This thesis investigates additive manufacturing as an alternative method for producing casting patterns in sand casting processes. Traditionally, casting patterns are manufactured using CNC milling, which entails long lead times, high manufacturing costs, and negative environmental impacts. Surface finish plays a significant role in casting pattern production and is one of several critical factors in assessing a method's suitability. By examining additive manufacturing, its potential and suitability for casting pattern production can be evaluated. A key aspect of the study is the examination conducted to assess the surface finish of radius and draft angles on casting patterns fabricated through FDM and SLS printing. Surface finish was evaluated by measuring the Sa value using a digital microscope. Achieving high-quality surfaces on casting patterns is crucial for ensuring smooth and uniform sand mold patterns. The investigation resulted in moderately rough surfaces on the radius and draft angles of the casting patterns, with the Sa value varying depending on the casting pattern's layer thickness, angle, and radius. The conclusion of this study is that FDM technology holds potential for casting pattern production but may require optimization to overcome existing challenges. Introducing 3D printing into foundries could lead to a more efficient and sustainable production process while reducing manufacturing costs for casting patterns.

Reoxidation is a phenomenon that occurs in steel products during the initial stage of the formation of liquid steel, mainly during casting. This leads to the formation of inclusions which is a common problem that affects the properties, such as strength and ductility of the steel, and thus decreases its quality. To investigate these inclusions an electrolytic extraction and a scanning electron microscope(SEM) were performed on four carbon steel samples taken before and throughout continuous casting. To get a better understanding of the inclusions, the chemical composition, morphology, and sizes were analyzed, these were measured with the software ImageJ. As a result, five types of inclusions were identified, these include reoxidation, deoxidation, desulphurization, and complex compositions. Each type was represented by specific compounds and elements, such as FeO for reoxidation inclusions and Al2O3 for deoxidation inclusions. Additionally, inclusion morphology and size were significant classification factors, with film inclusions presenting larger sizes compared to other types, while spherical inclusions were observed perfectly, spherical ones were often associated with pure FeO content. Despite successful electrolytic extraction and SEM analysis, the number of inclusions obtained was lower than expected due to the presence of an additional layer of carbides. Future research may benefit from additional heating treatments to facilitate deeper analysis of inclusions. / Reoxidation är ett fenomen som uppstår i stålprodukter under gjutning. Detta leder till bildning av inneslutningar vilket är ett vanligt problem som påverkar egenskaperna, såsom hållfasthet och formbarhet hos stålet, och därmed minskar dess kvalitet. För att undersöka dessa inneslutningar utfördes en elektrolytisk extraktion och en SEM på fyra kolstålprover tagna före och under stränggjutning. För att få en bättre förståelse av inneslutningarna analyserades den kemiska sammansättningen, morfologin och storlekarna, dessa mättes med programvaran ImageJ. Som ett resultat identifierades fem typer av inneslutningar, dessa inkluderar reoxidation, deoxidation, avsvavling och komplexa kompositioner. Varje typ representerades av specifika föreningar och element, såsom FeO för reoxidationsinneslutningar och Al2O3 för deoxidationsinneslutningar. Dessutom var inklusionsmorfologi och storlek signifikanta klassificeringsfaktorer, med filminneslutningar som presenterade större storlekar jämfört medandra typer, medan sfäriska inneslutningar, observerades perfekt sfäriska sådana var ofta associerade med rent FeO-innehåll. Trots framgångsrik elektrolytisk extraktion och SEM-analys var antalet erhållna inneslutningar lägre än förväntat på grund av närvaron av ytterligare ett lager karbider. Framtida forskning kan dra nytta av ytterligare värmebehandlingar för att underlätta djupare analys av inneslutningar.

