**مارتنزیت (Martensite)**

یک فاز سخت و شکننده در فولاد و برخی آلیاژهای دیگر است که از طریق یک فرآیند **سخت‌کاری سریع (Quenching)** تشکیل می‌شود.

این فاز به دلیل ساختار بلوری خاص و ویژگی‌های مکانیکی منحصر به فرد، در صنایع مختلف اهمیت زیادی دارد. در ادامه به توضیح کامل‌تری درباره مارتنزیت می‌پردازیم:

—

### **تشکیل مارتنزیت:**
مارتنزیت از طریق **سرد کردن سریع (آب‌دهی یا کوئنچینگ)** فولاد از دمای بالا (معمولاً بالاتر از دمای بحرانی) تشکیل می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود ساختار بلوری فولاد از **آستنیت** (فازی با شبکه بلوری FCC) به **مارتنزیت** (فازی با شبکه بلوری BCT یا Body-Centered Tetragonal) تغییر کند. این تغییر ساختار به‌صورت **برشی (Shear Transformation)** و بدون نفوذ اتم‌ها اتفاق می‌افتد.

—

### **ویژگی‌های مارتنزیت:**
۱٫ **سختی بالا:**
– مارتنزیت یکی از سخت‌ترین فازهای فولاد است و سختی آن می‌تواند به ۶۰۰ تا ۷۰۰ HV برسد.

۲٫ **شکنندگی:**
– به دلیل ساختار بلوری و تنش‌های داخلی، مارتنزیت شکننده است و مقاومت به ضربه پایینی دارد.

۳٫ **مقاومت به سایش:**
– به دلیل سختی بالا، مقاومت به سایش خوبی دارد.

۴٫ **مقاومت کششی بالا:**
– استحکام کششی مارتنزیت بسیار بالاست، اما انعطاف‌پذیری آن کم است.

۵٫ **ظاهر میکروسکوپی:**
– در زیر میکروسکوپ، مارتنزیت به‌صورت سوزن‌های درهم‌تنیده دیده می‌شود.

—

### **کاربردهای مارتنزیت:**
مارتنزیت به‌دلیل سختی و مقاومت به سایش بالا، در موارد زیر استفاده می‌شود:
– **ابزارهای برشی:** مانند تیغه‌های برش، مته‌ها و قیچی‌ها.
– **چرخ‌دنده‌ها و قطعات تحت سایش.**
– **فنرها و قطعاتی که نیاز به استحکام بالا دارند.**
– **قطعات نظامی و دفاعی.**

—

### **محدودیت‌های مارتنزیت:**
– **شکنندگی:** به دلیل شکنندگی، ممکن است در شرایط بارگذاری دینامیکی یا ضربه‌ای دچار شکست شود.
– **نیاز به عملیات حرارتی بعدی:** برای کاهش شکنندگی، معمولاً پس از تشکیل مارتنزیت، عملیات **تمپر کردن (Tempering)** انجام می‌شود تا مقداری از سختی کاهش یابد و چقرمگی افزایش پیدا کند.

—

### **تشکیل مارتنزیت در فولاد:**
تشکیل مارتنزیت به عوامل زیر بستگی دارد:
۱٫ **سرعت سرد کردن:** باید به اندازه‌ای سریع باشد که اتم‌های کربن فرصت نفوذ و تشکیل فازهای دیگر (مانند پرلیت یا بینیت) را نداشته باشند.
۲٫ **مقدار کربن:** با افزایش درصد کربن، سختی مارتنزیت افزایش می‌یابد، اما شکنندگی آن نیز بیشتر می‌شود.
۳٫ **دمای شروع و پایان مارتنزیت (Ms و Mf):**
– **Ms (دمای شروع تشکیل مارتنزیت):** دمایی است که در آن تبدیل آستنیت به مارتنزیت آغاز می‌شود.
– **Mf (دمای پایان تشکیل مارتنزیت):** دمایی است که در آن تبدیل آستنیت به مارتنزیت کامل می‌شود.

—

### **تفاوت مارتنزیت با سایر فازهای فولاد:**
۱٫ **پرلیت:** ترکیبی از فریت و سمنتیت است و سختی کم‌تری نسبت به مارتنزیت دارد.
۲٫ **بینیت:** فازی با سختی متوسط که در دمای بالاتر از مارتنزیت تشکیل می‌شود.
۳٫ **آستنیت:** فازی با شبکه FCC که در دمای بالا پایدار است و انعطاف‌پذیری بالایی دارد.

