آستنیت و مارتنزیت کردن
در مهندسی متالورژی، کنترل دقیق ساختار میکروسکوپی ابزاری است که تفاوت میان یک قطعه معمولی و یک ابزار صنعتی فوق حرفه ای را رقم میزند. فرآیندهای آستنیت و مارتنزیت کردن، ستون های اصلی عملیات حرارتی هستند که مستقیما بر خواص نهایی و در نتیجه بر قیمت فولاد در بازار تاثیر میگذارند. هرچه تکنولوژی به کار رفته در ایجاد این فازها پیچیده تر باشد، ارزش افزوده محصول نهایی ارتقا می یابد. در این راستا، شرکت بانک آهن با بیش از یک دهه تجربه، به عنوان مرجعی متخصص در تامین و عرضه انواع گریدهای آلیاژی که تحت دقیق ترین استانداردهای متالورژیکی تولید شده اند، فعالیت میکند.
آستنیت کردن (austenitization) چیست؟
آستنیت کردن فرآیندی است که در آن فولاد تا دمایی بالاتر از نقطه بحرانی (بسته به دیاگرام فاز آهن-کربن) گرم می شود تا ساختار آن به طور کامل به فاز آستنیت تبدیل گردد. در این وضعیت، ساختار کریستالی آهن از مکعبی مرکز پر (BCC) به مکعبی وجوه مرکز پر (FCC) تغییر شکل می دهد. این تغییر ساختار بسیار حیاتی است زیرا شبکه FCC فضای بیشتری برای حل کردن اتم های کربن در خود دارد.
ثبات دمایی و زمان نگهداری در این مرحله تعیین کننده کیفیت مراحل بعدی است. برای صنایع قالب سازی که نیاز به پایداری ابعادی دارند، خرید فولاد گرم کار که به درستی آستنیته شده باشد، تضمین کننده مقاومت در برابر ترک های حرارتی است. اگر دمای آستنیته بیش از حد بالا باشد، دانه های کریستالی رشد کرده و چقرمگی کاهش می یابد، و اگر دما پایین باشد، انحلال عناصر آلیاژی به درستی صورت نمی گیرد.
مارتنزیت (Martensite) چیست؟
مارتنزیت فازی است که از سرد کردن بسیار سریع (کوینچ) فاز آستنیت به دست می آید. در این فرآیند، اتم های کربن که در دمای بالا در شبکه حل شده بودند، فرصت خروج از ساختار را پیدا نمی کنند و در نتیجه شبکه کریستالی دچار پیچش شده و از حالت FCC به ساختار چهاروجهی مرکز پر (BCT) تبدیل می شود. این ساختار به شدت تحت تنش داخلی است و همین موضوع باعث سختی بی نظیر مارتنزیت می شود.
در کاربردهایی که مقاومت به سایش حرف اول را می زند، مهندسان به دنبال خرید فولاد سردکار با ساختار تمام مارتنزیتی هستند. مارتنزیت زیر میکروسکوپ به شکل تیغه ای یا سوزنی دیده می شود و به دلیل تراکم بالای نابه جایی ها، سدی مستحکم در برابر تغییر شکل پلاستیک است. با این حال، این فاز به تنهایی ترد است و معمولا پس از تشکیل، عملیات تمپرینگ یا بازپخت روی آن انجام می شود تا تعادلی میان سختی و ضربه پذیری ایجاد گردد.
تفاوت آستنیت و مارتنزیت با فریت
برای درک بهتر رفتار فولادهای آلیاژی، مقایسه این سه فاز ضروری است. فریت یا آهن آلفا، ساختار پایدار آهن در دمای محیط است که نرمی و شکل پذیری بالایی دارد. در مقابل، آستنیت فاز دمای بالاست و مارتنزیت فازی ناپایدار اما بسیار سخت است که با عملیات حرارتی به وجود می آید.
| ویژگی | فریت (Ferrite) | آستنیت (Austenite) | مارتنزیت (Martensite) |
|---|---|---|---|
| ساختار کریستالی | BCC (مکعبی مرکز پر) | FCC (مکعبی وجوه مرکز پر) | BCT (چهاروجهی مرکز پر) |
| سختی و استحکام | پایین | متوسط | بسیار بالا |
| خاصیت مغناطیسی | فرومغناطیس (جذب می شود) | پارامغناطیس (جذب نمی شود) | فرومغناطیس (جذب می شود) |
| پایداری | در دمای محیط پایدار است | در دمای بالا پایدار است | متااستابل (ناپایدار) |
شکلپذیری و چقرمگی
فریت به دلیل ساختار باز خود، بالاترین میزان شکل پذیری را در میان فازهای آهنی دارد. آستنیت نیز چقرمگی بسیار خوبی دارد و در برابر ضربه مقاوم است، اما مارتنزیت به دلیل تنش های شبکه ای، کمترین میزان شکل پذیری را داراست و رفتاری ترد نشان می دهد.
