Väitöstiedotteet - Tampereen teknillinen yliopisto

Terästeknologiasta vauhtia ja keveyttä autoalalle

Terästeknologia vaikuttaa autoalan kautta voimakkaasti sekä globaaliin talouteen että yksittäisen ihmisen elämään. Haasteena on usein keskenään näennäisesti ristiriitaisten ominaisuuksien yhdistäminen. Tuomo Nyyssönen tutki, miten teräksestä saataisiin yhtä aikaa lujempaa ja muovattavampaa.

Uusia autoja myydään maailmassa 75 miljoonaa kappaletta vuodessa ja niistä lähes kaikki tehdään teräksestä. Auton suunnittelussa juuri teräs asettaa rajat ajoneuvon turvallisuudelle, tehokkuudelle ja luotettavuudelle. Auton monimutkaisen korirakenteen materiaalien on oltava lujia, muovattavia ja edullisia. Edullisuudeltaan teräs on omaa luokkaansa. Esimerkiksi alumiinin valmistuskustannukset ovat teräkseen nähden kaksin- tai kolminkertaiset.

– Valitettavasti kaksi muuta ominaisuutta, lujuus ja muovattavuus, eivät kulje mielellään käsi kädessä, vaan lujuuden kasvaessa muovattavuus tyypillisesti heikkenee, aiheesta väittelevä Tuomo Nyyssönen kertoo.

Erikoistuotteet Suomen valtti markkinoilla

Tuomo Nyyssönen perehtyi väitöstutkimuksessaan teräksen lujuuden ja muovattavuuden yhdistämistä. Hän käytti menetelmää, joka tunnetaan englanniksi nimellä Quenching and Partitioning (Q&P, suomeksi voi puhua porraskarkaisusta).

– Karkaisu on ikivanha seppien menetelmä, jolla saadaan teräksestä lujaa, mutta muovattavuudeltaan heikkoa. Mikäli karkaisu kuitenkin jätetään kesken eli jäähdytettävää terästä ei viedäkään huoneenlämpötilaan vaan sopivalle tasolle sen yläpuolelle, avautuu uusia mahdollisuuksia, Nyyssönen selittää.

Kesken jäänyt karkaisu jättää materiaaliin teräkseen korkean lämpötilan olomuotoa, austeniittia, joka voidaan lämpötilaa nostamalla stabiloida hiilen siirtyessä korotetussa lämpötilassa olomuodosta toiseen. Huoneenlämpötilaan viimein tullessaan materiaalin rakenne on stabiloidun austeniitin ja karkaistun teräksen eli martensiitin sekoitus. Lopputuloksena materiaali on lujaa kuin karkaistu teräs mutta austeniitin ansiosta edelleen hyvin muovattavaa.

Nyyssönen tutki tavanomaista suuremman alumiinimäärän sisältävien terästen lämpökäsittelyä Q&P-menetelmällä. Työn tuloksena on uutta tietoa tutkitun materiaalin käyttäytymisestä eri lämpötiloissa ja malli, jonka perusteella lämpökäsittelyjä voidaan suunnitella. Nyt käsittelyn haasteet ja potentiaali tunnetaan ja sudenkuopat voidaan välttää. SSAB:n kanssa yhteistyössä tehty tutkimus antaa pohjaa uuden lämpökäsittelyn integroimiselle osaksi moderneja terästuotantolinjoja.

– Suomessa ja Pohjoismaissa terästeollisuus ei voi kilpailla volyymillä Aasian jättiläisten kanssa. Valttia ovat sen sijaan erikoistuotteet ja kyky räätälöidä teräksen ominaisuudet asiakkaan tarpeita vastaaviksi, Nyyssönen painottaa.

Tutkimus poiki lisäksi uusia kideopillisia analyysimenetelmiä, joiden hyöty ulottuu myös muille aloille.

– Yliopistotutkimuksen roolina on tutkia tulevaisuuden menetelmiä ja materiaaleja ja selvittää niiden taustalla vaikuttavien ilmiöiden syitä ja seurauksia. Perustutkimuksen vaatimukset ja teollisuuden intressit eivät hyvin suunnitellussa projektissa kilpaile keskenään, Nyyssönen toteaa.

Väitöstilaisuus perjantaina 13.1.2017

Diplomi-insinööri Tuomo Nyyssösen väitöskirja Quenching and Partitioning of High-Aluminum Steels tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisessä yliopistossa 13.1.2017 klo 12 alkaen, Festian Pienessä Salissa 1 (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat PhD David Lindell (Swerea KIMAB AB, Ruotsi) ja TkT Pasi Suikkanen (SSAB Europe). Tilaisuutta valvoo professori Veli-Tapani Kuokkala TTY:n materiaaliopin laboratoriosta.

Tuomo Nyyssönen on kotoisin Mouhijärveltä ja toimii tutkijana Tampereen teknillisen yliopiston materiaaliopin laboratoriossa.

Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3896-4

Lisätiedot: Tuomo Nyyssönen puh. 040 849 0138, etunimi.sukunimi@tut.fi

Uutisen jättäjä: Sanna Kähkönen
Asiasanat: tiede ja tutkimus, materiaalioppi