In this licentiate thesis, the mechanical response and the microstructure evolution in aluminum alloy (AA) 7075 in its T651 heat treated state have been studied through mechanical tests at varied conditions of strain rate and temperature. First, compression tests were performed on AA7075-T651 samples at room temperature (RT), 100, 200, 300, 400 and 500 °C (melting temperature of AA7075 is ~635 °C) with two comparatively low strain rates of 0.01 and 1 s-1 using a Gleeble thermo-mechanical simulator. The effects of softening mechanisms, such as adiabatic heating, dynamic recovery (DRV) and dynamic recrystallization (DRX), on the flow stress level, strain rate sensitivity (SRS) and temperature sensitivity were analyzed over the entire range of deformation temperatures. Additionally, the extent of DRX with respect to temperature, strain rate and local strain was demonstrated and explained through electron back-scattered diffraction (EBSD) analysis. The deformation behavior of AA7075-T651 was then studied at high strain rates in the order of 102-103 s-1 at RT, 200, 300 and 400 °C using a Split-Hopkinson pressure bar (SHPB) setup complemented with an induction coil. Unlike in case of deformation at low strain rates, the unavailability of sufficient time for the dissipation of heat energy during deformation at high strain rates resulted in the formation of adiabatic shear bands (ASBs). Two types of ASB, namely distorted shear band (DSB) and transformed shear band (TSB) were characterized by their distorted-elongated and ultra-fine grain structures, respectively. A deformation path was established following the evolution of ASBs, micro-voids and micro-cracks leading to the fracture of the material. The effects of strain, strain rate and deformation temperature on the formation of ASBs and cracks were also discussed.

No description available.

No description available.

No description available.

In the effort to produce more durable filters and understand their mechanical failure, this study presents distinctive indicators on the cause of failure for welded perforated- and wedge wire sheets in 316L stainless steel, super duplex UR52N stainless steel and grade 2 titanium. The study achieves this by fracture analysis on specimens from tensile strength- and fatigue testing. These tests are performed to an extent to ensure the highest authenticity and accommodate for the loads and strains on the actual filter structure. The fractured specimens are analysed using industrially applicable methods.   The analysis shows numerous macro and microscopical indicators differentiating between tensile- and fatigue fractures. Observable in the materials are, among other things, distinctions in cracking and void formations. The study shows that a subsequent conclusion to the type of failure a fractured filter has exhibited is achievable with these indicators. Through these conclusions, the study contributes to developing more durable filters and a more comprehensive understanding of the failure of welded perforated and wedge wire sheets.

Inconel 718 is a nickel-based alloy, predominantly used in the oil and gas industry, in aircraft engines as well as in gas turbine engines. It provides exceptional properties like high strength, creep resistance, corrosion resistance and long fatigue life at high temperatures as well as in cryogenic environments. However, presence of non-metallic inclusions in the metal matrix affects these properties and reduces the quality of alloy. Therefore, the determination of inclusion characteristics like morphology, chemical composition, number and size is very important to control the product quality. The purpose of this study was to find an effective method for investigating non-metallic inclusions characteristics in a short period of time. Two investigation methods were used: i) Conventional CS method in which the sample is grinded and polished for 2D cross-sectional metallographic examinations under a scanning electron microscope (SEM), ii) New experimental MS method in which the sample is electrolyzed in a non-aqueous solution for a short period of time, followed by 3D metallographic examinations under a scanning electron microscope (SEM). Four types of non-metallic inclusions were observed in tested samples of Inconel718 alloy named as; carbides, sulphides/carbosulphides, carbonitrides/nitrides and intermetallic carbides. It was also found that medium and large inclusions appeared more on MS compared to CS and provides good precision of morphology and size. However, it is not useful in finding the total number of inclusions, including small-sized inclusions. Both methods showed very little or no influence of metal matrix on inclusions >6mm. From the findings, it is suggested to use MS method for analysing medium and large-sized inclusions. But to achieve more accurate information, results from both methods should be combined. / Inconel 718 är en nickel-baserad legering som främst används inom olje- och gasindustrin, i flygplansmotorer samt i gasturbinmotorer. Den ger exceptionella egenskaper som hög hållfasthet, krypmotstånd, korrosionsbeständighet och lång utmattningslivslängd vid höga temperaturer såväl som i kryogena miljöer. Närvaron av icke-metalliska inneslutningar i metallmatrisen påverkar dessas egenskaper och minskar legeringens kvalitet. Därav är bestämningen av inneslutningsegenskaper som morfologi, kemisk sammansättning, antal och storlek mycket viktigt för att kontrollera produktkvaliteten. Syftet med denna studie är att hitta en effektiv metod för att undersöka icke-metalliska inneslutningsegenskaper på kort tid. Två undersökningsmetoder användes: i) Konventionell tvärsnittsmetod (CS) där provet slipas och poleras för metallografiska undersökningar av 2D-tvärsnitt med ett svepelektronmikroskop (SEM), ii) Experimentell extraktion av metallyta (MS), vilket är en elektrolysmetod där provet exponeras för en icke-vattenhaltig lösning under en kort tid. Detta följt av 3D-metallografiska undersökningar med ett svepelektronmikroskop (SEM). Karbider, sulfider/karbosulfider, karbonitrider/nitrider och intermetalliska karbider, var de fyra typer av icke-metalliska inneslutningar som observerades i de testade Inconel 718-legeringarna. Dessutom observerades det att medelstora och stora inneslutningar förekom mer frekvent på MS-prov och ger bättre precision av morfologi och storlek än CS-prov. Metoden är dock inte användbar för att hitta det totala antalet inneslutningar. Sammansättningsanalys av inneslutningar visade mycket liten eller ingen inverkan av metallmatris element på inneslutningar >6 μm i båda testmetoderna. Utgående från resultaten, rekommenderas MS-metoden för att analysera medelstora och stora inneslutningar. Men för att få bäst resultat bör metoderna kombineras.

