An induction setup for levitation studies of molten metals was built. The setup was used to levitate and heat stainless steel samples of 2.00 g to 1600 °C and subject them to different atmospheres. Changes in shape and temperature were recorded by video and infrared thermocouple. Oxide films forming on the droplets during levitation were observed. It was possible to notice an immediate surface reaction when the reaction gas was introduced. This reaction is concluded to influence the surface and bulk composition, and therefore have an effect on the shape evolution of the droplet. A more oxidizing atmosphere resulted in a more conical droplet shape; this is thought to be an effect of lowered surface tension and the conically shaped volumetric force caused by the magnetic field. Changes in temperature after the sample is molten are thought to be an effect of changes in emissivity, caused by surface oxidization. Post mortem analysis show a difference in surface morphology for samples subjected to different gases, as well as a difference in amount of oxidization.

The military vehicle, Pansarterrängbil 203 (PATGB 203) demonstrates a fault. There are some components in a coolant circuit that fail due to corrosion while others are unaffected. One of the affected components that will be investigated in this report is the water heater. The subject of this technical investigation has been an issue for FMV, Swedish Defence Materiel Administration since a decade. While seeking out the cause of the coolant circuit failing, this investigation aim to analyzing the underlying problems considering material, factors of corrosion and organization. In order to establish the origin of material and appearance of corrosion, experiments were performed. The experiments showed that the original material is an Al-Si alloy. The micrographs indicated varying stratification of the corrosion throughout the unit. The corrosive deposits consisted mainly of oxygen, silicon, aluminum and sodium. Consequently, the protecting passive oxide layer is compromised, which results in a direct connection between the coolant and the underlying material. This direct connection gives rise to the development of corrosion in the material. Clear underlying causes of the corrosion were not found but the most probable suggest on galvanic corrosion accelerated by a stray current. Properly grounding the components decreases the stray current in the system and is essential to avoid corrosion. If grounding the components is not sufficient, additional checks of the coolant with attention to the pH-value and the function of corrosion inhibitors may indicate corrosion at an earlier stage.

In the constant pursuit of better-performing cemented carbides, recent studies suggest that a combination of better hardness and toughness can be obtained by changing its WC grain size distribution. As the area is still rather unexplored, this  thesis  aims  to  broaden  the  knowledge  and  answer  whether mechanical properties can be changed by changing the WC grain size distribution, in the context of mining drill bit inserts. This was performed by producing four dual grained material as well as four single grained reference materials, for which the carbon content and presence of alloying element were varied. The materials were characterised and compared with regard to magnetic saturation, magnetic coercivity,  hardness,  fracture  toughness,  wear resistance,  energy  needed  to cause  fracture,  as  well  as  detailed microstructural  analysis  obtained  through imaging and electron backscatter diffraction analysis The results showed that mining drill bit inserts with alternative WC grain size distribution  could  successfully  be  produced,  but  that  a  traditional  bimodal distribution  with  two  peaks  could  not  be  obtained.  The  distribution instead became significantly wider as well as skewed towards larger grains for the dual grained materials compared with their references. It was further also confirmed that the alternative dual grain size distribution could be used to improve the mechanical properties of fracture toughness and wear resistance, but only for material that was not alloyed, and the magnitude of the improvement may be considered  to  be  small.  For  the  alloyed  materials,  it  turned  out  to  be more difficult to influence the mechanical properties, as the improving effect of analloying element outweighed the effect of grain size distribution. / I en ständig jakt på hårdmetall med bättre prestanda, så föreslår ny forskning att en bättre kombination av hårdhet och seghet kan erhållas genom att ändra den mikrostrukturiella  WC-kornstorleksfördelning.  Då  det  ännu  är  ett relativt outforskat område, så har denna studie för avsikt att öka kunskapen genom att besvara frågan om de mekaniska egenskaperna kan förändras genom att ändra på materialets kornstorleksfördelning inom applikationsområdet hårdmetall för bergborrning. Detta gjordes genom att producera fyra material med WC pulver av två olika storlekar, samt fyra referensmaterial med en kornstorlek. För dessa varierades parametrarna kolhalt och närvaro av legeringselement. Materialen karakteriserades och jämfördes med avseende på magnetisk mättnad, magnetisk koercivitet, hårdhet,  brottseghet,  slitstyrka,  energi  som  behövs  för  att  orsaka brott, samt  en  detaljerad  mikrostrukturanalys  som  erhölls  genom  avbildning samt elektrondiffraktionsanalys. Resultaten visade att material med alternativ WC-kornstorleksfördelning kunde produceras, men att en fullt bimodal fördelning inte gick att skapa i denna studie. Fördelningen blev istället betydligt bredare samt förskjuten mot större korn för materialen som innhöll WC av två olika storlekar. Det bekräftades också att den alternativa     kornstorleksfördelningen     kunde     förbättra     de     mekaniska egenskaperna för brottseghet och slitstyrka, men endast för de material som inte var legerade och storleken på förbättringen får dessutom anses vara relativt liten. För de legerade materialen visade det sig vara svårare att påverka de mekaniska egenskaperna,  eftersom  den  förbättring  av egenskaper  som  legeringselement tillförde överträffade effekten av kornstorleksfördelning.

