Search

Tiivistelmä. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia Hadfieldin mangaaniteräksen karbidien erkautumista ja niiden vaikutusta teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin sekä selvittää hitsausmetallurgian kannalta oleellisia muuttujia mangaaniteräksen korjaushitsauksessa. Mangaaniteräksen teoreettista taustaa selvitettiin laajasti kirjallisuuskatsauksessa pääasiassa tutkimusartikkeleihin pohjautuen. Kirjallisuuskatsauksen perusteella suoritettiin alustavaa tutkimusta hyödyntäen dilatometrikokeita ja JmatPro- ja ThermoCalc-tietokoneohjelmia. Tämän jälkeen mangaaniteräkselle toteutettiin hehkutuskoesarja sekä kolme erilaista HAZ-simulointia Gleeble termomekaanisella simulaattorilla. Hehkutuskoenäytteitä ja simuloituja HAZ:eja tarkasteltiin valomikroskoopilla. Työn tuloksista havaittiin, että Hadfieldin mangaaniteräkseen erkautuu (Fe, Mn)3C-karbideja rakeiden sisälle ja raerajoille yli 260°C lämpötiloissa. Erkautuminen on erityisen voimakasta lämpötilavälillä 450–700°C, eikä näissä lämpötiloissa voida välttyä haitalliselta karbidierkaumalta edes nopealla jäähdytyksellä. Tällä lämpötilavälillä muodostuvat karbidit ovat morfologialtaan pääasiassa neulasmaisia sekä rakeiden sisällä, että raerajoilla. HAZ-simulointien perusteella mangaaniteräksen HAZ:ssa ei tapahdu merkittävää karbidien erkautumista edes välipalkolämpötilan kannalta epäsuotuisissa tilanteissa. HAZ:eissa nähdään myös hienorakeisia vyöhykkeitä, minkä seurauksena HAZ:ien mekaanisissa ominaisuuksissa oletettavasti esiintyy anisotropiaa. Merkittävimmät muutokset mikrorakenteessa tapahtuvat FGHAZ:in ja perusaineen rajalla, jossa tapahtuu huomattavaa raerajakarbidien erkautumista. Mangaaniteräksen korjaushitsauksen kannalta merkittäviksi tekijöiksi tunnistettiin välipalkolämpötilan ja jäähtymisnopeuden hallinta. Liian korkean välipalkolämpötilan seurauksena mikrorakenteeseen voi erkautua karbideja raerajoille ja rakeiden sisälle, mikä voi haurastuttaa teräksen. Karbidierkauma voidaan minimoida hallitsemalla välipalkolämpötilaa ja jäähdyttämällä teräs nopeasti erityisesti lämpötilavälin 450–700°C ohi.Repair welding of railway switches. Abstract. The aim of this master’s thesis was to study carbide precipitation and its effects on the mechanical properties of Hadfield manganese steel, and to find out variables relevant to welding metallurgy in repair welding of manganese steels. The theoretical background of manganese steels was investigated extensively in the literature review based mainly on research articles. Based on the literature review, preliminary research was performed using dilatometer experiments and JmatPro and Thermocalc computer softwares. Next, a series of annealing experiments and three different HAZ simulations using a Gleeble thermomechanical simulator were performed on the manganese steel. Annealed samples and simulated HAZ samples were investigated with an optical microscope. The results of the work showed that (Fe, Mn)3C carbides precipitate inside the grains and on the grain boundaries of Hadfield manganese steel in temperatures over 260°C. Carbide precipitation is particularly intense in the temperature range of 450–700°C, and at these temperatures deleterious carbide precipitation cannot be avoided, even with rapid cooling. Carbides formed in this temperature range mainly have a needle-like morphology both inside the grains, and on the grain boundaries. Based on the HAZ simulations, there is no significant carbide precipitation in the HAZ of manganese steel, even in situations unfavourable in terms of interpass temperature. Fine grained areas can be seen in the HAZs, resulting in anisotropy in the mechanical properties of HAZs. The most significant changes in the microstructure occur at the boundary of FGHAZ and base metal, where significant precipitation of grain boundary carbides can be seen. The control of interpass temperature and cooling rate were identifed as significant factors for repair welding of manganese steel. Carbides may precipitate on the grain boundaries and inside the grains as a result of too high an interpass temperature, which can cause brittleness in the steel. Precipitation of carbides can be minimized by controlling the interpass temperature and by rapid cooling of the steel especially past the temperature range of 450–700°C.

