In the copper smelting processes, the viscosity of the matte and the slag is an important factor for establishing efficiency. Impurities in the concentrates affect the viscosity not only by changing the melt structure but also by promoting precipitation of solid phase which sharply rises it. In this master thesis, a comprehensive methodology was established to study the MgO effects on the properties of a copper smelting slag. Thus, glassy samples were obtained and after confirmation of the composition and the glassy structure with EDS, SEM, and XRD analysis, they were examined through Ramanspectroscopy to study their glassy structure. Moreover, Mössbauer spectroscopy was used to determine the amount of Fe3+ in the samples. Models from the literature were compared to the experimental data. Coherence with the literature was found with the effect of MgO as a network modifier of the oxide melt structure and a promoter of high coordinated structures. Estimations through models were performed to study the iron redox equilibria of the melt and were compared with experimental data, but it was not possible to find the limit of Fe3+ at which precipitation of solid phase initiates. / I kopparsmältningsprocesserna är mattans och slaggens viskositet en viktig faktor för att uppnå effektivitet. Föroreningar i koncentraten påverkar viskositeten inte bara genom att ändra smältstrukturen utan också genom att främja utfällning av fast fas som kraftigt höjer den. I denna magisteruppsats fastställdes en omfattande metod för att studera MgO-effekterna på egenskaperna hos en kopparsmältningsslagg. Således erhölls glasiga prover och efter bekräftelse av kompositionen och den glasiga strukturen med EDS-, SEM- och XRD-analys undersöktes de genom Ramanspektroskopi för att studera deras glasstruktur. Dessutom användes Mössbauerspektroskopi för att bestämma mängden Fe3+ i proverna. Modeller från litteraturen jämfördes med experimentella data. Överensstämmelse med litteraturen hittades med effekten av MgO som ett nätverksmodifierare av oxidsmältstrukturen och en promotor för högkoordinerade strukturer. Uppskattningar genom modeller utfördes för att studera smältans järnredoxjämvikter och dessa jämfördes med experimentella data, men det var inte möjligt att hitta gränsen för Fe3+ vid vilken utfällning av fast fas initierades.

The development of tool steels for making and shaping other materials requires a better understanding of the material's properties during manufacture. These high-quality steels include many alloying elements, which give increased hardness during tempering. For producing hardened microstructures, austenite generation is essential. The martensite formed by rapid quenching of austenite followed by tempering helps develop high strength steels. Studying carbide precipitation is a challenge as they are very small in size, present only in small volume fractions and high number densities. The carbide reactions are complicated due to so-called metastable carbides, which are only present as part of the precipitation process. This work focuses on model alloys with two main elements in addition to iron and carbon, molybdenum, and vanadium, to clarify and simplify the carbide characterization. This is done to determine the effect of molybdenum and vanadium carbides on the overall hardness. In this work, two model alloys, A and B, are tempered at 550°C and 600°C with the same vanadium content but different molybdenum contents. The hardness of the materials is evaluated and compared at these temperatures. A more detailed characterization work is done for material A with Scanning Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (STEM-EDS) to understand the microstructure and analyze the precipitates. Simulations are performed with Thermo-Calc Prisma (TC-Prisma) to support the experimental work, which includes the simulation of the secondary carbide precipitation, mainly molybdenum carbides in material A tempered for 24h at 600°C, and predicts the carbide precipitation behavior in this steel. The results from STEM-EDS and TC-Prisma for material A, show that the small secondary carbides in the martensite contribute to the increased strength of material A. Due to the overaging of the carbides at 600°C, the hardness at 550°C is higher than at 600°C for material A. The given thesis work is an attempt to interpret the development of secondary carbides of Mo and V in the martensitic matrix and their role in the overall hardness. / Den ständiga utvecklingen av högpresterande stål för transport, konstruktion och energisektorn kräver bättre förståelse för materialets egenskaper vid tillverkning. Dessa martensitiska stål inkluderar många legeringselement vilket ger ökad hårdhet vid härdning och anlöpning. Att studera utskiljning av karbider är en utmaning eftersom de är närvarande endast i liten volymsfraktion. Karbidreaktionerna är komplexa till följd av så kallade metastabila karbider vilka endast är närvarande vid en del av utskiljningsförloppet. För att tydliggöra och förenkla karbidkarakteriseringen fokuserar detta arbete på modellegeringar med två huvudelement utöver järn och kol, molybden och vanadin. Detta görs för att fastställa effekten av molybden och vanadinkarbider på den totala hårdheten. I detta arbete studeras två modellegeringar, A och B, härdade och anlöpta vid 550 °C och 600 °C med samma vanadininnehåll men olika molybdeninnehåll. Materialens hårdhet utvärderas och jämförs vid dessa temperaturer. Ett mer detaljerat karaktäriseringsarbete görs för material A med hjälp av STEM-EDS för att förstå mikrostrukturen och analysera utskiljningarna. Simuleringar görs med TC-PRISMA för att stödja det experimentella arbetet, vilket inkluderar simulering av den sekundära karbidutskiljningen och predikterar karbidstrukturen i dessa stål. Resultaten visar att de små sekundärkarbiderna i martensiten bidrar till den ökade styrkan hos material A. Hårdheten vid 550 °C är högre än vid 600 °C för material A eftersom både utskiljningen av karbider är sker långsammare och även dislokationsåterhämtning.

