Inovatívny softvér pre tvrdosť ocele: Študent Bochum inšpiruje odborníkov!

Inovatívny softvér pre tvrdosť ocele: Študent Bochum inšpiruje odborníkov!

Jakob Lensing, študent katedry materiálového inžinierstva na Ruhr University Bochum, nedávno predstavil významné rozšírenie počítačového programu na výpočet tvrdosti ocele. Za študijnú prácu mu bola 13. februára 2025 udelená 2. cena v Dörrenbergovej cene za štúdium. Lensingov výskum má za cieľ predpovedať ideálne chemické zloženie z požadovaných vlastností materiálu. Existujúci softvér na katedre dokáže predpovedať makroskopické vlastnosti, ako je tvrdosť na základe chemického zloženia a tepelného spracovania.

Nedávne pokroky spoločnosti Lensing zahŕňajú integráciu faktora počiatočnej teploty martenzitu (MS), čo je kľúčová metrika vo vede o materiáloch. Počiatočná teplota martenzitu definuje bod, v ktorom sa mení štruktúra materiálu po žíhaní počas kalenia. Táto reštrukturalizácia v štruktúre vedie k značnej tvrdosti materiálu, ktorá je rozhodujúca pre mnohé priemyselné aplikácie. Úplná transformácia štruktúry do značnej miery závisí od tejto teploty.

Martenzitická nehrdzavejúca oceľ a jej vlastnosti

Martenzitická nehrdzavejúca oceľ, ktorá patrí do série 400, má tetragonálnu (BCT) kryštálovú štruktúru so stredom tela. Tento typ nehrdzavejúcej ocele zvyčajne obsahuje 12 až 18 % chrómu a 0,1 až 1,2 % uhlíka. Napriek vysokej pevnosti a tvrdosti po tepelnom spracovaní vykazuje martenzitická nehrdzavejúca oceľ nižšiu koróznu odolnosť v porovnaní s austenitickou nehrdzavejúcou oceľou. Aplikácie zahŕňajú príbory, chirurgické nástroje, ventily, ložiská a lopatky turbín.

Tepelné spracovanie martenzitickej nehrdzavejúcej ocele sa vykonáva zahriatím na teploty medzi 925 a 1070 °C, po ktorom nasleduje rýchle ochladenie (kalenie), aby sa dosiahla požadovaná martenzitická štruktúra. Tento materiál má tiež magnetické vlastnosti, vďaka čomu je použiteľný v rôznych priemyselných odvetviach. Najbežnejšie stupne sú 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C a 17-4 PH. Najmä trieda 410 je známa svojou vyváženou kombináciou odolnosti proti korózii a vysokej pevnosti.

Proces tvorby martenzitu

Martenzit je metastabilná štruktúra, ktorá vzniká bezdifúznou a atermálnou transformáciou z pôvodnej štruktúry. Premena nastáva, keď sa materiál rýchlo ochladí z vysokoteplotnej fázy – napríklad austenitu – do nízkoteplotnej fázy. Je dôležité zabezpečiť, aby ochladzovanie prebiehalo dostatočne rýchlo, aby sa zabránilo difúznym procesom.

Tvorba martenzitu nastáva prostredníctvom jadier už prítomných v austenite a nie je obmedzená na kovy; môže sa vyskytovať aj v keramike a polyméroch. Transformácia plošne centrovanej kubickej mriežky austenitu na tetragonálnu mriežku centrovanú na telo je centrálny proces, ktorý závisí okrem iného aj od chemického zloženia. Zmeny v štruktúre vedú k výraznému zvýšeniu tvrdosti, čo je silne ovplyvnené aj obsahom uhlíka.

Stručne povedané, výskum Jakoba Lensinga predstavuje dôležitý krok v materiálovom inžinierstve, najmä v oblasti martenzitických ocelí. Presný výpočet tvrdosti ocele by mohol nielen spôsobiť revolúciu vo vývoji materiálov, ale aj urýchliť aplikáciu týchto poznatkov materiálového inžinierstva v iných priemyselných kontextoch.

Ruhr University Bochum uvádza, že Lensing výrazne zlepšil svoju metódu výpočtu ocele. Viac o martenzitickej nehrdzavejúcej oceli nájdete na Steel Pro Group a celkový proces tvorby martenzitu Wikipedia.