The topics of high entropy alloys (HEA) and medium entropy alloys (MEA) have been heavily researched in recent years. A HEA usually consists of five or more base elements, and a MEA would have three or four base elements. These types of alloys are multi-principal element alloys (MPEA) that have been thought to have interesting properties due to their high configurational entropy, which was thought to be the reason for stabilized simple solid solution phase in the HEA. The high entropy effect contributing to stable single phase in these alloys has been discussed and has not been found to be a predicament to which MPEA that will present as single phase at lowered temperatures. Still, some of the HEA and MEA investigated have interesting properties such as high ductility and good thermal properties, as is the case for the commonly researched CoCrFeMnNi HEA and the CoCrNi MEA which are both solid solution FCC phase at lower temperatures. This master thesis aims to investigate one of the less commonly researched MEA: equimolar FeCrNi. This alloy has been studied previously, and it was found there might be a possibility of precipitation hardening the alloy. To further study this alloy system, three FeCrNi alloys in the close-to equimolar range were produced and underwent a series of aging heat treatments to study the amount of precipitated secondary phase with composition changes and different aging temperatures. The objective is to evaluate and interpret the data found in the different CALPHAD databases used in Thermo-Calc and FactSage software and make comparisons to the experimental results. This to discuss the possibilities of hardening this alloy through aging treatment. The alloys selected and produced are 33Fe33Cr33Ni, 40Fe30Cr30Ni and 45Fe30Cr25Ni, all in mol%. Through experimental investigation using x-ray diffraction (XRD) analysis, it is found that Cr-rich BCC phase is formed in all alloys after most of the aging treatments performed. The volume fraction of BCC was quantified through the reference intensity ratio (RIR) method. From quantification, the largest volume fraction BCC is found in the equimolar 33Fe33Cr33Ni alloy, and the lowest fraction BCC is shown in the 40Fe30Cr30Ni alloy. The increased volume fraction of BCC coincides with an elevated hardness in all three alloys. It is also found that out of the three equilibrium phase calculations used in this project, the ThermoCalc steel database TCHEA4 seems to give results that are in closest agreement with the experimental results. For future studies in this subject, the recommendation is to further study the mechanical properties of the FeCrNi MEA and assess possibilities for application. / Högentropilegeringar och mediumentropilegeringar har studerats närmre de senaste åren på grund av deras intressanta mekaniska egenskaper. En högentropilegering består vanligtvis av fem eller flera baselement, och en mediumentropilegering har tre eller fyra baselement. Detta skiljer dem från konventionella legeringar som i regel har ett, maximalt två, baselement. Dessa typer av multi-baslegeringar har ansetts ha intressanta egenskaper på grund av deras höga konfigurationsentropi, vilken tros vara orsaken till stabilisering av fast lösningsfas i legeringarna. Högentropieffekten som bidrar till stabil enfas i dessa legeringar har diskuterats och har emellertid inte visat sig vara tillförlitligt för att förutsäga vilka multi-baslegeringar som blir fast lösningsfas vid ett lägre temperaturintervall. Ändå har några av de undersökta legeringarna intressanta egenskaper som hög duktilitet och goda termiska egenskaper, vilket är fallet för högentropilegeringen CoCrFeMnNi och mediumentropilegeringen CoCrNi som båda är enkel FCC-fas vid lägre temperaturer. Detta examensarbete syftar till att undersöka en av de mindre omnämnda mediumentropilegeringarna: ekvimolär FeCrNi. Denna legering har studerats tidigare, och det visade sig att det kan finnas en möjlighet att utskiljningshärda legeringen. För att ytterligare studera detta legeringssystem producerades tre FeCrNi-legeringar i ett sammansättningsintervall nära ekvimolär sammansättning, som sedan genomgick en serie åldringsbehandlingar för att studera mängden utskild sekundär fas beroende på sammansättning och åldringstemperatur. Målet är att utvärdera och tolka data som finns i de olika CALPHAD-databaserna som används i beräkningsverktygen Thermo-Calc och FactSage, och därefter göra jämförelser med experimentresultaten. Detta för att diskutera möjligheterna att härda dessa legeringar med partikelutskiljning. De legeringar som valts och tillverkats är 33Fe33Cr33Ni, 40Fe30Cr30Ni och 45Fe30Cr25Ni, alla angivna i molprocent. Genom experimentella undersökningar med röntgendiffraktionsanalys hittades att BCC-fas med höga halter Cr bildats i alla legeringar efter majoriteten av åldringsbehandlingarna som utförts. Volymfraktionen av BCC kvantifierades genom beräkningar från referensintensitetsförhållande (RIR). Från kvantifiering fås den största volymfraktionen BCC i den ekvimolära 33Fe33Cr33Ni-legeringen, och den lägsta fraktionen BCC i 40Fe30Cr30Ni-legeringen. Högre volymfraktion BCC sammanfaller med en förhöjd hårdhet i alla tre legeringarna. Det visar sig också att utav de tre jämviktsfasberäkningarna som används i detta projekt så är det ThermoCalc-ståldatabasen TCFE10 som gett resultat som överensstämmer med experimentresultaten. För framtida undersökningar inom detta område rekommenderas att studera de mekaniska egenskaperna hos FeCrNi och bedöma möjligheterna för tillämpning av materialet.

