I detta examensarbete framtogs två bärlagermaterial med hög dränerande förmåga från NCCs bergtäkt i Kjula samt standardprodukt 0/32 mm som användes som referens. De sökta egenskaperna som beaktades var hög permeabilitet, hög porositet, god bärighet och kostnadseffektiv produktion. Tester gjordes på materialens porositet, permeabilitet, vattenkvot och materialens kornstorleksfördelning analyserades. Materialet framtogs genom att avskilja 0/16 i ingående till kross och sedan sikta fram sortering 0/32 mm. Materialet analyserades i laboratorium där korndensitet och kornstorleksfördelning bestämdes. Vattenkvoten fastställdes genom torkning i ugn och permeabiliteten mättes med rörpermeameter. Resultaten visade att den viktigaste parametern för ett materials permeabilitet är andelen finmaterial (<0.063 mm) och genom förändring av ingående material till kross kan permeabiliteten och porositeten förändras i utgående materialet. Mätning av materialens egenskaper visade att permeabiliteten förbättrades till k = 4.4 * 10-3 m/s jämfört med referensmaterialet k = 1.8 * 10-4 m/s. Materialets porositet n ökade från n = 32.58 %, för referensmaterialet, till n = 37.96 %.

Additiv tillverkning (AM) är en tillverkningsmetod som skapar komponenter genom att addera material där det tidigare inte fanns, detta möjliggör tillverkning av geometrier som annars hade varit omöjliga eller mycket tidskrävande. Electron Beam Melting är en pulverbaserad AM metod där ett metallpulver smälts samman av en elektronstråle. De två största nackdelarna med pulverbaserad AM är en ojämn yta och inre porositet i tillverkade komponenter. Den grova ytan avhjälps i de fall det behövs genom att efterbehandla komponenter genom skärande bearbetning och porositeten åtgärdas idag med HIP, Hot Isostatic Pressing. Arbetet i denna rapport har som syfte att minimera porositeten in situ för att öka tillförlitligheten och repeterbarhet hos materialegenskaperna i EBM-tillverkade komponenter genom optimerandet av smältstrategin. Detta har skett genom ett experiment där fem smältstrategier har använts vid tillverkning av fyra olika utformade provstavar varvid porositeten har granskats i avseendena porandel av ytarea och porfördelning. De fem strategierna var S0, Standard; S1, Enkelriktad ifyllnad före kontur; S2.0, Endast kontur utifrån och in; S2.1, Endast kontur inifrån och ut; S2.2, Som S2.1 utan MultiBeam, och de fyra provstavsutformningarna var ett rätblock, en cylinder, ett rör med 3 mm tjocka väggar och ett timglas. Lägst porositet gavs av S2.1 med en genomsnittlig densitet på 99,993 % och högst gavs av S2.0 med en denistet på 98,63 % där S0 resulterade i en genomsnittlig densitet på 99,94%. / Additive manufacturing (AM) is a manufacturing method that creates components by adding material where there previously was none, this enables fabrication of geometries which otherwise had been impossible or very time consuming. Electron Beam Melting is a powder based AM-method where a metallic powder is melted by an electron beam. The two largest issues with powder based AM is its high surface roughness and internal porosity of manufactured components. The uneven surface is remedied where necessary by making the part larger than its final dimensions and machining it to size while the porosity today is rectified with HIP, Hot Isostatic Pressing. This works aims to minimize the porosity in situ in order to improve the reliability and repeatability of the material properties of EBM-manufactured parts through the optimization of the melting strategy. This has been done through an experiment in which five melting strategies have been applied to four different test rods after which the porosity was examined in terms of porosity and pore distribution. The five strategies were S0, Standard; S1, One-way hatch before contour; S2.0, Only contour outside and in; S2.1, Only contour inside and out; S2.2, Like S2.1 without MultiBeam, and the four test bar designs were a cuboid, a cylinder, a tube with 3 mm thick walls and an hourglass. The lowest porosity was given by S2.1 with a mean average density of 99 993% and highest was S2.0 with 98.63% density whereas S0 resulted in a mean average density of 99.94%. / <p>Betyg 2020-08-02</p>