This study aimed at defining useful guidelines for the design of an armored truck cab. Particularly, the quality and performance of ballistic steel were defined, considering not too high demanding requirements. Two steel grades, corresponding to hardness of 500 HB and 600 HB, and three different suppliers were selected. After dividing the truck cab into main areas, a FEM simulation was performed. The investigated model considered a specific standardized threat to impact against a double layer steel protection. Due to the high strain rates involved, the formation of adiabatic shear bands has been observed. However, the main purpose of the model was to find an ultimate thickness protection layout of armored steel plates. Thereby, the thicknesses to be attributed to the various components of the main areas could be estimated. Two alternatives were therefore hypothesized: the first considering the critical thickness case of penetration, and the second, an oversized version, supposed to be more resistant to penetration. It was thus possible to estimate the weight of the truck cab for the two above mentioned alternatives, and verify such hypothesized weight complied with the assigned requirement. A possible cutting operation was then considered in order to optimize the use of the steel plates. An estimation of the pre-series production costs of was finally derived. / Denna studie gjorde det möjligt att definiera användbara indikatorer och följa en möjlig multitasking-strategi för utformningen av en bepansrad lastbilshytt. Fallstudien syftade till att definiera kvalitet och prestanda av stål, vilket är ett av de vanligaste materialen för skydd, främst i de fall där kraven inte är så stora. Två stålkvaliteter motsvarande hårdhetsvärdena 500 HB och 600 HB valdes från var och en av tre materialleverantörer. Efter att ha delat upp truckhytten i några huvudområden startades en FEM-simulering med programvara från Impetus Afea. Modellen behandlade ett specifikt hot som var större än det önskade kravet på ett dubbelskiktsskydd. På grund av de inblandade höga deformationshastigheterna har bildningen av adiabatiska skjuvband observerats. Huvudsyftet med modellen var emellertid att hitta en ultimat skyddslayout för tjockleken, så att de tjocklekar som skulle tillskrivas de olika komponenterna i huvudområdena kunde härledas. Två alternativ antogs därför, det ena med tanke på den ultimata tjockleken och den andra med tanke på en skyddslayout som antas vara mer motståndskraftig mot penetrering. Det var således möjligt att uppskatta hyttens vikt för de två alternativen och kontrollera att den uppfyllde de fastställda kraven. Därefter övervägdes en möjlig skäroperation för att optimera användandet av de tillgängliga stålplattorna.

