The focus of this master’s thesis is on the heat treatment of Ni-base alloys, specifically the risk of intermetallic σ-phases during different stages of heat treatment. The alloy studied is Sanicro®28, a super-austenitic stainless steel produced by Alleima AB. The problem at hand is that the quench-annealing stage is in high demand at the manufacturing facility, and the goal is to investigate if it can be removed from the manufacturing route. During forging, the outer surface and bar-ends can reach low temperatures, posing a high risk of σ-phase precipitation. Additionally, a necklace structure with large grains surrounded by fine re-crystallization is often observed at the surface of forged superalloys/Ni-base alloys. Today, this forged structure is re-crystallized and σ-phase dissolved during the quench-annealing stage. An alternative to quench-annealing after forging is to re-heat the bar using a Car Wagon Furnace(CWF). The thesis includes two laboratory experiments simulating two stages of heat treatment, the CWF and induction furnaces/soaking. The samples subjected to simulated CWF treatment showed re-crystallization throughout the entire structure. Annealing in CWF removes the large grains in surface positions. The time in the CWF also showed to be sufficient to dissolve σ-phase present from forging. Samples heated to the induction furnace set temperature do not contain precipitates, while temperatures below the induction set temperature induce σ precipitation to varying degrees. The key findings of the thesis are as follows: • Re-heating in a CWF right after forging is enough to dissolve σ-phase at half-radius and surface locations. • Quench-annealing stage could be removed by changing the route to a CWF after forging. • If temperatures fall below the σ-maximum stability temperature during induction furnace heating cycles, σ-phase precipitation occurs.

Ett företag som tillverkar hydrauliska snabbkopplingar har genom regelbundna kvalitetsprover upptäckt att vissa låskulor till snabbkopplingarnas låsmekanism plötsligt fått en bristande kvalité och spricker vid belastning. Låskulorna är gjorda av rostfritt stål och har en viktig funktion i låsmekanismen. Om de spricker vid användning kan det leda till konsekvenser med materiella skador eller personskador. Företaget vill förekomma eventuella kvalitetsproblem och måste därför säkerställa att låskulorna har rätt hållfasthet. Låskulorna köps in från en underleverantör och företaget vill därför utveckla en provmetod som provar låskulornas materialegenskaper när de levereras till fabriken. Arbetet i denna rapport syftar till att hjälpa företaget utveckla en sådan provmetod. Ett första steg är att undersöka orsaken till att låskulorna spricker. Materialanalyser utförs av ett materiallaboratorium för att fastställa vilka faktorer i materialet som orsakar brott i låskulorna. Analyserna visar att låskulorna sannolikt spricker på grund av en ökad sprödhet i materialet. Sprödheten beror på att martensiten i materialet är dåligt anlöpt samt en stor mängd karbider. Med orsaken till sprickorna fastställd undersöks befintliga metoder för materialprovning. En provmetod måste prova materialet i färdigtillverkade låskulor eftersom låskulornas tillverkningsprocess påverkar materialegenskaperna. Många av de standardiserade provmetoderna är dock svåra att tillämpa på låskulorna med anledning av låskulornas geometri och små dimensioner. En form av slagprov och pressprov utförs på låskulorna. Ett av syftena med proven är att undersöka om de är lämpliga att använda som provmetod. Genom proven framträder olika materialegenskaper för olika låskulor. Resultaten är dock inte jämförbara låskulorna emellan och proven anses inte vara lämpliga som provmetod. Även ett utmattningsprov utförs på låskulorna genom en upprepande belastning i en snabbkoppling. Detta prov är inte heller lämpligt att använda som provmetod då provet är mycket tidskrävande samt att det finns vissa osäkerheter kring provresultatet. I detta arbete undersöks även två nyligen framtagna provmetoder för kulor till kullager och möjligheten att tillämpa dessa provmetoder på låskulorna. I undersökningen jämförs de båda provmetoderna med avseende på utförande samt framtagning av provkropp. Även en spänningsanalys av en låskula belastad i en snabbkoppling utförs för att ta reda på i vilket område av låskulan de maximala spänningarna uppstår. Undersökningen ger att enbart en provmetod är intressant för fortsatt arbete.   