Innowacyjne oprogramowanie do pomiaru twardości stali: student z Bochum inspiruje ekspertów!

Innowacyjne oprogramowanie do pomiaru twardości stali: student z Bochum inspiruje ekspertów!

Jakob Lensing, student Katedry Inżynierii Materiałowej na Uniwersytecie Ruhr w Bochum, przedstawił niedawno znaczące rozszerzenie programu komputerowego do obliczania twardości stali. 13 lutego 2025 roku otrzymał II nagrodę w konkursie Dörrenberg Studies Award za pracę naukową. Badania Lensinga mają na celu przewidzenie idealnego składu chemicznego na podstawie pożądanych właściwości materiału. Oprogramowanie istniejące na wydziale może przewidywać właściwości makroskopowe, takie jak twardość, na podstawie składu chemicznego i obróbki cieplnej.

Najnowsze osiągnięcia Lensing obejmują integrację współczynnika temperatury początkowej martenzytu (MS), kluczowego wskaźnika w materiałoznawstwie. Temperatura początkowa martenzytu określa punkt, w którym zmienia się struktura materiału po wyżarzaniu podczas hartowania. Ta restrukturyzacja struktury prowadzi do znacznej twardości materiału, co ma kluczowe znaczenie w wielu zastosowaniach przemysłowych. Całkowita przemiana struktury zależy w dużym stopniu od tej temperatury.

Martenzytyczna stal nierdzewna i jej właściwości

Martenzytyczna stal nierdzewna należąca do serii 400 ma tetragonalną strukturę krystaliczną (BCT) skupioną wokół ciała. Ten rodzaj stali nierdzewnej zazwyczaj zawiera od 12 do 18% chromu i od 0,1 do 1,2% węgla. Pomimo wysokiej wytrzymałości i twardości po obróbce cieplnej, martenzytyczna stal nierdzewna wykazuje niższą odporność na korozję w porównaniu do austenitycznej stali nierdzewnej. Zastosowania obejmują sztućce, narzędzia chirurgiczne, zawory, łożyska i łopatki turbin.

Obróbkę cieplną martenzytycznej stali nierdzewnej przeprowadza się poprzez ogrzewanie do temperatur od 925 do 1070°C, a następnie szybkie chłodzenie (hartowanie) w celu uzyskania pożądanej struktury martenzytycznej. Materiał ten posiada także właściwości magnetyczne, co sprawia, że ​​znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Najpopularniejsze gatunki to 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C i 17-4 PH. Szczególnie klasa 410 znana jest ze swojego zrównoważonego połączenia odporności na korozję i wysokiej wytrzymałości.

Proces powstawania martenzytu

Martenzyt to metastabilna struktura, która powstaje w wyniku bezdyfuzyjnej i atermicznej transformacji pierwotnej struktury. Transformacja następuje, gdy materiał zostaje szybko schłodzony z fazy wysokotemperaturowej – na przykład austenitu – do fazy niskotemperaturowej. Ważne jest, aby zapewnić, że chłodzenie nastąpi wystarczająco szybko, aby zapobiec procesom dyfuzji.

Tworzenie martenzytu zachodzi poprzez zarodki już obecne w austenicie i nie ogranicza się do metali; może również występować w ceramice i polimerach. Przekształcenie sześciennej sieci austenitu skupionej na ścianie w tetragonalną siatkę skupioną na ciele jest procesem centralnym, który zależy między innymi od składu chemicznego. Zmiany w strukturze prowadzą do znacznego wzrostu twardości, na co duży wpływ ma także zawartość węgla.

Podsumowując, badania Jakoba Lensinga stanowią ważny krok w inżynierii materiałowej, szczególnie w obszarze stali martenzytycznych. Precyzyjne obliczenie twardości stali może nie tylko zrewolucjonizować rozwój materiałów, ale także przyspieszyć zastosowanie odkryć inżynierii materiałowej w innych kontekstach przemysłowych.

Uniwersytet Ruhry w Bochum informuje, że firma Lensing znacznie ulepszyła swoją metodę obliczeń stali. Więcej informacji na temat martenzytycznej stali nierdzewnej można znaleźć na stronie Grupa Stal Pro oraz ogólny proces tworzenia martenzytu Wikipedia.