Pressgjutna Al-Si komponenter förekommer mer och mer i förbränningsmotorer med syfte att reducera vikt och förbättra hållbarhet. Ett problem vid pressgjutning, en process kännetecknad av kostnadseffektivitet vid massproduktion, är porositetsbildning vilket kan resultera i läckage, strukturell svaghet och försämrad hållbarhet och livslängd för tillverkade komponenter. Då porer oftast bildas internt försvåras dessutom identifiering av potentiellt trasiga komponenter. Det är därför av vikt att finna parameterinställningar i pressgjutningsprocessen vilka konsekvent minimerar porositetsbildning. Ett företag som drabbas av återkommande porositets-relaterade defekter är Husqvarna Group. De använder vakuumassisterad pressgjutning för att, bland annat, producera motorcylindrar av Al-Si. Kassationsgraden, specifikt hänförbar till porositet, för en cylindermodell har under de senaste tre åren fördubblats vilket har resulterat i slöseri av produktionstid och kvalitetsbristkostnader. Vakuumassisterad pressgjutning kan beskrivas stegvis: (1) smält metall hälls i en cylindrisk fyllkammare, (2) en skottkolv trycker smältan mot ett mindre inlopp i låg hastighet för att undvika turbulens, samtidigt som vakuum ansätts i fyllkammare och gjutverktyg, (3) skottkolvshastigheten ökar markant vid en förinställd omslagspunkt, vilket spray-fyller gjutverktyget, och (4) högt tryck ansätts för att eftermata smälta till gjutverktyget när solidifiering sker. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka om och hur diverse parametrar, hänförbara till de nämnda processtegen, påverkar porositetsbildning i en industriell produkt. Därefter applicerades den erhållna processförståelsen för att identifera parametrar kritiska för porositetsbildning och slutligen rekommendera parameterinställningar som konsekvent minimerar porositetsgraden. Det experimentella upplägget bestod av två steg varav det första ämnade undersöka, via simulering, vilka av 6 parametrar som påverkade porositetsgraden utifrån en reducerad tvånivåers försöksdesign. Det andra steget var ett verkligt experiment i produktionsmiljö där de tre identiferade parametrarna från screening-experimentet varierades enligt en central-composite design. Analysen av experimenten resulterade i parameterinställningar som förväntas reducera porositetsgraden med över 70%. En lägre porositetsgrad kommer troligen reducera kassationsgraden av den undersökta cylindermodellen, vilket hade resulterat i finansiell besparing och effektivare produktion. I ett industriellt kontext bidrar detta exjobb huvudsakligen med en systematisk kvalitetsförbättrande metod för pressgjutna komponenter baserad i såväl simulerad som verklig miljö. / Pressure die casted Al-Si components are increasingly found inside internal combustion engines, resulting in weight reduction and increased durability. Characteristic to die casting, commonly associated with cost-effective mass production, is the formation of pores which, if unnoticed, can cause leakage, structural deficiencies, and thus reduced durability and life-length of components. Pores commonly appear internally, making identification of faulty components difficult. Therefore, finding parameter settings in the die casting process that consistently minimizes the formation of pores is of importance. A company struggling with porosity-related defects is Husqvarna Group, currently using vacuum-assisted die casting to produce engine cylinders of Al-Si. Scrap-rate, specifically related to porosity, of a particular cylinder model has doubled in the last three years, causing waste of both precious production time and higher quality deficiency costs. A vacuum-assisted die casting process consists of several steps: (1) liquid Al-Si is poured into a cylindrical shot sleeve, (2) a plunger is moved towards a small gate, leading to the die cavity, at low velocity as to not cause turbulence, whilst vacuum is applied throughout the cavity and shot sleeve, (3) plunger velocity is increased substantially at a predetermined switch point, resulting in a spray-filling of the die cavity, and (4) high pressure is applied to continue the feed of molten metal into the cavity as solidification occurs. The purpose of the thesis has been to investigate if and how various parameters, related to the aforementioned four steps of the die casting process, impact the porosity amount in an industrial product. The acquired process knowledge was then applied to identify parameters affecting porosity and recommend settings that consistently minimize the porosity amount. The experimental procedure consisted of two steps: firstly, a screening experiment of six process parameters was made by simulating the die casting process according to a fractional factorial design. Secondly, a real-world experiment was conducted following a central-composite design by varying the three most impactful parameters from the screening experiment.   Analysis of the experiments resulted in a selection of parameter settings, anticipated to reduce porosity by over 70%. A lower porosity amount will most likely reduce the scrap rate of the cylinder model, resulting in substantial savings and higher production efficiency. For practitioners, the main contribution of this thesis is a method of systematic quality-improvement to die-casted components by a combination of simulation experiments and real-world tests.

