Kehittyneet korkealujuusteräkset
Mustonen, Mira (2023)
2023
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-12-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023112110139
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023112110139
Tiivistelmä
Teräkset ovat käytetyimpiä materiaaleja maailmassa ja erilaisia terästyyppejä on useita tuhansia. Monessa tapauksessa terästen lujuuden kasvaessa niiden venyvyys heikkenee. Kehittyneillä korkealujuusteräksillä pyritään saamaan aikaan sekä korkeita lujuuksia että venyvyyksiä. Kehittyneet korkealujuusteräkset voidaan karkeasti jakaa kolmeen sukupolveen niiden mikrorakenteiden perusteella.
Ensimmäisen sukupolven korkealujuusteräkset pohjautuvat ferriittiin ja niitä ovat kaksoisfaasi-, monifaasi-, TRIP- ja martensiittiset teräkset. Ensimmäisen sukupolven kehittyneillä korkealujuusteräksillä on suurempia lujuuksia kuin perinteisillä teräslaaduilla, mutta niillä on heikko venyvyys. Toisen sukupolven kehittyneet korkealujuusteräkset pohjautuvat austeniittiin ja niihin kuuluu TWIP-, L-IP- ja austeniittiset ruostumattomat teräkset. TWIP-teräksissä hyödynnetään kaksostumisefektiä, jonka avulla saavutetaan suuria venyvyyden arvoja. Kolmannen sukupolven kehittyneet korkealujuusteräkset ovat mikrorakenteeltaan monifaasisia. Kolmanteen sukupolveen kuuluvat Q&P-, bainiittiferriittiset TRIP-, nano- ja medium Mn-teräkset. Erityisesti kolmas sukupolvi on vielä kehityksen alla, mutta myös ensimmäisen ja toisen sukupolven teräksiä kehitetään ja tutkitaan.
Kehittyneiden korkealujuusterästen etuna on niiden korkea lujuus yhdistettynä hyvään muovattavuuteen. Korkean lujuuden ansiosta materiaali tarvitsee käyttää pienempinä ainepaksuuksina saman lujuustason saavuttamiseksi. Tätä hyödynnetään erityisesti autoteollisuudessa, jossa kevyemmät rakenteet tarkoittavat pienempiä päästöjä ja polttoaineenkulutusta. Suuremmat lujuudet sekä energian sitomiskyky myös suojaavat paremmin erilaisissa törmäystilanteissa. Kehittyneiden korkealujuusterästen lujuudet tuottavat kuitenkin myös haasteita, esimerkiksi teräslevyjen muotoiluun käytetyt muotit kuluvat nopeammin sillä muotoilu vaatii suurempia voimia. Kehittyneiden korkealujuusterästen osalta tarvitaan vielä lisää tutkimusta lämpökäsittelyjen ja seosaineiden vaikutuksista. Valmistusprosessien kehittyessä näiden terästen käyttö tulee lisääntymään.
Ensimmäisen sukupolven korkealujuusteräkset pohjautuvat ferriittiin ja niitä ovat kaksoisfaasi-, monifaasi-, TRIP- ja martensiittiset teräkset. Ensimmäisen sukupolven kehittyneillä korkealujuusteräksillä on suurempia lujuuksia kuin perinteisillä teräslaaduilla, mutta niillä on heikko venyvyys. Toisen sukupolven kehittyneet korkealujuusteräkset pohjautuvat austeniittiin ja niihin kuuluu TWIP-, L-IP- ja austeniittiset ruostumattomat teräkset. TWIP-teräksissä hyödynnetään kaksostumisefektiä, jonka avulla saavutetaan suuria venyvyyden arvoja. Kolmannen sukupolven kehittyneet korkealujuusteräkset ovat mikrorakenteeltaan monifaasisia. Kolmanteen sukupolveen kuuluvat Q&P-, bainiittiferriittiset TRIP-, nano- ja medium Mn-teräkset. Erityisesti kolmas sukupolvi on vielä kehityksen alla, mutta myös ensimmäisen ja toisen sukupolven teräksiä kehitetään ja tutkitaan.
Kehittyneiden korkealujuusterästen etuna on niiden korkea lujuus yhdistettynä hyvään muovattavuuteen. Korkean lujuuden ansiosta materiaali tarvitsee käyttää pienempinä ainepaksuuksina saman lujuustason saavuttamiseksi. Tätä hyödynnetään erityisesti autoteollisuudessa, jossa kevyemmät rakenteet tarkoittavat pienempiä päästöjä ja polttoaineenkulutusta. Suuremmat lujuudet sekä energian sitomiskyky myös suojaavat paremmin erilaisissa törmäystilanteissa. Kehittyneiden korkealujuusterästen lujuudet tuottavat kuitenkin myös haasteita, esimerkiksi teräslevyjen muotoiluun käytetyt muotit kuluvat nopeammin sillä muotoilu vaatii suurempia voimia. Kehittyneiden korkealujuusterästen osalta tarvitaan vielä lisää tutkimusta lämpökäsittelyjen ja seosaineiden vaikutuksista. Valmistusprosessien kehittyessä näiden terästen käyttö tulee lisääntymään.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10747]