**کربن‌زدایی (Decarburization)** در تولید فولاد یک فرآیند مهم است که طی آن **کربن** از سطح فولاد حذف می‌شود. این فرآیند معمولاً به‌طور ناخواسته در مراحل مختلف تولید فولاد، مانند نورد گرم یا عملیات حرارتی، اتفاق می‌افتد و می‌تواند بر خواص مکانیکی و کیفیت فولاد تأثیر منفی بگذارد. در ادامه به توضیح کامل‌تری درباره این فرآیند می‌پردازیم:

—

### **علت کربن‌زدایی:**
کربن‌زدایی زمانی اتفاق می‌افتد که فولاد در معرض **گازهای اکسیدکننده** (مانند اکسیژن، دی‌اکسید کربن یا بخار آب) در دمای بالا قرار می‌گیرد. این گازها با کربن موجود در فولاد واکنش داده و آن را به صورت گازهای **مونوکسید کربن (CO)** یا **دی‌اکسید کربن (CO₂)** از سطح فولاد خارج می‌کنند.

—

### **واکنش‌های شیمیایی کربن‌زدایی:**
۱٫ **واکنش با اکسیژن:**
\[
\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2
\]

۲٫ **واکنش با دی‌اکسید کربن:**
\[
\text{C} + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{CO}
\]

۳٫ **واکنش با بخار آب:**
\[
\text{C} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CO} + \text{H}_2
\]

—

### **عوامل مؤثر بر کربن‌زدایی:**
۱٫ **دما:** با افزایش دما، سرعت کربن‌زدایی افزایش می‌یابد.
۲٫ **زمان:** هرچه فولاد مدت زمان بیشتری در معرض گازهای اکسیدکننده قرار گیرد، میزان کربن‌زدایی بیشتر می‌شود.
۳٫ **ترکیب شیمیایی فولاد:** فولادهای با درصد کربن بالاتر بیشتر مستعد کربن‌زدایی هستند.
۴٫ **نوع اتمسفر:** وجود گازهای اکسیدکننده در اتمسفر فرآیند (مانند اکسیژن یا بخار آب) باعث افزایش کربن‌زدایی می‌شود.

—

### **تأثیر کربن‌زدایی بر فولاد:**
۱٫ **کاهش سختی و استحکام:**
– کربن یکی از عناصر اصلی برای افزایش سختی و استحکام فولاد است. حذف آن از سطح فولاد باعث کاهش این خواص می‌شود.

۲٫ **کاهش مقاومت به سایش:**
– سطح فولاد پس از کربن‌زدایی نرم‌تر می‌شود و مقاومت به سایش آن کاهش می‌یابد.

۳٫ **تغییر در خواص مکانیکی:**
– کربن‌زدایی می‌تواند باعث ایجاد ناهمگنی در خواص مکانیکی فولاد شود.

۴٫ **مشکلات در عملیات حرارتی:**
– کربن‌زدایی می‌تواند باعث ایجاد لایه‌های نرم در سطح فولاد شود که در عملیات حرارتی مشکلاتی ایجاد می‌کند.

—

### **روش‌های جلوگیری از کربن‌زدایی:**
۱٫ **استفاده از اتمسفر کنترل‌شده:**
– در فرآیندهای عملیات حرارتی، از اتمسفرهای خنثی (مانند نیتروژن یا آرگون) یا اتمسفرهای کاهش‌دهنده (مانند هیدروژن) استفاده می‌شود تا از تماس فولاد با گازهای اکسیدکننده جلوگیری شود.

۲٫ **پوشش‌دهی سطح:**
– استفاده از پوشش‌های محافظ (مانند اکسیدها یا روغن‌ها) برای جلوگیری از تماس مستقیم فولاد با اتمسفر اکسیدکننده.

۳٫ **کنترل دما و زمان:**
– کاهش دما و زمان قرارگیری فولاد در معرض اتمسفر اکسیدکننده.

۴٫ **استفاده از محیط‌های خلأ:**
– در برخی فرآیندهای پیشرفته، از محیط‌های خلأ برای جلوگیری از کربن‌زدایی استفاده می‌شود.

—

### **کاربردهای کنترل کربن‌زدایی:**
– در تولید فولادهای ابزار، فولادهای فنر و فولادهای سخت‌کاری‌شده، کنترل کربن‌زدایی بسیار مهم است، زیرا این فولادها به سختی و استحکام سطحی بالا نیاز دارند.