För att kunna prediktera fel under processen precisionsgjutning, används simulering som ett verktyg att bestämma hur detaljer skall gjutas. Det finns flertalet parametrar som är möjliga att manipulera eller ändra. För att komma så nära ett verkligt scenario som möjligt behöver dessa parametrar optimeras mot verkligheten. Syftet med detta arbete är att analysera faktorer som påverkar värmeöverföring för att sedan presentera optimeringsförslag åt TPC Components AB mot de gjorda mätningarna. Detta görs för att kunna förutsäga till exempel hur snabbt ett föremål kyls i processen och hur det påverkar det slutgiltiga resultatet. Resultat från de optimerade simuleringarna jämförs mot ett praktiskt försök och även TPC Components tidigare standard utvärderas mot arbetets optimerade simuleringar. En viktig fråga är att undersöka varför simuleringsprogrammet inte blir identiskt med verkligheten och hur detta undersöks. Känslighetsanalyser utgör därmed en stor del av arbetet och det är av vikt att undersöka enskilda parametrar för att få en uppfattning om vad som påverkar resultatet och vad som går att bortse från. Resultatet av arbetet visar att ändrade parametrar för indata vid precisionsgjutning i TPC Components AB:s vakuumprocess har resulterat i en mer pålitlig simulering. Simuleringen bygger nu på vetenskapliga bevis och faktiska uppmätningar under processen för att kunna simulera så likt verkligheten som möjligt. Arbetet resulterar i att färre gjutförsök innan godkänt tillvägagångssätt för nya detaljer behövs, då simulering kommer att visa resultat närmare verkligheten. Arbetet har förbättrat TPC Components simuleringsarbete vilket kommer påverka både arbetstid, kostnader och miljö på ett positivt sätt. / Simulation of investment casting play a big role for prediction of problems in the process. TPC Components AB need their simulations to be optimised against the practical process in order to get results as close as possible to the results from real practice. This thesis is mapping the parameters sensitivity against TPC’s earlier standards to put forward what parameters the result is depending on. The optimization of the parameters is towards measurement of heat and time and practical trial in order to get a scientific ground. The heat transfer for complicated structure needs to be simulated in order to get a reasonable value to work with. Results shows that TPC’s earlier model of simulation have lack of measurement and important parameters are based on assumptions. The work done gave TPC a model closer to the real practice which can both mean faster decisions of how to cast new products and less costly practical trials.

The present work was conducted at Scania CV AB and has as main goal to produce a cast steel guideline. There is a great need to conduct a cast steel guideline, in order to help designers in their process to choose suitable materials and methods to produce lightweight components with higher performance. This work contains information related to mechanical properties, casting processes, castability, machinability, defect characterization, heat treatments, weldability and surface treatments of cast steels. This work was limited to cast steels which could be applied on two specific components of the truck, a bracket which is a structural component of chassis subjected to fatigue and a turbo manifold which is subjected to creep, oxidation, corrosion-, thermal- and mechanical- fatigue. A benchmark search was performed focused on these two components. A characterization of a cast stainless steel turbo manifold prototype was performed in the as-cast state, which included microstructural analyzes and hardness measurements. Besides this initial characterization, a set of heat treatments were conducted, in order to study the possibility to eliminate the initial grain boundary carbides. The main conclusions of this work are that cast steel has potential to be a material choice in many applications due to its wide range of properties. For structural parts, cast steel is advantageous compared with cast iron when for instance welding and high strength combined with high fracture toughness are requirements. For high temperature resistance components, cast steel or more precisely cast stainless steel, is advantageous for service at temperatures >750 ºC,besides its higher price. The annealing heat treatment followed by an aging treatment eliminated most of the grain boundary carbides and increase the hardness through a fine dispersion of carbides in matrix, which can also increase the creep resistance. / Examensarbetet utfördes på Scania CV AB med främsta målet att utarbeta en vägledande guide för gjutstål. Det finns ett stort behov av att sammanställa en guideline för gjutstål, med syfte att hjälpa konstruktörer i deras process att välja lämpliga material och metoder för att producera lättviktskomponenter med högre prestanda. Arbetet innehåller information om mekaniska egenskaper, gjutningsprocesser, gjutbarhet, skärbarhet, defektkarakterisering, värmebehandlingar, svetsbarhet, ytbehandling och mycket annat gällande gjutstål. Detta arbete var begränsat till gjutstål som kan tillämpas för två specifika komponenter i lastbilen, en konsol som är en strukturell komponent i chassit som utsätts för utmattning och ett turbogrenrör vilket är en komponent som utsätts för högtemperaturcykler. En benchmark utfördes med fokus på dessa två komponenter. Slutligen gjordes en karakterisering av turbogrenrörsprototypen i rostfritt stål, i det gjutnatillståndet, vilket inkluderade mikroanalyser och hårdhetsmätningar. Förutom den förstakarakteriseringen, utfördes en uppsättning värmebehandlingar för att undersöka möjligheten att eliminera de initiala korngräns-karbiderna. De viktigaste slutsatserna av detta arbete är att gjutstål har potential att bli ett materialval i många applikationer på grund dess breda egenskaper. Konstruktionsdelar i gjutstål är fördelaktiga jämfört med gjutjärn, till exempel vid svetsning och när hög hållfasthet i kombination med hög brottseghet är nödvändigt. För högtemperaturs-komponenter är gjutstål, eller mer exakt, gjutna rostfria stål fördelaktiga för service vid temperaturer >750 ºC, med undantag för dess högre pris. Glödgningsvärmebehandling följt av åldringsbehandling eliminerar de flesta av korngräns-karbiderna och ökar hårdheten genom en fin dispersion av karbider i matrisen, vilket också kan öka krypmotståndet.