Den provmetod som föreslås i detta arbete kallas "the notched ball test" (NBT). Provmetoden innebär att en djup och smal skåra bearbetas i en låskula som sedan belastas med en tryckande kraft vinkelrätt mot skåran tills brott uppstår. Den maximala spänningen som verkar vid brottet beräknas med en enkel ekvation och används som mått för låskulans hållfasthet. Provmetoden är lämplig då den går att utföra med befintlig utrustning på företaget, den provar materialet i färdigtillverkade låskulor samt i samma område som de maximala spänningarna i en låskula belastad i en snabbkoppling uppstår. NBT nyttjar även dragspänningar vilket är fördelaktigt när sprödhet ska upptäckas i ett material. För att fastställa hur olika materialegenskaper samt geometrier för provkroppen påverkar provresultaten utförs en djupare analys av provmetoden. Analysen ger även vilka geometrier som bör användas vid utförandet av NBT samt värdet för den konstant som används vid beräkning av brottspänningen. Praktiska prov av NBT utförs inte i detta arbete men rapporten innefattar slutsatser om provmetoden och rekommendationer till företaget hur ett fortsatt arbete med NBT kan utföras. / A company that manufactures hydraulic quick-couplings has discovered through regular quality checks that the quality of some of the locking balls for the locking mechanism in the quick couplings suddenly has become insufficient and the locking balls rupture under load. The locking balls are made of stainless steel and if they rupture during usage the consequences can be material damage or even personal injury. The company wants to prevent any quality problems and must therefore ensure that the strength of the locking balls is sufficient. The locking balls are purchased from a subcontractor and the company would therefore like to develop a method for strength testing locking balls delivered to the factory. This thesis aims to help the company in developing such a method.  A first step is to investigate the cause of the locking balls rupture. Material analyses are executed by a material laboratory in order to determine what features in the material that causes the ruptures. The analyses shows that rupture is probably caused by an increased brittleness in the material and the brittleness is a consequence of less tempered martensite and a high amount of carbides. With the cause of rupture determined, existing methods for testing material properties is studied. It is important that strength testing is carried out with test specimens prepared from the actual locking balls. Otherwise the influence of the locking balls manufacturing process on the material properties is not taking into account. Many of the standardized methods for testing material properties, however, are hard to apply to the locking balls due to the geometry and small dimensions of the locking balls. A kind of impact test and compression test is performed. One of the purposes with the tests is to investigate if they are adequate for strength testing the locking balls. The results of the tests, however, are not suitable for comparison. Also, a fatigue test of the locking balls is performed by a repetitive loading of a quick coupling. The fatigue test is, however, time consuming and there are uncertainties in the test results. None of these tests is considered suitable as a strength testing method. In this thesis, two recently developed methods for strength testing ceramic balls and the possibility to apply these methods on the locking balls is studied. The study includes an analysis of the stress distribution in a locking ball under load to determine in which region the highest stresses occur. The study provides that only one of the methods is suitable for the locking balls due to differences in preparing the test specimen and which region of the locking ball that is tested in each method. The strength testing method that is proposed in this thesis is called the notched ball test (NBT). In NBT a long and narrow notch is cut in a locking ball which is then loaded in compression perpendicular to the notch until rupture occurs. The maximum stress acting at the rupture is calculated and used to determine the strength of the locking ball. NBT is suitable because it can be performed with existing equipment at the company, the test specimen is prepared from actual locking balls and the test uses tensile stresses which is an advantage when brittleness is to be detected in a material. An analysis of NBT is performed to determine how material properties and different notch geometries is affecting the test results. The analysis also gives some recommendations for notch geometries that should be used when performing NBT as well as a constant that is used when calculating the maximum stress. Practical experiments of NBT are not carried out in this thesis. Instead, conclusions regarding NBT and recommendations for the company on how they should proceed with NBT are given.