The main objective of this research was to recover copper and cobalt from slags coming from copper processing on the Copperbelt province of Zambia. Pyrometallurgical processing of copper sulphide concentrate generates huge tonnes of slag wastes. Slag is basically made up of metal oxides and silicates and is less dense than matte, this makes it to float and is separated from matte by skimming. However, the separation is not 100 % efficient. This results in valuable elements such as copper and cobalt being lost to the slag and may require to be recovered. Copper in slag may exist in metallic (Cu), oxide (CuO and Cu2O) and sulphide (Cu2S and Cu5FeS4) forms whilst much of cobalt in the slag exists as an oxide because of the high oxygen potential during conventional copper smelting operations. Copperbelt slags contain about 1.2 wt. % copper and 0.6 wt. % cobalt whereas the slag that was worked on had average grades of 0.997 wt. % for copper and 0.258 wt. % in the case of cobalt. The idea of reprocessing slag dumps is important from both economical and sustainable perspectives, it is also in line with circular economy principles. To find the optimum operating conditions, a series of tests were carried out during sulphidisation and roasting in which the temperature was gradually increased by 50 °C ranging from 1050 °C to 1150 °C in the case of sulphidisation with varying calcium sulphide (CaS) addition of 5 %, 10 %, 15 % and 20 % of the total weight of the slag. This was followed by roasting with a temperature increase of 50 °C ranging from 550 °C to 650 °C. The use of waste gypsum for sulphidisation is advantageous because it is a recycled waste product that comes from the cobalt leach plant. Based on thermodynamic considerations and the optimized parameters, 50 g of slag  was first sulphidised in an electric furnace with CaS ratio of 15 wt. %. In essence, sulphidisation which was conducted at a temperature of 1150 °C for two hours was meant to convert the slag into matte. The matte was then converted to sulphates by roasting at a temperature of 650 °C for three hours followed by leaching of the now acid soluble material using dilute sulphuric acid (H2SO4). Copper and cobalt were captured in solution form. The leach residue was subjected to atomic absorption spectroscopy (AAS)  for the analysis of the levels of metal content retained in the residue. Scanning electron microscopy (SEM) was used to study the microstructure and the mineralogy of the three selected samples namely; the as received slag, the sulphidised slag and the leach residue. / Huvudsyftet med denna forskning var att återvinna koppar och kobolt från slagg från kopparbearbetning i Copperbelt-provinsen i Zambia. Pyrometallurgisk bearbetning av kopparsulfidkoncentrat  genererar enorma maugder slaggavfall. Slagg består i grunden av metalloxider och silikater och är mindre tät än matte, vilket gör att den flyter och separeras från matt genom skumning. Separationen är dock inte 100 % effektiv. Detta resulterar i att värdefulla element som koppar och kobolt går förlorade till slaggen och kan behöva återvinnas. Koppar i slagg kan förekomma i metallisk (Cu), oxid (CuO och Cu2O) och sulfid (Cu2S och Cu5FeS4) medan mycket av kobolt i slaggen finns som en oxid på grund av den höga syrepotentialen under konventionella kopparsmältningsoperationer. Copperbelt-slagg innehåller  ungefär 1,2 viktprocent koppar och 0,6 viktprocent kobolt medan slaggen som bearbetades hade medelhalter på 0,997 viktprocent för koppar och 0,258 viktprocent i fallet med kobolt. Tanken med att upparbeta slaggdeponier är viktig ur både ekonomiskt och hållbart perspektiv, det ligger också i linje med cirkulär ekonomi principer. För att hitta de optimala driftsförhållandena genomfördes en serie tester under sulfidisering och rostning där temperaturen gradvis ökades med 50 °C från 1050 °C till 1150 °C vid sulfidisering med varierande kalciumsulfid (CaS) tillsats av 5 %, 10 %, 15 % och 20 % av slaggens totala vikt. Detta följdes av rostning med en temperaturökning på 50 °C från 550 °C till 650 °C. Användningen av avfallsgips för sulfidisering är fördelaktig eftersom det är en återvunnen restprodukt som kommer från koboltlakverket. Baserat på termodynamiska överväganden och de optimerade parametrarna sulfidiserades 50 g slagg först i en elektrisk ugn med ett CaS-förhållande på 15 viktprocent. I huvudsak var sulfidisering som utfördes vid en temperatur av 1150 °C under två timmar avsedd att omvandla slaggen till skärsten. Skärsten omvandlades sedan till sulfater genom rostning vid en temperatur av 650 °C i tre timmar följt av urlakning av det nu surlösliga materialet med användning av utspädd svavelsyra (H2SO4). Koppar och kobolt fångades upp i lösningsform. Lakningsåterstoden utsattes för atomabsorptionsspektroskopi (AAS) för analys av nivåerna av metallinnehåll kvar i återstoden. Svepelektronmikroskopi (SEM) användes för att studera mikrostrukturen och mineralogin för de tre utvalda proverna, nämligen; den mottagna slaggen, den sulfidiserade slaggen och lakresten.

