ÅF Test Center in Borlänge had a need to expand their capacity for compressive and tensile strength tests. They wanted to do this by using a hydraulic cylinder, which they already possessed, to apply the force with. This required a load receiving structure. The aim of this work was to design and dimensioning a test bench for a cylinder marked NIKE 300 tons. The work would result in a completed design proposal on a test bench which could manage to run the compressive and tensile strength tests of up to 3000 kN. Compression and tensile tests are important tests to ascertain the material properties, which are important in the design and dimension work. The tests can simulate real load situations and then evaluated and verified products strength.   The project has involved searching and collecting data of the current hydraulic cylinder to produce a specification. A literature study has been carried out on strength tests were also existing products are studied. A number of concepts have been developed and evaluated against the requirements and ability to meet the strength requirements. Calculations have been performed of the test bench so it can be designed against the established strength requirements. The work also included an investigation how applied force should be measured.   The designs are developed with consideration of simplicity, minimum of components and manufacturing facility. The dimension has formed out from facts that static compressive and tensile tests will be carried out on the bench. The applied force is measured by a pressure sensor mounted on the hydraulics to the cylinder. It was a low cost alternative as they are not expensive in comparison with load cells or other discussed methods.   The test bench who are presented is a completed design proposal that meet the goal of project and the terms of specifications. The work presents in order to CAD models of the design, drawings have been produced and there is documentation of calculations for the dimensioning. It is recommended that a FEM analysis is done to ensure the strength of the test bench. Further preparation of drawing documentation is required before the test bench is ready for manufacturing.

Efterfrågan på förnyelsebara och miljövänliga produkter har ökat under de senaste åren. Biobaserade plaster anses vara en av de mest lovande innovationer.    Det övergripande målet med examensarbetet var att undersöka möjligheterna att utvinna xylan och glukomannan ur rapshalm. Metoden som utnyttjades var en hydrotermisk extraktion. Inverkan av temperatur, pH och tid studerades genom att tillämpa ett faktorförsök på två nivåer. En askhalt- och torrhalt-analys utfördes på produkterna för att dels bestämma andelen oorganiskt material, dels beräkna det totala utbytet. Hemicellulosans molekylvikt bestämdes med hjälp av en SEC-analys. Kolhydratsammansättningen och andelen lignin i varje prov avslöjdes genom att utföra en kolhydratanalys. Två väletablerade tekniker (NMR (Nuclear magnetic resonance) och FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy)) användes i detta arbete för bestämning av strukturen. NMR utnyttjades för att studera förhållandet mellan sockret och sidogrupperna medan IR användes för identifiering av de funktionella grupperna som förekommer i varje prov. Hemicellulosan som togs fram i projektet användes till gjutning av plastfilmer vars mekaniska egenskaper studerades genom att utföra dragprovningar.   Resultaten påvisade ett högt utbyte av produkt i samband med höga koncentrationer av NaOH. Andelen oorganiskt material var högre för de prover som behandlades med enbart vatten jämfört med de prover som behandlades med alkali. IC-analysen påvisade att glukomannan utsöndras med vatten medan utbytet av xylan blir högre vid behandling med alkali. IC-analysen visade även att den specifika typen av xylan i den undersökta rapshalmen utgörs av arabinoglukuronoxylan. SEC-analysen fastställde att vattenbehandlade prover har en högre molekylvikt. Ett oväntat resultat var att mängden lignin som erhölls i de vattenbehandlade proverna var högre än de som erhölls vid alkalibehandling. Resultaten från NMR- och IR- analyserna påvisade förekomsten av polysackarider i de olika proven. Dragprovningen visade att jämnt fördelade andelar xylan och glukomannan tillsammans med en hög molekylvikt bidrog till en större förmåga hos materialet att kunna bemöta den ökade belastningen.

