Användningen av naturliga resurser ökar allt mer och därmed även dess knapphet. I organisationer finns det en överdriven användning av naturtillgångar då en del inte används till sitt primära syfte, vilket kan ses som en form av slöseri. Avfallsproduktion är ett område som dels utgör ett onödigt användande av naturliga resurser och samtidigt innebär kostnader för en organisation. Avfallsproduktion kan placeras in under interna kvalitetsbristkostnader som innefattar produkter med fel och brister som upptäcks vid tillverkning. Reduktion av defekta produkter och avfallsproduktion är ett överlappande områden mellan koncepten Lean och Green. Därmed blir det av stor vikt att effektivt reducera uppkomsten av felaktiga produkter och således minska sin avfallsproduktion för att uppnå en hållbar utveckling gällande miljö och ekonomi. Denna studie syftar till att undersöka vad det kan finnas för brister i en tillverkningsindustris hanterings- och dokumenteringsprocesser av producerat avfall som motverkar att det effektivt kan reduceras. Vidare är syftet att undersöka hur en lösning kan se ut som beaktar brister från två perspektiv, vilket är systemets nuvarande utformning med hänsyn till teori samt hur väl implementerat systemet är i praktiken.  Genom en fallstudie på Cloetta Sverige AB i Ljungsbro som både arbetar utefter sitt egna Lean-2020 initiativ och med hållbar miljöutveckling, har en nulägesbeskrivning av hanterings- och dokumenteringsprocesser gjorts på en av fabrikens produktionslinjer. Teorier inom avfallshantering och kvalitetsstyrning har använts för att identifiera brister i deras nuläge men även utgjort en grund till de förbättringsförslag som utformat en lösning. Funna brister och utformad lösning har sedan bidragit till slutsatser som besvarar studiens syfte och tillhörande frågeställningar. I slutsatsen konstateras de tre största bristerna som bidrar till att fallföretaget inte kan effektivt angripa sin avfallsproduktion. Dessa brister är: rapporteringssystemen är utformade på ett sätt som gör det svårt att utvinna eftersträvad information; rapporteringen genomförs felaktigt; icke lämpliga mätmetoder används för viktbestämning av producerat avfall. Förbättringsförslagen beaktar alla funna brister från de två perspektiven och lyfts fram i analys tillsammans med rekommendationer till fallföretaget för hur de kan implementeras. / Natural resources are increasingly being used and at the same time its scarcity increases. In organisations there is an excessive use of natural resources, as some are not used for their primary purpose, which can be seen as a form of waste. Production of solid waste is an area that represents unnecessary use of natural resources and at the same time entails costs for an organisation. It can be placed within internal quality deficiency costs that include defective products that are discovered during manufacturing. Reduction of defective products and solid waste is an overlap between the concepts of Lean and Green. Thus, it is of great importance to effectively reduce the occurrence of defective products and thus minimise the generation of solid waste in order to achieve a sustainable development in terms of environmental and economical concern. This study aims at investigating what deficiencies may exist in a manufacturing industry’s handling and documentation processes of produced waste, which counteracts that it can be effectively reduced. Furthermore, the purpose is to investigate how a solution can be formed taking all deficiencies into account from two perspectives, which is the system’s current design with references to theory and how well the system is implemented in practice. Through a case study at Cloetta Sweden AB in Ljungsbro, which works both on its own Lean-2020 initiative and with sustainable environmental development, a current state description of handling and documentation processes has been conducted on one of the factory’s production lines. Theories in waste and quality management have been used to identify deficiencies in their current processes, but also to form the basis of suggestions for improvement that shape a solution. Discovered deficiencies and designed solution hence contributes to a conclusion that answer the purpose of the study and its research questions. In conclusion, the three greatest deficiencies that contribute to the fact that the company cannot effectively reduce waste production are confirmed. These deficiencies are: reporting systems are designed in a way that makes it difficult to extract desired information; reporting is performed incorrectly; inappropriate measurement methods are used for weight determination of produced waste. The suggestions for improvement take all identified deficiencies into account from the two perspectives and are highlighted in analysis together with a recommendation on how they can be implemented.