Today’s transportation highly depends on hydrocarbon fuels, and reducing the weight could help a lot in reducing the air pollutants and carbon footprints in the environment to comply with the strict regulations set by reputable standard organizations in the world. Utilizing lightweight materials in automobile parts is one of the key factors to succeed in meeting the goals defined in the standards. Replacing the conventional single material component with a multi-material component having the same geometry but lighter weight could help the automakers to achieve these goals. Compound casting is one of the methods to produce such components. The aluminum alloy/ductile iron bimetal component produced by compound casting was investigated. During the production of the experimental sample of the compound casting, component two parameters were considered, melt-to-solid volume ratio and pre-heat temperature of the solid insert. The results showed that the increasing melt-to-solid volume ratio caused the formation of a stronger metallurgical bond between the two materials compared to the lower melt-to-solid volume ratio. However, pre-heating the solid insert under the atmospheric condition caused the formation of iron oxide layers on the surface, and as a result, no metallurgical bonding was formed, no matter which melt-to-solid volume ratio was used during the production process. So, inspired by AlFin process, the solid inserts were first dipped inside the aluminum alloy bath with the target temperature of 750 °C for two extended periods, 15 minutes and 30 minutes, to ensure that the preliminary metallurgical bonds were formed at the interface surfaces without disturbance by the surrounding atmosphere. To make the experimental components and to develop the metallurgical bonds, the aluminized inserts were then quickly placed inside the sand molds, and the cast alloy was poured inside the molds and around the inserts immediately after placement. In this way, although the formation of the aluminum oxide layer was unavoidable on the surfaces of the aluminized inserts, there was still liquid aluminum alloy melt underneath, which could be easily washed away during the pouring of the cast alloy.Nevertheless, the metallurgical bonds in the compound casting products having a lower melt-to-solid volume ratio didn’t withstand the shear loads and only the product having a higher melt-to-solid volume ratio with the aluminized insert dipped for a longer time could resist against the loads. In addition to the mechanical strength of the experimental products, their metallurgical bonds were specified and characterized using microscopic examination and EDS analysis. The successful results of the experimental product were then proposed to modify the design of a model from the automobile industry, called the truck wheel hub. / Dagens transport beror starkt på kolvätebränslen, och att minska vikten kan hjälpa mycket att minska luftföroreningar och kolavtryck i miljön för att följa de strikta regler som ställts av ansedda standardorganisationer i världen. Att använda lätta material i bildelar är en av de viktigaste faktorerna för att lyckas uppfylla de mål som fastställs i standarderna. Att ersätta den konventionella komponenten med enstaka material med en komponent med flera material som har samma geometri men lättare vikt kan hjälpa biltillverkarna att uppnå dessa mål. Gjutning av föreningar är en av metoderna för att producera sådana komponenter. Aluminiumlegeringen / segjärn-bimetalkomponenten framställd genom sammansatt gjutning undersöktes. Under framställningen av det experimentella provet av gjutning av föreningen beaktades komponent två parametrar, volymförhållandet smält till fast material och förvärmningstemperaturen för det fasta insatsen. Resultaten visade att det ökande smält-till-fasta volymförhållandet orsakade bildandet av en starkare metallurgisk bindning mellan de två materialen jämfört med det lägre förhållandet mellan smält och fast volym. Förvärmning av den fasta insatsen under atmosfäriskt tillstånd orsakade emellertid bildningen av järnoxidskikt på ytan, och som ett resultat bildades ingen metallurgisk bindning, oavsett vilket smält-till-fast volymförhållande användes under produktionsprocessen . Så, inspirerad av AlFin-processen, doppades de fasta insatserna först in i aluminiumlegeringsbadet med måttemperaturen 750 ° C under två långa perioder, 15 minuter och 30 minuter, för att säkerställa att de preliminära metallurgiska bindningarna bildades vid gränsytans ytor utan störningar av den omgivande atmosfären. För att tillverka de experimentella komponenterna och för att utveckla de metallurgiska bindningarna placerades sedan de aluminiumiserade skärmen snabbt inuti sandformarna, och den gjutna legeringen hälldes in i formarna och runt insatserna omedelbart efter placering. På detta sätt, även om bildningen av aluminiumoxidskiktet var oundvikligt på ytorna på de aluminiumförsedda insatserna, fanns det fortfarande flytande aluminiumlegeringssmälta under, vilket lätt kunde tvättas bort under hällningen av den gjutna legeringen.Icke desto mindre tål de metallurgiska bindningarna i de sammansatta gjutprodukterna med ett lägre volym-till-fast volymförhållande inte skjuvbelastningarna och endast produkten med ett högre smält-till-fast volymförhållande med den aluminiumiserade insatsen doppades under en längre tid kunde motstå mot lasterna. Förutom de experimentella produkternas mekaniska styrka specificerades och karakteriserades deras metallurgiska bindningar med mikroskopisk undersökning och EDS-analys. De framgångsrika resultaten av den experimentella produkten föreslogs sedan att modifiera utformningen av en modell från bilindustrin, kallad truckhjulnavet.