Analysing non-metallic inclusions (NMI) by conventional microscopy is prone to errors.  Better imaging can be achieved by using electrolytic extraction (EE) to effectively dissolve the metal matrix, freeing the inclusions so that they can be collected on a filter.  This method of studying NMI was tested on a 157C steel chip, with EE taking place three times on the same surface with increasing levels of  charge  applied.  The  relationship  between  charge  and  extracted  layer depth was examined, so as to facilitate the targeting of NMI from specific depths.  A selection of the extracted inclusions were micrographed with scanning electron microscopy (SEM) and had their compositions measured with energy dispersive spectroscopy (EDS). Based on this data, two methods of classifying NMI were briefly  examined:  manual  classification,  mostly  based  on images,  and  a  semi-automated process based on a sorting algorithm applied to the compositions. The study implies that it is possible to dissolve a 157C steel to a desired depth by applying a charge proportional to it, but the current method introduces an error which might limit the resolution of depth by a significant amount.  Also in the current method, there was no systematic way to select NMI for micrography, and no solution to this problem was found.  The semi-automated classification algorithm  was  compromised  by  inaccurate  readings  of  compositions  from the EDS, and could not be thoroughly tested. / Konventionell  mikroskopi  kan  lätt  ge  felaktig  information  vid  analys  av icke- metalliska  inneslutningar  (NMI),  men  bättre  resultat  kan  uppnås  om  metall- matrisen  löses  upp  med  elektrolytisk  extraktion  (EE),  så  att inneslutningarna frigörs och kan samlas upp på ett filter.  Denna metod att studera NMI testades på ett spån av 157C-stål, med trefaldig EE på samma yta och successivt ökande maximal laddning.  Sambandet mellan laddning och upplöst lagerdjup undersöktes för att möjliggöra extraktion av NMI från givna djup.  Ett urval av de frigjorda inneslutningarna  fotograferades  i  ett  SEM  och  sammansättningarna fastslogs av  EDS.  Dessa  data  låg  till  grund  för  en  undersökning  av  två klassifikationsmetoder  för  NMI:  manuell  klassificering,  till  största  del bildbaserad,  och  en halvautomatisk klassificering där en algoritm sorterar efter sammansättningar. Denna studie antyder att ett 157C-stål kan lösas upp till önskat djup genom  att åläggas en laddning proportionell mot djupet, men den nuvarande metoden introducerar  ett  fel  som  kan  ha  betydande  påverkan  på  noggrannheten.   Den aktuella  metoden  saknar  ett  systematiskt  sätt  att  välja  NMI  för mikroskopfotografi, och ingen lösning har kunnat framföras på detta problem. Den halvautomatiska  klassifikationsalgoritmen  rubbades  av  störningar  i  EDS-resultaten och kunde inte undersökas till fullo.