The gating system transfers the iron melt from the ladle to the void in the casting mould. The gating systems dimensions and designs are crucial for the success of a casting and a poor gating system is a leading cause of scraps. The main goal of this thesis is to improve the pouring basins and sprues at Norrlandsgjuteriet, an iron foundry located in northern Sweden. The step in the offset step basin and other variables that affect the gating system is explained, investigated and simulated in MAGMASOFT. Furthermore, put to practice at Norrlandsgjuteriet. Adding a step in the offset basin fills a very important function in the system, fending off air bubbles that might enter the mould and reduce the horizontal velocity of the melt. The basin’s height and the sprue’s cross-section control the casting time and simulations conducted in this thesis show that a step can create a beneficial rounding to the flow over the step, creating a laminar flow of the melt, down the sprue contributing to a lower casting time. A narrower sprue is better, in which the melt’s surface tension is maintained, creating an oxide pipe-layer that protects the flowing melt entering the mould and from entrainment defects. The results show that replacing the offset basins used today with offset step basins, which are 30% smaller in volume, together with a tighter sprue will not only reduce the annual material consumption by 1% or 13 000 kg but more importantly increase the quality of the casting. This due to lower melt velocity, a more homogenous temperature, better flow in the basin with less air entering the mould. / Ingjutsystemet   transporterar   det   smälta   järnet   från   skänken   till   gjutformens   hålrum. Ingjutsystemets dimensioner och utformning är avgörande för en lyckad gjutning och ett dåligt utformat ingjutsystem är den främsta orsaken till kassationer. Syftet med denna rapport är att förbättra  gjutskålarna  samt nedlopp  som  Norrlandsgjuteriet,  ett  järngjuteri  i  norra  Sverige, använder. Steget i den förskjutna gjutskålen och andra variabler som påverkar ingjutsystemet förklaras, undersöks och simuleras i MAGMASOFT. Utöver detta testas det även praktiskt hos Norrlandsgjuteriet.  Att  lägga  till  ett  steg  i gjutskålen  fyller  en  väldigt  viktig  funktion  i ingjutssystemet i och med att luftbubblor avvärjs från att följa med in i formen samt minskar även  smältans horisontella  hastighet.  Gjutskålens  höjd  och  nedloppets  tvärsnittsarea  avgör gjuttiden  och  simulationer  som  genomfördes  visade  också  att  stegets rundning  i  gjutskålen skapar ett fördelaktigt flöde över steget vilket skapar ett laminärt flöde ner i nedloppet vilket samtidigt bidrar till en minskad gjuttid. Ju smalare nedlopp desto bättre upprätthålls smältans ytspänning vilket skapar ett oxidskikt som skyddar den flytande smältan, som ska fylla formen, från inblandning  av  luft  och  oxider.  Resultaten  visar  att  genom  att  byta  ut  de förskjutna gjutskålarna som används idag med förskjutna steggjutskålar, som är 30% mindre i volym, tillsammans med en smalare nedlopp så kommer inte bara den årliga materialförbrukningen att minska med 1% eller 13 000 kg men ännu viktigare att höja kvaliteten på de gjutna detaljerna. Detta på grund av lägre smälthastighet, en mer homogen temperatur, bättre flöde i gjutskålen samt mindre luft som tränger in i formen.

