Hjälpramar konstrueras med olika profiler, utformningar och material för att kunna få den bästa möjliga funktionen. Syftet med följande arbete är att fastställa vilket av materialet stål och aluminium som är mest optimal vid tillverkning av hjälpramar för lastbilar. Arbetet genomfördes med hjälp av datainsamling för respektive material, och intervju med Henrik Sieurin från AluCar. Hållfasthetsberäkningar och FEM-analys på Creo utfördes för att studera hur respektive materialkomponent påverkas under påkänningar. Genom tillämpning av Pughmatris drog slutsatsen om vilket av materialet som är mest lämplig inom ekonomisk, miljö, hållfasthet, och säkerhet. Utifrån Pugh-matrisen bestämdes att aluminium är ett bättre material till användning för hjälpramar. En bra slutsats kunde inte utföras på grund av otillräckliga fakta inom planering, tillverkningskostnad, bearbetning och brist på värde. Dem här faktorerna kan påverka det slutliga resultatet.

A steel slitting process is simulated using FEM (Finite Element Method) in order to see potential defects along the edge in a steel sheet after it has been cut. The model's results were compared to microscope images of the steel sheet in order to verify accuracy. The purpose is conceptual and to find a model that successfully simulates a steel cutting process and (hopefully) how the edge depends on different parameters. The model developed seems to achieve this task, and a more thorough calibration of the model could result in (more) optimal parameters for the machine to use.

Vid framställning av olika material är introduceringen av legeringselement ett betydelsefullt område. Vid framställning av stål kan egenskaperna för stålet optimeras genom att styra de kemiska reaktionerna som sker i samband med att stålet legeras. För legeringar av stål är låga halter av grundämnet bor av intresse. Tillsatser av bor vid ståltillverkningen har visats ge betydande förbättringar av olika materialegenskaper för stål. Ett känt problem är att bor uppvisar hög affinitet till flera andra grundämnen. Detta leder till att bor vid materialtillverkningen bildar ej önskvärda kemiska föreningar med dessa ämnen vilket leder till att borets bidrag till stålets egenskaper förloras i hög utsträckning.Med hjälp av termodynamiska beräkningsmodeller, såsom CALPHAD-metoden, går det att beräkna olika termodynamiska beskrivningar av kemiska föreningar. Dessa kan därefter sammanställas i databaser för framtida beräkningar. Genom att utföra utvärderingar och beräkningar på system av lägre grad, t.ex. binära system, kan i förlängningen mer komplexa beräkningar utföras på multikomponenta system som innehåller flera olika grundämnen. Databasen i detta projekt saknar en uppdaterad beskrivning av tillgänglig termodynamisk informationen för vissa borkarbider. Syftet med detta examensarbete var att utföra en utvärdering av stål mikrolegerat med bor och utföra en uppdatering av en databas med avseende på utvalda kemiska föreningar. Med programvaran Thermo-Calc har en termodynamisk utvärdering skett av Fe-B-C-systemet med avseende på de tidigare ej beskrivna borkarbiderna Fe3(B,C) och Fe23(B,C)6. Deframtagna beskrivningarna av föreningarna implementerades i databasen på ekvationsform och beräkningar utfördes för att påvisa pålitligheten i beskrivningarna. Resultaten från beräkningarna visades överensstämma väl med referenser i litteraturen. / When studying the production of different materials, the introduction of alloying elements is of great importance. The material properties of steels can be optimized through control of the different chemical reactions taking place in the production process. For different steel alloys, alloying with the element boron has shown an increased hardenability for the end products. One problem with boron is that it shows high affinity to several other elements. This can lead to boron forming different chemical compounds that are not desired and thus losing the contribution of boron to the hardenability effect. With the help of thermodynamic calculation models, such as the CALPHAD-method, it is now possible to calculate different kinds of thermodynamic descriptions for chemical compounds. These descriptions can be used in databases for future calculations. By making evaluations of thermodynamic systems of lower degrees, for example a binary system, one could perform more complex calculations of systems involving many elements and compounds. The database used in this project lacked an updated thermodynamic description of selected boron carbides. The purpose of this Master’s Thesis was to perform a thermodynamic evaluation of steel alloyed with small amounts of boron. Using the updated descriptions, the database was updated with the latest thermodynamic information regarding the chemical compounds of Fe3(C,B) and Fe23(C,B)6.A thermodynamic evaluation has been performed using the software Thermo-Calc for the boron carbides Fe3(C,B) and Fe23(C,B)6 in the ternary system Fe-B-C. These new descriptions were implemented in the database and through calculations validated against published articles and journals. The results from the calculations were shown to be satisfactory when comparing to other published results.

