Inovativni softver za tvrdoću čelika: student iz Bochuma nadahnjuje stručnjake!

Inovativni softver za tvrdoću čelika: student iz Bochuma nadahnjuje stručnjake!

Jakob Lensing, student Katedre za inženjerstvo materijala na Ruhrskom sveučilištu Bochum, nedavno je predstavio značajno proširenje računalnog programa za izračunavanje tvrdoće čelika. Dana 13. veljače 2025. dodijeljena mu je 2. nagrada na Dörrenberg Studies Award za njegov studijski rad. Lensingovo istraživanje ima za cilj predvidjeti idealan kemijski sastav na temelju željenih svojstava materijala. Postojeći softver na odjelu može predvidjeti makroskopska svojstva poput tvrdoće na temelju kemijskog sastava i toplinske obrade.

Nedavni napredak Lensinga uključuje integraciju faktora početne temperature martenzita (MS), ključne metrike u znanosti o materijalima. Početna temperatura martenzita definira točku u kojoj se mijenja struktura materijala nakon žarenja tijekom kaljenja. Ovo restrukturiranje u strukturi dovodi do značajne tvrdoće materijala, što je ključno za brojne industrijske primjene. Potpuna transformacija strukture uvelike ovisi o toj temperaturi.

Martenzitni nehrđajući čelik i njegova svojstva

Martenzitni nehrđajući čelik, koji pripada seriji 400, ima tijelo-centriranu tetragonalnu (BCT) kristalnu strukturu. Ova vrsta nehrđajućeg čelika obično sadrži između 12-18% kroma i 0,1-1,2% ugljika. Unatoč visokoj čvrstoći i tvrdoći nakon toplinske obrade, martenzitni nehrđajući čelik pokazuje manju otpornost na koroziju u usporedbi s austenitnim nehrđajućim čelikom. Primjene uključuju pribor za jelo, kirurške instrumente, ventile, ležajeve i turbinske lopatice.

Toplinska obrada martenzitnog nehrđajućeg čelika postiže se zagrijavanjem na temperature između 925 i 1070°C, nakon čega slijedi brzo hlađenje (kaljenje) kako bi se postigla željena martenzitna struktura. Ovaj materijal ima i magnetska svojstva, što ga čini primjenjivim u raznim industrijama. Najčešći stupnjevi su 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C i 17-4 PH. Grade 410 posebno je poznat po svojoj uravnoteženoj kombinaciji otpornosti na koroziju i visoke čvrstoće.

Proces nastanka martenzita

Martenzit je metastabilna struktura koja nastaje bezdifuznom i atermalnom transformacijom izvorne strukture. Transformacija se događa kada se materijal brzo ohladi iz faze visoke temperature – austenita, na primjer – u fazu niske temperature. Važno je osigurati da se hlađenje odvija dovoljno brzo kako bi se spriječili procesi difuzije.

Stvaranje martenzita događa se preko jezgri već prisutnih u austenitu i nije ograničeno na metale; također se može pojaviti u keramici i polimerima. Transformacija plošno centrirane kubične rešetke austenita u tetragonalnu tjelesno centriranu rešetku središnji je proces koji ovisi, među ostalim, o kemijskom sastavu. Promjene u strukturi dovode do značajnog povećanja tvrdoće, na što također snažno utječe sadržaj ugljika.

Ukratko, istraživanje Jakoba Lensinga predstavlja važan korak u inženjerstvu materijala, posebno u području martenzitnih čelika. Precizan izračun tvrdoće čelika mogao bi ne samo revolucionirati razvoj materijala, već i ubrzati primjenu ovih nalaza inženjerstva materijala u drugim industrijskim kontekstima.

Sveučilište Ruhr Bochum izvještava da je Lensing značajno poboljšao svoju metodu proračuna čelika. Više o martenzitnom nehrđajućem čeliku možete saznati na Steel Pro Group te cjelokupni proces nastanka martenzita Wikipedia.