Nitrogen-alloyed tool steel is made at Uddeholms AB by adding high-nitrogen ferroalloy after vacuum degassing where introduced impurities are hard to remove. In this thesis two types of high-nitrogen ferrochromium are compared, a solid version and a powder cored wire. They are examined in crossection and 16 samples from four charges are examined with Pulse Distribution Analysis as well as systematic microscopy of polished cross sections. The PDA results missed smaller spinel inclusions shown in previous research to be detrimental. The wire form shows promise but more charges need to be evaluated before a conclusion is drawn. / Kvävelegerat verktygsstål tillverkas hos Uddeholms AB genom tillsats av kväverika ferrolegeringar efter vakumavgasning, och orenheter som introduceras i detta steg är svåra att avskilja. I den har uppsatsen jämförs två typer av kväverikt ferrokrom varav en i form av stycken och en i form av tråd med pulverkärna. De undersöks i tvärsnitt och totalt 16 prov från fyra charger undersöks med PDA (pulsfördelningsanalys) och systematisk mikroskopering i tvärsnitt. Resultaten från PDA missade mindre inneslutningar av spinell vilka tidigare har visat sig problematiska. Trådformen verkar lovande men fler charger behöver undersökas för att kunna dra en definitiv slutsats.

Quantification of inclusions is important since it is correlated to the steel’s fatigue properties. One method that could be further developed for detection of inclusions in steel is ultrasonic testing (UST). The aim of this study is to investigate what type of inclusions, in terms of size, morphology and chemical composition, that can be detected with 25 MHz UST, and what type of inclusion that cannot be detected. This was done by firstly scanning 74 steel samples with 25 MHz UST, and then fatigue test the same samples until fracture. The inclusion that caused the fracture was then analysed with microscopy and compared with the results from the 25 MHz UST. It was found that Mn-Mg-sulphides, Ca-sulphides, oxy sulphides and complex oxides are difficult to detect with 25 MHz UST. Globular oxides can be detected with 25 MHz UST, at least down to an area of 8300 μm2 and if they are not too fragmented due to rolling. The results indicate that oxy sulphide stringers can be detected with 25 MHz UST if the inclusion have oxides in direct contact with the steel matrix, rather than oxides encapsulated by sulphides. / Kvantifiering av inneslutningar är viktigt då det korrelerar med stålets utmattningsegenskaper. En metod som kan utvecklas för detektering av inneslutningar i stål är ultraljudstestning (UT). Syftet med den här studien är att undersöka vilken typ av inneslutningar, med avseende på storlek, morfologi och kemisk sammansättning, som kan detekteras med 25 MHz UT, och vilken typ av inneslutningar som inte kan detekteras. Detta gjordes genom att först skanna 74 stålprover med 25 MHz UT och sedan utmattningstesta samma prover tills de gick till brott. Inneslutningen som orsakade brottet analyserades sedan med mikroskopi och jämfördes med resultaten från 25 MHz UT. Det visade sig att Mn-Mg-sulfider, Ca-sulfider, oxisulfider och komplexa oxider är svåra att upptäcka med 25 MHz UT. Globulära oxider kan upptäckas, åtminstone ner till en area på 8300 μm2 och om den inte har blivit för fragmenterad av valsning. Resultaten indikerar att oxisulfider kan detekteras om oxiderna är i direkt kontakt med stålmatrisen, i stället för att oxiderna är inkapslade av sulfider.

In the copper smelting processes, the viscosity of the matte and the slag is an important factor for establishing efficiency. Impurities in the concentrates affect the viscosity not only by changing the melt structure but also by promoting precipitation of solid phase which sharply rises it. In this master thesis, a comprehensive methodology was established to study the MgO effects on the properties of a copper smelting slag. Thus, glassy samples were obtained and after confirmation of the composition and the glassy structure with EDS, SEM, and XRD analysis, they were examined through Ramanspectroscopy to study their glassy structure. Moreover, Mössbauer spectroscopy was used to determine the amount of Fe3+ in the samples. Models from the literature were compared to the experimental data. Coherence with the literature was found with the effect of MgO as a network modifier of the oxide melt structure and a promoter of high coordinated structures. Estimations through models were performed to study the iron redox equilibria of the melt and were compared with experimental data, but it was not possible to find the limit of Fe3+ at which precipitation of solid phase initiates. / I kopparsmältningsprocesserna är mattans och slaggens viskositet en viktig faktor för att uppnå effektivitet. Föroreningar i koncentraten påverkar viskositeten inte bara genom att ändra smältstrukturen utan också genom att främja utfällning av fast fas som kraftigt höjer den. I denna magisteruppsats fastställdes en omfattande metod för att studera MgO-effekterna på egenskaperna hos en kopparsmältningsslagg. Således erhölls glasiga prover och efter bekräftelse av kompositionen och den glasiga strukturen med EDS-, SEM- och XRD-analys undersöktes de genom Ramanspektroskopi för att studera deras glasstruktur. Dessutom användes Mössbauerspektroskopi för att bestämma mängden Fe3+ i proverna. Modeller från litteraturen jämfördes med experimentella data. Överensstämmelse med litteraturen hittades med effekten av MgO som ett nätverksmodifierare av oxidsmältstrukturen och en promotor för högkoordinerade strukturer. Uppskattningar genom modeller utfördes för att studera smältans järnredoxjämvikter och dessa jämfördes med experimentella data, men det var inte möjligt att hitta gränsen för Fe3+ vid vilken utfällning av fast fas initierades.