Global warming is one of the most important challenges that we are facing today. Since carbon dioxide (CO2) is by far our most common green house gas pollutant,  most large corporations need to reconsider how their production is performed to keep the global warming below 2 ◦C.  Today the steel production in Sweden accounts for 10% of  its  total  annual  emission  of  CO2.   HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) is a joint venture between LKAB, SSAB and Vattenfall which aims to develop a new iron making route by reducing iron ore pellets with hydrogen gas, producing water as off-gas instead of CO2. Due to the endothermic nature of the reduction between iron oxide  and  H2 the reaction  requires  energy  to  proceed.   During  the reduction of a spherical pellet the reduction proceeds through dif- ferent  stages,  where  all of them  contains  the  reaction  product  of water vapor.  This thesis will present and discuss the effect of water vapor during the reduction of a single hematite pellet at 700 ◦C and 900 ◦C, this report also includes a description of the making of an ex- perimental setup to control the H2O partial pressure in the reaction gas. Both temperatures includes three experiments each consisting of different amount of water vapor in the reduction gas, namely, 0% (pure H2), 5.5% and 10% H2O, all reductions were carried out for 60 minutes.  The first experiment with pure H2 is used as a reference experiment  as  comparison  to the  latter, to  be able  to  discuss  the effect of the water vapor.  The mass loss during reduction is measured using a thermogravimetric method to calculate the degree of reduction. The  results  showed  that  higher  temperature  led  to  higher  rate  of reduction.  Further, increasing amount of water vapor decreased the reduction rate.   The  effect  of  water  was  found  substantial.   The 900 ◦C experiments reached 100% reduction during the 60 minutes. The 900 ◦C experiments reached a reduction of 95% after: 19.6 minutes (pure H2), 23.7 minutes (5.5% H2O) and 38.6 minutes (10% H2O). The 700 ◦C experiments only reached a reduction of around 90%.  They reached 85% reduction after 40.6 minutes (pure H2), 45.1 minutes (5.5% H2O) and 53.2 minutes  (10%  H2O).  At  900 ◦C,  the  reduction  with  10% H2O  needs double the time compared to 0% H2O to reach the same degree of reduction.  The results show that water vapor affect the mass transfer of hydrogen in the gas phase and to the reaction sites as well as the driving force of the reaction. / Global uppvärmning ar en av de viktigaste utmaningarna vi står inför idag. Eftersom koldioxid (CO2) är vår överlägset mest förorenande växthusgas måste de flesta stora företag överväga hur deras produktion utförs for att hålla den globala uppvärmningen under 2 C. Idag står stålproduktionen i Sverige för 10% av de årliga koldioxidutsläppen. HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) är ett gemensamt forskningsprojekt mellan LKAB, SSAB och Vattenfall som utvecklar en ny järnframställningsväg genom att reducera järnmalmspellets med vätgas och producera vatten som avgas istället för CO2. På grund av den endotermiska naturen vid reducering av järnoxid med H2, kräver reaktionen energi för att fortgå. Under reduceringen av en sfärisk pellet fortskrider reduktionen genom olika steg, där alla innehåller reaktionsprodukten vattenånga. Denna avhandling kommer att presentera och diskutera effekten av vattenånga under reduktionen av en hematitpellet vid 700 C och 900 C, samt en experimentell inställning för att kontrollera H2O partialtrycket i reaktionsgasen. Båda temperaturerna inkluderar tre experiment som var och en består av olika mängder vattenånga i reduktionsgasen, nämligen 0% (ren H2), 5,5% och 10% H2O, alla reduktioner var på 60 minuter. Det första experimentet med ren H2 används som referensexperiment som jämförelse med senare for att kunna diskutera effekten av vattenångan. Massminskningen under reduktion mäts med hjälp av en termogravimetrisk metod för att beräkna reduktionsgraden. Resultaten visade att högre temperatur ledde till högre reduktionshastighet. Vidare minskade den ökande mängden vattenånga reduktionshastigheten. Effekten av vatten befanns vara betydande. 900 C experimentet uppnådde en reduktion på 100% efter 60 minuter. 900 C nådde en reduktion pa 95% efter 19,6 minuter (ren H2), 23,7 minuter (5,5% H2O) och 38,6 minuter (10% H2O). 700 C experimenten nådde endast en reduktion på cirka 90% med 85% reduktion efter 40,6 minuter (ren H2), 45,1 minuter (5,5% H2O) och 53,2 minuter (10% H2O). Vid 900 C behöver reduktionen med 10% H2O dubbla tiden jämfört med 0% H2O för att uppnå samma grad av reduktion. Resultaten visar att vattenånga påverkar masstransporten av väte i gasfasen och till reaktionspunkterna, liksom reaktionens drivkraft.