Additive Manufacturing (AM) is an uprising manufacturing process for parts with complex geometries and low production quantities. Within the layer-wise building process, less additional processes are needed, to produce the parts. This allows a building of parts within a reasonable time- and costs-range. Especially industries, such as aerospace industry, can profit from AM. Electron beam – Powder bed fusion (EB-PBF) is a common technique, within AM, to produce metallic parts out of special alloys such as Alloy 718. This superalloy is a Nickle-Iron based alloy that has high mechanical properties, even in elevated temperatures (up to 650ºC). The combination of such material properties with high geometrical freedom creates new opportunities for the industry. However, it must be noted that a significant drawback of AM-techniques is the need for post-processing because of surface roughness- and microstructural characteristics. Commonly, the produced parts utilize mechanical post process such as milling to provide good surface roughness and dimensional accuracy. To reduce the surface roughness in the contour region, and therefore reduce the amount of mechanical post-processing, the present survey elaborates the effect of relevant parameters on contours such as the number of contours, scanning speed, focus offset and beam current. By using Design of Experiments (DOE), two batches were carried out: one screening batch and a two-level-full factorial design. In those batches, 15×15×15 mm cubes were printed with various parameters and, after that, analysed by using White light interferometry (WLI), Optical microscopy (OM) and Scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, the program ImageJ was used to perform porosity and melt pool measurements. It had been observed that the number of contours had quite a considerable impact on the final surface roughness and the number of defects. Samples with two contours, instead of only one, tend to have a lower surface roughness. Nevertheless, the parameters and their interaction were found to have fundamental effects on the resulting surface roughness and microstructure.

In this thesis, density functional theory (DFT) calculations and DFT based ab initio molecular dynamics simulations have been employed in order to gain insights into materials properties like diffusion, adsorption, catalysis, and structure. In transition metals, absorbed hydrogen atoms self-trap due to localization of metal d-electrons. The self-trapping state is shown to highly influence hydrogen diffusion in the classical over-barrier jump temperature region. Li diffusion in Li-N-H systems is investigated. The diffusion in Li3N is shown to be controlled by the concentration of vacancies. Exchanging one Li for H (Li2NH), gives a system where the diffusion no longer is dependent on the concentrations of vacancies, but instead on N-H rotations. Furthermore, exchanging another Li for H (LiNH2), results in a blockade of Li diffusion. For high-surface area hydrogen storage materials, metal organic frameworks and covalent organic frameworks, the hydrogen adsorption is studied. In metal organic frameworks, a Li-decoration is also suggested as a way to increase the hydrogen adsorption energy. In NaAlH4 doped with transition metals (TM), the hypothesis of TM-Al intermetallic alloys as the main catalytic species is supported. The source of the catalytic effect of carbon nanostructures on hydrogen desorption from NaAlH4 is shown to be the high electronegativity of the carbon nanostructures. A space-group optimized ab initio random structure search method is used to find a new ground state structure for BeC2 and MgC2. The fast change between the amorphous and the crystalline phase of GeSbTe phase-change materials is suggested to be due to the close resemblance between the local amorphous structure and the crystalline structure. Finally, we show that more than 80% of the voltage in the lead acid battery is due to relativistic effects. / Felaktigt tryckt som Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 702

