Uuenduslik terase kõvaduse tarkvara: Bochumi õpilane inspireerib eksperte!

Uuenduslik terase kõvaduse tarkvara: Bochumi õpilane inspireerib eksperte!

Jakob Lensing, Bochumi Ruhri ülikooli materjalitehnika õppetooli tudeng, tutvustas hiljuti terase kõvaduse arvutamise arvutiprogrammi olulist laiendust. 13. veebruaril 2025 pälvis ta õppetöö eest Dörrenbergi õppeauhinna II preemia. Lensingi uurimistöö eesmärk on ennustada ideaalset keemilist koostist materjali soovitud omaduste põhjal. Osakonnas olemasolev tarkvara suudab keemilise koostise ja kuumtöötluse põhjal ennustada makroskoopilisi omadusi, nagu kõvadus.

Lensingi hiljutised edusammud hõlmavad martensiidi algtemperatuuri (MS) teguri integreerimist, mis on materjaliteaduses ülioluline mõõdik. Martensiidi lähtetemperatuur määrab punkti, mille juures muutub materjali struktuur pärast karastamise ajal lõõmutamist. See struktuuri ümberkorraldamine toob kaasa materjali märkimisväärse kõvaduse, mis on paljude tööstuslike rakenduste jaoks ülioluline. Konstruktsiooni täielik ümberkujundamine sõltub suuresti sellest temperatuurist.

Martensiitsest roostevaba teras ja selle omadused

Martensiitsest roostevabast terasest, mis kuulub sarja 400, on kehakeskne tetragonaalne (BCT) kristallstruktuur. Seda tüüpi roostevaba teras sisaldab tavaliselt 12–18% kroomi ja 0,1–1,2% süsinikku. Vaatamata kõrgele tugevusele ja kõvadusele pärast kuumtöötlust on martensiitsest roostevabast terasest madalam korrosioonikindlus võrreldes austeniitse roostevaba terasega. Rakenduste hulka kuuluvad söögiriistad, kirurgilised instrumendid, ventiilid, laagrid ja turbiini labad.

Martensiitsest roostevaba terase kuumtöötlemine saavutatakse kuumutamisega temperatuurini 925–1070 °C, millele järgneb kiire jahutamine (jahutamine), et saavutada soovitud martensiitsestruktuur. Sellel materjalil on ka magnetilised omadused, mis muudab selle kasutatavaks erinevates tööstusharudes. Levinumad klassid on 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C ja 17-4 PH. Eriti klass 410 on tuntud oma tasakaalustatud korrosioonikindluse ja suure tugevuse kombinatsiooni poolest.

Martensiidi moodustumise protsess

Martensiit on metastabiilne struktuur, mis tekib algsest struktuurist difusioonivaba ja atermaalse transformatsiooni teel. Transformatsioon toimub siis, kui materjal jahutatakse kiiresti kõrge temperatuuriga faasist – näiteks austeniidist – madala temperatuuriga faasi. Difusiooniprotsesside vältimiseks on oluline tagada, et jahutamine toimuks piisavalt kiiresti.

Martensiidi moodustumine toimub austeniidis juba olemasolevate tuumade kaudu ega piirdu metallidega; see võib esineda ka keraamikas ja polümeerides. Austeniidi näokeskse kuupvõre muutmine tetragonaalseks kehakeskseks võreks on keskne protsess, mis sõltub muu hulgas keemilisest koostisest. Struktuuri muutused toovad kaasa kõvaduse olulise tõusu, mida mõjutab tugevalt ka süsinikusisaldus.

Kokkuvõtteks võib öelda, et Jakob Lensingu uurimused on oluline samm materjalitehnoloogias, eriti martensiitsete teraste valdkonnas. Terase kõvaduse täpne arvutamine ei saa mitte ainult revolutsiooniliselt muuta materjaliarendust, vaid ka kiirendada nende materjalitehniliste leidude rakendamist muudes tööstuslikes kontekstides.

Ruhri ülikool Bochumis teatab, et Lensing on oma terasest arvutusmeetodit oluliselt parandanud. Lisateavet martensiitsest roostevaba terase kohta leiate aadressilt Steel Pro grupp ja martensiidi moodustumise üldine protsess Vikipeedia.