This project explores the feasibility of the solid-state welding method direct-drive friction welding to be used as a joining method for the nitrogen alloyed steel Uddeholm Vanax SuperClean, produced via processes based on powder metallurgy. Vanax SuperClean cannot be welded using fusion welding methods where the base material melts, due to nitrogen escaping the material, resulting in inferior quality welds. The cost of the material motivates the use of Vanax SuperClean for critical parts in applications, combined with a less costly material for the remaining parts, causing alternative joining methods to be examined. Vanax SuperClean is friction welded to itself and to Uddeholm steel types Stavax ESR and UHB 11. Samples are prepared for a number of examinations. Microstructures of the samples are examined using microscopy, microhardness testing is carried out per the Vickers principle, retained austenite is measured using X-ray diffraction and tensile testing of the welded samples is performed. Defect-free welds are produced in all examined samples, showing that the method is suitable for Vanax SuperClean and that no preheating or slow cooling of workpieces are necessary. The possibility of using friction stir welding as a joining method for Vanax SuperClean is discussed. / Detta projekt undersöker möjligheten att använda trycksvetsningsmetoden friktionssvetsning som sammanfogningsmetod för det kvävelegerade pulvermetallurgiskt framställda stålet Uddeholm Vanax SuperClean. Vanax SuperClean kan inte svetsas med smältsvetsmetoder där grundmaterialet smälter, på grund av kvävgasbildning som resulterar i undermåliga svetsfogar. Kostnaden för materialet motiverar användandet av Vanax SuperClean för kritiska delar i applikationer, kombinerat med ett mindre kostsamt material till övriga delar, vilket föranleder undersökning av alternativa sammanfogningsmetoder. Vanax SuperClean friktionssvetsas mot sig själv, såväl som mot Uddeholmsstålen Stavax ESR och UHB 11. Prov tas fram för ett antal undersökningar. Mikrostruktur undersöks med mikroskopi, mikrohårdhetsprovning utförs enligt Vickersprincipen, restaustenitnivåer mäts med röntgendiffraktion och dragprovning utförs. Lyckade svetsfogar fås i alla undersökta prover, vilket visar att svetsmetoden är lämplig för Vanax SuperClean och att varken förvärmning eller långsamt svalnande av arbetsstycken krävs. Möjligheten att använda friktionsomrörningssvetsning som sammanfogningsmetod för Vanax SuperClean diskuteras.

I detta examensarbete har undersökningar kring finfrästa ytor i härdat verktygsstål utförts i samarbete med verktygsstålsproducenten Uddeholms AB i Hagfors. Vid spånskärande bearbetning påverkas materialet ibland negativt. En försöksserie om totalt 90 finfrästa ytor i härdade varmarbetsstålen Uddeholm Orvar Supreme och Uddeholm Dievar har frästs, mätts och utvärderats för att ta reda på hur fräsprocessen inverkar på materialets egenskaper. Det visar sig att materialet påverkas olika mycket beroende på hur fräsningen utförs och med vilken typ av fräsverktyg som används. I detta arbete har endast ändradiefräsar av solid hårdmetall använts. Analysen av ytorna har gjorts med en rad mätmetoder så som optisk ytjämnhetsmätning, hårdhetsmätning med Vickersmetoden, restspänningsmätning med röntgendiffraktion och okulär inspektion av stålets mikrostruktur i ljusmikroskop. Mätningarna utfördes för att se hur materialet påverkas mekaniskt av bearbetningen.   I de mest ogynnsamma försöksfallen är den mekaniska påverkan från fräsbearbetningen av stålets ytor så stor att bearbetningen riskerar försämra tillverkade komponenters livslängd sett ur utmattningssynpunkt. Målet med arbetet är att identifiera det mest gynnsamma sätt fräsningen kan utföras på för att kunna minimera påverkan på materialets egenskaper. Detta ger möjligheten för Uddeholms AB att ge faktabaserade råd till sina kunder om vilket körsätt som ger minsta påverkan av verktygsstålet vid bearbetning. Kunderna kan nyttja då materialet till dess fulla kapacitet. / In this thesis, investigations on hardened finish milled surfaces was done in collaboration with the tool steel manufacturer Uddeholms AB in Hagfors, Sweden. The steel material is affected by machining operations, sometimes in a negative destructive manner. An experimental test series containing a total of 90 surfaces in hot work steels Uddeholm Orvar Supreme and Uddeholm Dievar were milled, measured and evaluated to clarify the milling operations effect on the steels mechanical properties. It was found that the material