Hydroforming is the manufacturing process that Scania uses to produce exhaust pipes with complex shape and high durability.  Selective Laser Melting is the process used by designers to print prototype pipes and perform emissions tests before mass production. Results from previous tests at Scania showed superior performance of 3D printed pipes compared to hydroformed components during emissions test as the 3D printed pipes were able to transfer heat faster than hydroformed pipes.  To understand the reason behind this mismatch, the effect of selective laser melting parameters on energy density, relative density, grain size and thermal conductivity are investigated.  These properties have direct impact on heat transfer. Ten samples were fabricated using the same laser power and layer thickness but different combinations of scanning speed and hatch distance.   Samples were then subject to microstructural analysis using an optical microscope and average grain size measurement using image analysis software called Imagej. The  density  of  each  sample  was  measured  using  the  Archimedes  method. Moderate correlation is found between energy density and relative density. No ranking of the selective laser melting parameters with respect to forming the highest density was achieved because of the high uncertainties involved with the density measurement technique.  Thermal conductivity was measured us- ing the one dimensional heat flow equation with an appropriate experimental set up. Thermal conductivity seems to be more influenced by relative density and direction of printing layers than the energy density and grain size.  This conclusion is not statistically significant due to high uncertainty involved in the measurement of thermal conductivity.  More advanced and accurate tech- nologies need to be used in the future to measure both density and thermal conductivity in order to find the most suitable selective laser melting parameters for Scania’s prototype pipes. The findings of this research can be used as a foundation for future research related to urea deposition on 3D printed pipes. / Hydroforming är den tillverkningsprocess Scania använder för att producera avgasrör som har en komplex form och hög hållbarhet. Selektiv lasersmältning är den process som används av konstruktörer för att skriva ut prototyprör och utföra utsläppstester före massproduktion. Resultat från tidigare utsläppstes- ter på Scania visade en överlägsen prestanda för 3D-tryckta rör jämfört med hydroformade komponenter, eftersom 3D-tryckta rör kunde överföra värme snabbare än hydroformade rör. För att förstå orsaken bakom denna skillnad undersöks effekten av selektiva lasersmältningsparametrar som energitäthet, relativ densitet, kornstorlek och värmeledningsförmåga. Dessa egenskaper har direkt inverkan på värmeöverföringen. 10 prover tillverkades med samma laserkraft och skikttjocklek, men med olika  kombinationer  av  skanningshastighet  och  kläckavstånd.  Proverna  utsattes sedan för en mikrostrukturell analys med hjälp av ett optiskt mikroskop, samt genomsnittlig kornstorleksmätning med hjälp av bildanalysprogramvaran Imagej. Densiteten för varje prov mättes med Archimedesmetoden. Måttlig korrelation kunde identifieras mellan energitätheten och relativ densitet. Ingen rangordning av de selektiva lasersmältningsparametrarna med avseende på bildning av den högsta densiteten uppnåddes på grund av de höga osäkerhetsfaktorer som är involverade i densitetsmättekniken. Värmeledningsförmågan mättes med hjälp av den endimensionella värmeflödesekvationen, med en lämplig experimentell uppställning. Värmeledningsförmågan tycks påverkas mer av tryckskiktens relativa densitet och riktning än energidensiteten och kornstorleken. Denna slutsats är inte statistiskt signifikant på grund av hög osäkerhet i mätningen av värmeledningsförmåga. Mer avancerade och noggranna teknologier måste användas i framtiden för att mäta både densitet och värmeledningsförmåga, för att hitta de mest lämpliga selektiva lasersmältningsparametrarna för Scanias prototyprör.