To enable a generic modelling tool for precipitation kinetics in non-homogeneous components, an efficient data-handling is required to facilitate the integration of models on different length scales, and to decrease the computational time and the use of resources. In this work an automated method to generate, curate and transform Calphad- based thermodynamic and kinetic data to facilitate precipitation models integrated in FEM codes is developed and tested. The open-source Python library, pycalphad, is employed to access Calphad databases. Python scripts are utilized to calculate the thermodynamic and kinetic parameters, required to supply a precipitation model. The obtained data is stored with an open-source software infrastructure. The Cu-Co binary is the chosen model alloy in this work and the corre-sponding parameters are calculated and stored. The obtained results show, that pycalphad can be used to supply the required thermodynamic and kinetic pa- rameters for a precipitation model. Further refinement of the presented sourcecode is required to enable application in the whole composition range. / För utveckling av ett generiskt modelleringsverktyg för utskiljningskinetiken i inhomogena komponenter krävs en effektiv databehandling som möjliggör integration av modeller för olika längdskalor och minskar beräkningstiden och resursförbrukningen. I denna avhandling utvecklas och testas en automatiserad metod för att generera, kurera och transformera termodynamisk och kinetisk Calphad-data. Detta möjliggör integration av utskiljningsmodeller i finita-element metodkoder. Pycalphad tillsammans med en öppen källkod används för att komma åt Calphad-databaser. Ett Python-skript används för att beräkna de termodynamiska och kinetiska parametrarna som används i utskiljningsmodellen. Uppgifterna sparas i en öppen källkodsinfrastruktur. Den utvecklade metoden demonstreras genom att generera, kurera och transformera information för det binära modellsystemet Cu-Co Resultaten visar att Pycalphad kan användas för att tillhandahålla de nödvändiga termodynamiska och kinetiska parametrarna för utskiljningsmodeller. En ytterligare förbättring av den presenterade källkoden är nödvändig för att möjliggöra applikationen inom hela sammansättningsområdet.

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.

Vid extrudering av aluminiumprofiler introduceras en temperaturgradient i götmaterialet för att motverka den extra värme som uppstår under processen och tros påverka de mekaniska egenskaperna hos profilen. Detta examensarbete, utfört i samarbete med Hydro Extrusions, undersökte hur götets temperaturgradient påverkar de mekaniska egenskaperna hos extruderade aluminiumprofiler. Arbetet grundade sig i en modifierad DMAIC-metodik där Control-delen exkluderats. Dragprov genomfördes för att undersöka sträckgräns, brottgräns, töjning och elasticitetsmodul hos T4- och T6-åldrade profiler av legeringarna EN AW-6060 och EN AW-6082. Även profilernas utlöpningstemperatur, utlöpningshastighet och kylningshastighet undersöktes. Resultaten visade att temperaturgradienten inte direkt påverkade de mekaniska egenskaperna hos profilerna. Istället bidrog den till att maximera profilens utlöpningshastighet. De största faktorerna som påverkade de mekaniska egenskaperna var vilken åldring och kylningsmetod som användes. / During the extrusion of aluminum profiles, a temperature gradient is introduced into the billet to counteract the extra heat generated during the process and is believed to affect the mechanical properties of the profile. This thesis, carried out in collaboration with Hydro Extrusions, examined how the temperature gradient in the billet affects the mechanical properties of extruded aluminum profiles.  The work was based on a modified DMAIC methodology where the Control phase was excluded. Tensile tests were conducted to investigate the yield strength, ultimate tensile strength, elongation, and modulus of elasticity of T4- and T6-aged profiles of the alloys EN AW-6060 and EN AW-6082. The profile’s exit temperature, exit speed, and cooling rate was also investigated. The results showed that the temperature gradient did not directly affect the mechanical properties of the profiles. Instead, it contributed to maximizing the profile's exit speed. The largest factors influencing the mechanical properties were the aging and cooling methods used.

