This work were requested by Uddeholms AB. Uddeholm is the worldś leading manufacturer of high performance tool steel for industrial tools. The company exists worldwide and is present in over 100 countries. One of the company’s main production processes is manufacturing powder steels with extremely high quality. In this work, one of these steels has been analyzed to evaluate the presence and distribution of non-metallic inclusions. Higher demands on quality and more global competition worldwide means that you always have to strive towards perfection in the manufacturing processes. Non-metallic inclusions have severe effects on the mechanical properties of steels. That's why it's of utmost importance to investigate their presence in the tool steel and especially their size. The reason for this is because it's the largest inclusions that's the most dangerous for the material. To obtain a statistically number of certainty of the largest of inclusions, very vast areas of steel have to be examined. Therefore a theoretical method of extrapolation is often used instead to approximate the distribution of the largest inclusions. The precision of this method is still very uncertain. Different methods of this kind of analysis do exist. The method applied in this work of degree is extreme values analysis by statistics of extreme values (SEV). To ensure the pre-conditions of the extreme values analysis, a large quantity of powder steel was analyzed. This was done by light-optic microscopy (LOM) and exclusively performed by Uddeholms AB at their R&D-facility (Research and development-facility) in Hagfors. At Karlstad Universityś test-facility specimens were subjected to ultrasonic fatigue testing at 20 kHz. The specimens derived from the same material as the ones examined in LOM. The result from the ultrasonic fatigue testing were that the largest inclusions in the material were found. This was done by applying very high cycle fatigue (VHCF). To calculate the maximum theoretical inclusion size, SEV was used. The extreme values analysis was performed on gathered data from both LOM and VHCF. All fracture surfaces from the ultrasonic fatigue testing were then examined in scanning electron microscope (SEM) at Karlstad University. In SEM, the largest inclusion in every fractured surface was identified and measured. The maximum real inclusion size from the fractured surfaces was then compared to the maximum theoretically calculated inclusion size from the extreme values analysis. As it turned out the real inclusion size proved to be slightly larger than the theoretical. The difference between them was found to be 3,25 µm. Conclusions drawn were that Uddeholms powder steel exhibits very high purity and that extreme values analysis as an analytical method is recommended. However, the analysis should be repeated to underline the chosen solution methodology.

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.

The viscosities of a set of silicone oils containing different size ranges of charcoal or paraffin particles as well as the viscosities of silicone oil foams were measured at room temperature in order to determine the effect of dispersed phase on the viscosity of a liquid and its effect on foaming ability. The effective viscosity of the samples increased with volume fraction of the second phase. The foaming ability was improved by the presence of the particles. The improved foaming effect was for the most part not a result of the increased viscosity. No connection between the particle size and the effective viscosity could be determined. On the other hand particle morphology and the particle size distribution had effect on the effective viscosity. The viscosity data were compared with a number of existing equations for the estimation of effective viscosity. Einstein-Roscoe equation is suitable for two-phase mixtures containing globular particles with narrow particle size distribution and low interfacial tension. New mathematical models are required for effective viscosity prediction, where the suspending phase viscosity, effect of the interfacial tension, as well as the particle morphology should be taken in consideration.

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

Magnesium with two-thirds of the density compared to aluminium and one-quarter of steel, intrigues product developers and material scientists due to the light metal’s excellent combination of strength to weight ratio as well as their capability of being produced as a High Pressure Die Cast component compared to other ferrous or light metal alloys.   However, a magnesium alloy inherits some concerning drawbacks, limiting the exploitation in structural applications and mechanical design such as automotive, heavy machinery and aerospace components. The need for a magnesium alloy that could withstand a sufficient amount of wear, temperature and corrosive environment, leads towards the investigation and evaluation of a suitable, functional coating as a solution to exploit the evident advantages a magnesium alloy exhibits. A substantial amount of research is required in order to reduce an existing knowledge gap that is the ongoing development in the search for a sufficient functional coating and adherence capability to the highly reactive substrate that is a magnesium alloy.   This industrial master thesis is an early stage investigation to evaluate how the currently used aluminium substrate with an electrodeposited coating relate and compares to a heat-treated electroless deposited coating through tribological and thermophysical induced stresses. These properties are tested with proven industrial standard methods resulted in a comprehensive conclusion and discussion regarding the feasibility of applying the coating onto a commercial magnesium alloy closely related to the Mg-alloy developed by Husqvarna and thereby contributing to technological advances to the highly relevant topic within product development in materials engineering.

