Ovako products are in many cases used in high fatigue applications. Currently Ovako use ultrasonic evaluation at 10 MHz as a volumetric method for inclusion control. This study intends to investigate two new methods for quantification of micro inclusions.The aim of this study is to develop a method for large area scanning by creating a polishing method that allows you to polish away a specified amount of material, in this case 60 μm. This method will be used to capture the true distribution of critically sized non-metallic inclusions by creating a 3D image out of several 2D scans from the light optical microscope. These results will be compared to the results of high frequency ultrasonic testing at 125 MHz to get a quantitative idea of what can be captured by the high frequency ultrasonic investigation.Two different steel grades were studied, named Grade A and Grade B, with one sample of each. Both grades have similar composition, except that Grade B contains more sulphur. Both grades are of approximately the same hardness. The two steel samples were scanned with a scanning acoustic microscope at the same time as a method to polish away 60 μm was developed. After this, the method was used to scan several layers with an image recognition program in the light optical microscope. The results from both methods were then compared.After testing, it was concluded that the inclusion distribution pattern was completely different for the two steel grades, however the same pattern could be seen for each grade in the LOM and in the ultrasonic. This indicates that the same types of inclusions could be found. It was also found that the ultrasonic enlarges the indications by a severe amount making it hard to take any measurements directly from the ultrasonic images in this study. What is possible to see in the ultrasonic images are the distribution of inclusions and the inclusion placement in the sample. A result of 10 % matching inclusions between both methods is found, which is to say that the same 50 inclusions out of the 500 largest indications from each method in the steel sample is found. These 10 % is however not sufficient enough to conclude by how much the ultrasonic enlarges the indications compared to the light optical microscope. / Ovako i Hofors tillverkar stål för komponenter som kräver hög utmattningshållfasthet. För närvarande utför Ovako ultraljudsundersökningar på 10 MHz som en volymetrisk testmetod för inneslutningskontroll. Den har studien kommer att undersöka två nya testmetoder för kvantifiering av mikroinneslutningar.Syftet med denna studie är att skapa en slipmetod för att polera bort 60 μm material som sedan kan användas för att bygga en 3D bild från ett flertal 2D scanningar i ett ljusoptiskt mikroskop. Detta resultat kommer att jämföras med resultatet från högfrekvens ultraljud på 125 MHz för att få en kvantitativ uppfattning av vad ett högfrekvens ultraljud kan undersöka.Två stålsorter, ett prov av vardera, används i undersökningen, dessa benämns Prov A och Prov B. Båda stålsorterna har ungefär samma hårdhet och sammansättning. Skillnaden i sammansättningen finns i svavelhalten, där Prov B innehåller mer svavel än Prov A. De två stålproverna skannades med ett akustiskt mikroskop samtidigt som en slipmetod för att polera bort 60 μm skapades. Därefter användes metoden för att skanna flera lager med ett bildigenkänningsprogram i det ljusoptiska mikroskopet. Resultatet från både metoderna jämfördes sedan.Ett resultat av studien är att samma inneslutningsmönster kan ses i ultraljudsresultaten och de ljusoptiska resultaten, detta trots att de två olika stålsorterna uppvisade helt olika mönster i sig. Ultraljudet tenderar att förstora upp inneslutningar vilket gör det svårt att mäta inneslutningens storlek direkt från ultraljudsbilden i den här studien. Däremot går det att se fördelningen och placeringen av inneslutningarna direkt i bilden. Ett resultat av 10 % matchning av inneslutnings-indikationer mellan ultraljud och ljusoptiskt hittades. Med detta resultat så går det i denna undersökning inte att jämföra samma inneslutning på ett bra sätt mellan ultraljud och ljusoptiskt för att hitta en faktor av hur mycket ultraljudet förstorar inneslutningarna.

