Inovativna programska oprema za trdoto jekla: študent iz Bochuma navdušuje strokovnjake!

Inovativna programska oprema za trdoto jekla: študent iz Bochuma navdušuje strokovnjake!

Jakob Lensing, študent Katedre za inženirstvo materialov na Porurski univerzi Bochum, je nedavno predstavil znatno razširitev računalniškega programa za izračun trdote jekla. 13. februarja 2025 je za svoje študijsko delo prejel 2. nagrado na Dörrenberg Studies Award. Cilj Lensingove raziskave je napovedati idealno kemično sestavo na podlagi želenih lastnosti materiala. Obstoječa programska oprema na oddelku lahko predvidi makroskopske lastnosti, kot je trdota, na podlagi kemične sestave in toplotne obdelave.

Nedavni napredek Lensinga vključuje integracijo faktorja začetne temperature martenzita (MS), ki je ključna metrika v znanosti o materialih. Začetna temperatura martenzita določa točko, na kateri se spremeni struktura materiala po žarjenju med kaljenjem. To prestrukturiranje v strukturi vodi do znatne trdote materiala, kar je ključnega pomena za številne industrijske aplikacije. Od te temperature je močno odvisna popolna preobrazba strukture.

Martenzitno nerjavno jeklo in njegove lastnosti

Martenzitno nerjavno jeklo, ki spada v serijo 400, ima telesno središče tetragonalno (BCT) kristalno strukturo. Ta vrsta nerjavečega jekla običajno vsebuje med 12–18 % kroma in 0,1–1,2 % ogljika. Kljub visoki trdnosti in trdoti po toplotni obdelavi ima martenzitno nerjavno jeklo manjšo odpornost proti koroziji v primerjavi z avstenitnim nerjavnim jeklom. Aplikacije vključujejo jedilni pribor, kirurške instrumente, ventile, ležaje in turbinske lopatice.

Toplotna obdelava martenzitnega nerjavnega jekla se izvede s segrevanjem na temperature med 925 in 1070 °C, čemur sledi hitro ohlajanje (kaljenje), da se doseže želena martenzitna struktura. Ta material ima tudi magnetne lastnosti, zaradi česar je uporaben v različnih panogah. Najpogostejše stopnje so 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C in 17-4 PH. Zlasti razred 410 je znan po svoji uravnoteženi kombinaciji odpornosti proti koroziji in visoke trdnosti.

Proces nastajanja martenzita

Martenzit je metastabilna struktura, ki nastane z brezdifuzijsko in atermično transformacijo prvotne strukture. Preoblikovanje se zgodi, ko se material hitro ohladi iz visokotemperaturne faze – na primer avstenita – v nizkotemperaturno fazo. Pomembno je zagotoviti, da ohlajanje poteka dovolj hitro, da preprečimo difuzijske procese.

Nastajanje martenzita poteka prek jeder, ki so že prisotna v avstenitu, in ni omejeno na kovine; lahko se pojavi tudi pri keramiki in polimerih. Preoblikovanje ploskocentrične kubične mreže avstenita v tetragonalno telesno centrirano mrežo je osrednji proces, ki je med drugim odvisen od kemijske sestave. Spremembe v strukturi povzročijo znatno povečanje trdote, na kar močno vpliva tudi vsebnost ogljika.

Če povzamemo, raziskave Jakoba Lensinga predstavljajo pomemben korak v inženirstvu materialov, zlasti na področju martenzitnih jekel. Natančen izračun trdote jekla ne bi mogel le spremeniti razvoja materialov, ampak tudi pospešiti uporabo teh ugotovitev inženiringa materialov v drugih industrijskih kontekstih.

Porurska univerza Bochum poroča, da je Lensing bistveno izboljšal svojo metodo izračuna jekla. Več o martenzitnem nerjavnem jeklu lahko izveste na Steel Pro Group in celoten proces nastajanja martenzita Wikipedia.