This work were requested by Uddeholms AB. Uddeholm is the worldś leading manufacturer of high performance tool steel for industrial tools. The company exists worldwide and is present in over 100 countries. One of the company’s main production processes is manufacturing powder steels with extremely high quality. In this work, one of these steels has been analyzed to evaluate the presence and distribution of non-metallic inclusions. Higher demands on quality and more global competition worldwide means that you always have to strive towards perfection in the manufacturing processes. Non-metallic inclusions have severe effects on the mechanical properties of steels. That's why it's of utmost importance to investigate their presence in the tool steel and especially their size. The reason for this is because it's the largest inclusions that's the most dangerous for the material. To obtain a statistically number of certainty of the largest of inclusions, very vast areas of steel have to be examined. Therefore a theoretical method of extrapolation is often used instead to approximate the distribution of the largest inclusions. The precision of this method is still very uncertain. Different methods of this kind of analysis do exist. The method applied in this work of degree is extreme values analysis by statistics of extreme values (SEV). To ensure the pre-conditions of the extreme values analysis, a large quantity of powder steel was analyzed. This was done by light-optic microscopy (LOM) and exclusively performed by Uddeholms AB at their R&D-facility (Research and development-facility) in Hagfors. At Karlstad Universityś test-facility specimens were subjected to ultrasonic fatigue testing at 20 kHz. The specimens derived from the same material as the ones examined in LOM. The result from the ultrasonic fatigue testing were that the largest inclusions in the material were found. This was done by applying very high cycle fatigue (VHCF). To calculate the maximum theoretical inclusion size, SEV was used. The extreme values analysis was performed on gathered data from both LOM and VHCF. All fracture surfaces from the ultrasonic fatigue testing were then examined in scanning electron microscope (SEM) at Karlstad University. In SEM, the largest inclusion in every fractured surface was identified and measured. The maximum real inclusion size from the fractured surfaces was then compared to the maximum theoretically calculated inclusion size from the extreme values analysis. As it turned out the real inclusion size proved to be slightly larger than the theoretical. The difference between them was found to be 3,25 µm. Conclusions drawn were that Uddeholms powder steel exhibits very high purity and that extreme values analysis as an analytical method is recommended. However, the analysis should be repeated to underline the chosen solution methodology.

Studien har genomförts på ett antal stålplåtar från olika kulturhistoriska byggnader. När kulturhistoriskt värdefulla byggnader ska renoveras måste detta göras med så god kunskap som möjligt om byggnadens olika delar och de värden dessa representerar. Det problem som studien har ämnat att lösa har varit en bristande kunskap om historiska stålplåtar. Studien har därför utförts för att bidra med kunskap som kan användas när gamla byggnader ska renoveras.För att uppnå syftet att bidra med kunskap som kan vägleda renovering av kulturhistoriska byggnader har studiens mål varit att undersöka hur de olika plåtarna tillverkats och vilka resultat de processerna har fått.Detta har genomförts genom att utföra en metallografi på samtliga prover för att undersöka deras mikrostrukturer och få en förståelse för materialen. Även en kemisk analys av materialens innehåll har gjorts genom en optisk emissions spektroskopi.De resultat som hämtades från plåtarna visade hur stor skillnad det var mellan olika tillverkningsmetoder och deras konsekvenser. Genom att ha sett den mångfald av egenskaper som fanns bland plåtarna har slutsatserna dragits att det finns ett värde i att respektera de äldre materialen.Genom att vara medveten om att det kan finnas stora skillnader i materialen kan valet av plåt göras på ett bättre sätt. Under studiens gång blev det även uppenbart hur mycket historia som fanns lagrad i de gamla plåtarna som är viktig att ta vara på. / The study has been conducted on a number of steel plates from different buildings of cultural and historical value. When old, cultural buildings are to be renovated, it must be done with as much knowledge as possible about the different parts of the building and the values that they represent. The problem that the study has aimed to solve has been an inadequate level of knowledge in regards to historical steel plates. Because of this, the study has been conducted to contribute with knowledge that could be used when old buildings are to be renovated.To achieve the purpose of contributing knowledge to guide renovations of culturally and historically valuable buildings, the goal of the study has been to analyze how the different plates have been made and what the results of those processes were.This has been carried out by conducting a metallography on all of the samples to analyze their microstructures and to gain an understanding of the materials. A chemical analysis has also been conducted on the contents of the materials by using optical emission spectroscopy.The results showed how big of a difference there was between different manufacturing methods and their consequences. By discovering the diversity of the properties of the plates the conclusion has been drawn that there is value in respecting the values of the older materials.By being conscious of how large the difference is between different types of steel sheets, better decisions can be made during choice of steel sheet, and it is more obvious how much history that is stored within the old plates.