The formation of conversion coatings based on Ce, trivalent Cr and Ti/Zr is triggered by the local pH increase at cathodic IM sites of the aluminium alloy microstructure. The pH gradient is created over the cathodic intermetallic (IM) sites of the microstructure and its intensity is influenced by their activity which depends on their chemical composition, their size, and spatial distribution. Furthermore, the pre-treatment applied also affects the surface reactivity. The role of each of the microstructural features on the increased pH gradient and the subsequent triggering of local conversion coating deposition remains to be understood. To address the knowledge gap, model cast Al-Si-Fe and Al-Si-Cu-Fe alloys have been designed. Cerium based conversion coating treatment with standard parameters is applied to investigate the microstructure’s influence. Furthermore, four different surface pre-treatments’ effect on the topographical and electrochemical properties have been investigated by localized techniques and have been correlated with deposition experiment observations to prove surface reactivity. In this study, it was found that the four surface pre-treatments – polishing, NaOH, NaOH-HNO3, NaOH-H2SO4 activate the surface of alloys containing Fe-rich IM and Cu-rich IM differently. The surface pre-treatment NaOH-HNO3 was found most detrimental to the surface reactivity as the pre-treatment resulted in passivation of the IM and a drastic reduction in its volta potential. The best pre-treatment for the alloy Al-Si-Fe was found to be one with NaOH etching. In the case of Al-Si-Cu-Fe alloy, pre-treatments where a pickling step (with either H2SO4 or HNO3) was applied followed a NaOH etching step, the surface of the IM was activated more than other pre-treatments due to selective Al dealloying and Cu-redeposition. The extent of Cu-redeposition was observed to be the most when surfaces were pickled with HNO3 solution and with the NaOH- HNO3 pre-treatment, fastest deposition kinetics were observed. In the cast Al-Si-Cu-Fe alloy, the localized deposits were preferentially observed to form on only strong cathodic Cu-rich IM. The size (surface area) of the Cu-rich IM correlated linearly with the lateral deposition area as well as z-direction spread. It was found that the pH gradient resulting from the oxygen reduction reaction near an IM is very local and does not affect pH gradients of a neighbouring Cu-rich IM. The size did not have a profound impact on the extent of deposition occurring on a Cu-rich IM, but it was found that big Cu-rich IM activated faster for deposition reaction than small Cu-rich IM. When the progression of deposition on both coarse and fine microstructure cast Al-Si-Cu-Fe was quantitatively monitored at increasing conversion coating times 0.5h, 1h and 2h, it was observed that big Cu-rich IM in the coarse alloy triggered deposition faster than small Cu-rich IM. Deposition mechanism on Fe-rich IM was found to be composition specific. In the cast of big Fe-rich β-Al5FeSi IM, localized deposition initiated at the border on the IM and is explained based on Si content in the composition of the IM, which has very high resistivity. In another Fe-rich IM, although of a much smaller size, which had lower Si content and was richer in Fe, a localized deposition was observed on the entire IM. / Bildning av omvandlingsbeläggningar baserade på Ce, trivalent Cr och Ti/Zr initieras av lokalt förhöjd pH vid katodiska intermetalliska platser I aluminiumlegeringens mikrostruktur. Utbredningen av den starka pH-gradientens uppkomst över katodiska intermetalliska (IM) platser av mikrostrukturen påverkas av dess aktivitet som i sin tur beror på dess kemiska sammansättning, storlek, och rumslig fördelning. Ytans reaktivitet påverkas dessutom av dess förbehandling. Rollen av mikrostrukturens egenskaper på den förhöjda pH-gradienten och efterföljande initiering av lokal omvandlingsbeläggning återstår att förstå. För att komplettera detta kunskapsgap har Al-Si-Fe och Al-Si-Cu-Fe modellgjutlegeringar utformats. Cerium-baserade behandlingar för omvandlingsbeläggning med standardparametrar tillämpas för undersökning av mikrostrukturens påverkan. Effekten av fyra olika ytförbehandlingar på topografiska och elektrokemiska egenskaper har dessutom undersökts med lokaliserade metoder och har korrelerats med observationer vid depositionsexperient för att bevisa ytreaktivitet. I denna studie har det visats att de fyra ytförbehandlingarna – polering, NaOH, NaOH-HNO3, NaOH-H2SO4 – aktiverar ytan hos legeringar innehållande Fe-rika intermetaller och Cu-rika intermetaller på olika vis. Ytförbehandlingen med NaOH-HNO3 visades vara skadligast för ytans reaktivitet eftersom förbehandlingen resulterade i passivering av IM och en drastisk sänkning av dess volta-potential. Den