It is an established fact that segregation during casting affects the physical properties of carbon-based ferro alloys; this motivates the study of the segregation behaviour of carbon and carbide-forming solute elements. In this context, this thesis investigates two different situations: the effects of cooling rate and turbulence on the precipitation behaviour of the graphite nodules in nodular cast iron; the nature of carbide precipitation in a bearing steel grade and the effects of subsequent soaking on these carbides. The structures of boiling water reactor inserts cast by the uphill and downhill casting of nodular cast iron were examined. The samples were taken from representative locations in the top, middle and bottom cross sections of the castings. It was observed that in uphill-cast inserts the nodules were larger but fewer in number the bottom section, whereas in downhill-cast inserts the nodules in the bottom section were smaller, but greater in number. Variation in volume fraction of the graphite nodules across the inserts was also observed. The probable cause of this variation was the difference in cooling rate in different sections of the insert. Between the steel tubes located at the central part of the casting, the fraction of graphite was lower, which could be the result of carburization of the steel tubes. To study the effects of melt stirring during the solidification of nodular cast iron, several experiments were conducted at variable cooling rates and for different stirring times. Examination of the microstructure was conducted using Light Optical Microscope (LOM) and Scanning Electron Microscope (SEM). It was observed that during stirring the melt oxidized and oxide nuclei were formed. The number of nucleation sites for the precipitation of graphite nodules increased, which raised the nodule count and the fraction of the graphite precipitated. The matrix transformed from pearlite to ferrite, which could be due to the fact that more carbon had diffused out of the matrix. The segregation behaviour in hypereutectoid bearing steel produced by ingot casting was also studied. The effects of soaking on micro and macro segregation was investigated in samples taken from as cast and soaked ingots; emphasis was laid on the bulk matrix and A-segregation channels. Samples were also taken from ingots which were soaked and then hot worked. The micro and macro examination of the microstructure was conducted using LOM and SEM. Quantitative and qualitative composition analysis was performed using Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and an electron micro probe analyzer (EMPA). It was observed that M3C, M2C and M6C had precipitated. The carbide morphology in the bulk matrix was different to that in the A-segregation channels. All the primary carbides in the bulk matrix were found to have dissolved after 4 hours of soaking at 1200oC. / Det är ett faktum att segringar som uppstår under gjutning påverkar materialegenskaperna hos kolbaserade järnlegeringar; detta utgör motivationen till studien av segringsuppträdandet hos kol och karbidbildande ämnen. Denna avhandling behandlar två olika aspekter inom ramen för detta ämne: påverkan av kylningshastighet och turbulens på kärnbildningen av grafitnoduler i nodulärt gjutjärn samt karbidbildning i kullagerstål och dess påverkan på den efterföljande värmebehandlingen av dessa karbider. Strukturen hos rör till vattenkokare som tillverkats av nodulärt gjutjärn som gjutits med fyllning från botten eller från toppen undersöktes. Prover togs från representativa tvärsnittspositioner från toppen, mitten och botten av de gjutna ämnena. Resultaten visade att användandet av bottenfyllda kokiller gav upphov till större men färre karbider i nedre delen av ämnet, medans användandet av toppfyllda kokiller gav upphov till mindre men fler karbider i nedre delen av ämnet. Variationer av volymfraktionen av grafitnoduler längs tvärsnitten observerades också. Den mest sannolika orsaken till denna variation var skillnaden i kylhastighet i de olika områdena av tvärsnitten. Hos rör tillverkade av det centrala delen av ämnet så var fraktionen grafit lägre, vilket kan bero på en uppkolning av rören. Ett flertal experiment utfördes med varierande kylningshastigheter och olika omrörningstider för att studera inverkan av omrörning av smältan på stelningen av nodulärt gjutjärn. Studier av mikrostrukturen genomfördes med ljusoptisk mikroskopi och svepelektronmikroskopi. Resultaten visade att smältan oxiderades under