Tiivistelmä. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää eri seosaineiden vaikutus austeniittisten ruostumattomien terästen pistekorroosiotaipumukseen. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena hyödyntäen aiheeseen liittyvää kirjallisuutta sekä aiempia tutkimuksia. Työtä varten ei toteutettu uutta käytännön korroosiotutkimusta. Työn alussa käydään lyhyesti läpi aiheeseen liittyviä peruskäsitteitä, kuten ruostumaton teräs ja korroosio. Tämän jälkeen käsitellään tarkemmin pistekorroosion mekanismia ja teräksen pistekorroosiolle altistavia tekijöitä sekä ruostumattoman teräksen passivoitumisilmiötä. Lopuksi tarkastellaan korroosiotutkimuksia ja niissä tehtyjä havaintoja typpi- ja molybdeeniseostusten vaikutuksesta pistekorroosioon. Austeniittiset ruostumattomat teräkset ovat teollisuudessa käytetyin ruostumattomien terästen ryhmä. Yksi kyseessä olevien terästen tärkeimmistä ominaisuuksista on korroosionkestävyys, joka perustuu niiden pinnalle muodostuvaan passiivikalvoon. Passiivikalvo on kaksikerroksinen kalvo, joka muodostuu spontaanisti teräksen pintaan hapettavassa ympäristössä. Passiivikalvo voi rikkoutua esimerkiksi kloridipitoisessa ympäristössä. Pistekorroosio on vaarallinen korroosiomuoto, jota esiintyy austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä. Pistekorroosio ydintyy tyypillisesti johonkin teräksen pinnan epäjatkuvuuskohtaan. Pistekorroasioalttiuteen vaikuttavat myös ympäristön tekijät, kuten lämpötila ja pH-arvo. Austeniittisten ruostumattomien terästen pistekorroosionkestävyyttä voidaan parantaa erityisesti molybdeeni- ja typpiseostuksilla. Repassivaation tehostaminen on typen pääasiallinen austeniittisten ruostumattomien terästen pistekorroosionkestävyyttä parantava vaikutus. Molybdeenin havaittiin vähentävän passiivikalvon paikallisia rikkoutumisia. Typellä ja molybdeenillä on myös havaittu korroosionkestävyyttä parantavia yhteisvaikutuksia.The effect of alloying elements on the tendency for pitting corrosion in AISI 300 series austenitic stainless steels. Abstract. The goal of this bachelor’s thesis was to find out the effect of different alloying elements on the tendency for pitting corrosion in austenitic stainless steels. The thesis was done as a literary survey using literature and earlier studies relevant to the subject of the thesis. New practical corrosion study was not conducted for this thesis. Basic concepts relevant to the subject of the thesis, such as stainless steel and corrosion, are discussed at the beginning of the thesis. After this, the mechanism of pitting corrosion and the factors that expose steels to pitting corrosion, along with the passivation phenomenon of stainless steel, are discussed. Lastly, corrosion studies and their findings about the effects of nitrogen and molybdenum alloying on pitting corrosion are covered. Austenitic stainless steels are the most used group of stainless steels in industry. One of the most important properties of the steels in question is their corrosion resistance, which is based on the passive film that forms on their surface. A passive film is a twolayer film that forms spontaneously on the surface of a steel in an oxidizing environment. A Passive film can break, for example, in an environment containing chlorides. Pitting corrosion is a dangerous form of corrosion that occurs in austenitic stainless steels. Typically, pitting corrosion nucleates on a point of discontinuity on the surface of a steel. Environmental factors, such as temperature and pH, affect the tendency for pitting corrosion. The pitting corrosion resistance of austenitic stainless steels can be improved especially by molybdenum and nitrogen alloying. Enhancing repassivation is the primary effect of nitrogen in improving the pitting corrosion resitance of austenitic stainless steels. Molybdenum was observed to reduce localized breaking in passive films. Nitrogen and molybdenum synergisms in improving pitting corrosion resistance have also been observed.