Quality assurance in the stainless steel production requires large amounts of sensor data to monitor the processing steps. Digitalisation of the production would allow higher levels of control to both evaluate and increase the quality of the end products. At Outokumpu Avesta Works, continuous processing of coils creates sensor data without connecting it to individual steel coils, a connection needed to achieve the promises of digitalisation. In this project, the time series data generated from 12 sensors in the continuous processing was analysed and four alternative methods to connect the data to coils were presented. A method based on positional time series was deemed the most suitable for the data and was selected for implementation over other methods that would apply time series analysis on the sensor data itself. Evaluations of the selected method showed that it was able to connect sensor data to 98.10 % of coils, just short of reaching the accuracy requirement of 99 %. Because the overhead of creating the positional time series was constant regardless of the number of sensors, the performance per sensor improved with increased number of sensors. The median processing time for 24 hours of sensor data was less than 20 seconds per sensor when batch processing eight or more sensors. The performance for processing fewer than four sensors was not as good, requiring further optimization to reach the requirement of 30 seconds per sensor. Although the requirements were not completely fulfilled, the implemented method can still be used on historical production data to facilitate further quality estimation of stainless steel coils / Kvalitetssäkring av rostfritt stål produktion kräver stora mängder av sensordata för att övervaka processtegen. Digitalisering av produktionen skulle ge större kontroll för att både bedöma och öka kvaliteten på slutprodukterna. Vid Outokumpu Avesta Works skapas sensordata vid kontinuerlig bearbetning av stålband utan att datan sammankopplas till enskilda band, trots att denna sammankoppling krävs för att uppnå löftena som digitaliseringens ger. I detta projekt analyserades tidsseriedata från 12 sensorer vid den kontinuerliga bearbetningen av band och fyra alternativa metoder för att sammankoppla sensordatan till stålband presenterades. En metod som byggde på tidsserier med positionsvärden bedömdes vara mest passande för sensordatan och valdes för implementation över andra metoder som byggde på tidsserieanalys av själva sensordatan. Evaluering av den valda metoden visade att den kunde sammankoppla sensordata till 98.10 % av ståldbanden, något lägre än kravet på 99 % korrekthet.  På grund av att skapandet av tidsserierna med positionsvärden tog lika lång tid oberoende av antalet sensorer så förbättrades bearbetningstiden desto fler sensorer som bearbetades. För bearbetning av 24 timmar av sensordata låg median bearbetningstiden på mindre än 20 sekunder per sensor när åtta eller fler sensorer bearbetades tillsammans. Prestandan för bearbetning av färre än fyra sensorer var inte lilka bra och kräver ytterliga optimering för att nå kravet på 30 sekunder per sensor. Fastän kraven på metoden inte uppnåddes till fullo kan den implementerade metoden ändå användas på historisk data för att främja kvalitetsbedömning av rostfria stålband.

Kärnkraftsverkens materialgrupp söker nya alternativa material som är nötnings- och korrosionsbeständiga samt koboltfria. Ett möjligt alternativ är ett koboltfritt, martensitiskt, rostfritt stål av vilket komponenter tillverkas genom 3D-skrivning. Dokumenteringen av egenskaperna hos detta material är ännu inte komplett. I detta arbete har en sådan legering, benämnd VRF, analyserats. Korrosionstester utförda på legeringen före och efter värmebehandling visar att materialets korrosionsmotstånd minskat signifikant efter värmebehandlingen, dock påverkar inte materialets uppbyggnadsriktning korrosionsegenskaperna hos materialet, då både kort- och långsidan ger liknande resultat på korrosionsmätningarna. Analys av mikrostrukturen visar att en betydande volym av materialet utgörs av sekundära faser, såsom nitrider och karbider. Ingen stor skillnad i sammansättningen av, eller mängden av, sekundära faser kunde ses före och efter värmebehandling av legeringen. Materialets hårdhet mättes i olika områden av både det värmebehandlade och ej värmebehandlade materialet. I det ej värmebehandlade provet var hårdheten förhållandevis låg, men homogen genom hela provet. Hårdheten i det värmebehandlade provet var högre, men var inte homogen, utan varierade mycket i provet. Orsaken till variationen i hårdhet och de oväntat låga värdena tros vara en ej optimerad värmebehandlingsprocess. Då materialet har en relativt låg hårdhet och lågt korrosionsmotstånd är slutsatsen från detta arbete att materialet behöver genomgå en mer optimerad värmebehandlingsprocess innan det kan vara ett lämpligt alternativ inom kärnkraftsindustrin.