PET har under lång tid använts för flasktillverkning eftersom den är lätt, har goda barriäregenskaper och kan enkelt bearbetas industriellt. På senare tid har miljömedvetenheten ökat i samhället och därmed efterfrågan på återvunnet material, däribland PET-flaskor. Redan idag tillverkas flaskor med helt återvunnen PET.  Återvunnen PET har dock kvalitetsproblem. Därför uppstår frågan hur materialegenskaperna hos 100% återvunna PET-flaskor påverkas av upprepade återvinningscykler.  I den här rapporten undersöks hur den kemiska strukturen och egenskaperna förändras hos materialen allt eftersom fler återvinningscykler genomförs. Tre olika återvunna PET-material används för att ge ett bredare undersökningsunderlag och dessa tre material jämförs sedan sinsemellan samt med jungfrulig PET (icke-återvunnen PET) som referens.  Egenskaperna analyseras med DSC för att ge information om termiska egenskaper, ATR-FTIR utförs för att detektera nedbrytning och förändring i den kemiska strukturen, dragprovning görs för att se hur återvinningen påverkar de mekaniska egenskaperna hos materialen och slutligen analyseras även den inneboende viskositeten hos de återvunna materialen.  Examensarbetet visar på en markant minskning av inneboende viskositet med antalet återvinningscykler. Dessutom kan viss nedbrytning hos den kemiska strukturen ses via ATR-FTIR fastän inte så tydligt. Även en tendens till minskad kristallinitet med återvinning kan ses med DSC. En minskning i kristallinitet möjliggör produktion av mer transparenta flaskor, vilket ofta är eftertraktat. Emellertid får materialet försämrade barriäregenskaper. Dock krävs mer forskning för att kunna dra några slutsatser gällande materialegenskaper i industriell skala. / PET has been used in bottle production for a long time since it is lightweight, easily processable and has good barrier properties. In recent years, the awareness of environmental issues has increased and thereby the demand for recycled materials, including PET bottles. Already today PET bottles with 100% recycled PET are produced. However, recycled PET bottles have quality problems. Thereby, the question arises how the material properties of 100% recycled PET bottles are affected when subjected to multiple recycling loops.  In this report the changes in chemical structure and material properties of the materials are investigated as more recycling loops are performed. Three different recycled PET materials are used to give a broader base of information. These materials are compared to each other and to virgin PET (not recycled PET) as a reference.  The materials are analysed with DSC to give information about the thermal properties, ATR-FTIR to detect changes in the chemical structure, tensile testing to see how the recycling affects the mechanical properties of the material and finally the intrinsic viscosity is analysed for the recycled materials.  In this master thesis a clear decrease in intrinsic viscosity with increasing number of recycling loops can be observed. In addition, some degradation of the chemical structure can be seen through ATR-FTIR, although not very clearly. Also, a decrease in crystallinity with the number of recycling loops can be seen from DSC. A decrease in crystallinity enables production of more transparent bottles, which is often desired, although the material will have reduced barrier properties. However, more research is required to draw any conclusions regarding the material properties on an industrial scale.

Återvinning och insamling av PET-flaskor startade redan 1994 i Sverige och är en av de grundläggande återvinningsindustrierna.Teknologin har ständigt utvecklas sedan dess och vi har nu nya återvinningsmetoder som kan säkerställa PET-material som uppnår livsmedelskvalitet. Dessutom produktionsmetoder så som Solid-State polymerisation, vilket möjliggör flaska-till-flaska mantrat som genomsyrar Returpack.Med den globala klimatutmaningen vi har framför oss så är intresset i återvinning minskning i användning av fossila bränslen väldigt intressant i många industrier.PET-industrin är en av dessa, där både dryck företag och flasktillverkare vill tillverka flaskor med högre andel återvunnet PET-material. Detta kan redan noteras ute på marknaden, där det finns flaskor tillverkade från 100% återvunnen PET. I denna avhandling har vi undersökt effekten av halten återvunnet material har på både mekaniska och kemiska egenskaper. Effekten av antalet återvinnings-cykler har också blivit undersökt.En labb-version av den återvinningsprocess som används kommersiellt i Sverige av Veolia PET utfördes. Fyra cykler av återvinningsprocessen genomfördes på Virgin PET, vilket resulterade i satserna, krPET-1 till krPET-4. Från varje sats tillverkades hundbens-replikat via formsprutning med olika fraktioner: 25, 50 och 100% återvunnen PET. Alla replikat karakteriserades med instrument och metoder så som dragprovning, FT-IR, DSC och inre viskositet.Från en miljösynpunkt finns det definitiva och redan konstaterade fördelar med en ökning av rPET fraktionen i PET-flaskor. Problem under tillverkningen av replikat ledde till små samplingsstorlekar. Som ett resultat gick det ej att dra några slutsatser från de potentiella nackdelarna som en högre rPET fraktion skulle kunna innebära. / The recycling and collection of PET bottles has a long tradition in Sweden dating back to 1994 and is one of the staple recycling industries.Technology has advanced since then, with new recycling processes to assure food grade certified recycled PET and manufacturing processes such as Solid-State polymerization to enable the bottle-to-bottle mantra. Amidst global warming and climate crisis, the interest in recycling and reducing the use of fossil fuel to manufacture new bottles is ever-growing. As a result, manufacturers and breweries want bottles manufactured with higher fractions of recycled PET, and there are already bottles out on the market made from 100% recycled PET. In this thesis, the effect that the fraction of recycled PET may have on the mechanical and chemical properties of the final product was tested. Also, the effect that several recycling cycles may have on the product was tested.A lab-scale version of the recycling process used commercially in Sweden by Veolia PET were carried out. Four cycles of the process were carried out on virgin PET material, resulting in material batches krPET-1 to krPET-4. Dog bone samples from each recycled batch were manufactured via injection moulding with 25, 50 and 100% rPET fractions. All samples were characterized with various instruments and methods such as FT-IR, Tensile testing, DSC, and intrinsic viscosity testing.From an environmental standpoint, there are clear advantages to an increase in rPET fraction in PET-bottles. Due to issues with manufacturing and the production of samples, only a small sample size was acquired. All the analyses suffered, as a result, making it hard to draw any definite conclusions regarding potential disadvantages with a higher rPET fraction.

