A good understanding of the solidification process of a cast material is essential to understand how the combination of alloy composition and the casting process variables combines into the solid cast component and its performance. The wrong combination may result in poor performance or casting defects. Spheroidal graphite has been well researched in ductile irons (SGI) where it is predominant. Spheroidal graphite is also present in smaller amounts in compacted graphite irons (CGI), but its nature and role in this material is less understood. Recent associations of spheroidal graphite in CGI with shrinkage porosity problems highlights the need for better understanding in this area. The importance of the dendritic austenite structure to the properties and solidification behaviour of cast irons has been highlighted in recent research. However, progress is to a degree limited by lack of practical means to characterize the structure. In the present work, the transition of a cast iron from SGI to CGI though remelting was studied. As the fraction of SG dropped, the tips of the compacted graphite tended to lose contact with the melt at a later stage. After this occurred, solidification appeared to be dominated by spheroidal graphite. Compacted and spheroidal graphite was found to solidify mostly segregated, and the increased recallescence induced by a higher fraction of compacted graphite displayed small influence on the size distribution of spheroidal graphite apart from the total number and fraction. The partitioning of Si, Mn and Cu in SGI and CGI was found to agree well with each other, as well as with theoretical predictions under the assumptions of zero diffusion of the elements in the solid. This shows that the proportions of spheroidal and compacted graphite has small or no influence on the evolution of these elements in the melt during solidification. A method for characterization of the dendritic austenite in quenched cast irons was introduced and evaluated. The method includes a technique for producing a visual contrast between the ledeburite matrix and the dendritic austenite, and a scheme for producing binary images from the resulting micrographs which are suitable for automatic image analysis. Measurements of the volume fraction and surface area per unit volume of the dendritic austenite structure using the introduced method was found to agree reasonably with traditional point counting and line intercept techniques. The difficulty in finding the exact boundary was proposed to be the major source of systematic disagreement. / En god förståelse för stelningsprocessen av ett gjutet material är väsentligt för att förstå hur kombinationen av legeringens kemiska sammansättning och gjutprocessens variabler resulterar i den stelnade komponenten och dess prestanda. Fel kombination kan resultera i sänkt prestanda eller gjutdefekter. Sfärisk grafit är väl studerad i segjärn (SGI) där grafitmorfologin är dominant. Mindre mängder sfärisk grafit är dock närvarande även i kompaktgrafit, där dess karaktär och roll är mindre känd. Samband mellan sfärisk grafit i kompaktgrafitjärn och krympporositet understryker behovet av bättre förståelse inom detta område. Dessutom har betydelsen av den tidiga dendritiska austenitstrukturen för senare delen av stelningen uppmärksammats. Utveckling inom detta område är dessvärre till en grad begränsad av bristen på kunskap om praktiska metoder för att karaktärisera dess struktur. I detta arbete studerades övergången från segjärn till kompaktgrafit genom omsmältning. Vid sänkt fraktion sfärisk grafit visade sig kompaktgrafiten tappa kontakten med smältan vid senare stadie av stelningen. Efter detta inträffade, dominerades stelningen till synes av tillväxt av sfärisk grafit. Kompaktgrafit och sfärisk grafit bildades i huvudsak segregerade. Ökad rekallesens till följd av ökad fraktion kompaktgrafit visade sig ha låg inverkan på storleksfördelningen av eutektisk sfärisk grafit bortsett från dess totala antal och fraktion. Omfördelningen av Si, Mn och Cu mellan stelnad matris och smälta i segjärn och kompaktgrafitjärn fanns stämma bra överens med varandra, samt med teoretiska värden med antagande om försumbar diffusion i stelnad matris. Detta visar att proportionerna av sfärisk och kompaktgrafit har liten eller ingen inverkan på halten av dessa ämnen i smältan under stelningen. En metod för karaktärisering av den dendritiska austenitstrukturen i släckt gjutjärn introducerades och utvärderades. Metoden inkluderar en teknik för att åstadkomma kontrast mellan ledeburitmatrisen och den dendritiska austeniten, och en teknik för att producera binära bilder från resulterande mikroskopbilder som är lämpliga för automatisk bildanalys. Mätningar av volymfraktion och yta per volymenhet av dendritstrukturen genom tillämpning av den introducerade metoden visade rimlig överensstämmelse med traditionella punktfraktion‐ och linjetekniker. Svårigheten att hitta den exakta gränslinjen mellan dendritisk struktur och ledeburit föreslogs vara den huvudsakliga källan till systematisk oöverensstämmelse.