Castings of aluminum alloys are widely used in the automotive and aerospace industries since they play a significant role in improving the performance and fuel efficiency. In aluminum industries, sampling is the most common method to evaluate the inclusion levels which is a key indicator for the quality of the aluminum alloys. Since how the filling process and solidification process will influence the inclusion characteristics during the sampling procedure is of great importance, the objectives of this work is to create a the two-phase flow model to simulate the filling process and solidification process, as well as calculate the particles movement in the whole sampling procedure. Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling was used and this work was performed in the software ANSYS FLUENT. A numerical two dimensional (2D) axisymmetric model was built to simulate the sampling procedure with the assumption that the filling could be done along the main axis automatically. First, the initial solidification during the filling was taken into account without particle injection. The realizable k − ε turbulence model was used to model the effects of the turbulence. Several simulations with different inlet filling rate, different initial filling temperature and different inlet diameter was calculated to see the influence on the solidification behavior. Then, the whole sampling system was modeled with particle injection. The Discrete Phase Model (DPM) was used to simulate the particle motion in the melt and the focus was on the influence of the initial solidification on the inclusion distributions. Finally, the optimal sampling position inside the aluminum sampler mold was calculated. / Gjutningar av aluminiumlegeringar används ofta inom bil-, och flygindustrin eftersom de spelar en viktig roll för att förbättra prestanda och bränsleeffektivitet. Inom aluminiumindustrin är provtagning den vanligaste metoden att utvärdera mängden inneslutningar i smältan, vilket är en nyckelindikator för kvaliteten på aluminiumlegeringarna. Eftersom både fyllnads- och stelningsprocessen kommer att påverka inneslutningskarakteristiken är provtagningsproceduren av stor betydelse. Syftet med detta arbete är att skapa en två-fasflödesmodell för att simulera fyllnings-, och stelningsprocessen, samt att beräkna partikelrörelserna under provtagningsförfarandet. Computational Fluid Dynamics (CFD) modellering användes och arbetet har utfördes med mjukvaran ANSYS FLUENT. En numerisk tvådimensionell (2D) axisymmetrisk modell byggdes för att simulera provtagningsproceduren med antagandet att påfyllningen kan göras automatiskt längs huvudaxeln. Till att börja med betraktades det första stelnandet under fyllningen utan partikelinjektion. En antagen k - ε turbulensmodell användes för att modellera effekten av turbulens. Flera simuleringar med olika inloppshastighet, påfyllningstemperatur och inloppsdiametrar beräknades för att se påverkan på stelningsbeteendet. Därefter modellerades hela provtagningsmodellen med partikelinjektion. En Diskret Fasmodell (DPM) användes för att simulera partikelrörelsen i smältan och fokus var inverkan av det initiala stelnandet på inneslutningsfördelningen. Slutligen beräknades den optimala provtagningspositionen inuti aluminiumprovformen.

It is well known that inclusions affect the properties of steels and alloys. Therefore, it is important to understand what type of inclusions that exist and how they behave and especially with a focus on large size inclusions. Thus, the large size non-metallic inclusions in ferroalloy FeTi70R were investigated in two dimensions (2D) by using scanning electron microscopy (SEM) in combination with an energy dispersive technique (EDS). It was found that the FeTi70R ferroalloy contain complex oxide inclusions consisting mostly of CaO, SiO2 and TiOx. Furthermore, experimental trials were performed to investigate how these inclusions behaved when entering a melt. More specifically, a comparison between pure Fe and an Alloy 825 grade were made. These results determined the parameters effect on the transformation of the inclusions in the melt. The large size non-metallic inclusions in Alloy 825 during the ladle treatment were investigated during industrial trials by using both two dimensional (2D) and three dimensional (3D) microscopic investigations. The results showed that inclusions consisted of