برنامج مبتكر لصلابة الفولاذ: طالب بوخوم يلهم الخبراء!

برنامج مبتكر لصلابة الفولاذ: طالب بوخوم يلهم الخبراء!

قدم جاكوب لينسينغ، الطالب في قسم هندسة المواد في جامعة الرور في بوخوم، مؤخرًا توسعًا كبيرًا لبرنامج كمبيوتر لحساب صلابة الفولاذ. في 13 فبراير 2025، حصل على الجائزة الثانية في جائزة دورينبيرج للدراسات عن أعماله الدراسية. يهدف بحث لينسينغ إلى التنبؤ بالتركيب الكيميائي المثالي من خلال الخصائص المرغوبة للمادة. يمكن للبرامج الموجودة في القسم التنبؤ بالخصائص العيانية مثل الصلابة بناءً على التركيب الكيميائي والمعالجة الحرارية.

تشمل التطورات الأخيرة التي حققها لينسينغ دمج عامل درجة حرارة بداية المارتنسيت (MS)، وهو مقياس حاسم في علم المواد. تحدد درجة حرارة بداية المارتنسيت النقطة التي يتغير عندها هيكل المادة بعد التلدين أثناء التبريد. تؤدي إعادة الهيكلة هذه في الهيكل إلى صلابة كبيرة للمادة، وهو أمر بالغ الأهمية للعديد من التطبيقات الصناعية. يعتمد التحول الكامل للهيكل بشكل كبير على درجة الحرارة هذه.

الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي وخصائصه

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي، الذي ينتمي إلى السلسلة 400، على هيكل بلوري رباعي الزوايا (BCT) متمحور حول الجسم. يحتوي هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ عادةً على ما بين 12-18% كروم و0.1-1.2% كربون. على الرغم من قوته وصلابته العالية بعد المعالجة الحرارية، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي يظهر مقاومة أقل للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. وتشمل التطبيقات أدوات المائدة والأدوات الجراحية والصمامات والمحامل وشفرات التوربينات.

تتم المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عن طريق التسخين إلى درجات حرارة تتراوح بين 925 و1070 درجة مئوية، يليها التبريد السريع (التبريد) لتحقيق البنية المارتنسيتية المطلوبة. تتمتع هذه المادة أيضًا بخصائص مغناطيسية، مما يجعلها قابلة للتطبيق في مختلف الصناعات. الدرجات الأكثر شيوعًا هي 403، 410، 416، 420، 431، 440A، 440B، 440C و17-4 PH. تشتهر الدرجة 410 على وجه الخصوص بمزيجها المتوازن من مقاومة التآكل والقوة العالية.

عملية تشكيل مارتنسيت

المارتنسيت عبارة عن بنية شبه مستقرة يتم إنشاؤها من خلال تحول حراري عديم الانتشار من البنية الأصلية. ويحدث التحول عندما يتم تبريد المادة بسرعة من مرحلة درجة الحرارة المرتفعة - الأوستينيت، على سبيل المثال - إلى مرحلة درجة الحرارة المنخفضة. من المهم التأكد من أن التبريد يحدث بسرعة كافية لمنع عمليات الانتشار.

يحدث تكوين المارتنسيت عبر النوى الموجودة بالفعل في الأوستينيت ولا يقتصر على المعادن؛ ويمكن أن يحدث أيضًا في السيراميك والبوليمرات. إن تحويل الشبكة المكعبة المتمحورة حول الوجه من الأوستينيت إلى شبكة رباعية الأوجه متمحورة حول الجسم هي عملية مركزية تعتمد، من بين أمور أخرى، على التركيب الكيميائي. تؤدي التغييرات في الهيكل إلى زيادة كبيرة في الصلابة، والتي تتأثر أيضًا بشدة بمحتوى الكربون.

باختصار، يمثل بحث جاكوب لينسينغ خطوة مهمة في هندسة المواد، وخاصة في مجال الفولاذ المارتنسيتي. إن الحساب الدقيق لصلابة الفولاذ لا يمكن أن يحدث ثورة في تطوير المواد فحسب، بل يمكنه أيضًا تسريع تطبيق نتائج هندسة المواد هذه في سياقات صناعية أخرى.

جامعة الرور بوخوم تشير التقارير إلى أن شركة Lensing قامت بتحسين طريقة حساب الفولاذ بشكل كبير. يمكنك معرفة المزيد عن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على مجموعة ستيل برو والعملية الشاملة لتشكيل مارتنسيت ويكيبيديا.