The present-day automotive industry is striving to design lightweight components by optimizing the design for minimization of weight. The topology optimization is used widely for the design of lightweight components. The casting process is time and cost effective for mass production and widely adopted within the automotive industry. Generally, castability is not considered in the weight optimization process. These weight optimized components are optimized once again in the later stage for cost-effectiveness in the casting process. The modified design usually weighs more than the weight optimized design. The design can be optimized for weight and castability simultaneously in the early stage of design and this thesis report presents an optimization process for the same. The optimization process presents effective usage of the topology optimization to design lightweight components without compromising castability. It is a three-step process where thetopology optimization is integrated with solidification simulation along with DFX -castability evaluation. The reliability of the conceptual design is predicted based on the mapping of solidification and stress hotspots. The process is implemented to design three components of Scaniatruck and weight is reduced by 15% to 25%. / Dagens bilindustri strävar efter att utforma lätta komponenter genom att optimera designen för att minimera vikt. Topologioptimering används i stor utsträckning för design av lätta komponenter. Gjutningsprocessen är tids-och kostnadseffektiv för massproduktion och allmänt vedertagen inom bilindustrin. Generellt ingår inte gjutbarhet i viktoptimeringsprocessen. Dessa viktoptimerade komponenter optimeras igen i ett senare skede för kostnadseffektivitet vid massproduktion. De flesta gånger är viktoptimerade koncept modifierade för att erhålla kostnadseffektivitet vid gjutning genom att lägga till extra vikt. I den här rapporten presenteras enoptimeringsdriven designprocess för att få pålitlig lättviktsgjutbar design. Optimeringsprocessen presenterar effektiv användning av topologioptimering för att utformalätta komponenter utan att kompromissa med gjutbarheten. Det är en trestegsprocess där topologioptimering integreras med förstärkningssimulering tillsammans med utvärdering avDFX-sårbarhet. Tillförlitligheten hos den konceptuella designen förutses baserat på kartläggningav stelningen och spänninggskoncentrationer. Processen är implementerad för att optimera utformningen av tre komponenter i Scania-lastbilar och vikten minskas med 15% till 25%.

Utilizing Phase Change Materials (PCM) for Latent Thermal Energy Storage (LTES) applications have previously been extensively researched as a measure to reduce greenhouse gas emissions from energy consumption. In order to make use of the waste heat from industrial processes for LTES purposes, a new demand emerged for PCMs capable of phase change in mid-temperature ranges of 100 °C - 200 °C. This higher temperature requirement made most of the previously studied material inapplicable as they had much lower melting and solidification temperatures. With this in mind, a new generation of PCMs consisting of Sugar Alcohols (SA) has been proposed. Erythritol is seen as an especially promising SA with good thermophysical properties for LTES purposes. However, it has been shown to suffer from severe supercooling, which makes it unreliable in real applications. To eradicate this issue, two additives, Graphene Oxide (GO) and Polyvinylpyrrolidone (PVP) at varying mass fractions were mixed with pure erythritol to form a composite which was studied using the Temperature-history (T-history) method to determine its effectiveness in reducing supercooling. Results show that at its most effective mass fraction, GO reduces supercooling by 28 o C and a 31 o C reduction is seen by the addition of PVP. The impacts on the duration of crystallization was also documented and analyzed using the same method. It was observed that the duration of crystallization was increased with increasing mass fractions of the additives. Other important properties of the composites were also studied in order to determine the overall feasibility for industrial applications. It includes analysis of the storage capacity through latent heat, changes in viscosity along with impacts on thermal diffusivity of the composites. / Att använda fasändringsmaterial (PCM) för termisk energilagring i form av latent värme (LTES) har tidigare extensivt forskats och undersökts som en lösning för att minska utsläppen av växthusgaser från energiförbrukning. För att utnyttja spillvärme från industriella processer för LTES-ändamål uppstod en efterfrågan på PCM som ändrar fas i temperaturer mellan 100 °C - 200 °C. Detta krav på högre temperatur gjorde att de flesta av de tidigare aktuella materialen inte kunde tillämpas eftersom de hade mycket lägre smält- och kristalliseringstemperaturer. Med detta i åtanke har en ny generation av PCM bestående av sockeralkoholer (SA) föreslagits. Erytritol ses som ett särskilt lovande SA med goda egenskaper för LTES-ändamål. Den har dock visat sig drabbas av svår underkylning, vilket gör den opålitligt i verkliga tillämpningar. För att utrota detta problem blandades två tillsatser, Graphene Oxide (GO) och Polyvinylpyrrolidone (PVP) vid olika massfraktioner med ren erytritol för att bilda en komposit som studerades med metoden Temperature-history (T-history) för att bestämma dess effektivitet på att minska underkylningen. Resultaten visar att GO på sin mest effektiva massfraktion minskar underkylningen med 28 o C och tillsats av PVP lyckats minska den med som mest 31 o C. Påverkningarna på varaktighet av kristallisering dokumenterades och analyserades med samma metod. Det var observerad att varaktigheten av kristallisering ökades med ökande massfraktioner av tillsatserna. Även andra viktiga egenskaper hos kompositerna studerades för att avgöra rimligheten att använda dessa för industriella tillämpningar. Det inkluderar analys av lagringskapaciteten genom latent värme, förändringar i viskositet tillsammans med påverkan på kompositernas termiska diffusivitet.