There are great energy savings to be made by recycling aluminium; as little as 5% of the energy needed for primary aluminium production may be required. Striving to produce high quality aluminium castings requires knowledge of microstructural imperfections, which is extra important when casting recycled aluminium that generally contains higher levels of imperfections compared to primary aluminium. Imperfections include amongst others Si, Fe, and Mn as well as oxides. Si is needed for castability, but it may also initiate fracture. There are different types of Fe-rich intermetallics influencing properties of castings, generally in a negative direction. Oxides constitute cracks and they are elusive because they are difficult to quantify. This thesis aims to increase knowledge about imperfections in recycled aluminium castings originating from alloying elements and the melt. Experiments were performed in advanced laboratory equipment, including X-radiographic imaging during solidification and in-situ tensile testing in a scanning electron microscope. Experiments were also performed at industrial foundry facilities. The experiments showed that the nucleation temperature of primary α-Fe intermetallics increased with higher Fe, Mn, and Cr contents. Primary α-Fe are strongly suggested to nucleate on oxides and to grow in four basic morphologies. Lower nucleation frequency of α-Fe promoted faster growth and hopper crystals while higher nucleation frequency promoted slower growth rates and massive crystals. Results also showed that a decrease in the size of the eutectic Si and plate-like β-Fe intermetallics improved tensile properties, foremost the elongation to fracture. In β-Fe containing alloys the transversely oriented intermetallics initiated macrocracks that are potential fracture initiation sites. In alloys with primary α-Fe foremost clusters of intermetallics promoted macrocracks. In fatigue testing, a transition from β-Fe to α-Fe shifted the initiation sites from oxides and pores to the α-Fe, resulting in a decrease of fatigue strength. Oxides in Al-Si alloys continue to be elusive; no correlations between efforts to quantify the oxides and tensile properties could be observed. / Genom att återvinna aluminium kan stora energibesparingar göras eftersom återvinning kan förbruka så lite som 5% av den energi som behövs för produktion av primär aluminium. Vid gjutning av högkvalitativa aluminiumprodukter krävs förståelse för defekter i mikrostrukturen och denna kunskap är extra viktig vid användning av återvunnen aluminium, som i regel innehåller mer defekter än primär aluminium. Defekterna består bland annat av Si, Fe och Mn samt oxider. Si behövs för gjutbarhet men kan också initiera brott. Järnrika intermetaller kan ha olika morfologier som generellt påverkar gjutna komponenter negativt. Oxider, som kan utgöra sprickor, är gäckande då de är svåra att kvantifiera. Denna avhandlings syfte är att öka kunskapen om defekter i gjutna komponenter av återvunnen aluminium. Experiment utfördes med avancerad laborationsutrustning så som röntgenfotografering av prover under stelning och dragprovning i svepelektronmikroskop. Experiment utfördes också i industrimiljö. Experimenten visade att kärnbildningstemperaturen steg för primära α-Fe intermetaller med ökade andelar av Fe, Mn och Cr. Resultaten tyder starkt på att primär α-Fe kärnbildas på oxider och att de växer i fyra olika morfologier. Lägre kärnbildningstäthet av α-Fe främjade snabbare tillväxt av kristaller med håligheter men högre kärnbildningstäthet främjade långsammare tillväxt av massiva kristaller. Resultaten visade också att minskad storlek av eutektiskt Si och β-Fe intermetaller ledde till förbättring av dragprovsresultaten, främst brottförlängningen. I legeringar med β-Fe ledde transversellt orienterade intermetaller till makrosprickor vilka kan initiera brott. I legeringar med primär α-Fe var det främst kluster av intermetaller som orsakade makrosprickor. I utmattningsprovning orsakade modifiering av β-Fe till α-Fe förflyttning av sprickinitieringen från oxider och porer till α-Fe, vilket resulterade i en reducerad utmattningshållfasthet. Oxiderna i Al-Si-legeringar fortsätter att gäcka; ingen korrelation mellan försök att kvantifiera oxiderna och draghållfasthet kunde påvisas.