The development of tool steels for making and shaping other materials requires a better understanding of the material's properties during manufacture. These high-quality steels include many alloying elements, which give increased hardness during tempering. For producing hardened microstructures, austenite generation is essential. The martensite formed by rapid quenching of austenite followed by tempering helps develop high strength steels. Studying carbide precipitation is a challenge as they are very small in size, present only in small volume fractions and high number densities. The carbide reactions are complicated due to so-called metastable carbides, which are only present as part of the precipitation process. This work focuses on model alloys with two main elements in addition to iron and carbon, molybdenum, and vanadium, to clarify and simplify the carbide characterization. This is done to determine the effect of molybdenum and vanadium carbides on the overall hardness. In this work, two model alloys, A and B, are tempered at 550°C and 600°C with the same vanadium content but different molybdenum contents. The hardness of the materials is evaluated and compared at these temperatures. A more detailed characterization work is done for material A with Scanning Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (STEM-EDS) to understand the microstructure and analyze the precipitates. Simulations are performed with Thermo-Calc Prisma (TC-Prisma) to support the experimental work, which includes the simulation of the secondary carbide precipitation, mainly molybdenum carbides in material A tempered for 24h at 600°C, and predicts the carbide precipitation behavior in this steel. The results from STEM-EDS and TC-Prisma for material A, show that the small secondary carbides in the martensite contribute to the increased strength of material A. Due to the overaging of the carbides at 600°C, the hardness at 550°C is higher than at 600°C for material A. The given thesis work is an attempt to interpret the development of secondary carbides of Mo and V in the martensitic matrix and their role in the overall hardness. / Den ständiga utvecklingen av högpresterande stål för transport, konstruktion och energisektorn kräver bättre förståelse för materialets egenskaper vid tillverkning. Dessa martensitiska stål inkluderar många legeringselement vilket ger ökad hårdhet vid härdning och anlöpning. Att studera utskiljning av karbider är en utmaning eftersom de är närvarande endast i liten volymsfraktion. Karbidreaktionerna är komplexa till följd av så kallade metastabila karbider vilka endast är närvarande vid en del av utskiljningsförloppet. För att tydliggöra och förenkla karbidkarakteriseringen fokuserar detta arbete på modellegeringar med två huvudelement utöver järn och kol, molybden och vanadin. Detta görs för att fastställa effekten av molybden och vanadinkarbider på den totala hårdheten. I detta arbete studeras två modellegeringar, A och B, härdade och anlöpta vid 550 °C och 600 °C med samma vanadininnehåll men olika molybdeninnehåll. Materialens hårdhet utvärderas och jämförs vid dessa temperaturer. Ett mer detaljerat karaktäriseringsarbete görs för material A med hjälp av STEM-EDS för att förstå mikrostrukturen och analysera utskiljningarna. Simuleringar görs med TC-PRISMA för att stödja det experimentella arbetet, vilket inkluderar simulering av den sekundära karbidutskiljningen och predikterar karbidstrukturen i dessa stål. Resultaten visar att de små sekundärkarbiderna i martensiten bidrar till den ökade styrkan hos material A. Hårdheten vid 550 °C är högre än vid 600 °C för material A eftersom både utskiljningen av karbider är sker långsammare och även dislokationsåterhämtning.