Denna rapport har tagits fram för att undersöka och sprida information om trikå av pappersgarn från bananväxten manillahampa ”musa textilis”. Behovet av skonsamma och mindre miljöpåverkande material är väldigt aktuellt inom beklädnadsindustrin. Många av de material som används idag tär på miljön och världens resurser. Studien undersöker pappersgarns mekaniska egenskaper och färgbarhet. Detta görs för garn med olika tjocklek samt pappersgarn blandat med andra material. En studieresa gjordes till Japan för att besöka leverantörerna av pappersgarnet. I Japan visade företagets vice VD produkter de tagit fram av garnet och i många fall var det en blandning av papper och mer vanliga material som bomull och viskos, som gjorde slutprodukten mjukare. För att tillverka trikå av pappersgarn har olika bindningar och metoder prövats fram. Materialprover stickades upp i bindningen piké Lacoste över fyra sticksystem. Tester gjordes för dimensionsförändring, färghärdighet, nötningshärdighet och noppbildning samt dragprovning på garnnivå. Kawabata systemet (används för att mäta de mekaniska egenskaperna hos ett material) har använts som utgångspunkt för att undersöka ett materials komfort och egenskaper. Ytan och styrkan på ett material har studerats. Tyg stickat av pappersgarn känns styvare och hårdare än tyg stickat av bomull eller viskos, vilket resultatet av dragprovningen kan bekräfta. Pappersgarn är styvare jämfört med referensproverna bomull ”gossypium”, viskos och polyester. Garn av papper har dock goda egenskaper som stickad vara, där det inte påvisas någon större krympning eller töjning. Pappersgarn visar inga tecken på noppbildning och har en god färghärdighet efter att materialet har färgats enligt konventionell metod för cellulosabaserade material.

Vevaxeldeformation studeras i samband med uppspänning i en virvelfräsmaskin inför en skärande process. Syftet är att öka förståelse om deformationsbeteendet av vevaxelns viktiga funktionsytor genom analysering med Finita elementmetoden (FEM). Volvo Cars i Skövde hanterar i dagsläget oönskad vevaxeldeformation genom tidskrävande fysiska tester. Därför önskar företaget ta stöd av virtuell analysering. Detta arbete leder även till ett fastställande om FEM är ett tillämpbart verktyg att utgå ifrån för att upprätthålla snäva vevaxeltoleranser. Användning av virtuell analysering istället för fysiska tester skulle medföra tidsbesparing och ha positiv inverkan på miljön.  Programvaran Abaqus används för genomförande av deformationsanalyser vilka också utvärderas mot fysiska mätningar i en dragprovmaskin (Instron) för att därigenom säkerställa pålitligheten av använd FE modell.  Analyser genomförs huvudsakligen för deformationsuppkomst av vevaxeln i samband med uppspänning. Två olika typer av vevaxlar analyseras. Till respektive vevaxel skapas en FE modell med ansatta randvillkor och belastningsförhållanden utgående från en genomförd mekanisk analys av vevaxeln. Erhållna resultat visar att bricksidorna av vevaxeln deformeras med i storleksordningen <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?10%5E%7B-2%7D" /> mm då vevaxeln belastas i samband med uppspänning med en hoptryckning på 0,2 mm. Denna deformation anses medföra risk att ett bearbetningsfel kan förorsakas. Analyserna visar även vilka ytor som deformeras mest/minst. Utvärdering mot dragprovning indikerar att riktning på vevaxeldeformation stämmer överens med analyserna, men att avvikelser på deformationsstorleken förekommer. Skillnaden kan möjligen förklaras med att E-modulen varierar inom den testade vevaxeln medan den definierade E-modulen i Abaqus antar ett konstant värde. Dessutom kan eventuella felkällor från dragprovningen ha inverkan på resultatutfallet av de fysiska mätningarna.  Genomförda analyser tyder på att FEM är tillämpbar för analysering av vevaxeldeformation och rekommendationer om en lämplig FE modell tillhandahålls. En potentiell lösning till deformationsproblemet anses vara beräkning av optimal klämkraft vid uppspänning. / Crankshaft deformation is studied in connection with clamping conditions in a whirl milling machine before a cutting process. The purpose of the project is to increase knowledge about the deformation behaviour of the crankshaft and its important functional surfaces by performing analyses using the finite element method (FEM). Volvo Cars in Skövde, Sweden is currently managing unwanted crankshaft deformation occurrence by using time consuming physical testing methods. Therefore, the company wish to use virtual analyses instead of physical tests. This work also leads to a determination if FEM is an applicable tool in order to maintain narrow tolerances of the crankshaft. Using virtual analyses instead of physical tests would be time saving and would also have a positive impact on the environment. The computer software Abaqus is used to implement the deformation analyses that are also evaluated against physical measurements done with a tensile testing machine (Instron) and thereby be able to ensure the reliability of the used FE model. FE analyses are mainly performed to evaluate the deformation of the crankshaft associated with clamping. Two different crankshaft types are being analysed. A FE model is created for each crankshaft along with applied boundary and load conditions according to performed mechanical analysis of the crankshaft. Obtained results show that the thrust bearing sides of the crank pins on the crankshaft deform in the range of <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?10%5E%7B-2%7D" /> mm when the crankshaft is compressed during clamping with 0.2 mm. This deformation is considered to entail a risk for a processing error to occur. At the same time the analyses show which surfaces are most/least deformed. Evaluation according to the tensile testing indicates that the direction of the crankshaft deformation corresponds to the analysis but slight deviation of the deformation magnitude is present. The deviations can be explained by variations of the E-module within the crankshaft while the defined E-module in Abaqus has a constant value. Furthermore, there is a possibility that sources of error from the tensile tests can have an influence on the obtained results from the physical measurements. Conducted analyses indicates that FEM is applicable for crankshaft deformation analyses and recommendations of a suitable FE model are provided. A potential solution of the deformation problem is considered to be the calculation of optimal clamping force.