Slag is an important part of steelmaking with the AOD (Argon Oxygen Decarburization) process. In this work the focus was on developing a methodology for characterizing phases in slagsamples obtained after decarburization, reduction and desulphurization. Six samples from two heats, or batches, (heat A and B) were prepared by baking in Bakelite and polishing. These were analysed in SEM (Scanning Electron Microscope), with BSE (Backscattered Electrons) and EDS (Energy Dispersive XraySpectroscopy). Images from BSE were then processed inImageJ with a denoise method for advanced fraction analysis. Average composition for each noticed phase analysed with EDS is presented in element tables. A systematic portraying of the cross section was performed on samples from heat B. This gave a more in-depth composition and fraction analysis. Due to the nature of slag, scratches were often induced during polishing.The negative effect of these scratches could be reduced with the denoise method in the fraction analysis. There are three main phases in each stage of the AOD process with similar composition and structure between the two heats. Results showed the importance of measuring different zones of the slag due to its heterogeneity. More specifically, at least four random images from the cross section were required for accurate fraction analysis of samples after decarburization. Overall, the methodology for characterization was sufficient for samples after decarburization and desulphurization. / Slagg är en viktig del av ståltillverkning med AOD-processen (Argon Oxygen Decarburization). Fokus  i  detta  arbete  var  att  utveckla  en  metod  för  att  karakterisera  faser  i  slaggprover erhållna  efter  avkolning,  reduktion  och  avsvavling.    Sex  prover  från  två  batcher  (batch  A och B) förbereddes genom bakning i bakelit och polering.  Dessa prover analyserades i SEM (Svepelektronmikroskop),  med  BSE  (Backscattered  Electrons)  och  EDS (Energy Dispersive X­ray Spectroscopy).  Bilder från BSE bearbetades sedan i ImageJ med en denoise-­metod för avancerad fraktionsanalys.  Genomsnittlig sammansättning för varje fas analyserad med EDS presenteras i elementtabeller. En systematisk undersökning av heterogenitet hos slagg utfördes på prover från batch B. Detta gav en mer noggrann komposition och fraktionsanalys. På grund av slaggens karaktär uppkom ofta repor under poleringen. Den negativa effekten av dessa repor kunde minskas med denoise-­metoden i fraktionsanalysen. Det finns tre huvudfaser i varje steg i AOD-­processen med liknande sammansättning och struktur för de två batcherna.  Resultaten visade betydelsen av att mäta slaggprovet i olika zoner på grund av dess heterogenitet.  Mer specifikt krävdes minst fyra slumpmässiga bilder från tvärsnittet för noggrann fraktionsanalys av prover efter avkolning. Sammantaget var metoden för karaterisering av slagger tillräcklig för prover efter avkolning och avsvavling.

During the Middle Ages, Sweden was a coveted exporter of high-quality iron in Europe. Bloomery furnaces could have produced osmund iron. However, most osmund iron was produced in blast furnaces. The iron was then treated in the finery process and cut into pieces. Previous studies establish osmund iron’s definition regarding properties, microstructure and trace elements. They were often slag-rich and varied greatly in carbon content, proportion of inclusions, corrosion and microstructure. The report examined osmund iron as related to medieval iron production, exports and quality. This was done by comparing the microstructures and slag inclusions in Swedish and Estonian pieces of medieval iron, through analyses by SEM-EDS and under an optical microscope. The Estonian samples had more slag inclusions. The samples with corroded inclusions/slag were rejected. The varying microstructure can be linked to the cooling rate and the actual production in the blast furnace, bloomery furnace and finery process. It gave materials with poor properties. A large proportion of the samples had one side with a higher carbon content while the other had lower carbon content. The iron with lower carbon content could be connected to come from the bloomery furnace and the higher to the blast furnace. The samples containing higher levels of silica, magnesium and calcium could be connected to the blast furnace. In summary, the Swedish samples were of better quality than the Estonian ones and all pieces were considered to come from the blast furnace. / Under medeltiden var Sverige en eftertraktad exportör av högkvalitativt järn i Europa. Osmundjärn kunde produceras i en blästerugn, men det mesta osmundjärnet framställdes i masugnen. Därefter färskades järnet och höggs upp i delar. Tidigare analyser definierar osmundjärns utseende, egenskaper, mikrostruktur och spårämnen. De var ofta slaggrika och varierade mycket i kolhalt, andel inneslutningar, mikrostruktur och mängd korrosion. I den här studien analyserades osmundjärn relaterat till medeltida järnframställning, export och kvalité. Det gjordes genom att jämföra mikrostrukturer och slagginneslutningar i svenska och estniska prover av medeltida järn, genom analyser i SEM-EDS och i ljusmikroskop. De estniska proverna hade mer slagginneslutningar. Proverna med korroderade inneslutningar/slagg uteslöts ur analysen. Den varierande mikrostrukturen kan kopplas till kylningshastigheten och själva produktionen i masugnen, blästerugnen och färskningsprocessen. Det gav material med dåliga egenskaper. En stor andel prover hade en sida med högre kolhalt och den andra delen hade lägre kolhalt. Järnet med lägre kolhalt kan kopplas till att komma från blästerugnen och det med högre kolhalt till masugnen. De proverna som innehöll högre halter kiseldioxid, magnesium och kalcium kan kopplas till masugnen. De svenska proverna hade sammanfattningsvis bättre kvalité än de estniska och alla bitar ansågs komma från masugnen.