Utilizing Phase Change Materials (PCM) for Latent Thermal Energy Storage (LTES) applications have previously been extensively researched as a measure to reduce greenhouse gas emissions from energy consumption. In order to make use of the waste heat from industrial processes for LTES purposes, a new demand emerged for PCMs capable of phase change in mid-temperature ranges of 100 °C - 200 °C. This higher temperature requirement made most of the previously studied material inapplicable as they had much lower melting and solidification temperatures. With this in mind, a new generation of PCMs consisting of Sugar Alcohols (SA) has been proposed. Erythritol is seen as an especially promising SA with good thermophysical properties for LTES purposes. However, it has been shown to suffer from severe supercooling, which makes it unreliable in real applications. To eradicate this issue, two additives, Graphene Oxide (GO) and Polyvinylpyrrolidone (PVP) at varying mass fractions were mixed with pure erythritol to form a composite which was studied using the Temperature-history (T-history) method to determine its effectiveness in reducing supercooling. Results show that at its most effective mass fraction, GO reduces supercooling by 28 oC and a 31 oC reduction is seen by the addition of PVP. The impacts on the duration of crystallization was also documented and analyzed using the same method. It was observed that the duration of crystallization was increased with increasing mass fractions of the additives. Other important properties of the composites were also studied in order to determine the overall feasibility for industrial applications. It includes analysis of the storage capacity through latent heat, changes in viscosity along with impacts on thermal diffusivity of the composites. / Att använda fasändringsmaterial (PCM) för termisk energilagring i form av latent värme (LTES) har tidigare extensivt forskats och undersökts som en lösning för att minska utsläppen av växthusgaser från energiförbrukning. För att utnyttja spillvärme från industriella processer för LTES-ändamål uppstod en efterfrågan på PCM som ändrar fas i temperaturer mellan 100 °C - 200 °C. Detta krav på högre temperatur gjorde att de flesta av de tidigare aktuella materialen inte kunde tillämpas eftersom de hade mycket lägre smält- och kristalliseringstemperaturer. Med detta i åtanke har en ny generation av PCM bestående av sockeralkoholer (SA) föreslagits. Erytritol ses som ett särskilt lovande SA med goda egenskaper för LTES-ändamål. Den har dock visat sig drabbas av svår underkylning, vilket gör den opålitligt i verkliga tillämpningar. För att utrota detta problem blandades två tillsatser, Graphene Oxide (GO) och Polyvinylpyrrolidone (PVP) vid olika massfraktioner med ren erytritol för att bilda en komposit som studerades med metoden Temperature-history (T-history) för att bestämma dess effektivitet på att minska underkylningen. Resultaten visar att GO på sin mest effektiva massfraktion minskar underkylningen med 28 oC och tillsats av PVP lyckats minska den med som mest 31 oC. Påverkningarna på varaktighet av kristallisering dokumenterades och analyserades med samma metod. Det var observerad att varaktigheten av kristallisering ökades med ökande massfraktioner av tillsatserna. Även andra viktiga egenskaper hos kompositerna studerades för att avgöra rimligheten att använda dessa för industriella tillämpningar. Det inkluderar analys av lagringskapaciteten genom latent värme, förändringar i viskositet tillsammans med påverkan på kompositernas termiska diffusivitet.