The ability to predict nucleation and solidification behaviour is essential for producing high-quality  metal  powders. The  droplet  cooling  of  complex multi-component  alloy systems has not been accurately  studied  by  any models  to  date. In  this  study,  a computational model to simulate the nucleation and cooling of metal melt droplets in a  gas  atomisation  process  is formulated.  Even  the  nucleation  and  cooling  events  of complex multicomponent alloy systems can be predicted using the model. The model is made  stochastic  by  comparing  the  probability  of  nucleation  to  a  random numeric value to determine the occurrence of nucleation. Thermo-Calc Software version 2021ais  utilized  in  the  model  to  collect  live  thermodynamic  data for  each  time step.  The nucleation model predicts a reduction in nucleation temperature of roughly 1 K for a droplet  size  reduction  of  10  μm. The model predicts  an  undercooling  of  35  kelvin before  nucleation  for the alloy compositionFe-0.4%C-5%Ni-0.7%Si.All  the  results except  the  ones  from the recalescence  stage are  consistent with the conventional metallurgical  theory. Results confirm  that  the  model  is  sensitive  to  droplet  size,  gas properties,  and  composition. The  results  from  this  study  can  help  in predicting nucleation more accurately allowing the industry to anticipate powder qualities ahead of  time,  resulting  in  better  resource  efficiency. This research might  open  new possibilities  for  implementing  stochastic  techniques  to study  nucleation  and  droplet solidification. / Förmågan  att  förutsäga  kärnbildning  och  stelningsbeteende  är  avgörande för  att producera  metallpulver  av  hög  kvalitet.  Droppkylning  av  komplexa legeringssystem med flera komponenter har hittills inte studerats noggrant med hjälp av någon modell. I den här studien formuleras en beräkningsmodell för att simulera kärnbildning och kylning av smälta metalldroppar i en gasatomiseringsprocess. Med hjälp av modellen kan man även förutsäga kärnbildning och avkylning av komplexa flerkomponentslegeringssystem. Modellen  görs  stokastisk  genom  att  sannolikheten för  kärnbildning jämförs med  ett  slumpmässigt  numeriskt  värde  för  att  avgöra  om kärnbildning sker. Thermo-Calc  Software version  2021a används  i  modellen  för  att samla  in  termodynamiska  data  för  varje  tidssteg.  Kärnbildningsmodellen förutsäger en  minskning  av  kärnbildningstemperaturen  med  ungefär  1 K för  en  minskning  av droppstorleken  med  10 μm.  Modellen  förutsäger  en underkylning  på  35  kelvin  före kärnbildning för legeringssammansättningen Fe-0,4 %C-5 %Ni-0,7 %Si. Alla resultat utom   de   från   rekalescensstadiet   överensstämmer   med   den   konventionella metallurgiska  teorin. Resultaten bekräftar  att  modellen  är  känslig  för  droppstorlek, gasegenskaper och sammansättning. Resultaten från den här studien kan bidra till att förutsäga kärnbildning mer exakt så att industrin kan förutse pulverkvaliteter i förväg, vilket leder till bättre resurseffektivitet. Denna forskning kan öppna nya möjligheter att  tillämpa  stokastiska  tekniker  för  att  studera  kärnbildning och  droppstelnad stelning.

