Viivästynyt murtuminen metastabiileissa matalanikkelisissä austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä

Suvi Papula

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Metastabiilit austeniittiset ruostumattomat teräkset voivat olla alttiita viivästyneelle murtumalle muovauksen jälkeen. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selittää matalan nikkelipitoisuuden austeniittisten ruostumattomien terästen korkeaa alttiutta viivästyneelle murtumiselle ja selvittää ilmiöön vaikuttavien tekijöiden, kuten materiaaliin liuenneen vedyn, muovauksen aiheuttaman α'-martensiitin ja jäännösjännitysten merkitys. Seitsemän austeniittisen ruostumattoman teräksen, sekä Fe-Cr-Ni- että matalanikkelisten lajien, alttiutta viivästyneelle murtumiselle tutkittiin Swiftin kuppikokeiden avulla. Syvävedetyistä kupeista määritettiin jäännösjännitykset röntgendiffraktiolla ja jännitysten laukeamiseen perustuvalla menetelmällä. Muovauksen aiheuttaman α'-martensiitin määrä mitattiin ferriittimittarilla. Koemateriaalien vetypitoisuus määritettiin kolmella eri menetelmällä. Muovatuista materiaaleista mitattiin α'-martensiitin ja austeniitin kovuus nanoindentaatiolla. Lisäksi kehitettiin koejärjestely vakiovoima-vetokeisiin, joilla tutkittiin systemaattisesti eri tekijöiden vaikutusta viivästyneen murtumisen kinetiikkaan. Viivästynyttä murtumista ei tapahtunut stabiileissa austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä, joihin ei muodostunut muovauksessa α'-martensiittia, tyypillisillä valmistuksen jälkeisillä vetypitoisuuksilla (<5.5 wppm). Metastabiileissa materiaaleissa viivästyneet murtumat etenivät α'-martensiittifaasia pitkin. Nanoindentaatiomittausten perusteella α'-martensiitin kovuus korreloi jäännösjännitystason kanssa. Tutkittaville materiaaleille määritettiin kriittiset jäännösjännitysten, α'-martensiitin ja vetypitoisuuden tasot, jotka aiheuttavat viivästyneitä murtumia. Matalan nikkelipitoisuuden terästen korkeaa alttiutta viivästyneelle murtumiselle selittävät niiden korkea jäännösjännitystaso ja korkea vetypitoisuus. Vetypitoisuuden alentaminen hehkutuksella alensi merkittävästi murtumisriskiä. Vakiovoima-vetokokeiden tulokset havainnollistivat α'-martensiitin roolia vedyn diffuusiossa. Vetypitoisuudella oli suuri vaikutus murtumisaikaan, mikä tukee käsitystä, että murtuminen edellyttää vedyn kerääntymistä jännityskeskittymien alueelle. Tämän tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää viivästyneen murtumisen välttämiseksi suunniteltaessa vaativia muovaussovelluksia. Ilmiön syvällinen ymmärtäminen tukee uusien kustannustehokkaiden, lujien ruostumattomien terästen kehittämistä sekä olemassa olevien teräslaatujen laajempaa käyttöä.
    Julkaisun otsikon käännösViivästynyt murtuminen metastabiileissa matalanikkelisissä austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Hänninen, Hannu, Vastuuprofessori
    • Talonen, Juho, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6334-8
    Sähköinen ISBN978-952-60-6335-5
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • metastabiili vähänikkelinen austeniittinen ruostumaton teräs
    • viivästynyt murtuminen
    • vety
    • venymän aiheuttama martensiitti
    • jäännösjännitys

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Viivästynyt murtuminen metastabiileissa matalanikkelisissä austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä