Ωστενίτης

Το διάγραμμα φάσεων Fe–C.

Ο ωστενίτης ή γ-Fe είναι αλλοτροπική μορφή του σιδήρου που κρυσταλλώνεται στο εδροκεντρωμένο κυβικό σύστημα. Στην περίπτωση του καθαρού σιδήρου, ο ωστενίτης είναι σταθερός από τους 912 έως τους 1394°C. Όταν ο σίδηρος δεν είναι καθαρός αλλά περιέχει κραματικά στοιχεία, τότε η θερμοκρασιακή ζώνη σταθερότητας του ωστενίτη εκτείνεται ή περιορίζεται.

Ο ωστενίτης ονομάστηκε έτσι από τον βρετανό πρωτοπόρο της μικροσκοπίας Χένρυ Κλίφτον Σόρμπυ προς τιμήν του συμπατριώτη του μεταλλουργού Γουίλλιαμ Τσάντλερ Ρόμπερτς-Ώστεν, ο οποίος παρουσίασε το πρώτο διάγραμμα φάσεων Fe–C το 1897.

Ο ωστενίτης είναι όλκιμος και η σκληρότητά του κυμαίνεται από 250 έως 300 HB (Brinell). Για θερμοκρασίες χαμηλότερες από 912°C, ο γ-Fe μετασχηματίζεται σε χωροκεντρωμένο φερρίτη ή α-Fe. Επίσης, για θερμοκρασίες υψηλότερες από 1394°C, μετασχηματίζεται σε χωροκεντρωμένο δ-Fe, που αποκαλείται επίσης φερρίτης. Σε αντίθεση με τον φερρίτη, ο ωστενίτης είναι ελάχιστα μαγνητικός (παραμαγνητικός).

Στους κοινούς ανθρακούχους χάλυβες, η θερμοκρασιακή ζώνη σταθερότητας του ωστενίτη εξαρτάται από τον περιεχόμενο άνθρακα, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα φάσεων Fe–C. Η περιεκτικότητα του ωστενίτη σε άνθρακα φτάνει και 2,1% κ.β. στους 1153°C. Στους κραματωμένους χάλυβες, η σταθερότητα του ωστενίτη ευνοείται από την παρουσία ορισμένων στοιχείων, όπως το μαγγάνιο, το νικέλιο και το κοβάλτιο, που αποκαλούνται γάμμα φερρογόνα. Έτσι, π.χ., ο ανοξείδωτος χάλυβας «18/8» (18% κ.β. Cr, 8% κ.β. Ni) είναι ωστενιτικός ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου. Ορισμένα άλλα στοιχεία, όπως το μολυβδαίνιο, το χρώμιο και το πυρίτιο, περιορίζουν την σταθερότητα του ωστενίτη.

Ο ωστενίτης σχηματίζει ευμεγέθεις κρυστάλλους (κόκκους) που παρατηρούνται εύκολα στο μικροσκόπιο. Στην φωτογραφία παρουσιάζεται η επιφάνεια θραύσης ανοξείδωτου χάλυβα 304 με χαρακτηριστικούς κόκκους ωστενίτη.

Με ψύξη του ωστενίτη, και αναλόγως με τον ρυθμό ψύξης και την περιεκτικότητα σε άνθρακα, προκύπτουν διάφορες φάσεις και δομές. Με βραδείς ρυθμούς ψύξης, σχηματίζεται φερρίτης, περλίτης και σεμεντίτης, όπως προβλέπεται από το διάγραμμα φάσεων Fe–C. Με σχετικά υψηλό ρυθμό ψύξης, σχηματίζεται μπαινίτης, ενώ για υψηλούς ρυθμούς ψύξης («βαφή»), σχηματίζεται μαρτενσίτης.

Σημειώνεται ότι ωστενίτης μπορεί να υπάρχει σε χάλυβες ή χυτοσιδήρους ακόμα και μετά από βαφή και επαναφορά. Ο υπολειπόμενος ωστενίτης έχει την μορφή λεπτών στρωμάτων στον χώρο ανάμεσα στους επιμήκεις κόκκους του μαρτενσίτη ή του μπαινίτη. Ο υπολειπόμενος ωστενίτης μετασχηματίζεται σε σεμεντίτη, που μπορεί να προκαλέσει εσωτερικές ρωγματώσεις και να κάνει το κράμα εύθρυπτο.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Harry Bhadeshia, "Retained austenite" — από το Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ (Αγγλικά).