The main problem encountered in this thesis is the lack of research and knowledge of selective laser melted-printing with Uddeholm Dievar®. This absence of information could cause issues regarding quality and properties of the alloy as well as uncertainty regarding an appropriate heat treatment cycle. This thesis mainly focuses on observing the changes that occur in the microstructure when Uddeholm Dievar® is manufactured through the additive manufacturing (AM) method known as selective laser melting (SLM). The SLM- method consists of a high-power laser that melts together thin layers of powder, one layer at a time, until a three-dimensional product is created according to selected drawings. The methodology on which this thesis is based on is the execution of a theoretical study, scientific experiments and thermodynamic calculations. Analysis of the microstructure is performed using a scanning electron microscope with techniques such as Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Electron backscatter diffraction (EBSD). The purpose of the methods are to map the constituent elements of the alloy and observe the orientation of the crystallographic phases in the atomic lattice respectively. The results show that the powder, both before and after printing, mainly consists of martensite with a low amount of residual austenite. The amount of primary carbides is relatively low and has been classified as MC (V-rich) and/or M6C (Mo- rich) type. The remaining residual austenite could be explained by the segregation of constituent alloying elements, where the carbon content is a dominant factor to why the MS -temperature lowers significantly causing the presence of retained austenite even though SLM has a cooling rate that varies between 103 and 108 [K/s]. / Det huvudsakliga problemet som denna avhandling behandlar är bristen på forskning och kunskap inom selective laser melting (SLM) 3D-printing med Uddeholm Dievar®. Avsaknaden kan leda till sämre kvalité och produktegenskaper hos legeringen. Det kan även leda till ovisshet gällande val av lämplig värmebehandling. Arbetet fokuserar på att dokumentera utformningen av stålets mikrostruktur när Uddeholm Dievar® tillverkas med den additiva tillverkningsmetoden SLM. Tillverkningsprocessen består av en högeffektslaser som detaljerat smälter samman tunna lager pulver, ett lager i taget, tills att en tredimensionell produkt skapats utefter valda ritningar. Använda metoder är; utförandet av en teoretisk studie, vetenskapliga experiment och thermodynamiska beräkningar. Analys av mikrostrukturen genomförs med hjälp av svepelektronmikroskåp där teknikerna Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) och Electron backscatter diffraction (EBSD) används. Syftet med EDS är att kartlägga de ingående elementen i legeringen, syftet med EBSD är att se orientering av de kristallografiska faserna i atomgittret. Resultaten visar på att legeringen, både före och efter printing, till största del består av martensit med en låg mängd restaustenit. Mängden primärkarbider är relativt låg och har klassifiserats som typen MC (V-rik) och/eller M6C (Mo- rik). Den kvarstående restausteniten kan möjligen förklaras av segringen av ingående legeringsämnen där kolhalten är en dominerande faktor som sänker MS-temperaturen. Detta gör att restaustenit förekommer trots den höga kylhastigheten som varierar mellan 103 och 108 [K/s] i SLM.

Induction hardening is a complex process that requires regular verification of the case depth and the microstructure. Today this verification is done by destructive testing where a cross section is analysed. The case depth is measured by several Vickers hardness impressions and the microstructure is analysed by a light optic microscope. This master thesis was performed in collaboration with Volvo GTO in Skövde, with the target to find out if an ultrasonic backscattering method is usable for analysing the case depths on induction hardened crankshafts. This was done by verifying the results provided by ultrasonic testing with the results provided by destructive testing. The measurements were done on several crankshafts with different case depths and steel composition. The result, for crankshafts with normal case depths, shows a good correlation between the destructive testing (DT) and the ultrasonic testing (UT). The mean value for the discrepancy was 0.39 mm with a standard deviation of 0.20 mm. The reproducibility of the method has a standard deviation of 0.074 mm.