spherical oxides and clusters made up of oxides and nitrides. Further investigations found that the spherical inclusions were transformed from existing NMI in the FeTi70R ferroalloy and slag particles. As for the clusters, they originate from deoxidation products. Furthermore, small inclusions precipitated in the local zones around the added FeTi70R ferroalloy and titanium nitrides. Investigations also found that only Al2O3-MgO and TiN clusters exist after casting. Industrial trials were performed during the last period of the ladle treatment and using a combined electromagnetic (EMS) and gas (GS) stirring. The purpose to investigate the effect of different EMS directions on the agglomeration and on the removal of Al2O3-MgO and TiN clusters. The investigations were then performed in 3D after an electrolytic extraction of the metal samples. The results show that electromagnetic stirring in the upwards direction is best for the agglomeration of the Al2O3-MgO and TiN clusters. However, electromagnetic stirring in the downwards direction is more effective to remove clusters from the melt. This is in agreement with the theoretical predictions based on Stokes’, Brownian and Turbulent collisions. Also, the calculations showed that for Al2O3-MgO clusters with sizes &lt;20 μm the Turbulent collision is the defining factor for agglomeration. However, both Stokes’ and Turbulent collisions are dominant for larger inclusions. For the TiN clusters, turbulent collisions is the dominant factor. Further investigations with more heats and stirring modes were done by using 2D microscopic investigations. More specifically, the number, size, composition and morphology of different inclusions were determined by using SEM in combination with EDS and Inca Feature analyses. The results show that the EMS in downwards direction with a 0.04 m3 min-1 gas flow rate promotes a general removal of Al2O3-MgO and TiN inclusions. Furthermore, that the upwards EMS direction promotes a drastically increase of inclusions having an equivalent size smaller than 11.2 μm. Moreover, the stirring with a 0.02 m3 min-1 gas flow rate has a better removal rate for both downwards and upwards stirring directions compared to the stirring with a 0.04 m3 min-1 gas flow rate. However, no influence on the inclusion composition and morphology could be seen from the different stirring modes. / Det är välkänt att inneslutningar påverkar egenskaperna i stål och legeringar. Därför är det viktigt att förstå vilken sorts inneslutningar som existerar samt hur de beter sig, särskilt stora inneslutningar. Således undersöktes de stora icke-metalliska inneslutningarna i ferrolegeringen FeTi70R i två dimensioner (2D) genom att använda svepelektronmikroskopi (SEM) i kombination med energidispersionsteknik (EDS). Det visade sig att ferrolegeringen FeTi70R innehåller komplexa oxidinneslutningar bestående huvudsakligen av CaO, Si02 och TiOx. Vidare utfördes laborativa försök för att undersöka hur dessa inneslutningar uppträder när de kommer ner i det smälta stålet. Mer specifikt så gjordes en jämförelse mellan rent Fe och Alloy 825 legeringen. Dessa resultat fastställde hur olika parametrar påverkade inneslutningarnas omvandling i smältan. De stora icke-metalliska inneslutningarna i Alloy 825 legeringen under skänkugnsbehandlingen undersöktes vid industriella försök med hjälp av både tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) mikroskopiska undersökningar. Resultaten visade att inneslutningarna bestod av sfäriska oxider och kluster uppbyggda av oxider och nitrider. Ytterligare undersökningar visade att de sfäriska inneslutningarna omvandlades från befintliga icke-metalliska inneslutningar i ferrolegeringen FeTi70R och slaggpartiklar. När det gäller kluster härrör de från desoxidationsprodukter. Vidare så bildades små inneslutningar i de lokala zonerna kring den tillsatta FeTi70R legeringen och kring titanitriderna. Undersökningarna fann också att endast Al2O3-MgO och TiN-kluster existerar efter gjutning. De industriella försöken utfördes under den sista perioden av skänkugnsbehandlingen och med en kombinerad elektromagnetisk (EMS) och gas (GS) omröring. Syftet med detta var att undersöka effekten av olika riktningar på EMS omrörningen på agglomerationen och avskiljningen av Al2O3-MgO- och TiN klustren. Undersökningarna utfördes sedan i 3D efter en elektrolytisk extraktion av