Der Begriff „Martensit“ bezieht sich normalerweise auf eine Form von Stahl mit einer charakteristischen Atomstruktur, die durch einen Prozess namens martensitische Umwandlung entsteht. Martensit ist sehr hart, was bedeutet, dass er sich nicht leicht verbeult oder kratzt; Dies macht es zu einer beliebten Wahl für Werkzeuge wie Hämmer und Meißel sowie Schwerter. Es ist jedoch spröde, so dass es bei zu viel Druck eher bricht als sich verbiegt. Martensit wird aus Austenit hergestellt, einer festen Eisenlösung mit einer geringen Menge Kohlenstoff.
Phasenänderungen
Austenit hat eine besondere kristalline Struktur, die als kubisch-flächenzentrierte (FCC) bekannt ist. Das bedeutet, dass jede kubische Einheit sowohl in der Mitte jeder Seite als auch an jeder Ecke einen Gitterpunkt hat; mit den verbundenen Gitterpunkten würde der Kristall wie ein quadratischer Kasten mit einem X auf jeder Seite aussehen. Dieser Stahltyp beginnt sich bei Temperaturen von etwa 1,350 °F (732 °C) zu bilden. Austenit kann mehr Kohlenstoff aufnehmen als andere Eisenformen. Austenit wird bei natürlicher Abkühlung zu Ferrit (Alpha-Eisen oder Reineisen) und Zementit (Eisenkarbid).
Eine martensitische Umwandlung tritt auf, wenn der Austenit in einem als Abschrecken bekannten Prozess schnell abgekühlt wird. Der schnelle Temperaturabfall hält die Kohlenstoffatome in den Kristallstrukturen der Eisenatome gefangen. Dadurch ändern sich die Kristalle von FCC zu körperzentriertem Tetragonal (BCT); die Kristalle werden so gedehnt, dass sie an jedem Ende quadratisch, aber an den Seiten länger sind (wie ein Schuhkarton), und die Gitterpunkte, die sich in der Mitte jeder Fläche befanden, sind jetzt an einem Punkt in der Mitte des Kristalls zusammengefügt. Diese neue Struktur erhöht die Härte des Stahls stark.
Anlassen
Der resultierende martensitische Stahl ist extrem hart, kratzt also nicht, ist aber sehr spröde, so dass er bei Belastung bricht. Um diese Schwäche zu beheben, wird Martensit in einem Prozess namens Tempern erhitzt, der bewirkt, dass sich der Martensit teilweise in Ferrit und Zementit umwandelt. Dieser Vergütungsstahl ist nicht ganz so hart, wird aber zäher (weniger bruchanfällig) und formbarer und somit besser für den industriellen Einsatz geeignet.
Verwendung
Die Härte des angelassenen Martensits macht es zu einem guten Werkstoff für Werkzeugstähle, da bei solchen Anwendungen Beständigkeit gegen Abrieb und Verformung wichtig ist. Es ist eine häufige Komponente in Maschinenteilen und Schmiedegesenken. Siliziumhaltige Vergütungsstähle werden häufig für Federstahl verwendet, der zur Herstellung von Federn, Musikinstrumentensaiten und Bauteilen an Modelleisenbahnen und anderem Spielzeug verwendet werden kann. Federstahl kann ohne bleibende Verformung verdreht oder gebogen werden, was ihn zu einer guten Wahl für Komponenten macht, bei denen sich der Stahl wiederholt ohne Qualitätsverlust bewegen muss.
Edelstahl, der neben Eisen und Kohlenstoff auch Chrom enthält, kann auch mit martenistischer Kristallstruktur hergestellt werden. Diese Form ist weniger korrosionsbeständig als andere Edelstahlformen, aber auch fester und in den meisten Fällen leichter zu bearbeiten. Ein Verfahren zur Herstellung, das als Ausscheidungshärtung (oder Alterungshärtung) bezeichnet wird, fügt Verunreinigungen wie Chrom und Nickel während eines ausgedehnten Wärmebehandlungsprozesses hinzu; ausscheidungsgehärteter martensitischer Edelstahl weist eine noch höhere Festigkeit bei gleichzeitig hoher Korrosionsbeständigkeit auf. Ein solcher Stahl wird häufig in Militär- und Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet.
Verschiebungstransformation
Die martensitische Transformation ist das bekannteste Beispiel für displacive Transformation, eine Art Phasenänderung, bei der sich die Atome eines Materials über kurze Distanzen im Einklang bewegen, anstatt einzeln über längere Distanzen zu diffundieren. Eine Phasenänderung tritt auf, wenn ein Stoff von einem Zustand, wie einem Feststoff, in einen anderen, wie eine Flüssigkeit, übergeht. Da sie als eine Art der displaziven Transformation so bekannt sind, werden die Begriffe „Martensit“ oder „Martensit“ manchmal in einem weiteren Sinne verwendet, um jedes Material zu beschreiben, das durch displacive Transformation erzeugt wird.