Skador och slitage på brokonstruktioner av betong beror på tösalter, armeringskorrosion och frostcykler i kombination med ökande trafiklaster. Den i särklass vanligaste reparationsåtgärden för dessa typer av skador är att göra en pågjutning. Metoden går ut på att först avlägsna det skadade eller dåliga betongskiktet innan en ny betong pågjuts. För att bedöma hur bra ett pågjutningsarbete är behöver vidhäftningen mellan den nya pågjutningen och gamla betongen fastställas. Den mest använda metoden för detta syfte är s.k. dragprovning som bestämmer draghållfastheten i vidhäftningen. I praktiken är dock vidhäftningens skjuvhållfasthet av större intresse och approximeras därför utifrån draghållfastheten, men med en vridprovning kan fogens skjuvhållfasthet direkt bestämmas. Syftet med examensarbetet är att undersöka vridprovningens reliabilitet för att i framtiden eventuellt kunna bestämma skjuvhållfastheten på ett mer direkt och korrekt sätt. I examensarbetet undersöks vridprovningens reliabilitet för att bestämma skjuvhållfastheten i fogen mellan pågjutning och gammal betong med dragprovningen som referens. Studien omfattar åtta parallellprovningar av drag- och vridprovningar där den lägst uppmätta skjuvhållfastheten jämförs med fogens dimensioneringsvärde enligt EK2. Examensarbetet görs i samband med Spårväg city-projektet vid Sergels torg, Stockholm, i uppdrag från Trafikkontoret i Stockholm och CBI Betonginstitutet. Resultaten från provningarna visade att fogbrott, som är av intresse, var vanligare för dragprovning än vridprovning. Den stora spridningen av mätvärdena var en konsekvens av det låga antalet fogbrott för vridprovningen. Medelvärdet för fogens draghållfasthet på 1,43 MPa tyder på god vidhäftning, men fogens skjuvhållfasthet bestämd med vridprovning visar ett medelvärde på endast 1,61 MPa och understiger det förväntade värdet på ca dubbla draghållfastheten d.v.s. 2,9 MPa. Intressant är att det lägst uppmätta värdet på skjuvhållfastheten på 0,83 MPa var ovanligt lågt, men fortfarande större än dimensioneringsvärdet enligt EK2 på 0,59 MPa. Studien har visat att vridprovningen är en svårtydlig metod för att bestämma skjuvhållfastheten i fogen mellan pågjutning och gammal betong. Anledningen till detta beror främst av tre faktorer, för få antal provningar, den stora spridningen av mätvärden samt de svårtolkade brottmoderna från vridprovningen. Trots detta tros vridprovningen vara en framtida metod för konstruktörer och beställare eftersom metoden är ett bra mätverktyg för att bestämma skjuvhållfastheten för pågjutna betongkonstruktioner som helhet och inte bara i fogen mellan pågjutning och befintlig betong. / Damages and wear on concrete bridges are due to de-icing salt or salt water, reinforcement corrosion and repeated freeze-thaw cycles in combination with increasing traffic loads. The most common repair operation for these types of damages is to remove the deteriorated concrete and replace it with a new concrete overlay. To evaluate how well a bonded concrete overlay is, the bond strength between the new and old concrete has to be determined. The most widely used method for this purpose is the so-called pull off test to determine the tensile bond strength. In practice however the shear bond strength is of greater interest and is therefore approximated on the basis of tensile bond strength, but with a torsion test the shear bond strength can be directly determined. The purpose of this study is to investigate the reliability of the torsion test to determine the shear bond strength in a more direct and accurate manner. The thesis examines the reliability of the torsion test to determine the shear bond strength with the pull off test as a reference. The study includes eight parallel tests of pull off and torsion tests where the lowest measured shear bond strength is compared with the calculated design value of shear bond strength according to EC2. The work is done in connection with the Spårväg city project at Sergels torg, Stockholm, in collaboration with the Traffic Administration Office in Stockholm and CBI, the Swedish Cement and Concrete Research Institute. The results of the tests showed that the failures in the interface between new and old concrete, which are of interest, were more common for pull off tests than torsion tests where only two of the eight test samples showed failure in the interface. The wide scatter of the measured values is a consequence of the low number of failures in the interface. The mean value of the tensile bond strength was 1,43 MPa, which indicates good bond strength. The shear bond strength however made with torsion tests show a mean value of only 1,61 MPa. Lower than the expected value of about twice the tensile bond strength of 2,86 MPa. Interestingly, the lowest measured value of the shear bond strength of 0,83 MPa was unusually low, but still higher than the calculated design value of shear bond strength of 0.59 MPa according to EC2. The study has shown that torsion test is a difficult method for determining the shear strength of the bond between the new and old concrete. The reason for this is mainly due to three factors, the low number of tests, the large scatter of values, and the difficulty to interpret failures of the test samples. Despite this the torsion test seems to be a future method for structural engineers and contractors as a tool to determine shear strength for repaired concrete structures in general and not only the shear bond strength.

