Innovativ programvara för stålhårdhet: Bochum-student inspirerar experter!

Innovativ programvara för stålhårdhet: Bochum-student inspirerar experter!

Jakob Lensing, student vid professorn för materialteknik vid Ruhruniversitetet i Bochum, presenterade nyligen en betydande utbyggnad av ett datorprogram för beräkning av stålhårdhet. Den 13 februari 2025 tilldelades han 2:a pris i Dörrenberg Studies Award för sitt studiearbete. Lensings forskning syftar till att förutsäga den ideala kemiska sammansättningen utifrån de önskade egenskaperna hos ett material. Befintlig programvara på institutionen kan förutsäga makroskopiska egenskaper såsom hårdhet baserat på kemisk sammansättning och värmebehandling.

Lensings senaste framsteg inkluderar integrationen av martensitstarttemperaturfaktorn (MS), ett avgörande mått inom materialvetenskap. Martensitstarttemperaturen definierar punkten vid vilken materialets struktur ändras efter glödgning under härdning. Denna omstrukturering i strukturen leder till en betydande hårdhet hos materialet, vilket är avgörande för många industriella tillämpningar. Den fullständiga omvandlingen av strukturen beror starkt på denna temperatur.

Martensitiskt rostfritt stål och dess egenskaper

Martensitiskt rostfritt stål, som tillhör 400-serien, har en kroppscentrerad tetragonal (BCT) kristallstruktur. Denna typ av rostfritt stål innehåller vanligtvis mellan 12-18% krom och 0,1-1,2% kol. Trots sin höga hållfasthet och hårdhet efter värmebehandling visar martensitiskt rostfritt stål lägre korrosionsbeständighet jämfört med austenitiskt rostfritt stål. Tillämpningar inkluderar bestick, kirurgiska instrument, ventiler, lager och turbinblad.

Värmebehandling av martensitiskt rostfritt stål åstadkoms genom uppvärmning till temperaturer mellan 925 och 1070°C, följt av snabb kylning (släckning) för att uppnå den önskade martensitiska strukturen. Detta material har även magnetiska egenskaper, vilket gör det användbart i olika industrier. De vanligaste betygen är 403, 410, 416, 420, 431, 440A, 440B, 440C och 17-4 PH. Grade 410 i synnerhet är känt för sin balanserade kombination av korrosionsbeständighet och hög hållfasthet.

Processen för martensitbildning

Martensit är en metastabil struktur som skapas genom en diffusionsfri och atermisk transformation från den ursprungliga strukturen. Omvandlingen sker när materialet snabbt kyls från en högtemperaturfas – till exempel austenit – till en lågtemperaturfas. Det är viktigt att säkerställa att kylningen sker tillräckligt snabbt för att förhindra diffusionsprocesser.

Martensitbildning sker via kärnor som redan finns i austeniten och är inte begränsad till metaller; det kan även förekomma i keramik och polymerer. Omvandlingen av det ansiktscentrerade kubiska gittret av austenit till ett tetragonalt kroppscentrerat gitter är en central process som bland annat beror på den kemiska sammansättningen. Förändringarna i strukturen leder till en betydande ökning av hårdheten, vilket också starkt påverkas av kolhalten.

Sammanfattningsvis representerar Jakob Lensings forskning ett viktigt steg inom materialteknik, särskilt inom området martensitiska stål. Den exakta beräkningen av stålhårdhet kan inte bara revolutionera materialutvecklingen, utan också påskynda tillämpningen av dessa materialtekniska fynd i andra industriella sammanhang.

Ruhruniversitetet Bochum rapporterar att Lensing har förbättrat sin stålberäkningsmetod avsevärt. Du kan ta reda på mer om martensitiskt rostfritt stål på Steel Pro Group och den övergripande processen för martensitbildning Wikipedia.