Polyethylene is used extensively as an insulating material in high voltage power cables, it is therefore important to understand the behaviour of polyethylene under different conditions. This is a study regarding the relation of heat treatment and the effect of morphological changes on the dielectric properties of polyethylene samples. Polyethylene granulates were pressed to 1 mm thick circular plaque samples that were heat treated differently. The heat treatments were conducted in a vacuum oven. Heat treated samples were tested for morphological changes with Differential Scanning Calorimetry (DSC) and dielectric property changes were studied with an IDAX 300 Dielectric Spectroscopy Analyser and a TREK 30/30 high voltage amplifier, allowing measurements in the frequency range 0.1 mHz – 100 Hz for voltages up to 30 kV. The experimental results were analysed to understand the co-relation among these parameters. A literature review has been conducted on polyethylene morphology to understand their behaviour under different annealing conditions. A phenomenon that has been noticed during the experiments is that the samples swell with annealing; the thickness change effects the dielectric measurements as well. For this reason an extensive study has been conducted on the effect different temperature and time of heat treatment had on the samples. Heat treatment has effects on the properties of polyethylene samples, but the effect of heat treatment was not only on the morphology but also on the physical dimension of the samples. The samples change their thickness with heat treatment along with their morphology. The effect of morphological changes on the dielectric property of polyethylene samples has not been found to be eminent. This study was focused on relatively thicker samples (1 mm) compared to the existent scientific literature (0.1-0.2 mm). There are very limited research literatures available on the relation of morphology and electrical properties of polyethylene; this work is an attempt to contribute to the knowledge. Also the effect of samples swelling with annealing and its effect on electric measurements is not found in existing literatures. This work will also contribute understanding the effect of sample swelling on measurements. / Polyeten används i stor utsträckning som ett isolermaterial i högspänningskablar, och därför är det därför viktigt att förstå beteendet hos polyeten under olika förhållanden. Detta är en studie angående relationen mellan värmebehandling och effekten av morfologiska förändringar av de dielektriska egenskaperna hos polyeten. Polyeten granulat pressades till 1 mm tjocka cirkulära skivor som sedan värmebehandlades olika. Värmebehandlingarna utfördes i en vakuumugn. De värmebehandlade proverna testades för morfologiska förändringar med differentiell svepkalorimetri (DSC) och de dielektriskaegenskaperna studerades med en IDAX 300 Dielektrisk spektroskopi Analysator och en TREK 30/30 högspänningsförstärkare, vilken tillåter mätningar i frekvensområdet 0,1 mHz - 100 Hz för spänningar upp till 30 kV. De experimentella resultaten analyserades för att förstå relationen mellan dessa parametrar. En litteratur har utförts på polyeten morfologi för att förstå deras beteende under olika anlöpningsförhållanden. Ett fenomen som har uppmärksammats under experimenten är att proverna sväller med anlöpningenÄven tjockleken påverkar de dielektriska mätningar. Av denna anledning utfördes en omfattande studie av effekten av olika temperatur och tid för värmebehandling hade på proverna. Värmebehandling har effekter på egenskaperna för polyetenprover, men effekten av värmebehandlingen var inte bara på morfologin, utan också på den fysiska dimensionen av proverna. Effekten av morfologiska förändringar på den dielektriska egenskapen hos polyetenprover har inte befunnits vara framstående. Denna studie var inriktad på relativt tjockare prover (1 mm) jämfört med den existerande vetenskapliga litteraturen (0,1-0,2 mm). Det finns mycket lite litteratur kring relationen mellan morfologi och elektriska egenskaper hos polyeten; detta arbete är ett försök att bidra till kunskapen. Även effekten av provernas svällande efter anlöpning och dess effekt på dielektriska mätningar finns befintliga litteraturen.

The presence of non-metallic inclusions (NMIs) have critical effects on both the mechanical properties and machinability of steels. In the present thesis, one focus is to study the characteristics of deformed sulfides (MnS) for a stainless steel (3R65) and a tool steel (42CrMo4). Three groups of MnS inclusions were detected in the samples taken after deformation of the steel: i) type RS (sulfides with a Rod-like geometry), ii) type PS (sulphides with a plate-like geometry) and iii) type OS (oxy-sulfides). Here, the elongated inclusions present in both stainless and tool steels were studied more in detail using SEM to determine the tendency for the inclusions to break.  The results showed that three types of elongated MnS inclusions could be identified, namely UU, UB and BB. Here, ‘U’ represents the unbroken edge(s) of inclusion and ‘B’ represents the broken edge(s) of an inclusion. The presence of these three types of inclusions in samples collected both before and after a heat treatment was studied and the results showed that the heat treatment had a very small effect on the morphologies of the elongated MnS inclusions for both stainless steels (containing <0.1 mass % C) and tool steels (containing 0.42 mass % C).  