metallproverna. Resultaten visar att en uppåtriktad elektromagnetisk omröring är bäst för agglomereringen av Al2O3-MgO inneslutningar och TiN kluster. Emellertid så är en nedåtriktad elektromagnetisk omröring effektivare för att avlägsna kluster från smältan. Dessa resultat överensstämmer med de teoretiska förutsägelserna baserade på Stokes, Brownian och Turbulent kollisionsvolymer. Dessutom visade beräkningarna att för Al2O3-MgO kluster med storlekar &lt;20 μm är det turbulenta kollisioner som är den avgörande faktorn för agglomerering. Dock är det både Stokes och de Turbulenta kollisionerna som dominerar för större inneslutningar. För TiN klustren är det de turbulenta kollisionerna som är den dominerande faktorn. Ytterligare undersökningar med fler charger av Alloy 825 och olika omrörningsmetoder gjordes baserade på 2D mikroskopiska undersökningar. Mer specifikt så bestämdes antalet, storleken, sammansättningen och morfologin för olika inneslutningar med användning av SEM i kombination med EDS och Inca Feature analyser. Resultaten visar att en nedåtriktad EMS i kombination med ett gasflöde på 0,04 m3 min-1 främjar ett generellt avlägsnande av Al2O3-MgO och TiN inneslutningar. Vidare främjar den uppåtriktade EMS omrörningen en drastisk ökning av inneslutningar med en ekvivalent storlek av 11,2 μm eller mindre. Vidare har omröringen med ett gasflöde på 0,02 m3 min-1 en bättre avskiljningshastighet för inneslutningar i både nedåt och uppåtgående omrörningsriktningar jämfört med omrörningen med ett gasflöde på 0,04 m3 min-1. Emellertid kunde inget inflytande på sammansättningen och morfologin ses från de olika omrörningssätten. / <p>QC 20171122</p>

It is well known that inclusions affect the properties of steels and alloys. Therefore, it is important to understand what type of inclusions that exist and how they behave and especially with a focus on large size inclusions. Thus, the large size non-metallic inclusions in ferroalloy FeTi70R were investigated in two dimensions (2D) by using scanning electron microscopy (SEM) in combination with an energy dispersive technique (EDS). It was found that the FeTi70R ferroalloy contain complex oxide inclusions consisting mostly of CaO, SiO2 and TiOx. Furthermore, experimental trials were performed to investigate how these inclusions behaved when entering a melt. More specifically, a comparison between pure Fe and an Alloy 825 grade were made. These results determined the parameters effect on the transformation of the inclusions in the melt. The large size non-metallic inclusions in Alloy 825 during the ladle treatment were investigated during industrial trials by using both two dimensional (2D) and three dimensional (3D) microscopic investigations. The results showed that inclusions consisted of spherical oxides and clusters made up of oxides and nitrides. Further investigations found that the spherical inclusions were transformed from existing NMI in the FeTi70R ferroalloy and slag particles. As for the clusters, they originate from deoxidation products. Furthermore, small inclusions precipitated in the local zones around the added FeTi70R ferroalloy and titanium nitrides. Investigations also found that only Al2O3-MgO and TiN clusters exist after casting. Industrial trials were performed during the last period of the ladle treatment and using a combined electromagnetic (EMS) and gas (GS) stirring. The purpose to investigate the effect of different EMS directions on the agglomeration and on the removal of Al2O3-MgO and TiN clusters. The investigations were then performed in 3D after an electrolytic extraction of the metal samples. The results show that electromagnetic stirring in the upwards direction is best for the agglomeration of the Al2O3-MgO and TiN clusters. However, electromagnetic stirring in the downwards direction is more effective to remove clusters from the melt. This is in agreement with the theoretical predictions based on Stokes’, Brownian and Turbulent collisions. Also, the calculations showed that for Al2O3-MgO clusters with sizes &lt;20 μm the Turbulent collision is the defining factor for agglomeration. However, both Stokes’ and Turbulent collisions are dominant for larger inclusions. For the TiN clusters, turbulent collisions is the dominant factor. Further investigations with more heats and stirring modes were done by using 2D microscopic investigations. More specifically, the