With rising interest in metal additive manufacturing and, specifically, in powder bed fusion processes, it is essential to understand relevant process parameters and the behavior of powders used in such processes. At the time of writing, the flow behavior of powders is in the spotlight whereas little research into the spreadability of a powder is being conducted. While the two characteristics are related, powders that are being spread are subject to different force loads which are not present during the simple flow of a powder. This work develops a testing system capable of qualitatively and quantitatively assessing spreadability in metal powders. Seven gas atomized powders of varying size distributions and four different chemistries supplied by Uddeholms AB were used to examine the efficacy and accuracy of the system. Image analysis of the spread layers was found to be effective in measuring the areas of the powder layers. It was also possible to assess the quality of powder coverage in the layer in terms of defects, which were sensitive to process parameters such as layer thickness and rake speed. From measurements of the mass of powder in each layer, a layer density was calculated and shows greater sensitivity than powder coverage to changes in layer thickness parameters. The spreadability data collected were compared to relevant existing flowability metrics, including some derived from powder rheometry. Two metrics were created to assess how well the rheometry data can predict spreading behavior. Firstly, the change in area coverage as a function of rake speed correlated to an increase in basic flowability energy, both of which became less sensitive to rake speed at higher speeds. Finally, an equation was formulated to assess the gap that forms between the true height of a spread layer and the nominal layer thickness. This gap showed great sensitivity to the cohesion values attained from shear cell tests: highly cohesive powders produced larger spread layer gaps. This work is expected to contribute to moving toward a standardized method to attain a powder characteristic for spreadability.With rising interest in metal additive manufacturing and, specifically, in powder bed fusion processes, it is essential to understand relevant process parameters and the behavior of powders used in such processes. At the time of writing, the flow behavior of powders is in the spotlight whereas little research into the spreadability of a powder is being conducted. While the two characteristics are related, powders that are being spread are subject to different force loads which are not present during the simple flow of a powder. This work develops a testing system capable of qualitatively and quantitatively assessing spreadability in metal powders. Seven gas atomized powders of varying size distributions and four different chemistries supplied by Uddeholms AB were used to examine the efficacy and accuracy of the system. Image analysis of the spread layers was found to be effective in measuring the areas of the powder layers. It was also possible to assess the quality of powder coverage in the layer in terms of defects, which were sensitive to process parameters such as layer thickness and rake speed. From measurements of the mass of powder in each layer, a layer density was calculated and shows greater sensitivity than powder coverage to changes in layer thickness parameters. The spreadability data collected were compared to relevant existing flowability metrics, including some derived from powder rheometry. Two metrics were created to assess how well the rheometry data can predict spreading behavior. Firstly, the change in area coverage as a function of rake speed correlated to an increase in basic flowability energy, both of which became less sensitive to rake speed at higher speeds. Finally, an equation was formulated to assess the gap that forms between the true height of a spread layer and the nominal layer thickness. This gap showed great sensitivity to the cohesion values attained from shear cell tests: highly cohesive powders produced larger spread layer gaps. This work is expected to contribute to moving toward a standardized method to attain a powder characteristic for spreadability. / Med ett ökande intresse för additiv tillverkning av metaller i allmänhet, och pulverbäddsprocesser i synnerhet, är det viktigt att förstå relevanta processparametrar och beteendet av pulver som används i sådana processer. I skrivande stund är flytbarheten i fokus, medan väldigt lite forskning görs på spridbarheten. Dessa två egenskaper är relaterade, men pulver som sprids utsätts för andra krafter vilka inte återfinns i simpla flytbarhetstester. I detta arbete utvecklas ett testsystem som är kapabelt till att undersöka spridbarheten kvalitativt och kvantitativt. Sju gasatomiserade pulver som tillhandahålles av Uddeholms AB, med varierande storleksfördelningar och fyra olika sammansättningar användes för att undersöka effektiviteten och noggrannheten av systemet. Bildanalys av de utspridda pulverlagren visade sig vara effektivt för att mäta arean av lagren. Det var också möjligt att undersöka kvalitén på pulvertäckningen med avseende på defekter, som visade sig vara känsliga för processparametrar så som lagertjocklek och rake-hastigheten. Från mätningarna av pulvermassan från varje lager kunde en lagerdensitet räknas ut, och denna visar större känslighet med avseende på processparametrar än pulvertäckningen. Spridningsdatan jämfördes med relevanta flytbarhetsmätningar, inklusive reometrimätningar av pulver. Två mätetal användes för att undersöka hur väl reometri kan användas för att förutse spridbarheten. Först användes ändringen i täckning som en funktion av rake-hastigheten korrelerat till ökningen av grundläggande flytbarhetsenergi, där båda parametrarna blev mindre känsliga vid högre rake-hastigheter. Sedan formulerades en ekvation för att redogöra för glappet mellan den verkliga höjden av ett pulverlager och den nominella lagertjockleken. Detta glapp visade stor känslighet för koherensen som mättes med hjälp av skjuvcellstest: koherenta pulver gav större glapp i spridlagren. Detta arbete förväntas bidra till utvecklingen av en standardiserad metod att undersöka spridbarhet hos pulver.

