Uuden äänirautakokeen kehittäminen ja soveltaminen karkaistujen martensiittisten terästen vetyhauraustutkimuksessa

Ultralujien terästen vetyhauraus on tunnettu ilmiö, jonka tutkiminen on tärkeää koska se voi pahimmillaan johtaa äkkinäisiin, rakenteiden katastrofaalisiin vaurioihin. Tässä työssä kehitetään uutta testausmenetelmää nimeltään äänirautakoe (Tuning-Fork Test, TFT) ultralujien terästen vetyhaurauden tutkimiseksi. Äänirautakokeessa yhdistetään vakiosiirtymän kautta määritetty elastinen jännitystila ja sähkökemiallinen vetylataus. Erityyppisten geometrioiden ja puristimien avulla äänirautanäytteeseen vaikuttava jännitystila saatiin rajattua tarkasti alueelle, jossa särön ydintyminen tapahtuu, jolloin särönkasvua voidaan kontrolloida ja seurata. Väitöskirjan päätavoitteena oli kehittää nopea ja yksinkertainen testausmenetelmä, joka mahdollistaa ultralujien terästen vertailun ja mikrorakenteellisten tekijöiden vaikutuksen tutkimisen vedyn aiheuttamassa murtumisessa. Täydentävää tutkimusta tehtiin perinteisellä vedyn permeaatiokokeella.

Ensimmäisessä vaiheessa 300–600 HBW kovuusluokan martensiittisten terästen taipumusta
vetyhaurauteen arvioitiin määrittämällä terästen suhteellinen kynnysjännitys. Tulokset osoittavat kovuuden/lujuuden kasvun lisäävän teräksen alttiutta vetyhaurauteen, joka korostuu teräksen kovuuden ollessa yli 400 HBW. Voima-anturin lisääminen testauslaitteistoon paransi mittaustarkkuutta, ja mahdollisti perinnäisen austeniitin raerakenteen vaikutuksen tutkimisen. Vertailussa käytettiin 500 HBW teräksiä, jotka erosivat perinnäisen austeniitin muodon (venynyt/tasa-aksiaalinen) ja koon suhteen ja osa seostukseltaan.

Venynyt perinnäisen austeniitin raerakenne paransi vetyhaurauden kestoa. Särön etenemisnopeus oli hitaampi venyneessä mikrorakenteessa, joka johtui rakeiden läpi etenevästä murtumas- ta sekä hitaammasta vedyn diffuusiosta. Tasa-aksiaalisessa rakenteessa vedyn diffuusio oli nopeampaa ja särön etenemisnopeus kasvoi ja murtuma tapahtui osittain raerajamurtumana. Mikrorakenteellinen anisotropia vaikutti särön etenemiseen venyneissä rakeissa. Tasa-aksiaalisessa mikrorakenteessa ei havaittu suuntautuneisuuseroja. Vedyn diffuusion ja perinnäisen austeniitin raerajapinta-alan välillä ei havaittu korrelaatiota. Kun perinnäisen austeniitin raerajoja oli vähemmän, heikkojen vetyloukkujen tilavuus kasvoi, mikä viittaa siihen, että perinnäisen austeniitin raerajat toimivat vahvoina vetyloukkuina tutkituissa teräksissä.