bästa förbehandlingen för Al-Si-Fe-legeringen visades vara med NaOH-etsning. I Al-Si-Cu-Fe-legeringens fall, var förbehandling där ett betningssteg (antingen med H2SO4 eller HNO3) tillämpades följt av etsning med NaOH, aktiverades ytan av IM mer än med andra förbehandlingar på grund av selektiv korrosion av Al och Cu-återdeposition. Utbredningen av Cu-återdeposition observerades vara störst när ytor var betade med HNO3-lösning och depositionens kinetik var som hastigast vid förbehandling med NaOH-HNO3. I den gjutna Al-Si-Cu-Fe-legeringen observerades lokaliserade depositionerna att bildas endast på starkt katodiska Cu-rika IM. Storleken (ytarea) på de Cu-rika IM korrelerade linjärt med den laterala depositionsytan samt med spridning i z-riktning. Det visade sig att pH-gradienten som uppkom via syrereduktionsreaktionen nära IM är väldigt lokal och påverkar ej pH-gradienter vid närliggande Cu-rik IM. Storleken hade ingen anmärkningsvärd verkan på utbredningen av deposition på Cu-rik IM, men stora Cu-rika IM visade sig aktiveras snabbare för depositionsreaktion än små Cu-rika IM. När depositionens framfart över grov och fin mikrostruktur i gjuten Al-Si-Cu-Fe följdes kvantitativt vid ökande omvandlingsbeläggningstid 0,5h; 1h och 2h, så observerades att stora Cu-rika IM i den grova legeringen påbörjade depositionen snabbare än små Cu-rika IM. Depositionsmekanismen på Fe-rika IM visades vara specifik för sammansättning. I gjutgodset med stora Fe-rika β-Al5FeSi IM visades lokaliserad deposition initieras vid gränsen av IM vilket förklaras baserat på Si-halt i IM sammansättning, som har väldigt hög resistivitet. I en annan Fe-rik IM, dock av mycket mindre storlek, som hade lägre Si-halt och rikare med Fe, en lokaliserad deposition var observerad över hela IM.

A method of producing steel that is not used in Sweden today is direct reduction using natural gas, a method which could has enormous potential in the future of steelmaking. Historically, steelmaking prioritized productivity and profitability. However, other aspects such as safety, sustainability, and environmentally friendliness have become increasingly important to Swedish steelmakers. This study evaluates the usage of natural gas to  directly reduce iron ore into the porous form known as iron sponge, then finally processing that sponge into crude steel. The technology available today is assessed through a literature review, then two calculative data-based model: using DRI sponge in a traditional integrated steelmaking line or replacing steel scrap with it in an electric arc furnace. While this technology is used in many regions where natural gas is plentiful, it has not yet been used in Sweden. Now, when the Swedish natural gas network is expanding and the vehicular transportation of liquid natural gas is becoming more and more viable, it is a prime situation to evaluate direct reduction in Sweden. While models require assumptions and estimations, they suggest that DRI will absolutely be a viable option in the years to come. Integrated plant operators can reduce their immense carbon emissions for a reasonable price, while DRI sponge melting in an electrical arc furnace can either help steelmakers escape the volatile scrap market or be used to replace the blast furnace as a whole in the future. / En metod för att producera stål som inte används i Sverige idag är direkt reduktion med hjälp av naturgas, en metod som har en enorm potential i framtida ståltillverkning. Historiskt har ståltillverkningen prioriterat produktivitet och vinst, men säkerhet, hållbarhet, och miljövänlighet har blivit områden mer och mer viktiga för svenska ståltillverkare. Den här studien utvärderar användningen av naturgas för att direkt reducera järnmalm till den porösa formen känd som järnsvamp, och sen bearbeta den till primärt stål. Teknologin som flnns idag utvärderas genom en litteraturstudie, vars data beräknas till två scenariomodeller: användningen av järnsvamp i ett traditionellt integrerat stålverk eller genom att ersätta stålskrot med järnsvamp i ljusbågsungen. Den här teknologin används redan idag i regioner där naturgas är lättillgängligt, men har hittills inte använts i Sverige. Men nu när Sveriges naturgasnät byggs ut och fordonstransporterad flytande naturgas blir mer och mer kostnadseffektiv så är det lämpligt att utvärdera direkt reduktion i Sverige. Modellerna kräver antaganden och uppskattningar, men de pekar på att direkt reducering av järnmalm kommer att vara en genomförbar metod för ståltillverkning i en nära framtid. Integrerade masugnslinjer kan minska sina enorma koldioxidutsläpp till ett rimligt pris, och järnsvampssmältning i ljusbågsugn kan hjälpa ståltillverkare att undanfly den instabila stålskrotsmarknaden eller användas för att helt ersätta masugnsproduktion i framtiden.