The environmental impact caused by the traditional production techniques has led to increased research in the field of alternative production techniques such as additive manufacturing. However, the environmental sustainability of the manufacturing techniques that produce and supply powders to the additive manufacturing process can be improved significantly. This project deals with improving the fraction of powder produced by gas atomisation that is suitable for any specific manufacturing process, by optimising the convergent-divergent nozzle used in the process. In order to identify the influential in- put parameters affecting the characteristics of the gas jet exiting a convergent- divergent nozzle, the relative effects of the input parameters were studied. A computational fluid dynamics model of the convergent-divergent nozzle was created and validated using images obtained through the shadow-graph technique. The results of the model and the experiment followed similar trends, but the absolute scale of gas jets did not match. This discrepancy was attributed to assumptions made about the conditions used as inputs to the computational fluid dynamics model, such as gas density and viscosity. Furthermore, a qualitative parametric study performed on the same computational fluid dynamics model revealed that the angle of the nozzle's diverging section to be the most significant parameter that controls the gas jet length.The findings of this study can be used to predict the gas flow through the convergent-divergent nozzle. This will enable more effective design of the gas atomisation process and gas flows in other processes such as in a rocket motor,the lance used in the basic oxygen furnace and the blast furnace tuyere. / Miljöpåverkan av traditionella tillverkningstekniker har lett till ökad forskning inom alternativa tillverkningstekniker, som till exempel additiv tillverkning. Dock kan hållbarheten hos tillverkningstekniker som producerar och levererar pulver till de additiva tillverkningsprocesserna förbättras avsevärt. Detta projekt handlar om att öka andelen pulver som produceras genom gasatomisering som är lämplig för en specifik tillverkningsteknik. Detta kommer att uppnås genom optimering av de Laval-munstycket som används i gasatomiseringsprocessen. För att identifiera de variabler som påverkar egenskaperna hos gasstrålen som kommer ut från munstycket studerades den relativa betydelsen och effekterna av variablerna. En CFD-modell av de Laval-munstyckena skapades och validerades genom användning av bilder som skapades genom skuggrafteknik. Resultaten av modelleringen och de experimentella resultaten visade samma trend, men längden på gasstrålen matchade inte. Avvikelsen tillskrevs antaganden om gasegenskaperna som används som parametrar till CFD-modellen, till exempel densitet och viskositet. Dessutom avslöjade en kvalitativ studie av parametrarna utförd på samma CFD-modell att vinkeln på de Laval-munstyckens divergerande del är den avgörande parametern som kontrollerar längden på gasstrålen. Resultaten av denna studie kan användas för att förutsäga gasflödet genom de Laval-munstycket. Detta kan möjliggöra effektivare design av gasatomiseringprocesser och gasflöden i andra processer, till exempel i en raketmotor, i lansen som används i den basiska syreugnen och dysor i masugnen.

In Norway, more than 40.000 tonnes of aluminum (Al) in food packaging goes to incineration annually. Recycling this waste would save more than 1.5 TWh of energy and several hundred thousand tonnes of CO2 emissions. However, recycling thin aluminum foil in small packaging is more difficult than recycling of larger and cleaner scrap. In this thesis, properties of compacted coating-free Al foil with five different thicknesses (15, 30, 100, 200, 300 𝜇𝜇m) were investigated and related to percentage Al recovery during remelting in salt flux. This thesis consists of five main parts. Two initial studies involved shredding of the foil into a controlled chip size and compaction of these chips to briquettes of a wide range of bulk densities using three types of compaction techniques. In the following two studies, relevant briquette properties and oxidation behavior were determined. Finally, chips and briquettes were melted in salt flux and the percentage Al recovery was calculated. The bulk density, porosity and surface areas of the briquettes were significantly influenced by the type of compaction technique. Applied torque and heat in addition to uniaxial pressing were found to be effective measures to increase bulk density. Oxidation was higher for thin Al foil due to higher specific surface area and micro roughness. However, the oxidation of briquettes significantly decreased as the bulk density exceeded 2.4 g/cm3. Briquetting led to significantly increased recovery of the two thinnest foils. For the three thickest foils the effect of briquetting was smaller. For the thinnest foil, recovery increased with compaction. For this foil, even significantly oxidized chips compacted to bulk density 2.6 g/cm3 resulted in 99-100 % recovery. The specific surface area of the aluminum was the most important material property influencing recovery. It is expected that an optimum amount of salt flux and fluoride contentrelated to specific surface area of the scrap can be developed. / I Norge förbränns mer än 40 000 ton aluminiumförpackningar