Den 23 oktober invigde Swerea KIMAB sina nya lokaler. I samband med detta hölls en heldag med seminarier, paneldiskussioner och lokalvisningar.

Transkript

1 forum Medlemsblad för VÄRMEBEHANDLINGSFORUM December 2012 Redaktör: Eva Troell Invigning av nya lokaler och laboratorier på Swerea KIMAB ivf SmartQuench i hela världen Se sid 2 Avhandling: Martensitbildning i kolstål en sammanfattning Barkhausenbrusdag den 4 oktober Se sid 3 Se sid 3 Den 23 oktober invigde Swerea KIMAB sina nya lokaler. I samband med detta hölls en heldag med seminarier, paneldiskussioner och lokalvisningar. Under invigningsdagen bjöds de drygt 320 besökarna från kunder, samarbetspartner och andra intressenter bland annat på en projektparad där 31 forskare på Swerea KIMAB presenterade sin forskning på en minut vardera. RISE Holdings vd Peter Holmstedt ledde en paneldiskussion om den svenska industriforskningssektorns framtida roll. I panelen deltog Ingegerd Annergren, gruppchef Scania; Ulf Karlsson, professor i materialfysik KTH; Bo Erik Pers, vd Jernkontoret; Staffan Söderberg, vd Swerea KIMAB, samt Per Tervahauta från Näringsdepartementet. De nya lokalerna i Kista i nordvästra Stockholm invigdes officiellt med att Swereas koncernchef Tomas Thorvaldsson och KTHs rektor Peter Gudmundson symboliskt knöt ihop band i stället för att klippa dem. Därefter fick alla besökare en visning av lokalerna på Swerea KIMAB av medarbetare som agerade både guider och demonstratörer. Det bästa under hela dagen, säger Gullvi Borgström, vd Värmeforsk, till ri.se om visningen. Det var verkligen massor med saker jag tycker är intressanta. Vi anlitar ju Swerea KIMAB, men jag hade ingen aning om att de har så många strängar på sin lyra. Swerea KIMAB har investerat över 40 miljoner kronor i de nya lokalerna. Hyresvärden fastighetsbolaget Akademiska Hus har dessutom skjutit till ytterligare 100 miljoner för att göra de kvadratmetrarna ändamålsenliga för Swerea KIMAB:s verksamhet. Henrik Berglind-Dehlin, RI.SE Vi önskar er en riktigt God Jul och ett Gott Nytt År! VBC entrum Foto: Anita Eknestedt

2 ivf SmartQuench i hela världen Antal sålda ivf SmartQuench är en utrustning för kontroll och uppföljning av kylmedel, vilket sker genom mätning och analys av kylkurvor. Genom kontinuerlig kontroll av kylmedlet kan man säkerställa rätt kylförmåga och att den inte förändras över tiden. Detta kan annars leda till felaktigt härdningsresultat och, i värsta fall, dyrbara kassationer. Swerea IVF har utvecklat utrustningen, som marknadsförs och säljs över hela världen. Vi har fram tills i dag sålt drygt 500 utrustningar. De främsta kundkategorierna är härdverkstäder, laboratorier, och leverantörer av kylmedel. Första generationen, ivf Quenchotest, såldes till 310 kunder mellan åren 1985 och Av generation två, ivf SmartQuench, har vi sedan 2003 fram till i dag levererat 196 utrustningar. Under 2009 genomförde vi en uppdatering för att följa med teknikutvecklingen. Som tillbehör till utrustningen finns programvaran SQintegra. Baserat på en uppmätt kylkurva görs följande: Analys av kylkurvan avseende ett stort antal parametrar som mäts eller beräknas, t ex kyltid till en viss temperatur och kylningshastigheter vid aktuell temperatur Beräkning av värmeövergångstal Beräkning av hårdhet och mikrostruktur i cylindriska stålprovstavar Det är möjligt att lägga in data för nya stålsorter. SQintegra har utvecklats i samarbete med Smartquench Hungary Ltd. Magnus Lövgren, Swerea IVF Utrustningen består av en handhållen mätinsamlingsenhet, en provstav med inbyggt termoelement, en ugn för uppvärmning av provstaven samt en programvara för lagring, analys och presentation av mätdata. ivf Smart- Quench använder som standard en provstav av Inconel 600 med diameter 12,5 mm, höjd 60 mm och med termoelementet placerat i centrum, enligt ISO Baspaketet är avsett för uppmätning av härdolja. Oljor testas normalt stillastående och om detta görs på labb kan vår bägare användas. 3. Som tillbehör har vi även utrustning för att analysera polymerkylmedel. Dessa testas under omrörning. Innehåll Invigning av nya lokaler och laboratorier på Swerea KIMAB 1 ivf SmartQuench i hela världen 2 Avhandling: Martensitbildning i kolstål En sammanfattning 3 Barkhausenbrusdag den 4 oktober 3 Noterar Konferens 5 Noterat Artiklar 5 Företag som söker teknisk support eller samarbetsmöjligheter 11 App för stålval 12 Medlemsavgift och fakturering 12 Önskemål om innehållet i Noterat Utifrån? 12 Kalendarium 12