استحکام و سختی
مارتنزیت سخت ترین فاز در فولادهاست که مقاومت فوق العاده ای در برابر خراشیدگی دارد. فریت ضعیف ترین فاز از نظر استحکام است و آستنیت در جایگاه میانی قرار می گیرد، هرچند آستنیت قابلیت کارسختی (Work Hardening) بسیار بالایی دارد.
مغناطیس
فریت و مارتنزیت هر دو دارای خاصیت مغناطیسی هستند و توسط آهنربا جذب می شوند. در مقابل، آستنیت یک فاز غیرمغناطیسی است؛ به همین دلیل است که اکثر فولادهای زنگ نزن آستنیتی (مانند سری ۳۰۴) جذب آهنربا نمی شوند.
مکانیزم تشکیل
تشکیل فریت و آستنیت فرآیندی وابسته به نفوذ اتمی است که در زمان های طولانی رخ می دهد. اما مارتنزیت از طریق یک تحول بدون نفوذ و جابجایی دسته جمعی اتم ها در کسری از ثانیه طی فرآیند سرد کردن سریع ایجاد می گردد.
حلالیت کربن
آستنیت بیشترین ظرفیت پذیرش کربن را در فضاهای بین نشینی خود دارد (تا ۲.۱۴ درصد). فریت کمترین میزان حلالیت کربن را دارد (حداکثر ۰.۰۲۲ درصد) و مارتنزیت شامل کربن فوق اشباع است که به اجبار در شبکه حبس شده است.
دمای ذوب
دمای ذوب به ترکیب شیمیایی کل آلیاژ بستگی دارد، اما به طور کلی فریت و آستنیت در محدوده های دمایی متفاوتی پایداری دارند که آستنیت در دماهای بالاتر تا نزدیکی نقطه ذوب در فولادهای آلیاژی حضور فعال دارد.
کاربردهای خاص فازهای آستنیت، مارتنزیت و فریت
انتخاب فاز مناسب مستقیما با کاربری قطعه در ارتباط است. برای مثال، در صنایع تراشکاری که ابزار باید تحت دمای بالا سختی خود را حفظ کند، خرید فولاد تندبر که توانایی تشکیل مارتنزیت ثانویه و کاربیدهای سخت را دارد، الزامی است. این فولادها با حفظ ساختار مارتنزیتی در دماهای سرخ شدن، کارایی بی نظیری از خود نشان می دهند.
فاز آستنیت در تولید مخازن نگهدارنده مواد شیمیایی و تجهیزات پزشکی به دلیل مقاومت به خوردگی عالی کاربرد دارد. فریت نیز به دلیل خواص مغناطیسی و نرمی، در هسته ترانسفورماتورها و قطعات تحت کشش عمیق استفاده می شود. مجموعه بانک آهن با در اختیار داشتن انبار ۲۰۰۰ متر مربعی در تهران، موجودی کاملی از این مقاطع را از برندهای معتبری همچون فولاد آلیاژی ایران (یزد) و مجتمع اسفراین، در کنار محصولات وارداتی از آلمان، اتریش، چین و هند فراهم آورده است تا پاسخگوی نیازهای متنوع صنایع داخلی باشد.
نتیجه گیری
تحولات فازی آستنیت و مارتنزیت، قلب تپنده متالورژی فولاد هستند که به ما اجازه میدهند خواص مکانیکی را بر اساس نیاز طراحی کنیم. شرکت بانک آهن با عرضه محصولات باکیفیت و اصیل، در تمامی مراحل انتخاب گرید مناسب در کنار صنعتگران است. برای انتخاب و خرید انواع فولاد می توانید با کارشناسان ما در بانک آهن تماس حاصل فرمایید. هدف ما ارائه خدمات مشاوره ای حرفه ای و عرضه کیفیت با اصالت با مناسبترین قیمت به مشتریان عزیز میباشد.