Aluminum alloys are of great importance in the automotive and truck industries due to the weight savings that they can help to achieve. However, the use of such alloys in applications where they are subjected to alternating stresses requires knowledge about their fatigue behavior. Moreover, extrusion induces a strong texture and microstructural heterogeneity in the material and gives a surface with long grooves parallel to the extrusion direction (ED), so-called die lines. This anisotropy in surface conditions and microstructure may affect the fatigue properties. To investigate how die lines and microstructure affects fatigue in aluminum, the high cycle fatigue properties cycles of three peak-aged AlMgSi alloys were evaluated. Flat profiles of 6060-T6, 6063-T6 and 6082-T6 were tested in uniaxial stress (R = 0.1) in a servo-hydraulic fatigue testing machine with a constant stress amplitude. Two specimen types were tested for 6063 and 6082: one with the ED parallel to the loading direction (longitudinal), and one with the ED perpendicular to it (transverse). It was found that both 6063 and 6082 displayed anisotropy in fatigue lives, with the longitudinal orientation performing better. The anisotropy was far stronger in 6082 than in 6063. Furthermore, 6060 longitudinal displayed higher fatigue strength than 6063 longitudinal at higher stress amplitudes, but lower fatigue strength at lower amplitudes. Metallographic investigations with SEM indicated that grain boundaries of the surface-layer grains were involved in the initiation of the fatigue crack. Intergranular crack propagation and separation was observed on the fracture surfaces, especially in the surface layer. The extruded surfaces also showed evidence of intergranular crack propagation. The exact sites of crack initiation could not be found so it could not be proven conclusively that die lines were sites of crack initiation in transverse specimens, but there were some indications from metallographic and macrofractographic investigations that this was the case. / Aluminiumlegeringar används mycket i bilindustrin på grund av de viktbesparingar som kan åstadkommas. Användandet av sådana legeringar i tillämpningar där det utsätts för cykliska laster kräver dock kunskap om deras utmattningsbeteende. Dessutom skapar extrusionsprocessen en stark textur och heterogenitet i mikrostrukturen och resulterar i en yta med fina fåror parallella med pressriktningen, s.k. die lines. Anisotropin i ytbeskaffningen och mikrostrukturen kan påverka utmattningshållfastheten. För att undersöka hur die lines och mikrostruktur påverkar utmattningen i aluminium testades högcykelutmattningsegenskaperna hos tre toppåldrade AlMgSi legeringar. Platta profiler av 6060-T6, 6063-T6 och 6082-T6 testades i enaxlig dragspänning (R = 0.1) i en servohydraulisk utmattningsmaskin med konstant lastamplitud. Två sorters provstavar testade av 6082 och 6063: en med pressriktningen parallell med lastriktningen (längsriktning) och en med pressriktningen vinkelrät mot lastriktningen (tvärriktning). Både 6063 och 6082 uppvisade olika utmattningsliv beroende på pressriktningens orientering mot lastriktningen, där längsriktningen hade längre utmattningsliv för båda legeringarna. Anisotropin var mycket starkare in 6082 än 6063. Dessutom uppvisade 6060 i längsriktningen högre utmattningsstyrka än 6063 vid höga lastamplituder, men lägre utmattningsstyrka vid lägre lastamplituder. Metallografiska undersökningar med SEM indikerade att korngränser i ytlagret var involverade i sprickinitieringen. Spricktillväxt i och separation av korngränser observerades på brottytorna, speciellt i ytlagret. Den extruderade ytan visade också bevis för interkristallin spricktillväxt. De exakta platserna för sprickinitering kunde inte hittas så det kunde inte entydigt bevisas att sprickinitieringen skedde i die lines i provstavar med pressriktningen vinkelrät mot lastriktningen, men i metallografiska och fraktografiska undersökningar fanns vissa indikationer att så var fallet.