3 Avhandling: Martensitbildning i kolstål en sammanfattning Martensithärdning av stål är en ofta använd metod för att förbättra prestanda hos så väl fordonskomponenter som köksknivar. Trots den breda industriella användningen kvarstår många tekniska och vetenskapliga utmaningar innan omvandlingsförloppet kan predikteras i mera detalj och därmed tilllåta en högre grad av processoptimering. I en nyligen framlagd doktorsavhandling ger sig undertecknad i kast med två av dessa utmaningar: (1) Kan omslagstemperaturen (M s ) för ett givet stål beräknas med en metod som grundar sig i väl etablerad termodynamiska modeller? (2) Idag finns ingen metallografisk metod för att objektivt karaktärisera och klassificera härdade mikrostrukturer Kan en sådan utvecklas? Prediktering av M s M s bestäms ofta rent empiriskt, även om en del andra metoder har undersökts. I det aktuella arbetet utvecklades en semi-empirisk metod för att prediktera M s. Den grundade sig i experimentell information av M s för rent järn (Fe) och binära Fe-X(=C, Cr, Mn, Ni)-legeringar. Genom att utnyttja en beräkningsprogramvara (Thermo-Calc) och en termodynamisk databas kan den kemiska drivande kraften (ΔG M ) för martensitbildning vid de experimental M s beräknas. På så sätt erhålls information om hur den drivande kraften förändras med ett givet legeringselement, vilket i sin tur kan användas för att bygga upp en modell för ett multikomponent-material (legerat stål). Modellen har validerats (se exempel i bild 1) mot ett flertal dataset med experimental M s för legerat stål och visar en predikterbarhet som i många fall är bättre än tidigare föreslagna modeller. som ofta blir subjektiv. Att utveckla en mer objektiv metallografisk metod som i större grad baseras på kvantifiering av mikrostrukturen är därför av intresse för att bättre kunna klassificera samt dokumentera förändringar hos densamma. En teknik som tillåter mikrostrukturkvantifiering i större skala är svepelektronmikroskopitekniken EBSD (Electron backscattered diffraction). Metoden låter användaren detektera den lokala (upplösningen ett tiotal nm) kristallstrukturen (och därav fas) samt dess rumsorientering. Informationen kan användas för att visa fas- och orienteringskartor men kan även postprocessas vidare. I det aktuella arbetet undersöktes hur efterbehandlingen av EBSD-data kan utvecklas, framförallt genom att ta hänsyn till den kristallografiska kopplingen mellan moderfasen austenit och produktfasen martensit. Genom att beakta denna koppling kan orienteringsrelationen mellan de två faserna samt mellan martensitenheter användas för att karaktärisera mikrostrukturen. Baserat på resultaten i avhandlingen, presenteras i bild 2 a-c en schematisk bild av hur kolhalten påverkar martensitbildningen i Fe-C-legeringar. Vid låga kolhalter, bild 1a, bildas lathmartensit med en tydlig packets & blocks -karaktär med många lågvinkelgränser mellan martensitenheterna (V1/V4 i figuren). Definitionen av ett packet är att samtliga martensitenheter inom det området ska vara starkt sammankopplade med ett av de fyra unika tätpackade planen i austenitfasen. I bilden används beteckningen CP-group för packet. Även vid eutektoid kolhalt, bild 2b, formerar sig martensitenheterna i huvudsak som packets, men med betydlig mera högvinkelgränser mellan enheterna. Vid högre kolhalter bildas linsmartensit, bild 2c, som helt saknar packets & blocks -karaktär, men har en tydlig klusterring av distinkta martensitenheter likväl. Bild 1 Jämförelse av experimental och predikterad M s. Martensitkaraktärisering Konventionell mikrostrukturkaraktärisering är i hög grad beroende av operatörens skicklighet och baseras till stor del på erfarenheter. Med andra ord är det en kvalitativ bedömning Bild 2 Schematisk bild av hur kolhalten påverkar martensitbildningen i Fe-C legeringar. Den fullständiga sammanfattningen Stormvinter A. Low Temperature Austenite Decomposition in Carbon Steels. [Thesis]. Stockholm: KTH Royal Institute of Technology; kan laddas hem från Albin Stormvinter, Swerea IVF Barkhausenbrusdag den 4 oktober Stresstech sammankallade intresserade till en heldag, den 4 oktober i Arboga, för att diskutera och presentera den oförstörande provningstekniken Barkhausenbrus. Detta är en magnetisk OFP-teknik som bygger på att man studerar de magnetiska egenskaperna för ferromagnetiska material. Idag används tekniken framförallt för att detektera slipbränningar, bild 1. Men det sker just nu en intensiv forskning inom området för att möjliggöra detektering av andra material- eller processrelaterade egenskaper. Per Lundin från Stresstech organiserade dagen och inledde med att presentera det arbete som sker i Tyskland med att ta fram en branschstandard för Barkhausenbrustekniken. Den tyska branschorganisationen FVA (Forschungsvereinigung Antriebstechnik) har under flera år arbetat med detta och nu finns en framtagen branschstandard. Per översätter denna till svenska och kommer att meddela deltagarna när en svensk version finns att tillgå. Standarden beskriver Bild 3 Mätning för att detektera slipbränning på sätthärdat kugghjul. Värmebehandlingsforum December