årligen. Återvinning av denna mängd aluminiumförpackningar skulle spara 1,5 TWh energi och hundratusentals ton av koldioxidutsläpp. Det mycket svårare att återvinna tunn aluminiumfolie i förpackningar än större och renare aluminiumskrot. I denna uppsats har egenskaper hos komprimerad beläggningsfri aluminiumfolie med fem olika tjocklekar (15, 30, 100, 200, 300 𝜇𝜇m) bestämts. Dessa egenskaper är sedan till kopplade till återvinningsgraden efter smältning i saltfluss. Uppsatsen består av fem huvuddelar. I de två inledande delarna strimlas foliet till en bestämd spånstorlekt varpå dessa komprimeras med tre olika presstekniker till briketter av olika bulkdensiteter. I de nästa två delarna bestäms relevanta brikettegenskaper och oxidationsbeteendet. I den sista delen bestäms återvinningsgraden av spån och briketter som smälts i saltfluss. Briketternas bulkdensitet, porositet och ytarea varierade beroende på pressningsteknik. Högtryckvridning under tillförd värme var ett effektivt sätt att öka bulkdensiteten. Tunnare folie oxiderade mera på grund av stor specifik ytarea och hög mikrosträvhet. Oxidationsgraden för briketter med bulkdensitet över 2.4 g/cm3 var betydligt lägre än briketter med lägre bulkdensitet. Briketter av de två tunnaste folierna ledde till högre återvinningsgrad jämfört med motsvarande spån. Effekten av kompression på återvinningsgraden var mindre för de tre tjockaste folierna. Återvinningsgraden ökade med ökad kompression för det tunnaste foliet. Trots att denna folie oxiderades relativt mycket var återvinningsgraden 99-100 % efter kompression till 2.6 g/cm3. Resultatet indikerar på att främst specifika ytarean påverkar återvinningsgraden av aluminiumet. Baserat på den föreslagna teorin borde ett optimum avsaltmängd, fluorinnehåll och ytarea skrot kunna utvecklas för att maximera återvinningsgraden.

Bulk Metallic Glass (BMG) possesses a variety of extraordinary properties including ultra high elastic limit and strength and has been applied in diverse fields such as industrial coatings, sporting foods, medical devices, defense and aerospace sectors. The cross-section thickness of a few millimeters for cast BMG alloy components limits their application to manufacturing structural components. However, continuing global efforts are underway to increase the critical part size cast with BMG alloys. There are two phases tot his project. Phase 1 investigates the feasibility of using suitable BMG alloys to manufacture a pivot assembly in an Airborne Gravity Gradiometer (AGG) via net shape manufacturing techniques. Success of Phase 1 will enable a quantum leap in the capabilities of the present day AGG devices to successfully and accurately scope the vast untapped mineral and petroleum resources globally. Requirements of high tolerances in the pivot assembly with very specific material properties and a net shape manufacturing route coupled with the lack of any database for BMG alloys were the inherent challenges. Suitable BMG alloys have been identified for this purpose and continued efforts are underway to manufacture the pivot assembly. Phase 2 of this project lays the foundation for a much needed tool to predict the Glass forming Ability of BMG alloys. This will enable to scientifically develop novel BMG alloys to suite specific application in lieu of the current ad-hoc development trends. A viable thermal model to understand the relationship between growth rate of solid phase and melt undercooling during uni-directional solidification coupled with a solidification model based on competitive growth principles have been developed. Novel experiment program and setup have been developed to verify these models. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

The Ladle Metallurgy Furnace (LMF) in secondary steelmaking processing allows (1) the adjustment of the chemical composition by ferroalloy addition, (2) temperature control by electrical reheating (3) homogenization of chemical composition by argon stirring (4) desulphurization and (5) control of inclusions produced during steel deoxidation. The solid oxide inclusions not only cause nozzle clogging during the continuous casting process and reduce production efficiency, but they are also harmful to the properties of the steel product. In the case of aluminum killed steel, calcium treatment of steel is typically employed to modify the solid alumina inclusions or magnesium aluminate inclusions to liquid or partially liquid calcium aluminates. Injected calcium in form of calcium wire creates calcium bubbles. A portion of calcium dissolves into the steel and diffuses into the steel bulk. However, during the dissolution process some of the injected calcium reacts, close to the injection plume, with dissolved sulfur and oxygen in the steel to form calcium sulfide and calcium oxide inclusions [1]. During ladle treatment of aluminum killed steel the inclusions which form initially are typically alumina. As the dissolved oxygen content of the steel is reduced to very low levels magnesium may be reduced from the slag and subsequently react with the inclusions resulting in a shift towards higher contents of MgO and formation of magnesium aluminate spinel. Magnesium may originate from the top slag, ferro alloys or refractories. Therefore, magnesium aluminate spinels are almost always present before calcium injection and any consideration of calcium