Ti-6Al-4V manufactured by electron beam melting Keywords: Additive manufacturing, high-temperature tensile properties, low cycle fatigue, neutron diffraction, fatigue crack growth ISBN: 978-91-89325-27-2 (Printed) 978-91-89325-26-5 (Electronic) Ti-6Al-4V is the most widely used α+β titanium alloy in aerospace engine applications due to its high specific strength. Typically, the alloy is manufactured as castings or forgings and then machined to final geometry. These conventional manufacturing processes do however generate a lot of waste material, whereas additive manufacturing (AM) can potentially produce a near-net-shape geometry directly from the feedstock. In the past decade, electron beam melting (EBM), one of the powder bed fusion techniques, has been widely researched to build Ti[1]6Al-4V components. Still, the as-built material can contain defects such as gas pores that require post-processing, such as hot isostatic pressing (HIP) to produce nearly fully dense components. HIP treatment of conventionally cast Ti-6Al-4V is normally performed at 920 ˚C, 100 MPa for 2 hours. This same HIP treatment has then been adapted also for EBM-manufactured Ti-6Al-4V, which however results in coarsening of α laths and reduction of yield strength. Therefore, finding a more appropriate HIP treatment for this new type of Ti-6Al-4V material, i.e. EBM manufactured, would be of great benefit for the industry. Lowering the HIP treatment temperature to 800 ˚C and increasing the pressure to 200 MPa has recently been proven to close the porosity to a high degree while sustaining the high yield strength. In this thesis, the high-temperature tensile properties of EBM-manufactured Ti[1]6Al-4V subjected to a low-temperature (800 ˚C) HIP treatment were evaluated and compared with standard HIP-treated (920 ˚C) materials. Metallurgical characterization of the as-built, HIP-treated materials have been carried out to understand the effect of temperature on the microstructures. The standard HIP[1]treated material measured about 1.4x - 1.7x wider α laths than those in the low[1]temperature HIP treated and as-built samples, respectively. The standard HIP[1]treated material showed about 10 - 14% lower yield strength than other HIP treated materials. At 350 ˚C the yield strength decreases to about 65% compared to the room temperature strength for all tested materials. An increase in ductility vi programvaran NASGRO där livsförutsägelserna visade god överensstämmelse med experimentella livscykler i de flesta fall. vii Abstract Title: Microstructure and mechanical properties of low-temperature hot isostatic pressed Ti-6Al-4V manufactured by electron beam melting Keywords: Additive manufacturing, high-temperature tensile properties, low cycle fatigue, neutron diffraction, fatigue crack growth ISBN: 978-91-89325-27-2 (Printed) 978-91-89325-26-5 (Electronic) Ti-6Al-4V is the most widely used α+β titanium alloy in aerospace engine applications due to its high specific strength. Typically, the alloy is manufactured as castings or forgings and then machined to final geometry. These conventional manufacturing processes do however generate a lot of waste material, whereas additive manufacturing (AM) can potentially produce a near-net-shape geometry directly from the feedstock. In the past decade, electron beam melting (EBM), one of the powder bed fusion techniques, has been widely researched to build Ti[1]6Al-4V components. Still, the as-built material can contain defects such as gas pores that require post-processing, such as hot isostatic pressing (HIP) to produce nearly fully dense components. HIP treatment of conventionally cast Ti-6Al-4V is normally performed at 920 ˚C, 100 MPa for 2 hours. This same HIP treatment has then been adapted also for EBM-manufactured Ti-6Al-4V, which however results in coarsening of α laths and reduction of yield strength. Therefore, finding a more appropriate HIP treatment for this new type of Ti-6Al-4V material, i.e. EBM manufactured, would be of great benefit for the industry. Lowering the HIP treatment temperature to 800 ˚C and increasing the pressure to 200 MPa has recently been proven to close the porosity to a high degree while sustaining the high yield strength. In this thesis, the high-temperature tensile properties of EBM-manufactured Ti[1]6Al-4V subjected to a low-temperature (800 ˚C) HIP treatment were evaluated and compared with standard HIP-treated (920 ˚C) materials. Metallurgical characterization of the as-built, HIP-treated materials have been carried out to understand the effect of temperature on the microstructures. The standard HIP[1]treated material measured about 1.4x - 1.7x wider α laths than those in the low[1]temperature HIP treated and as-built samples, respectively. The standard HIP[1]treated material showed about 10 - 14% lower yield strength than other HIP treated materials. At 350 ˚C the yield strength decreases to about 65% compared to the room temperature strength for all tested materials. An increase in ductility viii was observed at 150 ˚C compared to that at room temperature, but the ductility decreased between 150 - 350 ˚C because of activation of different slip systems. The low cycle fatigue (LCF) behavior of such a modified HIP (low-temperature HIP) material is assessed at two different strain levels and compared with the corresponding LCF properties for the standard HIP material. Even though the modified HIP material had lowest minimum life cycles to failure, the overall fatigue performance is comparable with that of