Innovatiivinen ohjelmisto teräksen kovuuteen: Bochumin opiskelija inspiroi asiantuntijoita!

Innovatiivinen ohjelmisto teräksen kovuuteen: Bochumin opiskelija inspiroi asiantuntijoita!

Jakob Lensing, Bochumin Ruhrin yliopiston materiaalitekniikan katedraalin opiskelija, esitteli äskettäin merkittävän laajennuksen teräksen kovuuden laskemiseen tarkoitetusta tietokoneohjelmasta. 13.2.2025 hänelle myönnettiin opintotyöstään Dörrenberg Studies Award -palkinnon toinen palkinto. Lensingin tutkimuksen tavoitteena on ennustaa ihanteellinen kemiallinen koostumus materiaalin haluttujen ominaisuuksien perusteella. Osaston olemassa olevat ohjelmistot voivat ennustaa makroskooppisia ominaisuuksia, kuten kovuutta kemiallisen koostumuksen ja lämpökäsittelyn perusteella.

Lensingin viimeaikaiset edistysaskeleet sisältävät martensiitin aloituslämpötilatekijän (MS) integroinnin, joka on materiaalitieteen tärkeä mittari. Martensiitin aloituslämpötila määrittää pisteen, jossa materiaalin rakenne muuttuu karkaisun aikana tapahtuneen hehkutuksen jälkeen. Tämä rakenteen uudelleenjärjestely johtaa materiaalin merkittävään kovuuteen, mikä on ratkaisevan tärkeää useissa teollisissa sovelluksissa. Rakenteen täydellinen muutos riippuu suuresti tästä lämpötilasta.

Martensiittinen ruostumaton teräs ja sen ominaisuudet

400-sarjaan kuuluvalla martensiittisella ruostumattomalla teräksellä on kehokeskeinen tetragonaalinen (BCT) kiderakenne. Tämän tyyppinen ruostumaton teräs sisältää tyypillisesti 12-18 % kromia ja 0,1-1,2 % hiiltä. Huolimatta korkeasta lujuudestaan ​​ja kovuudestaan ​​lämpökäsittelyn jälkeen, martensiittisen ruostumattoman teräksen korroosionkestävyys on pienempi kuin austeniittisen ruostumattoman teräksen. Käyttökohteita ovat ruokailuvälineet, kirurgiset instrumentit, venttiilit, laakerit ja turbiinien siivet.

Martensiittisen ruostumattoman teräksen lämpökäsittely suoritetaan kuumentamalla 925-1070 °C:n lämpötiloihin, mitä seuraa nopea jäähdytys (sammutus) halutun martensiittisen rakenteen saavuttamiseksi. Tällä materiaalilla on myös magneettisia ominaisuuksia, mikä tekee siitä käyttökelpoisen useilla teollisuudenaloilla. Yleisimmät arvosanat ovat 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C ja 17-4 PH. Etenkin luokka 410 tunnetaan tasapainoisesta korroosionkestävyyden ja korkean lujuuden yhdistelmästään.

Martensiitin muodostumisprosessi

Martensiitti on metastabiili rakenne, joka syntyy diffuusiottoman ja termisen muunnoksen kautta alkuperäisestä rakenteesta. Muutos tapahtuu, kun materiaali jäähdytetään nopeasti korkean lämpötilan faasista – esimerkiksi austeniitista – matalan lämpötilan faasiin. On tärkeää varmistaa, että jäähtyminen tapahtuu riittävän nopeasti diffuusioprosessien estämiseksi.

Martensiitin muodostuminen tapahtuu austeniitissa jo olevien ytimien kautta, eikä se rajoitu metalleihin; sitä voi esiintyä myös keramiikassa ja polymeereissä. Austeniitin pintakeskeisen kuutiohilan muuttaminen nelikulmaiseksi kappalekeskeiseksi hilaksi on keskeinen prosessi, joka riippuu muun muassa kemiallisesta koostumuksesta. Rakenteen muutokset johtavat merkittävään kovuuden nousuun, johon myös hiilipitoisuus vaikuttaa voimakkaasti.

Yhteenvetona voidaan todeta, että Jakob Lensingin tutkimus on tärkeä askel materiaalitekniikassa, erityisesti martensiittisten terästen alalla. Teräksen kovuuden tarkka laskeminen ei voisi vain mullistaa materiaalikehitystä, vaan myös nopeuttaa näiden materiaalitekniikan löydösten soveltamista muissa teollisissa yhteyksissä.

Ruhrin yliopisto Bochum kertoo, että Lensing on parantanut merkittävästi teräslaskentamenetelmäänsä. Voit lukea lisää martensiittisesta ruostumattomasta teräksestä osoitteessa Steel Pro -ryhmä ja martensiitin muodostumisen yleinen prosessi Wikipedia.