Elektromagnetisk provning (ECT) har blivit en av de mest använda metoderna för attkvalitetssäkra produkter där icke-destruktiv testning av material krävs. Vid provning av ståltrådinteragerar utrustningen med det testade materialet och upptäcker ytdefekter och, i vissomfattning, om strukturen skiljer sig från det kalibrerade provet. Om produkten befinner sigutanför specifikationen, skrotas den eller ombearbetas. Denna Mastersuppsats undersökerkalibreringsförfarandet för elektromagnetisk provning som utförs av Suzuki Garphyttan, som är enav de största tillverkarna i världen av ventil- och transmissionsfjädrar för bilindustrin. Genom deslutsatser som framgår av denna rapport, som baseras på undersökningar gjorda i vetenskapligaartiklar och genom att analysera den data som inhämtats från produktionen, presenteras enstandardisering av kalibreringsförfarandet. Detta är nödvändigt för att säkerställa såväl testernastillförlitlighet, såväl som minimering av risken för att skrota ut material på grund av felaktigainställningar, till exempel på grund av otillräckligt signal-brus (S/N)-förhållande. Fokus ligger påsond-baserad, roterande testning, i denna avhandling kallad circografen, eftersom den är manuelltkalibrerad.Några av de konstaterade resultaten i rapporten är:● Standard Operating Procedures (SOP)-baserade instruktioner implementeras i företagetskvalitetssystem. Detta för att minska variationer i kvalitet mellan olika operatörer ochmaskiner.● Ett förslag på intervaller för värden (fasvinkel, förstärkning, korrigering av filter och såvidare) presenteras. Detta är baserat på insamlad unik produktionsdata från operatöreroch utförda test.● Fasvinklarna som används varierar inom specifika intervaller och bestäms av materialval iallmänhet och frekvensval i synnerhet.● Konduktivitets- och permeabilitetsvärdena för oljehärdad tråd, liksom penetrationsdjupetför tre olika frekvenser presenteras.● Härdningsfel kan inte detekteras i roterande provning● Ökat kolinnehåll minskar den elektriska ledningsförmågan och ger ökad resistivitet, vilketgör att fasen flyttar sig och resulterar i ett minskande gap mellan brussignal ochspricksignal. / Eddy current testing (ECT) has become one of the most extensively used methods to secure theproducts and constructions when non-destructive testing is required. In typical cases of steel wiretesting, the equipment interacts with the tested material and discovers surface defects and, to alimited extent, if the inner structure is differing from the calibration sample. If the product isfound to be outside specification, it is either scrapped or reworked. This master thesis investigatesthe Eddy current testing calibration procedures performed by steel wire manufacturer SuzukiGarphyttan, which is one of the largest producers in the world of valve and transmission springwire for the automotive industry. By the research shown in this thesis, based on the investigationmade in scientific papers and by analyzing data extracted from production, a standardization ofthe calibration procedure is being presented. This is to secure both the testing reliability, andminimizing the risk of scrapping material due to inaccurate settings, for example due toinsufficient signal to noise (S/N) ratio. The focus is on probe-based, rotating testing, in this thesiscalled the circograph, since it is manually calibrated.Some of the findings established in the report: Standard Operating Procedures (SOP) based instructions is being implemented in thecompany's Quality system. This is to decrease the process variations between differentoperators and machines. Suggestions of intervals for values (Phase angle, gain, filter correction and so forth) arepresented. These values are based on collected unique production data from operators andmachines, as well as performed tests. The phase angles used are ranging between specific value intervals, and set by materialchoice in general and choice of frequency in particular. The conductivity and permeability values for oil-tempered wire, as well as penetrationdepth for three different frequencies, are presented. Hardening error cannot be detected in the circograph. Increased carbon content is decreasing conductivity and increasing resistivity, causing thephase to move slightly and decreasing the gap between noise signal and crack signal.