Tiivistelmä. Kilpailu videopelimarkkinoilla on kovaa, jonka myötä kehittäjien tulee panostaa pelikokemukseen entistä enemmän. Yksi keskeisin keino parantaa pelikokemusta on arvioida pelin pelattavuutta erilaisten arviointimenetelmien avulla ja löytää siten pelikokemusta haittaavia ongelmia. Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella laadullisesti aikaisemman kirjallisuuden avulla erilaisia menetelmiä pelin pelattavuuden arviointiin, menetelmien hyviä ja huonoja puolia sekä tekijöitä, jotka vaikuttavat menetelmien valintaan. Tarkoituksena oli antaa arviointimenetelmistä kokonaisvaltainen kuva, jonka myötä saataisiin käsitys erilaisten arviointimenetelmien olemassaolosta sekä niiden käytöstä, merkityksestä ja valinnasta niin käytännön peliarvioinnissa kuin myös tieteellisessä tutkimuksessa. Tutkimusmenetelmänä oli kuvaileva kirjallisuuskatsaus, toiselta nimeltä narratiivinen kirjallisuuskatsaus, jonka tavoitteena oli kuvata ja jäsennellä aikaisempaa tietoa tutkimuskysymysten mukaan. Aineistoa etsittiin Google Scholar -hakukoneella ja löydettyjen artikkeleiden lähdeluetteloiden kautta. Tärkeimmäksi lähteeksi muodostui Isbisterin ja Schafferin kokoama artikkelikokoelma ”Game Usability”, jonka artikkeleissa esiteltiin monia tutkimuksen kannalta keskeisiä pelin arviointimenetelmiä. Tutkimuksen tuloksena arviointimenetelmät jaoteltiin asiantuntijamenetelmiin ja käyttäjäkeskeisiin menetelmiin. Asiantuntijamenetelmiä olivat heuristinen arviointi, asiantuntija-arviointi ja SEEM-arviointi. Käyttäjäkeskeisiä menetelmiä olivat puolestaan käyttäjätestaus, ryhmätestaus, psykofysiologinen mittaus, betatestaus sekä kyselyt ja haastattelut. Asiantuntijamenetelmien keskeisenä hyötynä löydettiin, että niitä voidaan hyödyntää missä tahansa suunnittelun vaiheissa. Suurimpana haittana niillä oli, että asiantuntijoiden tekemän arvioinnin myötä ne erkaantuvat käyttäjistä, eivätkä löydä siten kaikkia pelaajien kohtaamia ongelmia. Käyttäjäkeskeisissä menetelmissä on mukana varsinaisia pelaajia ja niiden hyötyinä oli siten arviointi ja ongelmien löytäminen pelaajien näkökulmasta. Käyttäjäkeskeisten menetelmien hyödyntämiseksi tarvitaan kuitenkin toimiva peli ja ne vaativat myös enemmän resursseja kuin asiantuntijamenetelmät. Menetelmien valintaa tarkastellessa huomattiin, että siihen vaikuttaa millaista tietoa arvioinnista halutaan saada, missä vaiheessa pelin kehitys on ja millaisia resursseja on saatavilla? Valinnassa tulee lisäksi ottaa huomioon erilaisten arviointimenetelmien yhdistäminen ja rinnakkainen käyttö, sillä erilaiset menetelmät täydentävät toisiaan niin käytännön peliarvioinnissa kuin myös tieteellisessä tutkimuksessa. Tulokset antoivat uuden näkökulman erilaisista pelattavuuden arviointimenetelmistä ja niiden vertailusta. Jatkotutkimuksena tarvitaan lisää erilaisia näkemyksiä pelin arviointimenetelmien kartoittamisesta. Arviointimenetelmiä tulisi myös testata lisää käytännön tilanteissa ja jatkokehittää. Lisäksi tarvitaan lisää tutkimusta, jonka myötä voitaisiin siirtyä pelin käytettävyyden tutkimuksesta enemmän kohti pelattavuuden tutkimusta, sillä pelit eroavat tavallisista järjestelmistä ja perinteinen käytettävyys ei pysty siten selittämään pelistä saatavaa monimuotoista pelikokemusta yhtä kattavasti kuin pelejä varten kehitetty pelattavuuden konsepti.