Mikrorakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien vaikutukset ultralujien terästen iskuabrasiiviseen ja abrasiiviseen kulumisenkestoon

Väitöstyössä on tutkittu terästen ominaisuuksien ja kulumisen välistä yhteyttä, jotta voitaisiin kehittää yhä kestävämpiä teräksiä vaativiin olosuhteisiin. Tavoitteena on ollut ymmärtää erityisesti abrasiiviseen ja iskumaiseen kulumiseen vaikuttavat tekijät.

Monella teollisuuden sektorilla tehokkuus on kasvanut huomattavasti viime vuosikymmeninä. Erityisesti kaivosteollisuus ja maatalous ovat hyötyneet uusista ja tehokkaammista koneista sekä nopeutuneista prosesseista. Tämä on osaltaan johtanut kasvaviin materiaalivaatimuksiin monissa käyttökohteissa. Ajavana voimana materiaalien kehitykselle on ollut myös tiukentuvat päästömääräykset, jotka ovat merkittävä haaste liikuteltavalle kalustolle.

Ultralujat teräkset ovat tärkeitä monissa haastavissa ja hyvin kuluttavissa ympäristöissä sekä erilaisissa korkeaa lujuutta vaativissa kohteissa. Työssä tutkittiin erilaisia martensiittisia kulutusteräksiä sekä kehitysasteella olevia karbidivapaita bainiittisia (CFB) konseptiteräksiä. Kulutuskokeet tehtiin hyödyntäen Tampere Wear Centerin (Tampereen yliopisto) laitekantaa, joka on suunniteltu erityisesti raskaan abrasiivisen ja iskumaisen kulumisen tutkimiseen. Työhön kuului myös materiaalien mekaaninen testaus ja mikrorakenteen karakterisointi.

Tulosten perusteella teräksen kovuus on hyvin merkittävä tekijä kulumisenkestolle, mutta erityisen tärkeäksi havaittiin teräksen kyky muokkauslujittua. Jäännösausteniitilla, päästöllä ja perinnäisen austeniitin raekoolla havaittiin myös olevan merkitystä martensiittisten terästen kulumisenkestoon. Uudet bainiittiset teräkset osoittautuivat erittäin lupaaviksi materiaaleiksi kulumisenkeston suhteen, mikä oli pääosin voimakkaan muokkauslujittumisen ansiota.

Tutkimustiedon valossa voidaan kehitellä yhä lujempia ja kestävämpiä kulutusteräksiä. Väitöstyössä tehtyjen kattavien testien tuloksia voidaan myös hyödyntää muiden ultralujien terästen kehityksessä kuten suojausta vaativissa kohteissa ja autojen turvarakenteissa käytettävissä teräksissä. Tulosten perusteella myös uusien bainiittisten terästen tutkimista ja kehittämistä tulisi jatkaa, jotta niiden käyttö kulutusteräksinä voitaisiin mahdollistaa.