<p>Cemented carbides (WC-Co) are powder metallurgical products produced by liquid phase sintering. WC-Co is widely used for making a large variety of cutting tools, such as drills and inserts turning applications, due to its great mechanical properties, where the hardness of the WC grains is combined with the toughness of the of the Co binder. WC grain size and grain size distribution are the two most important factors to control the mechanical properties of the products.</p><p>This study examined the grain growth dependence of different milling and sintering times. The resulting grain size and grain size distribution were measured using image analysis on scanning electron microscopy images (SEM) and by using electron backscatter diffraction (EBSD). In addition, the correlation between hardness and coercivity, the most common indirect measures of grain size, and different methods of calculating average grain radius were investigated. An attempt was also made to study the contribution of defects to grain growth. This work also includes an overview of various grain growth equations and a numerical implementation of these.</p><p>Experimental results show that for shorter sintering times, powders milled for short times (15 min and 1 h) have larger average grain radii. There is a crossover after 6 to 8 h of sintering, where the powders milled for a long time (40 h and 200 h), have larger average radii. The measured hardness values correlate well with the average grain radius calculated from the grain surface area and the coercivity correlates with the established equations. EBSD measurements detected boundaries that could not be detected by image analysis, and that were not Sigma 2 boundaries. It is likely that these boundaries are either low energy boundaries or boundaries between grains that are very closely oriented. Comparing heat-treated powder with the untreated resulted in a lower average grain size after sintering for the heat-treated powder. None of the growth equations investigated in this work could fully describe the experimental grain growth.</p><p>Through increased understanding of the grain growth, the growth can be controlled and the end product can have the desired tool properties. The occurrence of abnormal grains in cutting tool applications can cause breakage, which is especially important to avoid in applications such as PCB drills. A correlation between hardness and grain size provides further means for cheap and fast indirect measures of the grain size in production.</p> / <p>Hårdmetall är ett pulvermetallurgiskt material som tillverkas genom smältfassintring och som kännetecknas av hårdhet, styvhet och god slitstyrka. Volframkarbidens (WC) kornstorlek och kornstorleksfördelning är två viktiga faktorer för att kontrollera de mekaniska egenskaperna i hårdmetall.</p><p>I den här studien har korntillväxtens beroende på malning och sintring undersökts. WC-Co maldes och sintrades fyra olika tider och kornstorleksfördelningen mättes med bildanalys på svepelektronmikroskopbilder samt med ``electron backscatter diffraction'' (EBSD). I arbetet har även korrelationen mellan hårdhet, koercivitet och olika sätt att beräkna medelkornstorleken undersökts. Ett försök har också genomförts för att studera hur defekterna i det malda pulvret påverkar korntillväxten. I arbetet har även ett flertal olika tillväxtekvationer modellerats numeriskt och för och nackdelar med de olika tillväxtekvationerna har vägts mot varandra.</p><p>En lång maltid (40 h och 200 h) visade sig ge liten kornstorlek för sintring kortare än 6 h, men för sintringar längre än 8 h gav istället kort malning (15 min och 1 h) den mindre kornstorleken. Det visade sig att uppmätt hårdhet korrelerar bäst med den medelkornstorleksradie som räknats fram från kornytan. I EBSD mätningarna kunde man observera ett flertal korngränser, utöver Sigma 2 korngränser, som inte hade detekterats med bildanalys. Värmebehandlingen av det malda pulvret minskade korntillväxten under efterföljande sintring. Ingen av de undersökta tillväxtekvationerna kunde beskriva de experimentella resultaten fullt ut.</p><p>Genom ökad förståelse för korntillväxt kan man kontrollera tillväxten och slutprodukten kan få önskade egenskaper. Förekomsten av abnorm korntillväxt i skärverktyg i hårdmetall är en av de vanligaste kritiska defekterna och det är speciellt viktigt är undvika korntillväxt i tillverkning av små verktyg, som till exempel kretskortsborrar. Hårdhet och koercivitet är de vanligaste indirekta mätmetoderna för att mäta kornstorlek i produktion. En bra korrelation mellan kornstorlek och indirekta mätmetoder ger utökade verktyg för snabba och billiga mätningar.</p>

Cemented carbides (WC-Co) are powder metallurgical products produced by liquid phase sintering. WC-Co is widely used for making a large variety of cutting tools, such as drills and inserts turning applications, due to its great mechanical properties, where the hardness of the WC grains is combined with the toughness of the of the Co binder. WC grain size and grain size distribution are the two most important factors to control the mechanical properties of the products. This study examined the grain growth dependence of different milling and sintering times. The resulting grain size and grain size distribution were measured using image analysis on scanning electron microscopy images (SEM) and by using electron backscatter diffraction (EBSD). In addition, the correlation between hardness and coercivity, the most common indirect measures of grain size, and different methods of calculating average grain radius were investigated. An attempt was also made to study the contribution of defects to grain growth. This work also includes an overview of various grain growth equations and a numerical implementation of these. Experimental results show that for shorter sintering times, powders milled for short times (15 min and 1 h) have larger average grain radii. There is a crossover after 6 to 8 h of sintering, where the powders milled for a long time (40 h and 200 h), have larger average radii. The measured hardness values correlate well with the average grain radius calculated from the grain surface area and the coercivity correlates with the established equations. EBSD measurements detected boundaries that could not be detected by image analysis, and that were not Sigma 2 boundaries. It is likely that these boundaries are either low energy boundaries or boundaries between grains that are very closely oriented. Comparing heat-treated powder with the untreated resulted in a lower average grain size after sintering for the heat-treated powder. None of the growth equations investigated in this work could fully describe the experimental grain growth. Through increased understanding of the grain growth, the growth can be controlled and the end product can have the desired tool properties. The occurrence of abnormal grains in cutting tool applications can cause breakage, which is especially important to avoid in applications such as PCB drills. A correlation between hardness and grain size provides further means for cheap and fast indirect measures of the grain size in production. / Hårdmetall är ett pulvermetallurgiskt material som tillverkas genom smältfassintring och som kännetecknas av hårdhet, styvhet och god slitstyrka. Volframkarbidens (WC) kornstorlek och kornstorleksfördelning är två viktiga faktorer för att kontrollera de mekaniska egenskaperna i hårdmetall. I den här studien har korntillväxtens beroende på malning och sintring undersökts. WC-Co maldes och sintrades fyra olika tider och kornstorleksfördelningen mättes med bildanalys på svepelektronmikroskopbilder samt med ``electron backscatter diffraction'' (EBSD). I arbetet har även korrelationen mellan hårdhet, koercivitet och olika sätt att beräkna medelkornstorleken undersökts. Ett försök har också genomförts för att studera hur defekterna i det malda pulvret påverkar korntillväxten. I arbetet har även ett flertal olika tillväxtekvationer modellerats numeriskt och för och nackdelar med de olika tillväxtekvationerna har vägts mot varandra. En lång maltid (40 h och 200 h) visade sig ge liten kornstorlek för sintring kortare än 6 h, men för sintringar längre än 8 h gav istället kort malning (15 min och 1 h) den mindre kornstorleken. Det visade sig att uppmätt hårdhet korrelerar bäst med den medelkornstorleksradie som räknats fram från kornytan. I EBSD mätningarna kunde man observera ett flertal korngränser, utöver Sigma 2 korngränser, som inte hade detekterats med bildanalys. Värmebehandlingen av det malda pulvret minskade korntillväxten under efterföljande sintring. Ingen av de undersökta tillväxtekvationerna kunde beskriva de experimentella resultaten fullt ut. Genom ökad förståelse för korntillväxt kan man kontrollera tillväxten och slutprodukten kan få önskade egenskaper. Förekomsten av abnorm korntillväxt i skärverktyg i hårdmetall är en av de vanligaste kritiska defekterna och det är speciellt viktigt är undvika korntillväxt i tillverkning av små verktyg, som till exempel kretskortsborrar. Hårdhet och koercivitet är de vanligaste indirekta mätmetoderna för att mäta kornstorlek i produktion. En bra korrelation mellan kornstorlek och indirekta mätmetoder ger utökade verktyg för snabba och billiga mätningar.

Quality inspection is an essential part of almost any industrial production line. However, designing customized solutions for defect detection for every product can be costlyfor the production line. This is especially the case for short-series production, where theproduction time is limited. That is because collecting and manually annotating the training data takes time. Therefore, a possible method for defect detection using only synthetictraining data focused on geometrical defects is proposed in this thesis work. The methodis partially inspired by previous related work. The proposed method makes use of aninstance segmentation model and pose-estimator. However, this thesis work focuses onthe instance segmentation part while using a pre-trained pose-estimator for demonstrationpurposes. The synthetic data was automatically generated using different data augmentation techniques from a 3D model of a given object. Moreover, Mask R-CNN was primarilyused as the instance segmentation model and was compared with a rival model, HTC. Thetrials show promising results in developing a trainable general-purpose defect detectionpipeline using only synthetic data