Titaanioksidi- ja karbidi-mikropartikkelien hyödyntäminen teräksen ominaisuuksien parantamisessa – tutkimus sulkeumien hallinnasta ja rajapintailmiöistä

Miia Kiviö

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Sulkeumia pidetään yleisesti haitallisina teräksessä. Kontrolloimalla sulkeumien kokoa ja koostumusta niitä voidaan kuitenkin hyödyntää myös funktionaalisina partikkeleina parantamaan teräksen mekaanisia ominaisuuksia. Titaanioksideja tai -karbideja voidaan hyödyntää halutun mikrorakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien saavuttamisessa teräksessä. Sulkeumien koostumus, muoto ja koko riippuvat olosuhteista valmistusprosessissa. Titaania sisältävien sulkeumien ja erilaisia seosaineita sisältävän teräksen väliset reaktiot ja kostutus ovat avainasemassa valmistusprosesseja kehittäessä. Tässä väitöskirjassa on tutkittu sulan teräksen ja titaania sisältävien sulkeumien välisiä rajapintailmiöitä. Työn tavoitteena oli määrittää eri sulkeumatyypit teräksessä Ti ja TiO2 lisäysten jälkeen sekä seosaineiden (alumiini ja mangaani) vaikutus sulkeumiin. Lisäksi tavoitteena oli selvittää TiC:n ja teräksen välinen kostutus ja reaktiot rajapinnalla sekä seosaineiden (kromi, nikkeli ja molybdeeni) vaikutus näihin. Kokeellisessa osassa tehtiin sulatuskokeita vakuumiuunissa, joissa sulaan teräkseen tehtiin Ti ja TiO2 lisäyksiä ennen valua ja valun aikana. Syntyneitä sulkeumia, erityisesti titaanioksideja, tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja energiadispersiivisellä spektrometrillä (SEM-EDS) sekä elektronien takaisinsirontaan perustuvan diffraktion (EBSD) avulla. Näytteistä tehdyistä poikkileikkaushieistä tutkittiin sulkeumatyyppejä sekä sulkeumien koostumusta ja kokoa. Toinen osa kokeellisesta osasta koostui kostutuskokeista, joissa tutkittiin TiC- tai TiO2-substraattien ja rautaseosten tai teräksen välistä kostutusta. Kostutuskokeissa käytettiin kahta eri menetelmää: 1. perinteinen sessile drop -menetelmä ja 2. substraatin ja sulan lämmitys toisista erillään. Kokeiden aikana seurattiin kostutusta ja määritettiin kostutuskulmat ja näytteet tutkittiin SEM-EDS -menetelmällä keskittyen rajapintaan, partikkeleihin ja mahdollisiin uusiin faaseihin. FactSage -ohjelmistolla tehtiin termodynaamisia laskelmia, jotka tukivat kokeellista osaa. Laskelmia tehtiin sulkeumien muodostumisesta sulassa matalaseosteisessa teräksessä ja jähmettymisen aikana sekä karbidien muodostumisesta sulassa ruostumattomassa teräksessä ja jähmettymisen aikana. Tulokset TiO2:n lisäämisestä sulaan teräkseen ja siitä syntyvien sulkeumien tutkimuksesta olivat ensimmäiset julkaisut aiheesta. Laaja tutkimus seosaineiden vaikutuksesta kostutukseen ja rajapintailmiöistä TiC:n ja ruostumattoman teräksen välillä on ainutlaatuinen ja edelleen uraauurtava. Tulosten perusteella titaania sisältävät sulkeumat teräksessä olivat hyvin moninaisia. Tämän väitöskirjan tulokset tarjoavat arvokasta tietoa, kun kehitetään mekaanisilta ominaisuuksiltaan entistä parempia teräksiä hyödyntämällä titaania sisältäviä sulkeumia funktionaalisina partikkeleina.
Julkaisun otsikon käännösTitaanioksidi- ja karbidi-mikropartikkelien hyödyntäminen teräksen ominaisuuksien parantamisessa – tutkimus sulkeumien hallinnasta ja rajapintailmiöistä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Jokilaakso, Ari, Vastuuprofessori
  • Holappa, Lauri, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-3900-8
Sähköinen ISBN978-952-60-3901-5
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • funktionaaliset partikkelit
  • kostutus
  • titaanioksidi
  • titaanikarbidi
  • mekaaniset ominaisuudet

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Titaanioksidi- ja karbidi-mikropartikkelien hyödyntäminen teräksen ominaisuuksien parantamisessa – tutkimus sulkeumien hallinnasta ja rajapintailmiöistä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä