Innovatieve software voor staalhardheid: student uit Bochum inspireert experts!

Innovatieve software voor staalhardheid: student uit Bochum inspireert experts!

Jakob Lensing, student aan de leerstoel Materiaalkunde aan de Ruhr Universiteit Bochum, presenteerde onlangs een aanzienlijke uitbreiding van een computerprogramma voor het berekenen van de staalhardheid. Op 13 februari 2025 ontving hij voor zijn studiewerk de 2e prijs van de Dörrenberg Studies Award. Het onderzoek van Lensing heeft tot doel de ideale chemische samenstelling te voorspellen op basis van de gewenste eigenschappen van een materiaal. Bestaande software op de afdeling kan macroscopische eigenschappen zoals hardheid voorspellen op basis van chemische samenstelling en warmtebehandeling.

De recente vooruitgang van Lensing omvat onder meer de integratie van de martensiet-starttemperatuurfactor (MS), een cruciale maatstaf in de materiaalkunde. De martensietstarttemperatuur definieert het punt waarop de structuur van het materiaal verandert na het uitgloeien tijdens het afschrikken. Deze herstructurering in de structuur leidt tot een aanzienlijke hardheid van het materiaal, wat cruciaal is voor tal van industriële toepassingen. De volledige transformatie van de structuur is sterk afhankelijk van deze temperatuur.

Martensitisch roestvrij staal en zijn eigenschappen

Martensitisch roestvrij staal, dat tot de 400-serie behoort, heeft een op het lichaam gecentreerde tetragonale (BCT) kristalstructuur. Dit type roestvrij staal bevat doorgaans tussen 12-18% chroom en 0,1-1,2% koolstof. Ondanks de hoge sterkte en hardheid na warmtebehandeling vertoont martensitisch roestvast staal een lagere corrosieweerstand vergeleken met austenitisch roestvast staal. Toepassingen zijn onder meer bestek, chirurgische instrumenten, kleppen, lagers en turbinebladen.

Warmtebehandeling van martensitisch roestvast staal wordt bewerkstelligd door verwarming tot temperaturen tussen 925 en 1070°C, gevolgd door snel afkoelen (afschrikken) om de gewenste martensitische structuur te bereiken. Daarnaast heeft dit materiaal magnetische eigenschappen, waardoor het toepasbaar is in diverse industrieën. De meest voorkomende kwaliteiten zijn 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C en 17-4 PH. Vooral kwaliteit 410 staat bekend om zijn uitgebalanceerde combinatie van corrosiebestendigheid en hoge sterkte.

Het proces van martensietvorming

Martensiet is een metastabiele structuur die ontstaat door een diffusieloze en athermische transformatie van de oorspronkelijke structuur. De transformatie vindt plaats wanneer het materiaal snel wordt afgekoeld van een fase met hoge temperatuur – bijvoorbeeld austeniet – naar een fase met lage temperatuur. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de afkoeling snel genoeg plaatsvindt om diffusieprocessen te voorkomen.

Martensietvorming vindt plaats via kernen die al in het austeniet aanwezig zijn en is niet beperkt tot metalen; het kan ook voorkomen in keramiek en polymeren. De transformatie van het vlakgecentreerde kubieke rooster van austeniet in een tetragonaal lichaamsgericht rooster is een centraal proces dat onder meer afhangt van de chemische samenstelling. De veranderingen in de structuur leiden tot een aanzienlijke toename van de hardheid, die ook sterk wordt beïnvloed door het koolstofgehalte.

Samenvattend betekent het onderzoek van Jakob Lensing een belangrijke stap in de materiaalkunde, vooral op het gebied van martensitische staalsoorten. De nauwkeurige berekening van de staalhardheid zou niet alleen een revolutie teweeg kunnen brengen in de materiaalontwikkeling, maar ook de toepassing van deze materiaaltechnische bevindingen in andere industriële contexten kunnen versnellen.

Ruhruniversiteit Bochum meldt dat Lensing haar staalberekeningsmethode aanzienlijk heeft verbeterd. Meer informatie over martensitisch roestvrij staal vindt u op Staal Pro Groep en het algehele proces van martensietvorming Wikipedia.