Inovativní software pro tvrdost oceli: Student Bochum inspiruje odborníky!

Inovativní software pro tvrdost oceli: Student Bochum inspiruje odborníky!

Jakob Lensing, student katedry materiálového inženýrství na Ruhr University Bochum, nedávno představil významné rozšíření počítačového programu pro výpočet tvrdosti oceli. Za studijní práci mu byla 13. února 2025 udělena 2. cena v Dörrenberg Studies Award. Lensingův výzkum si klade za cíl předpovědět ideální chemické složení z požadovaných vlastností materiálu. Stávající software na katedře dokáže předpovídat makroskopické vlastnosti, jako je tvrdost na základě chemického složení a tepelného zpracování.

Nedávné pokroky společnosti Lensing zahrnují integraci faktoru počáteční teploty martenzitu (MS), což je klíčová metrika ve vědě o materiálech. Počáteční teplota martenzitu definuje bod, ve kterém se změní struktura materiálu po žíhání během kalení. Tato restrukturalizace ve struktuře vede k výrazné tvrdosti materiálu, která je rozhodující pro četné průmyslové aplikace. Úplná transformace struktury silně závisí na této teplotě.

Martenzitická nerezová ocel a její vlastnosti

Martenzitická nerezová ocel, která patří do řady 400, má na tělo centrovanou tetragonální (BCT) krystalovou strukturu. Tento typ nerezové oceli obvykle obsahuje mezi 12-18 % chrómu a 0,1-1,2 % uhlíku. Navzdory vysoké pevnosti a tvrdosti po tepelném zpracování vykazuje martenzitická nerezová ocel nižší odolnost proti korozi ve srovnání s austenitickou nerezovou ocelí. Aplikace zahrnují příbory, chirurgické nástroje, ventily, ložiska a lopatky turbíny.

Tepelné zpracování martenzitické nerezové oceli se provádí zahřátím na teploty mezi 925 a 1070 °C, následovaným rychlým ochlazením (kalením), aby se dosáhlo požadované martenzitické struktury. Tento materiál má také magnetické vlastnosti, díky čemuž je použitelný v různých průmyslových odvětvích. Nejběžnější třídy jsou 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C a 17-4 PH. Zejména třída 410 je známá svou vyváženou kombinací odolnosti proti korozi a vysoké pevnosti.

Proces vzniku martenzitu

Martenzit je metastabilní struktura, která vzniká bezdifuzní a atermální transformací z původní struktury. K přeměně dochází při rychlém ochlazení materiálu z vysokoteplotní fáze – např. austenitu – do nízkoteplotní fáze. Je důležité zajistit, aby k ochlazení došlo dostatečně rychle, aby se zabránilo difúzním procesům.

Tvorba martenzitu nastává prostřednictvím zárodků již přítomných v austenitu a není omezena na kovy; může se vyskytovat i v keramice a polymerech. Přeměna plošně centrované kubické mřížky austenitu na tetragonální těleso centrovanou mřížku je centrální proces, který závisí mimo jiné na chemickém složení. Změny ve struktuře vedou k výraznému zvýšení tvrdosti, což je také silně ovlivněno obsahem uhlíku.

Souhrnně řečeno, výzkum Jakoba Lensinga představuje důležitý krok v materiálovém inženýrství, zejména v oblasti martenzitických ocelí. Přesný výpočet tvrdosti oceli by mohl nejen způsobit revoluci ve vývoji materiálů, ale také urychlit aplikaci těchto poznatků materiálového inženýrství v jiných průmyslových kontextech.

Ruhr University Bochum uvádí, že Lensing výrazně zlepšil svou metodu výpočtu oceli. Více o martenzitické nerezové oceli se můžete dozvědět na Steel Pro Group a celkový proces tvorby martenzitu Wikipedie.