This study aimed at defining useful guidelines for the design of an armored truck cab. Particularly, the quality and performance of ballistic steel were defined, considering not too high demanding requirements. Two steel grades, corresponding to hardness of 500 HB and 600 HB, and three different suppliers were selected. After dividing the truck cab into main areas, a FEM simulation was performed. The investigated model considered a specific standardized threat to impact against a double layer steel protection. Due to the high strain rates involved, the formation of adiabatic shear bands has been observed. However, the main purpose of the model was to find an ultimate thickness protection layout of armored steel plates. Thereby, the thicknesses to be attributed to the various components of the main areas could be estimated. Two alternatives were therefore hypothesized: the first considering the critical thickness case of penetration, and the second, an oversized version, supposed to be more resistant to penetration. It was thus possible to estimate the weight of the truck cab for the two above mentioned alternatives, and verify such hypothesized weight complied with the assigned requirement. A possible cutting operation was then considered in order to optimize the use of the steel plates. An estimation of the pre-series production costs of was finally derived. / Denna studie gjorde det möjligt att definiera användbara indikatorer och följa en möjlig multitasking-strategi för utformningen av en bepansrad lastbilshytt. Fallstudien syftade till att definiera kvalitet och prestanda av stål, vilket är ett av de vanligaste materialen för skydd, främst i de fall där kraven inte är så stora. Två stålkvaliteter motsvarande hårdhetsvärdena 500 HB och 600 HB valdes från var och en av tre materialleverantörer. Efter att ha delat upp truckhytten i några huvudområden startades en FEM-simulering med programvara från Impetus Afea. Modellen behandlade ett specifikt hot som var större än det önskade kravet på ett dubbelskiktsskydd. På grund av de inblandade höga deformationshastigheterna har bildningen av adiabatiska skjuvband observerats. Huvudsyftet med modellen var emellertid att hitta en ultimat skyddslayout för tjockleken, så att de tjocklekar som skulle tillskrivas de olika komponenterna i huvudområdena kunde härledas. Två alternativ antogs därför, det ena med tanke på den ultimata tjockleken och den andra med tanke på en skyddslayout som antas vara mer motståndskraftig mot penetrering. Det var således möjligt att uppskatta hyttens vikt för de två alternativen och kontrollera att den uppfyllde de fastställda kraven. Därefter övervägdes en möjlig skäroperation för att optimera användandet av de tillgängliga stålplattorna.

To enable a generic modelling tool for precipitation kinetics in non-homogeneous components, an efficient data-handling is required to facilitate the integration of models on different length scales, and to decrease the computational time and the use of resources. In this work an automated method to generate, curate and transform Calphad- based thermodynamic and kinetic data to facilitate precipitation models integrated in FEM codes is developed and tested. The open-source Python library, pycalphad, is employed to access Calphad databases. Python scripts are utilized to calculate the thermodynamic and kinetic parameters, required to supply a precipitation model. The obtained data is stored with an open-source software infrastructure. The Cu-Co binary is the chosen model alloy in this work and the corre-sponding parameters are calculated and stored. The obtained results show, that pycalphad can be used to supply the required thermodynamic and kinetic pa- rameters for a precipitation model. Further refinement of the presented sourcecode is required to enable application in the whole composition range. / För utveckling av ett generiskt modelleringsverktyg för utskiljningskinetiken i inhomogena komponenter krävs en effektiv databehandling som möjliggör integration av modeller för olika längdskalor och minskar beräkningstiden och resursförbrukningen. I denna avhandling utvecklas och testas en automatiserad metod för att generera, kurera och transformera termodynamisk och kinetisk Calphad-data. Detta möjliggör integration av utskiljningsmodeller i finita-element metodkoder. Pycalphad tillsammans med en öppen källkod används för att komma åt Calphad-databaser. Ett Python-skript används för att beräkna de termodynamiska och kinetiska parametrarna som används i utskiljningsmodellen. Uppgifterna sparas i en öppen källkodsinfrastruktur. Den utvecklade metoden demonstreras genom att generera, kurera och transformera information för det binära modellsystemet Cu-Co Resultaten visar att Pycalphad kan användas för att tillhandahålla de nödvändiga termodynamiska och kinetiska parametrarna för utskiljningsmodeller. En ytterligare förbättring av den presenterade källkoden är nödvändig för att möjliggöra applikationen inom hela sammansättningsområdet.