Inom fordonsindustrin arbetas det kontinuerligt med att utveckla mer miljövänliga och ekonomiska produkter. Genom att undersöka material och förbättra utmattningshållfastigheten på befintliga material kan växellådor bli mer kompakta, ekonomiska och starkare samtliga parter. Syftet och målet med detta arbete är att få en generell förståelse för icke-metalliska inneslutningar och hur de påverkar ett materials utmattningshållfasthet, samt att ge förslag på förbättringar till den nuvarande materialspecifikationen. Genom tester på ultraljud kan en klar skillnad mellan storleken på defekter ses mellan stål tillverkade med olika processer. Genom undersökande av tidigare utförda tester på roterande böj kan en ökning av utmattningshållfastigheten på 37.5% ses mellan ett götgjutet stål och ett stränggjutet. Vid studerande av internationella och Europeiska standarder kan korrigeringar till den nuvarande materialspecifikationen föreslås. / <p>Arbetet är censurerat.</p>

Sammanfattning Denna rapport utgör resultatet av ett examensarbete på avancerad nivå inom produkt och processutveckling, som utförts åt Scania CV AB. Projektets syfte är undersöka och jämföra ett höghållfast stål med ett mjukt stål, samt undersöka lämplig tillverkningsmetod ur ett kost- och viktperspektiv på ett styrkolonnfäste. För att kunna besvara och uppfylla syftet har ett antal frågeställningar formulerats. Vilka faktorer bör ligga till grund för en viktoptimerad konstruktion?   Hur mycket kan framtaget koncept påverka artikelkostnaden och därmed även påverka den totala investeringskostnaden, räknat över 3 år?   En litteraturstudie genomfördes för att samla in relevant data när det gäller främst material, tillverkning, kostnad, slöseri och sammanfogning. Insamlandet av data fortskred även parallellt med utförandet av fallstudien. Projektet resulterar i ett framtaget koncept som medför ungefär 50 procent viktminskning jämfört med den referens som används. Detta genom att tillämpa framtagna faktorer för en viktoptimerad konstruktion. Artikelkostnaden minskas med ungefär en faktor tre. När det gäller investeringskostnaden bedöms den som stor, däremot medför det till en lönsamhet redan första året. Det är viktigt att analysera möjligheterna när det gäller materialvalsbyte jämfört med ökad eller minskad materialtjocklek för ett visst material.  I fallstudien visade det sig lönsamt att byta material snarare än att öka på tjockleken, det resulterade i att vikten optimerades samtidigt som konceptet klarade av framtagna krav. Projektets bedöms som uppfyllt på grund av att samtliga frågeställningar har besvarats samt att framtagen kravspecifikation har uppfyllts. Det framtagna underlaget anses vara en god grund för vidare utveckling. För vidare utveckling rekommenderas ytterligare beräkningar och tester, exempelvis skakprov, för att verifiera framtaget koncept. Det bedöms även som ett stort värde att göra pressnings simuleringar för att möjliggöra ytterligare verifieringar när det gäller en konstruktions pressbarhet.

For many years, buckets have been equipped with teeth to help penetrate, gouge and breakout materials. The teeth also works as wear parts and can be replaced when they are worn down, and thus increase the service life of the bucket. The first teeth were made like a one-piece design and to replace such tooth required both cutting and welding which was very time consuming. Today’s modern teeth consist of an adapter that is welded on the bucket and a tooth with a locking system that makes it easy to replace the tooth when needed. The teeth on the market today are cast, which means that the hardness cannot be guaranteed through the whole cast and the hardest tooth is measured to be around 500 HB.   SSABs brand Hardox is the toughest steel on the market. It is extremely wear resistant and has a three time longer service life than ordinary steel. To increase the use of Hardox the possibility to manufacture bucket teeth of three or more plates are examined.   This thesis has applied a product development process to mainly develop concepts of the locking system that holds the adapter and tooth together. The locking systems main requirement is to be hammerless, meaning that it is not hammered in, due to the high risk of injury and longer assembly time. Apart from, the geometry of the tooth will be developed to give a better wear resistance.   The result is a tooth with at least twice as long service life than the cast competitors and two concepts of locking system. Both locking systems meet the requirement of being hammerless and the sustainability is ensured with calculations of shear force. The geometry of the tooth is design to be self-sharpening, which allows it to stay sharper throughout its service life. Wear test using DEM analysis assure a positive outcome.