is affected differently according to how the milling was preformed and with which type of milling tool. In this thesis, only solid carbide end-radius milling tools were used. The surface analysis were conducted with a range of measuring techniques including optical surface roughness measurements, hardness measurements in Vickers scale, residual stress measurements with X-ray diffraction (XRD) and microstructural analysis with optical light microscope. These measurements were conducted in order to determine the milling operations mechanical affects and grade of alteration of the tool steels surfaces. In the least favorable cases, the effect from machining are so profound, that degradation of produced components can be expected in terms of fatigue wear resistance. The goal of the thesis is to identify the most favorable process parameters, in order to minimize degradation of the tooling material in customer user cases, together with the opportunity to give fact based advice to Uddeholms AB customers on the most favorable process parameters in finish milling with radius-mills of hardened hot work tool steels. In this way the customer can utilize the tooling material at its full potential.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der neuartigen Wechselwirkung von intensiven und ultrakurzen Röntgenlaserpulsen mit atomaren endlichen Systemen, die derzeit durch eine neue Generation von Lichtquellen, sogenannter X-ray free-electron laser (XFEL) zugänglich gemacht wird. Eine der Vorzeigeanwendungen der XFELs ist die zukünftig potentiell mögliche Strukturbestimmung endlicher nicht-periodischer Systeme mit atomarer Auflösung durch Diffraktion. Hierbei stellt sich der durch die hohe notwendige Pulsintensität bedingte Strahlenschaden an dem System als limitierender Faktor heraus, der ein detailliertes Verständnis der durch Photoabsorption induzierten Dynamik voraussetzt, um diese Art der "Mikroskopie" zum Erfolg zu führen. Wir verwenden daher zur Beschreibung der laserinduzierten Dynamik ein mikroskopisches Modell in dem Photoionisation und inner-atomare Zerfallsprozesse durch quantenmechanische Raten behandelt werden und die Dynamik der Ionen und energetischen Elektronen in einer klassischen Molekulardynamik-Simulation erfasst wird. Eine Neuerung gegenüber bisherigen Modellen ist die Berücksichtigung der Ionisation von Atomen durch starke interne Felder in dem hoch-geladenen System. Durch eine Anwendung des Modells auf Neoncluster kann gezeigt werden, dass diese Feldionisation einen wichtigen Beitrag zur laserinduzierten Dynamik darstellt. Sie führt zur ultraschnellen Formation eines Nanoplasmas, welches sich im Kern des geladenen Clusters ansammelt und dort die Ladung der Clusterionen neutralisert. Hierdurch wird eine vorzeitige Coulomb-Explosion des Clusters vermieden. Es wird dargelegt, dass dieser Mechanismus der lokalen Schadensreduzierung durch die Einbettung des Clusters in ein Heliumtröpfchen auf den gesamten Cluster ausgeweitet werden kann, da durch Feldionisation und Migration von Elektronen die vollständige laserbedingte Aufladung des Clusters auf das Heliumtröpfchen transferiert wird. Eine Analyse der resultierenden Diffraktionsmuster bestätigt, dass der reduzierte Strahlenschaden am Cluster den Anwendungsbereich für Diffraktionsexperimente erheblich ausweitet. Kürzlich wurde am SLAC National Accelerator Laboratory der erste XFEL in Betrieb genommen. Eine Modifikation des Modells auf dort bereits erzielbare Wellenlängen wird genutzt um Vorhersagen über das Photoabsorptionsverhalten, aus dem alle weiteren Schäden folgen, an kleinen Neoncluster zu treffen. Hiermit lassen sich bereits jetzt durch den Vergleich zu Experimenten die wichtigen Schadensmechanismen und ihre theoretische Beschreibung testen. Es wird ferner das interessante Relaxationsverhalten des durch massive Photoionisation in XFEL-Strahlung erzeugten Elektronenplasmas untersucht. Diese neuartige Anregung erfolgt auf einer Femtosekunden-Zeitskala und produziert eine hohe Dichte an energetischen Elektronen. Wir beschreiben dieses Plasma durch ein generisches Modell seiner Vielteilchen-Dynamik. Hierbei kann der gesamte Parameterraum des Modells in vier Klassen unterteilt werden, die sich nach Anregungsgrad, der den Elektronenverlust des Plasmas regelt, und Anregungsdauer, die die transiente Dynamik beeinflusst, unterscheiden. Speziell der Bereich starker Anregung bei gleichzeitig kurzer Anregungsdauer zeigt ein interessantes neues Verhalten, bei dem sich eine Equilibrierung des Systems im Kontinuum andeutet.

