Nadelmartensit ist eine spezifische Gefügeform des Martensits, die bei der Härtung von Stahl durch schnelle Abkühlung aus dem Austenit-Gefüge entsteht. Dieses Gefüge ist durch seine nadelartige Morphologie gekennzeichnet, die bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten auftritt.

Entstehung

Die Bildung von Nadelmartensit erfolgt durch eine sogenannte martensitische Umwandlung, die eine diffusionslose Phasenumwandlung darstellt. Hierbei wird der kubisch-flächenzentrierte (kfz) Austenit durch eine Scherbewegung der Atome in ein kubisch-raumzentriertes (krz) oder tetragonal-raumzentriertes (ktrz) Martensit-Gefüge umgewandelt. Diese Umwandlung erfolgt bei Temperaturen unterhalb der Martensit-Start-Temperatur und wird durch das Vorliegen hoher Abkühlgeschwindigkeiten gefördert.

Charakteristika

1. Morphologie:

• Nadelmartensit zeigt eine nadelförmige Struktur, die sich durch parallele und teils ineinander greifende Martensitplättchen auszeichnet.
• Die Länge der Nadeln hängt stark von der ursprünglichen Austenitkorngröße und der Abkühlgeschwindigkeit ab.

2. Mechanische Eigenschaften:

• Hohe Härte und Festigkeit aufgrund der tetragonal verzerrten Gitterstruktur, die durch Kohlenstoffatome in den Zwischengitterplätzen entsteht.
• Gleichzeitig ist Nadelmartensit spröde, da die Gitterstruktur eine eingeschränkte Versetzungsbewegung zulässt.

3. Gefügeuntersuchung:

• Unter dem Lichtmikroskop erscheinen die Nadeln oft als dunkle oder helle Linien in einer polierten und geätzten Stahlprobe.
• Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen die innere Feinstruktur und die dichte Packung der Martensitnadeln.

Einflussfaktoren

• Legierungsbestandteile: Elemente wie Chrom, Mangan oder Nickel beeinflussen die Temperatur und die Nadelausbildung.
• Abkühlgeschwindigkeit: Schnelles Abschrecken (z. B. in Wasser oder Öl) ist entscheidend für die Bildung von Nadelmartensit.
• Kohlenstoffgehalt: Ein höherer Kohlenstoffgehalt begünstigt die tetragonale Verzerrung und erhöht die Härte des Nadelmartensits.

Anwendungen

Nadelmartensit ist vor allem in hochbelasteten Bauteilen von Bedeutung, wie etwa in Zahnrädern, Wellen oder Werkzeugen, wo hohe Härte und Verschleißfestigkeit erforderlich sind. Jedoch erfordert die Sprödigkeit des Gefüges oft eine nachfolgende Anlasstherapie, um die Zähigkeit zu erhöhen. Dieses Wissen ist zentral in der Werkstoffkunde und der Wärmebehandlungstechnologie, da die gezielte Erzeugung von Nadelmartensit und dessen Eigenschaften die Leistungsfähigkeit technischer Bauteile maßgeblich beeinflusst.