Syfte: Syftet med arbetet är att förbättra dimensioneringsprocessen för knutpunkter i stålstrukturer. Förslag har getts på en förbättrad dimensionsprocess baserad på de BIMrelaterade datorprogrammen SBI Steel Connections och FEM-design. Syftet har brutits ner till följande frågeställningar:  Hur går konsultföretag till väga idag för att beräkna knutpunkter vid stålkonstruktioner?  Hur kan den vanligaste dimensioneringsprocessen för knutpunkter förbättras?  Vilka fördelar blir det vid en sammankoppling av de BIM-relaterade datorprogrammen SBI Steel Connections och FEM-design? Metod: Arbetet grundar sig i en fallstudie och ett flertal metoder användes för att samla in data. Dessa är semistrukturerade intervjuer, litteratursökning, dokumentanalys och beräkningar. Resultat: Genom arbetet framgår det hur dimensioneringsprocessen ser ut för knutpunkter i stål. Resultatet är att processen varierar beroende på företag. Vissa delar i processen kan utföras på olika sätt men grundprincipen är densamma för de flesta företagen som har intervjuats. Vid dimensionering av knutpunkter som kan ske både för hand och med hjälp av ett datorprogram kan det uppstå felslag vid inmatning eller felskrivningar. Denna del av processen kan förbättras med hjälp av en ökad användning av egengjorda mallar. Det sker ett utvecklingsarbete under våren 2015 där målet är att skapa en sammankoppling mellan SBI Steel Connections och FEM-design. Genom denna sammankoppling reduceras några av de fel som anses tillhöra den mänskliga faktorn. Konsekvenser: Undersökningen har medfört en förståelse med både fördelar och nackdelar för olika sätt att dimensionera knutpunkter i stål. En del företag stävar efter en större utveckling, medan andra anser sig jobba bäst på det sätt som de alltid har gjort. Det framgår att den mänskliga faktorn är något som påverkar dimensioneringsprocessen märkbart och dessa fel behöver reduceras. De rekommendationer som framgår i arbetet är att företag ska se över processen och de förnyelsemöjligheter som finns i branschen. Det rekommenderas även en större användning av de datorprogram som används vid dimensioneringsprocessen. Begränsningar: Avgränsningar gjordes utifrån de kunskaper som erhållits i utbildningen för att studien inte skulle bli alltför omfattande. Däremot har ny kunskap bidragit till ett större ämnesdjup som utbildningen inte berört. Studien orienterades kring knutpunkter av stål och en av de vanligaste knutpunkterna studerades. Stålkvalitet och dimensioner på pelare och balk valdes utifrån knutpunktsexemplet i SBI:s handbok publikation 186 (PT3). Rapporten behandlar enbart beräkningsprogrammen SBI Steel Connections och FEM-Design. Detta medförde endast avgränsningar på material, val av knutpunkt, pelar- och balkprofiler samt laster.

The thesis starts by giving a motivation to materials modeling as a way to increase profitability but also a possibility decrease the environmental impact. Fundamental concepts of relevance for this work are introduced, this include the materials genome, ICME and of course the CALPHAD method. As a demonstration promising results obtained by an ICME approach using genetic algorithms and CALPHAD on the vacuum degassing process are presented. In order to make good predictive calculations and process models it is important to have good thermodynamic descriptions. Thus most part of the work has concerned the thermodynamic assessments of systems of importance for steelmaking, corrosion and similar processes. The main focus has been the assessment of sulfur-containing systems and thermodynamic descriptions of the Fe-Mn-Ca-Mg-S, Fe-Ca-O-S, Fe-Mg-O and Mg-Mn-O systems are presented. In addition, heat capacity measurements of relevance for the Mg-Mn-O system have been performed. To summarize the efforts some application examples concerning thermodynamic calculations related to steelmaking and inclusion formation are shown. / <p>QC 20160829</p> / COMPASS