This master thesis presents a theoretical investigation of the energy and stability of interfaces in iron-carbide compounds, specifically focusing on the α-Fe/Cr7C3 system. The study aims to fill the gap in knowledge regarding the surface energetics of these interfaces using Density Functional Theory (DFT). Six different α-Fe/Cr7C3 interfaceswere constructed α-Fe(001)/Cr7C3(024), α-Fe(001)/Cr7C3(202), α-Fe(001)/Cr7C3(040),α-Fe(110)/Cr7C3(024), α-Fe(110)/Cr7C3(202) and α-Fe(110)/Cr7C3(040). Due to limited computational resources, only one of them was computationally analyzed to determine its interfacial energy value. The results revealed that the interfacial energy of the α-Fe(001)/Cr7C3(040) interface falls within the range of incoherent interfaces, indicating its stability. The computed interfacial energy values ranged from 0.94 to 3.39 J/m2, consistent with similar studies on other iron interfaces. The simulations also identified minimum and local minimum points in the interface energy curve, representing stable configurations at specific interface separation distances. The presence of a minimum point at an interface separation value of d = 1.3551 Å with an interfacial energy of 0.94 J/m2 indicates the most stable configuration, while a local minimum point at d = 2.27 Å with an interfacial energy of 2.12 J/m2 suggests another stable configuration for the interface. The conclusion that the computations were correctly performed with an interfacial energy value of 0.94 J/m2 for the most stable configuration at a supercell length (aSupercell ) of 22.23 Å is drawn. The findings of this research have significant implications for future investigations and applications. Firstly, this study fills the gap of the unresearched ferrite-carbide interfaces with theoretical data. Secondly, the knowledge gained from studying these interfaces contributes to understanding hydrogen interactions, which is fundamental for the transition towards a hydrogen economy. Additionally, the incoherent nature of the interface introduces challenges in understanding material behavior and properties, necessitating further investigations for designing efficient systems. Future work includes experimental validation of the α-Fe/Cr7C3 interface to compare the theoretical and experimental energies and stability. Investigating the remaining interfaces and examining the effects of introducing hydrogen atoms in these interfaces, along with calculating the corresponding hydrogen trapping energies, are important research areas. Further advancements in understanding these interfaces can be achieved through interface engineering, multiscale modeling, and studying other iron-carbide systems. / Detta examensarbete presenterar en teoretisk undersökning av energin och stabiliteten hos gränssnitt i järnkarbidföreningar och fokuserar specifikt på α-Fe/Cr7C3-systemet. Studien syftar till att fylla kunskaps tomrummet gällande ytegenskaperna hos dessa gränssnitt genom användning av densitetsfunktionalteori (DFT). Sex olika α-Fe/Cr7C3-gränssnitt konstruerades α-Fe(001)/Cr7C3(024), α-Fe(001)/Cr7C3(202), α-Fe(001)/Cr7C3(040), α-Fe(110)/Cr7C3(024), α-Fe(110)/Cr7C3(202) och α-Fe(110)/Cr7C3(040). På grund av begränsade beräkningsresurser analyserades endast ett av dem för att bestämma dess gränssnittsenergivärde. Resultaten visade att gränssnittsenergin för α-Fe(001)/Cr7C3(040)- gränssnittet ligger inom intervallet för inkoherenta gränssnitt, vilket indikerar dess stabilitet. De beräknade gränssnittsenergivärdena varierade mellan 0,94 och 3,39 J/m2 , vilket är i linje med liknande studier där järngränssnitt studeras. Minimi och lokala minimipunkter i gränssnittets energikurva, vilket representerar stabila konfigurationer vid specifika avstånd mellan gränssnittet. Förekomsten av en minimipunkt vid ett gränssnittsavstånd på d = 1,35 Å med en gränssnittsenergi på 0,94 J/m2 indikerar den mest stabila konfigurationen, medan en lokal minimipunkt vid d = 2,27 Å med en gränssnittsenergi på 2,12 J/m2 antyder en annan stabil konfiguration för gränssnittet. Slutsatsen dras att beräkningarna utfördes korrekt med ett gränssnittsenergivärde på 0,94 J/m2 för den mest stabila konfigurationen vid en supercellslängd (aSupercell) på 22,23 Å. Fynden från denna forskning har betydande implikationer för framtida undersökningar och tillämpningar. För det första fyller denna studie kunskapsgapet gällande de otillräckligt utforskade ferrit-karbidgränssnitten med teoretisk data. För det andra bidrar den erhållna kunskapen från studiet av dessa gränssnitt till förståelsen av väteinteraktioner, vilket är grundläggande för övergången till en väteekonomi. Dessutom innebär gränssnittets inkoherenta natur utmaningar när det gäller att förstå materialbeteende och egenskaper, vilket kräver ytterligare undersökningar för att utforma effektiva system. Framtida arbete inkluderar experimentell validering av gränssnittet mellan α-Fe/Cr7C3 för att jämföra teoretiska och experimentella energier och stabilitet. Att undersöka återstående gränssnitt och undersöka effekterna av att introducera väteatomer i dessa gränssnitt och beräkna motsvarande vätefällningsenergier är viktiga forskningsområden. Gränssnittsdesign, flerskalig modellering och studier av andra järnkarbid-system kan ytterligare främja förståelsen av dessa gränssnitt.