At launching the shell body, especially the backplane of the shell body, will be exposed to very high stresses due to acceleration, pressure and increased temperature from the propellant combustion. Defects in the shell body could in worst case for example result in high temperature gas leakage into the warhead and thereby ignite the explosives before exiting the launcher. This kind of explosion results in serious damages and can seriously injure both the gunner and other people in the surroundings. According to earlier study, carbon fibre reinforced epoxy with filament winding manufacturing method was the primary focus. The purpose of this master thesis was to investigate requirements and testing methods on a shell body manufactured in composite that will guarantee the safety of the gunner and surroundings in the launch phase. The pre-study conducted in this project showed that matrix cracks and fibre breakages are most common defects in the shell body that occur during launching affected by burst pressure. Matrix crack is the less dangerous defect among the impact damage types. Discussion with composite manufacturing companies showed that fibre breakage is a very serious type of defect since more breakage of fibres leads to the shell body have reduced stresses and cannot built-up the fully potential burst pressure during launching.   Two requirement specifications were carried out, one for the shell body and another for the detection methods. These were created by own research and ideas according to found information, telephone- and e-mail contact with experts in areas and with personnel at Saab Dynamics AB. Some requirements for the shell body were that it should be fully usable after drop tests from different heights, vibration and transportation tests yield no cyclic damage after a long transport. Furthermore, the shell body should always use a fully isolated driving band to not have hot explosive gases penetrated into critical sections which results in detonation already in the launcher barrel. The most important requirements for the detection methods were to have depth analysis, high reliability and in-field inspection.   Elimination- and decision matrices were made to find which detection methods should be the final selections in order to find the defects in a shell body. The detection methods which did not fulfil the criteria from each separate matrix were eliminated and did not proceed further as a concept. Eliminations were performed in concept generation phase (elimination matrix) and concept selection phase (decision matrix). In final selection phase a couple of methods were chosen that together found as many defects as possible.   By using both acoustic emission and shearography all the critical defects and a wide range of other defects can be detected with very high reliability and resolution at an acceptable cost. These two methods “interact” perfectly with each other. Acoustic emission is the best method to find fibre breakage and matrix cracks, which are the most commonly occurring defects during launching. But shearography does not have a good detectability of fibre breakage and matrix cracks. On the other hand, shearography has good detectability of both planar- and volumetric defects. It is concluded that only two inspection methods, i.e. acoustic emission and shearography are needed to detect all of the possible defects in the grenade shell body. This is more economical solution requiring smaller space and fewer operators compared to one separate NDT method for detecting each type of defect. / Vid utskjutning av granathylsan utsätts framförallt bakplanet, för mycket höga påfrestningar genom acceleration, tryck och förhöjd temperatur från krutförbränningen. Vid en genombränning av granatskalet skulle sprängämnet i verkansdelen kunna tändas redan i eldröret och orsaka en vapensprängning. Den här typen av explosion resulterar i allvarliga skador både för skytten samt folk i dess omgivning.   Med hänsyn till tidigare studier har det varit fokus på kolfiberförstärkt epoxi som är tillverkad av fiberlindning. Syftet var att utreda kravställningar och metoder för provning, som garanterar skyttens och omgivningens säkerhet i utskjutningsfasen av en granat tillverkad av kompositmaterial.   