**الماسه شدن فولاد** (یا **سفید شدن فولاد**) به پدیده‌ای گفته می‌شود که در آن سطح فولاد در اثر قرار گرفتن در معرض **دمای بالا** و **اکسیژن**، به‌طور کامل **اکسید** شده و لایه‌ای از **اکسید آهن** (معمولاً **FeO** یا **ووستیت**) روی سطح آن تشکیل می‌شود. این لایه اکسیدی به‌دلیل ظاهر سفید و درخشان آن، شبیه به الماس به نظر می‌رسد و به همین دلیل به آن **الماسه شدن** گفته می‌شود.

این پدیده معمولاً در فرآیندهای گرم‌کاری (مانند نورد گرم، فورجینگ یا عملیات حرارتی) اتفاق می‌افتد و می‌تواند بر کیفیت و خواص سطحی فولاد تأثیر بگذارد.

—

### **علت الماسه شدن فولاد:**
الماسه شدن نتیجه **اکسیداسیون شدید** سطح فولاد در دمای بالا (معمولاً بالای ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد) است. در این دما، اکسیژن موجود در اتمسفر با آهن واکنش داده و لایه‌ای از اکسید آهن روی سطح فولاد تشکیل می‌دهد. این لایه اکسیدی معمولاً به‌صورت یک لایه نازک، سفید و درخشان دیده می‌شود.

—

### **مراحل تشکیل لایه الماسه:**
۱٫ **گرم‌کردن فولاد:** فولاد در دمای بالا (معمولاً بین ۷۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) قرار می‌گیرد.
۲٫ **واکنش با اکسیژن:** اکسیژن موجود در اتمسفر با آهن واکنش داده و اکسید آهن (FeO) تشکیل می‌دهد.
۳٫ **تشکیل لایه اکسیدی:** لایه‌ای از اکسید آهن روی سطح فولاد تشکیل می‌شود که به‌دلیل ظاهر سفید و درخشان آن، به **الماسه** معروف است.

—

### **تأثیر الماسه شدن بر فولاد:**
۱٫ **کاهش کیفیت سطح:**
– لایه اکسیدی تشکیل‌شده ممکن است باعث ناهمواری سطح فولاد شود.

۲٫ **اتلاف مواد:**
– در فرآیندهای بعدی (مانند نورد یا ماشین‌کاری)، این لایه اکسیدی باید برداشته شود که منجر به اتلاف مواد می‌شود.

۳٫ **تغییر در خواص مکانیکی:**
– اگر لایه اکسیدی به‌درستی برداشته نشود، ممکن است بر خواص مکانیکی فولاد تأثیر منفی بگذارد.

۴٫ **مشکلات در عملیات حرارتی:**
– لایه اکسیدی می‌تواند مانع از انتقال حرارت یکنواخت در عملیات حرارتی شود.

—

### **روش‌های جلوگیری از الماسه شدن:**
۱٫ **استفاده از اتمسفر کنترل‌شده:**
– در فرآیندهای گرم‌کاری، از اتمسفرهای خنثی (مانند نیتروژن یا آرگون) یا اتمسفرهای کاهش‌دهنده (مانند هیدروژن) استفاده می‌شود تا از تماس فولاد با اکسیژن جلوگیری شود.

۲٫ **پوشش‌دهی سطح:**
– استفاده از پوشش‌های محافظ (مانند روغن یا گرافیت) برای جلوگیری از تماس مستقیم فولاد با اکسیژن.

۳٫ **کنترل دما و زمان:**
– کاهش دما و زمان قرارگیری فولاد در معرض اتمسفر اکسیدکننده.

۴٫ **استفاده از محیط‌های خلأ:**
– در برخی فرآیندهای پیشرفته، از محیط‌های خلأ برای جلوگیری از اکسیداسیون استفاده می‌شود.

—

### **برداشتن لایه الماسه:**
اگر لایه الماسه تشکیل شود، می‌توان آن را با روش‌های زیر از سطح فولاد برداشت:
۱٫ **ماشین‌کاری:** استفاده از ابزارهای برشی برای برداشتن لایه اکسیدی.
۲٫ **سمباده‌زنی:** استفاده از سمباده برای صاف کردن سطح.
۳٫ **اسیدشویی:** استفاده از اسید (مانند اسید کلریدریک یا سولفوریک) برای حل کردن لایه اکسیدی.

—

### **کاربردهای کنترل الماسه شدن:**
– در تولید فولادهای با کیفیت بالا (مانند فولادهای ابزار، فولادهای ضدزنگ و فولادهای ساختمانی)، کنترل الماسه شدن بسیار مهم است، زیرا این فولادها به سطحی صاف و بدون عیب نیاز دارند.

—

اگر سوال بیشتری درباره الماسه شدن فولاد یا فرآیندهای مرتبط با آن دارید، خوشحال می‌شوم کمک کنم! 😊