Today’s steelmaking industry is highly dependent on steel scrap supply. In order to reduce the greenhouse gas emissions (GHGs) deriving from the steel industry, it is of utmost importance to ensure that high percentages of steel scrap are recycled, reducing the reliance on the traditional ore-based steelmaking, which is significantly more environmentally impactful. To reach this goal, a better steel scrap quality has to be achieved during the sorting process. This thesis work aims to propose an optimized sorting process able to separate the stainless steel scrap from the carbon steel scrap, both obtained in the ferrous fraction after a magnetic separation. This improved sorting process would be able to sort different types of stainless steel scraps according to their alloying content, ensuring a better recovery of chromium, nickel and molybdenum for stainless steel production. This would lead to a considerable reduction of CO2 emissions for the stainless steel production. In addition, an economic benefit could be obtained from the optimized sorting process, obtaining steel scrap of higher quality and thus selling the scrap at higher price. In this thesis work, technological considerations are addressed in order to select the most suitable technology to reach significant improvements in alloy recoveries in steel scrap. An economic and environmental model is then used in order to showcase the possible economic and environmental impacts resulting from the implementation of the proposed optimized sorting process. The results obtained are encouraging, showing that this improved sorting would save high amounts of CO2 emissions deriving from raw materials extraction and production, and showing that good profits can be obtained from the selling of the different stainless steel scrap sorted. In the future, where an increased production of steel is expected, this process would be even more beneficial both for the economy and for the environment. / Dagens stål tillverkningsindustri är starkt beroende av utbudet av stålskrot. För att minska utsläppen av växthusgaser (GHG) från stålindustrin är det av yttersta vikt att säkerställa att höga andelar stålskrot återvinns, vilket minskar beroendet av den traditionella malmbaserade ståltillverkningen, som är betydligt mer miljöpåverkande. För att nå detta mål måste en bättre stålskrotskvalitet uppnås under sorteringsprocessen. Detta examensarbete syftar till att föreslå en optimerad sorteringsprocess som kan separera det rostfria stålskrotet från kolstålsskrotet, båda erhållna i järnfraktionen efter magnetisk separation. Denna förbättrade sorteringsprocess skulle kunna sortera olika typer av rostfritt stålskrot efter deras legeringsinnehåll, vilket säkerställer en bättre återvinning av krom, nickel och molybden för produktion av rostfritt stål. Detta skulle leda till en avsevärd minskning av CO2-utsläppen för produktionen av rostfritt stål. Dessutom skulle en ekonomisk fördel kunna erhållas från den optimerade sorteringsprocesser, att få stålskrot av högre kvalitet och därmed sälja skrotet till ett högre pris. I detta examensarbete behandlas tekniska överväganden för att välja den mest lämpliga tekniken för att uppnå betydande förbättringar av legeringsåtervinning av stålskrot.En ekonomisk och miljömässig modell används sedan för att visa upp de möjliga ekonomiska och miljömässiga effekterna av implementeringen av den föreslagna optimerade sorteringsprocessen. Resultaten som erhålls är uppmuntrande, och visar att denna förbättrade sortering skulle spara stora mängder CO2-utsläpp från råvaruutvinning och produktion, och visar att goda vinster kan erhållas från försäljning av olika sorterade rostfritt stålskrot. I framtiden, där en ökad produktion av stål förväntas, skulle denna process vara ännu mer fördelaktig både för ekonomin och för miljön.