Från förstudien i denna rapport visade sig att matrissprickor och fiberbrott är de vanligaste defekter som uppstår i granathylsan under utskjutningsfasen där den största påverkan är ifrån explosionstrycket. Matrissprickor är de mindre farliga defekter av de som uppstår under intryckning. Diskussion med komposittillverkande företag visade att fiberbrott är en väldigt farlig typ av defekt eftersom fibrerna står för styrkan och brott av fibrer leder till att granathylsan klarar av att utsättas för lägre påfrestningar och kan inte hjälpa till att bygga upp det önskvärda trycket som önskas under utskjutningen.   Två kravspecifikationer utfärdades, en för granathylsan och en annan för detekteringsmetoderna. Dessa två skapades genom egen studie och idéer med hänsyn till hittad information, ifrån telefon- samt email kontakt med experter inom områdena samt med hjälp av personal på Saab Dynamics AB. Några krav som valdes för granathylsan var att den ska vara fullt användbar efter fallskärmsprovning från olika höjder, vibration- och transport tester för att inte få cykliska skador efter en lång transportering samt att alltid ha en fullt isolerad gördel så att inte de heta gaserna från explosivorna tänds redan i eldröret vilket orsakar vapensprängning. Några krav för detekteringsmetoder var att de ska kunna göra mätningar/analyser på djupet, ha hög trovärdighet samt vara portabel.   Eliminering- och beslutsmatriser gjordes för att hitta vilka detekteringsmetoder som skulle bli de slutliga valen i jakten på att finna defekterna i granathylsan. De metoder som inte uppfyllde kriterierna från respektive matris blev eliminerade. Elimineringen utfördes i faserna för konceptgenerering och konceptval. I slutliga valet valdes ett par lämpliga metoder som tillsammans hittar så många defekter som möjligt.   Genom att använda akustisk emission samt shearografi hittades samtliga kritiska defekter plus många andra som inte anses vara kritiska med väldigt hög trovärdighet och upplösning till ett mer acceptabelt pris. Metoderna samverkar väldigt bra med varandra eftersom akustisk emission är bästa metoden att hitta fiberbrott och matrissprickor vilket är vanligt förekommande i utskjutningsfasen. Shearografi har inte samma detekterbarhet på dem två defekterna men de har å andra sidan istället väldigt god detekterbarhet på både volymetriska- och plana defekter.   Slutsatsen är att endast två metoder behövdes för att finna alla defekter vilket blir mer ekonomiskt, tar mindre plats och behöver färre certifierade operatörer jämfört med om man ska ha en detekteringsmetod för att finna respektive defekt.

The pores in pressed and sintered components constitute weak points in the material since the stress concentration is larger than the nominal stress there. Therefore, fatigue cracks initiate at the pores. Specifically, it can be assumed that the fatigue cracks initiate at the largest pore in the stressed volume. Studies have previously looked at finding ways to model the fatigue strength of the material based on the largest pore. This thesis looks at a model previously derived for hardened pressed and sintered materials that is based on linear elastic fracture mechanics and investigates if said model can be modified to include non-hardened pressed and sintered materials that do not necessarily behave linear elastically. A model describing the influence of the size of the largest pore on the fatigue limit using empirical coefficients is suggested. Furthermore, the area of the largest pore is modelled using extreme value statistics. The model proved successful in modelling the density effect of the porosity on the fatigue strength for two materials with different microstructures: one with a homogeneous microstructure and one with a heterogeneous microstructure. For the material with the homogenoeous microstructure the model also accounted well for the notch effect when tested on samples with a different geometry. However, for the heterogeneous material the model did not account for the notch effect. Deformation hardening due to local plastic deformation in the softer phases was suggested as a possible explanation and was supported by tensile tests.