In the second part of the thesis, the characteristics of chips after machining of a 157REM Ce-treated steel and a 157C reference steel was studied. Furthermore, the effect of the NMIs on the chip breakability during machining was determined. The results show that a Ce modification of a 157C steel transforms the NMIs from large size elongated inclusions to small size inclusion with a spherical shape. This leads to an improved machinability of 157C steels. In addition, a newly developed weight distribution of chips (WDC) method, based on the chip weight measurements, was used to determine the tendencies for breaking of chips. The results of this investigation showed that the chips that were obtained from the machining of 157C and the 157REM steels could be classified into the following three types: i) type I chips (with a geometry containing one arc) and having a weight of less than 0.08 g, ii) type II chips (with a geometry containing two arcs) and having weights between 0.08 g and 0.15 g, and iii) type III chips (with a geometry containing three or more arcs) and having weights larger than 0.15 g. From industrial experience, it is known that a high amount of small type I chips will lead to a good chip breakability. The results from the machining test show that the fraction of type I chips from machining of the 157REM steel (65 %) is smaller than from machining of the 157C reference steel (80 %) when using a lower feed rate of 0.4 mm/rev. However, when using a higher feed rate of 0.5 mm/rev, 40 % of the chips belong to type I small chips for the 157REM steel and 14 % for the 157C steel. Based on the conditions used in this study and the obtained results, the following is clear in order to reach the best machinability: i) it is most advantageous to use the 157C steel when using a lower feed rate of 0.4 mm/rev and ii) it is most advantageous to use the 157REM steel when using a higher feed rate of 0.5 mm/rev. / Närvaron av icke-metalliska inneslutningar (NMIs) har en betydande påverkan både med avseende på mekaniska egenskaper såväl som skärbarhetsförmågan hos stål. I denna avhandling är ett fokus att studera deformerade sulfider (MnS)  i ett rostfritt stål (3R65) och ett verktygsstål (42CrMo4). Tre grupper av MnS inneslutningar återfanns i stålproverna, som togs efter deformation av stålet: i) RS (sulfider som har en cylindrisk geometri), ii) PS (sulfider som har en platt geometri) och iii) OS (oxy-sulfider). Dessutom så studerades utdragna inneslutningar mer i detalj med användande av SEM undersökningar i syfte att studera tendensen till att dessa inneslutningar bröts sönder. Resultaten visade att tre typer av utdragna inneslutningar kunde identifieras, nämligen UU, UB och BB. Här representerar ‘U’ en ände av en inneslutning som inte brutits sönder och ‘B’ representerar en ände av en inneslutning som brutits sönder. Närvaron av dessa tre typer av utdragna inneslutningar studerades i prover som togs både före och efter en värmebehandling, men resultaten visade att en värmebehandling hade en mycket liten påverkan på morfologin hos de utdragna MnS inneslutningarna för både rostfria stål (innehållande <0.1 mass % C) och verktygsstål (innehållande 0.42 mass % C).  I den andra delen av avhandlingen så studerades karakteristiken hos spånor som bildats efter skärande bearbetning av ett 157REM (Ce-behandlat) modifierat stål och ett 157C referensstål som inte modifierats. Dessutom så studerades inverkan av icke-metalliska inneslutningar på spånbrytningen under den skärande bearbetningen. Resultaten visar att en Ce-modifiering av stålet omvandlar inneslutningarna från stora och utdragna geometrier till små inneslutningar med en sfärisk geometri. Detta leder till en ökad skärbarhet hos 157C stål. Spånbrytbarheten bestämdes också med användande av en nyutvecklad metod (WDC metoden) som baseras sig på att bestämma vikten av spånor. Resultaten av denna utvärdering visade att spånorna som erhölls från bearbetning av 157C och 157REM stål kunde klassificeras enligt följande tre typer: i) typ I spånor (en geometri som består av en bågform) som har en vikt som är mindre än 0.08 g, ii) typ II spånor (en geometri som består av två bågformar) som har en mellan 0.08 g och 0.15 g och iii) typ III spånor (en geometri som består av tre eller fler bågformar) som har en vikt som är större än 0.15 g. Baserat på industriell erfarenhet så är det känt att en stor mängd av små typ I spånor är kopplad till en bra spånbrytbarhet. Resultaten från skärbarhetstesterna visar att andelen typ I spånor från bearbetning av ett 157REM stål (65 %) är mindre än vid bearbetning av ett 157C referens stål (80 %), när en lägre matningshastighet av 0.4 mm/rev används. Däremot så visar resultaten att om en högre matningshastighet av 0.5 mm/rev används vid bearbetning, så är andelen typ I spånor 40 % för 157REM stålet och 14 % för 157C referensstålet. I syfte att erhålla bästa möjliga skärbarhet så är det fördelaktigt att använda ett 157C referensstål för den lägre matningshastigheten av 0.4 mm/rev, men att använda ett 157REM stål för en högre matningshastighet av 0.5 mm/rev.