sa vytvárajú procesom šplhania tzv. jogy (Obr. 1). Takéto zoskupenia pevne obopínajú rozhranie.

Obr. 1. (a) "jog" na hranovej dislokácii, (b) na skrutkovej dislokácii

 

Z toho logicky plynie, že v prípade martenzitu musí byť semikoherentné rozhranie tvorené jednou líniou, ktorá zostáva nedeformovaná a nenatočená vplyvom transformačnej deformácie. Táto invariantná (nemenná) línia definuje čiarový vektor dislokácií na medzifázovom rozhraní. Jednotkové usporiadanie tohto druhu môže urovnať misfit, pretože v rovine rovnobežnej s invariantnou líniou nie je žiaden misfit. Burgersov vektor dislokácií na rozhraní vo všeobecnosti musí ležať smerom von z roviny rozhrania a to tak, že sa dislokácie môžu pohybovať sklzovým mechanizmom ak sa hranica ďalej mení.

 

Martenzit dostal meno po nemeckom metalurgovi Adolfovi Martensovi (1850-1914) a predstavuje kryštálovú štruktúru vytvorenú bezdifúznou transformáciou (premenou), ktorá je opakom oveľa pomalšej - difúznej premeny. Zahŕňa triedu tvrdých minerálov vytvárajúcich kryštály tvaru latiek, prípadne plátov. Ak je pozorovaný v priečnom reze, kryštály šošovkovitého sa tvarom podobajú na acikulárne (ihličkovité) a často sa stáva, že sú potom chybne určené. Martenzit sa najčastejšie spája s veľmi pevnou a tvrdou fázou v oceliach.

 

martenzit

 

Táto fáza je veľmi dôležitá najmä pri nástrojových oceliach. Martenzit sa vytvára rýchlym ochladením (kalením) austenitu (fáza γ v diagrame Fe – karbid Fe), čím atómy uhlíka nemajú dostatočné podmienky (čas) pre difúziu. Z kubickej plošne centrovanej mriežky (typ mriežky austenitu) takto vznikne mriežka, ktorá je v jednom smere natiahnutá – tetragonálna objemovo centrovaná mriežka. Kryštalografický princíp vzniku martenzitu je zobrazený na obrázkoch nižšie.

 

 

Martenzit má teda odlišný typ kryštálovej mriežky v porovnaní s austenitom, ale ich chemické zloženie je rovnaké. Premena medzi týmito dvoma typmi štruktúr vyžaduje veľmi malú tepelnú aktivačnú energiu, pretože sa realizuje bezdifúznym mechanizmom – dochádza k prearanžovaniu pozícií jednotlivých atómov. Martenzit má nižšiu hustotu v porovnaní s austenitom, čo má za dôsledok relatívne zmeny objemu materiálu. Ak povrch oceľovej vzorky vyleštíme a nenaleptáme a následne vo vzorke určitým spôsobom vyvoláme martenzitickú premenu, je možné pomocou optickej mikroskopie pozorovať povrchový reliéf vyvolaný práve objemovými zmenami v dôsledku martenzitickej transformácie.

 

Pre podrobnejšie sledovanie reliéfu vzniknutého v dôsledku martenzitickej premeny v oceli je možné použiť tzv. atomic force mikroskopiu:

 

Zdroje:

BHADESHIA, H.K.D.H: Martensitic transformation, Encyklopedia of Materials, 2001, pp. 5203-5206

http://www.bss.phy.cam.ac.uk/~amd3/teaching/A_Donald/Crystalline_solids_...

http://en.wikipedia.org/wiki/Martensitic_transformation

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2004/CMisc/scratch/scratch.html

http://www.aem.umn.edu/people/faculty/shield/hane/tet.html