the standard HIP material. Also, fatigue life predictions were made from the measured defect size at the crack initiation site using NASGRO. The calculated life predictions showed good agreement with the experimental values in most cases. In-situ neutron diffraction measurements on tensile test specimens were conducted, at both room temperature and at 350˚ C, for the standard and modified HIP-treated materials. The objective was to gain essential insights on how the crystal lattice strains relate to the macroscopic strengths in these specific microstructures. This investigation helped to understand the load partitioning between different slip planes and constituent phases in the microstructure at different temperatures. / Ti-6Al-4V är den mest använda α+β titanlegeringen i flygmotortillämpningar på grund av sin höga specifika hållfasthet. Vanligtvis tillverkas legeringen som gjutgods eller smide och bearbetas sedan till slutlig geometri. Dessa konventionella tillverkningsprocesser genererar dock en hel del avfallsmaterial, medan additiv tillverkning (AM) potentiellt kan producera en nästan slutgiltlig geometri direkt från råvaran. Under det senaste decenniet har elektronstrålesmältning (EBM), en av pulverbäddsfusionsteknikerna, undersökts mycket för att bygga Ti-6Al-4V-komponenter. Ändå kan det byggda materialet innehålla defekter såsom gasporer som kräver efterbearbetning, såsom varm isostatisk pressning (HIP) för att producera nästan helt täta komponenter. HIP[1]behandling av konventionellt gjutet Ti-6Al-4V utförs normalt vid 920 ˚C, 100 MPa under 2 timmar. Samma HIP-behandling har sedan anpassats även för EBM[1]tillverkat Ti-6Al-4V, vilket dock resulterar i förgrovning av α-lameller och minskning av sträckgränsen. Att hitta en mer lämplig HIP-behandling för denna nya typ av Ti-6Al-4V-material, dvs EBM-tillverkat, skulle därför vara till stor fördel för industrin. Att sänka HIP-behandlingstemperaturen till 800 ˚C och öka trycket till 200 MPa har nyligen visat sig stänga porositeten i hög grad samtidigt som den höga sträckgränsen bibehålls. Ti-6Al-4V används huvudsakligen i applikationer för flygmotorer upp till en maximal driftstemperatur på 300 ˚C. Därför studerades högtemperaturdragegenskaperna hos de olika HIP-behandlade EBM[1]byggmaterialen i detta forskningsarbete. Denna studie visade att duktiliteten påverkas av aktiveringen av olika glidsystem baserat på temperatur. Ytterligare neutrondiffraktionsexperiment utfördes tillsammans med in-situ dragprovning för att bestämma det aktiva glidsystemet vid en specifik temperatur. Utmattningsbeteendet hos det lågtemperaturbehandlade HIP-materialet utvärderas också genom lågcykelutmattningstestning och utmattningsspricktillväxttest. Utmattningsprestandan för det modifierade HIP[1]materialet utvärderades mot standard HIP- material och visade sig ha jämförbara utmattningsegenskaper. Förutsägelser om utmattningsliv utfördes med hjälp av vi programvaran NASGRO där livsförutsägelserna visade god överensstämmelse med experimentella livscykler i de flesta fall. / <p>Submitted papers or manuscripts have been excluded from the fulltext file.</p>

Plastskräp har blivit ett global problem på grund av nedskräpning och otillräcklig avfallshantering. Användning av biologiskt nedbrytbart material kan underlätta problemet, även om det inte är en universallösning. Produkter gjorda av biologiskt nedbrytbart material skall ändå till avfallshantering eftersom nedbrytningen kan vara långvarig och variera mycket beroende av omgivningen. Därmed är användningen av biologiskt nedbrytbart material endast berättigat då det är svårt att samla in materialet eller avskilja det från organiskt material. Studiens mål var att undersöka biologiskt nedbrytbara material som kan användas i produkter som fungerar under många olika driftsförhållanden och inte kan återställas efter användning. I den litterära delen av denna studie definieras nedbrytning genom egenskaper och förhållanden som påverkar nedbrytningsprocessen. Nedbrytning av polyestrar och cellulosa och de standardprocessarna som används i nedbrytningsexperimenten betraktades. Standardprocesserna för nedbrytning studerades för att få en klarare inblick i den eftertraktade nedbrytningsgraden och de standardiserade förhållandena för nedbrytningen i olika miljöer. En sammanfattning av olika nedbrytningsexperiment och analysmetoder är också inkluderade för att försäkra att experimenten som utfördes är både giltiga och jämförbara med andra forskningsresultat inom fältet. I detta forskningsprojekt utfördes nedbrytningsexperiment i färskvatten- och hemkompostmiljöer. Målet med projektet var att bedöma ifall materialen kunde brytas ned i ett brett spektrum av miljöer, ifall de var mindre skadliga för naturen än konventionella material som används av dagens industri och för att uppskatta nedbrytningstakten. Nedbrytningstiden var 140 dagar och experimentet utfördes med 10 olika material: betecknade som A-J. Materialen analyserades 8 gånger under nedbrytningsperioden förutom materialen I och J som analyserades en gång efter 140 dagar. Materialen analyserades mekaniskt, strukturellt och termiskt med hjälp av dragprovning, FTIR och DSC. Provernas viktförändring bestämdes också. Nedbrytning observerades visuellt från provernas yta och genom mekaniska prover. Materialen som placerades i hemkomposten visade klara tecken på nedbrytning då färgen hade förändrats och förstärkningsfibrerna hade blivit synliga. Materialen som placerats i hemkompostmiljö visade också klara tecken på tillväxt av