treatment should also consider the modification of spinel in addition to alumina. The current work develops a fundamental kinetic model to describe the evolution of the inclusion population during ladle treatment of aluminum killed steels. The model builds on previous work in the author’s laboratory predicting the kinetics of slag metal reactions during ladle treatment and the transformation of alumina to magnesium aluminate spinel. The model addresses the modification of alumina inclusions by calcium and considers mass transfer of species to the inclusion-steel interface and diffusion within the calcium aluminate phases formed on the inclusion. The dissolution of calcium from calcium bubbles into the steel and formation of oxide and sulfide inclusions at the plume is coupled with the kinetic model for inclusion modification. It is found that rate of supply of calcium to the inclusions controls the overall rate of transformation. The inclusion-steel kinetic model is then coupled with the previously developed steel-slag kinetic model. The coupled inclusion-steel-slag kinetic model is applied to the chemical composition changes in molten steel, slag, and evolution of inclusions in the ladle. The result of calculations is found to agree well with industrial heats for species in the steel as well as inclusions during Ca treatment. The kinetic model is further extended to model the modification of spinel inclusions by calcium treatment. Coupling the model for inclusions modification to a multi component kinetic model for the slag-steel reactions in the ladle furnace allowed prediction of the change of average composition of inclusions which was subsequently verified using plant data from ArcelorMittal Dofasco operations. Good agreement between the experimental and calculated average composition of inclusions was obtained for most of the industrial heats. Finally, a sensitivity analysis of the coupled kinetic model was performed to compare the effect of the different processing conditions including sulphur content, stirring, total oxygen, slag composition and reoxidation, on the evolution path of inclusions. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Med  allt  strängare  yt-  och  rakhetstoleranser  på  stångprodukter  för försäljning samt vidare bearbetning inom Sandvik Materials Technology närmar sig vissa produkter gränsen för vad den existerande  riktningsutrustningen  har kraftkapacitet  för.  Detta påskyndas  i kombination  med introduktion av hårdare material i större dimensioner än tidigare. Riktning utförs primärt genom böjriktning med  korslagda  valsar.  De stångprodukter  som har  studerats  är  det  duplexa stålet 2RD99 i Ø 169 mm samt borrstålen 4HS64 i Ø 149 mm, 5HS23 i Ø 135 mm och 19HS20 i Ø 124,4 mm. För att utvärdera om produkterna kunde riktas på ett pålitligt  sätt beräknades och FEM- simulerades processen för att bestämma de för varje produkt specifika parametrar som krävdes för  att  uppfylla  ett uppskattat riktningsvillkor.  FEM-modellen  verifierades genom  att  använda föreslagna parametrar  i  bearbetningen  och  ta  provbitar  på vilka  Vickers hårdhetsprovning utfördes.  Hårdhetsprofiler  skapades  för  att  utvärdera om produktens deformationshårdnande följde  den  av  FEM-simuleringen  förutsedda plastiska deformationen.  Hårdhetsprofilerna  i kombination med rakhetsmätningar efter bearbetning tyder på att produktionsutrustningen har kapacitet att bearbeta samtliga produkter. En FEM-simulering av riktningsprocessen modellerad med slitna valsar visade att den erforderliga valskraften ökade kraftigt på grund av den förändrade geometrin hos de slitna komponenterna och att specifika produkter inte längre kunde bearbetasmed inställningar som faller inom riktningsmaskinens begränsningar. / With increasing demands on the surface quality and straightness of bar products for both sale and additional processing at Sandvik Materials Technology certain products are approaching the limits of the existing straightening equipment. This is accelerated when combined with the introduction of  harder  materials  in  larger  dimensions. Straightening is primarily  performed  with  cross-roll bend straightening. The studied bar products are the duplex steel 2RD99 in Ø 169 mm as well as the rock drill steel 4HS64 in Ø 149 mm, 5HS23 in Ø 135 mm and 19HS20 in Ø 124,4 mm.  In order to evaluate if the products could be reliably straightened the process was modelled with analytical calculations and FEM simulations to acquire the specific parameters for each product that fulfilled an  estimated straightening condition.  The  FEM  model  was verified  by  using  the  suggested parameters in the straightening of bars and taking samples from a series of products on which Vickers  hardness  tests  were  performed. Hardness  profiles were  created  to evaluate  if  the deformation hardening followed the plastic deformation anticipated by the FEM simulations. The hardness profiles combined with  post processing straightness measurements indicated that the straightening equipment has the capacity to process them. A FEM simulation of the straightening process modelled with worn rollers showed that the required roller force greatly increased because of  a change in geometry of the worn component  and that specific products could no longer bestraightened within the limits of the straightening machine.