Καινοτόμο λογισμικό για σκληρότητα χάλυβα: Ο μαθητής του Μπόχουμ εμπνέει τους ειδικούς!

Καινοτόμο λογισμικό για σκληρότητα χάλυβα: Ο μαθητής του Μπόχουμ εμπνέει τους ειδικούς!

Ο Jakob Lensing, φοιτητής στην Έδρα Μηχανικής Υλικών στο Πανεπιστήμιο του Ρουρ του Μπόχουμ, παρουσίασε πρόσφατα μια σημαντική επέκταση ενός προγράμματος υπολογιστή για τον υπολογισμό της σκληρότητας του χάλυβα. Στις 13 Φεβρουαρίου 2025, του απονεμήθηκε το 2ο βραβείο στο Βραβείο Σπουδών Dörrenberg για τη μελέτη του. Η έρευνα του Lensing στοχεύει να προβλέψει την ιδανική χημική σύνθεση από τις επιθυμητές ιδιότητες ενός υλικού. Το υπάρχον λογισμικό στο τμήμα μπορεί να προβλέψει μακροσκοπικές ιδιότητες όπως η σκληρότητα με βάση τη χημική σύνθεση και τη θερμική επεξεργασία.

Οι πρόσφατες εξελίξεις της Lensing περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση του παράγοντα θερμοκρασίας έναρξης μαρτενσίτη (MS), μια κρίσιμη μέτρηση στην επιστήμη των υλικών. Η αρχική θερμοκρασία μαρτενσίτη καθορίζει το σημείο στο οποίο η δομή του υλικού αλλάζει μετά την ανόπτηση κατά τη διάρκεια της απόσβεσης. Αυτή η αναδιάρθρωση στη δομή οδηγεί σε σημαντική σκληρότητα του υλικού, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Ο πλήρης μετασχηματισμός της δομής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από αυτή τη θερμοκρασία.

Μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας και οι ιδιότητές του

Ο μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, που ανήκει στη σειρά 400, έχει τετραγωνική κρυσταλλική δομή με κέντρο το σώμα (BCT). Αυτός ο τύπος ανοξείδωτου χάλυβα περιέχει συνήθως μεταξύ 12-18% χρώμιο και 0,1-1,2% άνθρακα. Παρά την υψηλή αντοχή και τη σκληρότητά του μετά τη θερμική επεξεργασία, ο μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας παρουσιάζει χαμηλότερη αντοχή στη διάβρωση σε σύγκριση με τον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν μαχαιροπίρουνα, χειρουργικά εργαλεία, βαλβίδες, ρουλεμάν και λεπίδες στροβίλου.

Η θερμική επεξεργασία του μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα επιτυγχάνεται με θέρμανση σε θερμοκρασίες μεταξύ 925 και 1070°C, ακολουθούμενη από ταχεία ψύξη (σβέση) για να επιτευχθεί η επιθυμητή μαρτενσιτική δομή. Αυτό το υλικό έχει επίσης μαγνητικές ιδιότητες, γεγονός που το καθιστά εφαρμόσιμο σε διάφορες βιομηχανίες. Οι πιο συνηθισμένοι βαθμοί είναι 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C και 17-4 PH. Ο βαθμός 410 είναι ιδιαίτερα γνωστός για τον ισορροπημένο συνδυασμό αντοχής στη διάβρωση και υψηλής αντοχής.

Η διαδικασία σχηματισμού μαρτενσίτη

Ο μαρτενσίτης είναι μια μετασταθερή δομή που δημιουργείται μέσω ενός μη διάχυτου και αθερμικού μετασχηματισμού από την αρχική δομή. Ο μετασχηματισμός συμβαίνει όταν το υλικό ψύχεται γρήγορα από μια φάση υψηλής θερμοκρασίας - ωστενίτης, για παράδειγμα - σε μια φάση χαμηλής θερμοκρασίας. Είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι η ψύξη πραγματοποιείται αρκετά γρήγορα ώστε να αποφευχθούν οι διαδικασίες διάχυσης.

Ο σχηματισμός μαρτενσίτη συμβαίνει μέσω πυρήνων που υπάρχουν ήδη στον ωστενίτη και δεν περιορίζεται στα μέταλλα. μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε κεραμικά και πολυμερή. Ο μετασχηματισμός του προσωποκεντρικού κυβικού πλέγματος του ωστενίτη σε τετραγωνικό πλέγμα με κέντρο το σώμα είναι μια κεντρική διαδικασία που εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από τη χημική σύνθεση. Οι αλλαγές στη δομή οδηγούν σε σημαντική αύξηση της σκληρότητας, η οποία επίσης επηρεάζεται έντονα από την περιεκτικότητα σε άνθρακα.

Συνοπτικά, η έρευνα του Jakob Lensing αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα στη μηχανική υλικών, ειδικά στον τομέα των μαρτενσιτικών χάλυβων. Ο ακριβής υπολογισμός της σκληρότητας του χάλυβα θα μπορούσε όχι μόνο να φέρει επανάσταση στην ανάπτυξη υλικών, αλλά και να επιταχύνει την εφαρμογή αυτών των ευρημάτων της μηχανικής υλικών σε άλλα βιομηχανικά πλαίσια.

Πανεπιστήμιο του Ρουρ στο Μπόχουμ αναφέρει ότι η Lensing έχει βελτιώσει σημαντικά τη μέθοδο υπολογισμού του χάλυβα. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τον μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα στο Steel Pro Group και τη συνολική διαδικασία σχηματισμού μαρτενσίτη Βικιπαίδεια.