number, size, composition and morphology of different inclusions were determined by using SEM in combination with EDS and Inca Feature analyses. The results show that the EMS in downwards direction with a 0.04 m3 min-1 gas flow rate promotes a general removal of Al2O3-MgO and TiN inclusions. Furthermore, that the upwards EMS direction promotes a drastically increase of inclusions having an equivalent size smaller than 11.2 μm. Moreover, the stirring with a 0.02 m3 min-1 gas flow rate has a better removal rate for both downwards and upwards stirring directions compared to the stirring with a 0.04 m3 min-1 gas flow rate. However, no influence on the inclusion composition and morphology could be seen from the different stirring modes. / Det är välkänt att inneslutningar påverkar egenskaperna i stål och legeringar. Därför är det viktigt att förstå vilken sorts inneslutningar som existerar samt hur de beter sig, särskilt stora inneslutningar. Således undersöktes de stora icke-metalliska inneslutningarna i ferrolegeringen FeTi70R i två dimensioner (2D) genom att använda svepelektronmikroskopi (SEM) i kombination med energidispersionsteknik (EDS). Det visade sig att ferrolegeringen FeTi70R innehåller komplexa oxidinneslutningar bestående huvudsakligen av CaO, Si02 och TiOx. Vidare utfördes laborativa försök för att undersöka hur dessa inneslutningar uppträder när de kommer ner i det smälta stålet. Mer specifikt så gjordes en jämförelse mellan rent Fe och Alloy 825 legeringen. Dessa resultat fastställde hur olika parametrar påverkade inneslutningarnas omvandling i smältan. De stora icke-metalliska inneslutningarna i Alloy 825 legeringen under skänkugnsbehandlingen undersöktes vid industriella försök med hjälp av både tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) mikroskopiska undersökningar. Resultaten visade att inneslutningarna bestod av sfäriska oxider och kluster uppbyggda av oxider och nitrider. Ytterligare undersökningar visade att de sfäriska inneslutningarna omvandlades från befintliga icke-metalliska inneslutningar i ferrolegeringen FeTi70R och slaggpartiklar. När det gäller kluster härrör de från desoxidationsprodukter. Vidare så bildades små inneslutningar i de lokala zonerna kring den tillsatta FeTi70R legeringen och kring titanitriderna. Undersökningarna fann också att endast Al2O3-MgO och TiN-kluster existerar efter gjutning. De industriella försöken utfördes under den sista perioden av skänkugnsbehandlingen och med en kombinerad elektromagnetisk (EMS) och gas (GS) omröring. Syftet med detta var att undersöka effekten av olika riktningar på EMS omrörningen på agglomerationen och avskiljningen av Al2O3-MgO- och TiN klustren. Undersökningarna utfördes sedan i 3D efter en elektrolytisk extraktion av metallproverna. Resultaten visar att en uppåtriktad elektromagnetisk omröring är bäst för agglomereringen av Al2O3-MgO inneslutningar och TiN kluster. Emellertid så är en nedåtriktad elektromagnetisk omröring effektivare för att avlägsna kluster från smältan. Dessa resultat överensstämmer med de teoretiska förutsägelserna baserade på Stokes, Brownian och Turbulent kollisionsvolymer. Dessutom visade beräkningarna att för Al2O3-MgO kluster med storlekar &lt;20 μm är det turbulenta kollisioner som är den avgörande faktorn för agglomerering. Dock är det både Stokes och de Turbulenta kollisionerna som dominerar för större inneslutningar. För TiN klustren är det de turbulenta kollisionerna som är den dominerande faktorn. Ytterligare undersökningar med fler charger av Alloy 825 och olika omrörningsmetoder gjordes baserade på 2D mikroskopiska undersökningar. Mer specifikt så bestämdes antalet, storleken, sammansättningen och morfologin för olika inneslutningar med användning av SEM i kombination med EDS och Inca Feature analyser. Resultaten visar att en nedåtriktad EMS i kombination med ett gasflöde på 0,04 m3 min-1 främjar ett generellt avlägsnande av Al2O3-MgO och TiN inneslutningar. Vidare främjar den uppåtriktade EMS omrörningen en drastisk ökning av inneslutningar med en ekvivalent storlek av 11,2 μm eller mindre. Vidare har omröringen med ett gasflöde på 0,02 m3 min-1 en bättre avskiljningshastighet för inneslutningar i både nedåt och uppåtgående omrörningsriktningar jämfört med omrörningen med ett gasflöde på 0,04 m3 min-1. Emellertid kunde inget inflytande på sammansättningen och morfologin ses från de olika omrörningssätten.