omrörningen, vilket resulterade i bildandet av oxider. Detta ledde till en ökning av kärnbildningsområden för grafitnoduler, vilket ledde till en ökning av antalet noduler samt fraktionen av grafit som fälldes ut. Strukturen omvandlades från perlit till ferrit, vilket troligen orsakades av att kol hade diffunderat ut från strukturen. Segringsbeteendet hos hypereutektoida kullagerstål tillverkade genom götgjutning undersöktes också. Effekten av värmebehandling på mikro- och makrosegringar undersöktes i prover tagna från gjutna och värmebehandlade ämnen. Fokus var på att studera strukturen i ämnena samt A-segringar. Dessutom togs prover från ämnen som först värmebehandlats och därefter varmbearbetats. Både mikro- och makroundersökningar av mikrostrukturen utfördes med ljusoptisk mikroskopi och svepelektronmikroskopi. Dessutom så genomfördes kvantitativa sammansättningsbestämningar med energidispersiv röntgenspektroskopi och elektronmikroprobsanalys. Resultaten visade att M3C, M2C och M6C karbider hade fällts ut. Karbidmorfologin i huvuddelen av strukturen skiljde sig från den som återfanns i A-segringar. Samtliga primära karbider i huvuddelen av strukturen hade lösts upp efter 4 timmars värmebehandling vid 1200oC. / <p>QC 20180523</p>

Betong är ett byggmaterial som allt fler byggnader byggs av. Byggnaden kan vara uppbyggda av platsgjutna eller förtillverkade betongelement. Vid platsgjutning av betongelement är det av vikt att tänka på att betongens egenskaper ska anpassas till byggnadens krav samt väderlekens förutsättningar. Byggnadsdelar av betong är kritiska att gjuta vintertid. Det beror på att betongen inte får frysa innan konstruktionen uppnått 5 MPa i hållfasthet samt att nerkylning av konstruktionen kan bromsa hållfasthetsutvecklingen. Bygg- och fastighetssektorn svarar för 35% av landets totala energianvändning. En av många bidragande faktorer är gjutning av betong vintertid. I dagens läge är värmekablar vanligt förekommande för att underlätta gjutning av betong vintertid. Syftet med studien är att studera metoder för att minska energianvändningen vid gjutning av betong vintertid med avseende platta på mark på Byggdialogs byggarbetsplatser. Målet är att föreslå energieffektiviserande åtgärder som kan användas av Byggdialog för att bli mer energieffektiva. Studien avgränsas till att undersöka gjutning av platta på mark vintertid för nybyggnationen av Mora Lasarett. Studien avgränsas även till att endast undersöka hållfastheten för betong den första 10 dygnen. För att besvara rapportens frågeställning och syfte används metoderna: litteratur och dokumentstudie, webbaserad enkät, material från byggarbetsplatsen,beräkningar för energiåtgång och koldioxidutsläpp samt simuleringsprogram PPB ProduktionsPlanering Betong. Genom programmet PPB ges mätdata för temperatur och hållfasthet över tid för betong. Rapportens resultat visar att den mest energieffektiva åtgärden för att gjuta betong vintertid utan risk för för frysning och nedsatt hållfasthet är att applicera cellplast 100 mm. Andra icke energianvändande metoder för gjutning av betong är isoleringsmattor/vintertäckmattor, väderskydd, högre temperatur vid gjutning samt att tilläggsisolera formen. / Concrete is a commonly used building material in today's constructions. Buildings made of concrete are either cast in place or prefabricated. It's important to consider the properties of concrete while casting in different temperatures and weathers. Casting in winter is a critical moment. If the concrete freeze before it reaches 5MPa in strength it can slow down the process and possibly destroy the element. The construction sector answers for 35% of Sweden's total energy use. One of the contributing factors is winter casting. Electric heating cables are a commonly used method during winter casting. The purpose of this report is to study the energy consumption while casting a concrete slab in the winter at one of Byggdialogs construction sites. The goal is to find a more energy-efficient method for Byggdialog so they can become more sustainable. The methods used in this report are literature-and document study, web-based survey, calculations, and simulations in the PPB program. The results show the case where the concrete was covered with a 100 mm thick cellular plastic insulation is the best alternative for casting in the winter without jeopardizing the strength development. Other methods presented in this report are insulation mats, weather protection, young concrete that is heated, and also insulating the form.