mikroorganismer och biomassa som uppstått på ytan av materialen. Sammanfattningsvist, visade materialen B, C och G de mest lovande resultaten med klara tecken på biologisk nedbrytning och de hade en snabbare nedbrytningstakt än de andra materialen som undersöktes. Material D visade klara tecken på biologisk nedbrytning på ytan men dess nedbrytningstakt var uppskattad att vara mycket långsammare. Därmed rekommenderas det att använda material A, B, D och G istället för konventionella icke biologiskt nedbrytbara material. Dessa material har potential att sänka den negativa inverkan och de långsiktiga riskerna av plastskräp för miljön. / Plastic debris has become a global crisis due to littering and misplaced waste management. The use of biodegradable materials can ease the problem, but it is not always the answer. Products made of biodegradable materials are still to be waste managed since biodegradation can be a long process and is highly dependent on the environment conditions. Hence, the use of biodegradable materials is justified only when retrieving the product after use is impossible or prohibitively expensive or separating it from organic matter is difficult. This study was made to investigate biodegradable materials that can be used in products that are operating in broad range of operational conditions and cannot be retrieved back after use in most cases. In the literature part of this study the biodegradation is defined along with properties and conditions that affect the biodegradation process. Biodegradation of polyesters and cellulose, and standards used in the biodegradation experiments were reviewed. Biodegradation standards were studied in order to have a clearer picture of the pursued degree of biodegradation and standardized properties in the biodegradation experiments. Review of different biodegradation tests and analysis methods are included as well to ensure that the experiments performed in this work are valid and comparable with other biodegradation studies.  In this study, the biodegradation experiment was conducted in freshwater and home compost environments. The aim was to determine if the materials were able to biodegrade in wide range of environments, to make sure they are less harmful than the conventional materials used in the industry and to estimate the rate of biodegradation. The duration of the experiments were 140 days with 10 different materials: A – J. The materials were analyzed 8 times during the aging period, except materials I and J, which were analyzed only once after 140 days. The samples were analyzed mechanically, structurally, and thermally using tensile test, FTIR and DSC measurements, respectively. Also, the samples weight changes were analyzed.  The degradation was visually observed from the surfaces of the samples and from mechanical testing in both experimental environments. Home compost environment showed clear signs of biodegradation where reinforcement fibers became visible and changed the color of some of the samples. Also, home compost samples had microorganisms growing on them, and biomass was developing around them. To conclude, material B, C and G had the most promising results with clear signs of biodegradation and had faster estimated biodegradation rate compared with the other studied materials. Material D had signs of biodegradation on the surface as well. However, the biodegradation rate was estimated to be much slower. In conclusion, it is recommended to use the studied materials A, B, D and G instead of the conventional non-biodegradable polymers. These materials have potential to lower the negative impact and long-term risks of plastic debris to the environment.

This thesis focuses on the effect of microstructural variation on the mechanical properties and deformation behavior of ductile iron. To research and determine these effects, two grades of ductile iron, (i) GJS-500-7 and (ii) high silicon GJS-500-14, were cast in a geometry containing several plates with different section thicknesses in order to produce microstructural variation. Microstructural investigations as well as tensile and hardness tests were performed on the casting plates. The results revealed higher ferrite fraction, graphite particle count, and yield strength in the high silicon GJS-500-14 grade compared to the GJS-500-7 grade. To study the relationship between the microstructural variation and tensile behavior on macroscale, tensile stress-strain response was characterized using the Ludwigson equation. The obtained tensile properties were modeled, based on the microstructural characteristics, using multiple linear regression and analysis of variance (ANOVA). The models showed that silicon content, graphite particle count, ferrite fraction, and fraction of porosity are the major contributing factors that influence tensile behavior. The models were entered into a casting process simulation software, and the simulated microstructure and tensile properties were validated using the experimental data. This enabled the opportunity to predict tensile properties of cast components with similar microstructural characteristics. To investigate deformation behavior on micro-scale, a method was developed to quantitatively measure strain in the microstructure, utilizing the digital image correlation (DIC) technique together with in-situ tensile testing. In this method, a pit-etching procedure was developed to generate a random speckle pattern, enabling DIC strain measurement to be conducted in the matrix and the area between the graphite particles. The method was validated by benchmarking the measured yield strength with the material’s standard yield strength. The microstructural deformation behavior under tensile loading was characterized. During elastic deformation, strain mapping revealed a heterogeneous strain distribution in the microstructure, as well as shear bands that formed between graphite particles. The crack was initiated at the stress ranges in which a kink occurred in the tensile curve, indicating the dissipation of energy during both plastic deformation and crack initiation. A large amount of strain localization was measured at the onset of the micro-cracks on the strain maps. The micro-cracks were initiated at local strain levels higher than 2%, suggesting a threshold level of strain required for micro-crack initiation. A continuum Finite Element (FE) model containing a physical length scale was developed to predict strain on the microstructure of ductile iron. The material parameters for this model were calculated by optimization, utilizing the Ramberg-Osgood equation. The predicted strain maps were compared to the strain maps measured by DIC, both qualitatively and quantitatively. To a large extent, the strain maps were in agreement, resulting in the validation of the model on micro-scale. In order to perform a micro-scale characterization of dynamic deformation behavior, local strain distribution on the microstructure was studied by performing in-situ cyclic tests using a scanning electron microscope (SEM). A novel method, based on the focused ion beam (FIB) milling, was developed to generate a speckle pattern on the microstructure of the ferritic ductile iron (GJS-500-14 grade) to enable quantitative DIC strain measurement to be performed. The results showed that the maximum strain concentration occurred in the vicinity of the micro-cracks, particularly ahead of the micro-crack tip. / Denna avhandling fokuserar på effekten av variationer i mikrostrukturen på mekaniska egenskaper och deformationsbeteende hos segjärn. För att undersöka dessa effekter, två olika sorter av segjärn, (i) GJS-500-7 och (ii) högkisellegerad GJS-500-14, gjutits till plattor av olika tjocklekar för att generera mikrostrukturvariationen. Mikrostrukturundersökning, samt drag- och hårdhetsprov gjordes på de gjutna plattorna. Resultaten visade att en högre ferritfraktion, grafitpartikelantal och sträckgräns i den högkisellegerade GJS-500-14-sorten jämfört med GJS-500-7. För att studera förhållandet mellan mikrostrukturell variation och spännings-töjningsbeteendet på makroskala, modellerades detta med hjälp av Ludwigson-ekvationen. De erhållna spännings-töjningsegenskaperna modellerades baserat på mikrostrukturell karaktäristika genom multipel linjärregression och variansanalys (ANOVA). Modellerna visade att kiselhalt, grafitpartikelantal, ferritfraktion och porfraktion var de viktigaste bidragande faktorerna. Modellerna implementerades i ett simuleringsprogram för gjutningsprocessen. Resultatet från simuleringen validerades med hjälp av experimentella data som inte ingick i underlaget för regressionsanalysen. Detta möjliggjorde att prediktera spännings-töjningsbeteendet och dess variation hos gjutna segjärns komponenter med liknande sammansättning och gjutna tjocklekar som användes i denna studie. För att kunna undersöka deformationsbeteendet på mikroskala utvecklades en metod för kvantitativ mätning av töjning i mikrostrukturen, genom DIC-tekniken (digital image correlation) tillsammans med in-situ dragprovning. I denna metod utvecklades en grop-etsningsprocess för att generera ett slumpvis prickmönster, vilket möjliggjorde DIC-töjningsmätning i matrisen och i området mellan grafitpartiklarna med tillräcklig upplösning. Metoden validerades genom benchmarking av den uppmätta sträckgränsen mot materialets makroskopiska sträckgräns mätt med konventionell dragprovning. Det mikrostrukturella deformationsbeteendet under dragbelastning karakteriserades. Under elastisk deformation avslöjade töjningsmönstret en heterogen töjningsfördelning i mikrostrukturen, och bildandet av skjuvband mellan grafitpartiklar. Sprickbildning initierades vid låg spänning och redan vid de spänningsnivåer som ligger vis ”knät” på dragprovningskurvan, vilket indikerar energidissipering genom både begynnande plastisk deformation och sprickbildning. Den lokala töjningen vis sprickinitiering skedde då den lokala töjningen översteg 2%, vilket indikerar att detta skulle kunna vara en tröskelnivå för den töjning som erfordras för initiering av mikro-sprickor. En kontinuum Finita Element (FE) modell utvecklades för att prediktera töjningen hos ett segjärn och dess fördelning i segjärns mikrostruktur. Materialparametrarna för denna modell optimerades genom att anpassa parametrarna i Ramberg-Osgood ekvationen. De predikterade töjningsfördelningarna jämfördes med de experimentell uppmätta töjningsmönstren uppmätta med DIC, både kvalitativt och kvantitativt. Töjningsmönstren överensstämde i stor utsträckning, vilket resulterade i att modellerna kunde anses vara validerade på mikronivå. För att kunna mäta töjningsmönster under dynamiska förlopp på mikronivå utvecklades en metod för att skapa prickmönster och att utföra in-situ CT provning i ett svepeletronmikroskop (SEM). Prickmönstret skapades genom avverkning med en fokuserad jonstråle (FIB), och provades på det ferritiska segjärnet (GJS-500-14 grad). Resultaten visade att maximal töjningskoncentration fanns i närheten av mikrosprickorna, framförallt framför sprickspetsen.