4 dels hur tekniken fungerar men även hur man kalibrerar och mäter. Inom standarden har man också utarbetat ett utbildningsprogram för tekniken som ansluter till EN 473 Oförstörande provning Kvalificering och examinering av OFPpersonal Allmänna principer och som är generell för oförstörande provning. Idag ingår inte Barkhausen som en separat OFP-metod men förhoppningen är att den ska göra det i framtiden. För att detta ska bli möjligt måste den dock bli en ISO-standard först. Inom både Volvo och Scania sker idag certifiering för operatörer av utrustningen. Denna certifiering följer i stort EN 473 där man har upplägget med en dags teori och en dags genomgång av mätutrustningen. En intressant aspekt som lyfts fram i FVA-branschstandarden är hur man kalibrerar magnetiseringsspänningen. Det finns beskrivet två metoder som kallas enrespektive två- punktsmetoden. Enpunktsmetoden bygger på att magnetiseringsspänningen väljs utifrån spänningssvepet där kurvans lutning är som störst och precis övergår till att plana ut. Med tvåpunktsmetoden tittar man istället på kvoten i signal mellan två detaljer; en med hög respektive låg signal och väljer magnetiseringsspänning utifrån detta. Vidare berättade Per om DMiUT-konferensen i Gdansk där han presenterade sitt arbete kring att använda Barkhausentekniken för att bestämma härddjup för induktionshärdade vevaxlar samt induktionshärdade axlar. I detta arbete har man utvärderat om och hur nya Barkhausenparametrar korrelerar med härddjupet. Mätningarna har utförts på vevaxlar samt på induktionshärdade axlar med härddjup i intervallet 0,65 1,45 mm. studerar hur Barkhausen-parametrarna korrelerar till materialegenskaperna. Mer forskningsrelaterad information rapporterades från Suvi Santa-aho doktorandarbete vid Tampere Universitet där hon funnit korrelation mellan härddjupet och en Barkhausen parameter kallad MVSS (magnetizing voltage sweep slope). Denna parameter beskriver den maximala lutningen när man utför ett så kallat magnetiseringsspänningssvep. Om man sedan tar kvoten för maximala lutningen för svep tagna vid 25 och 125 Hz så har man funnit ett förhållande med härddjupet enligt bild 3. Bild 5 Resultat av mätningar av induktionshärdade axlar med olika härddjup. Lasse Suominen, VD på Stresstech, presenterade arbetet som sker vid Tampere Universitet. Som beskrivet ovan har man arbetat mycket med att hitta nya mätparametrar för att karakterisera härddjupet. Bland annat har man har man kommit fram till korrelationen för MVSS och härddjupet. Lasse visade på resultat från detta arbete där man lyckats mäta härddjup ner till 4,5 mm. Detta arbete presenterades vid ICRS-konferensen (International Conference on Residual Stresses) i Garmisch- Partenkirchen i oktober. Bild 4 Mätning av härddjup på induktionshärdad vevaxel. Efter detta presenterade undertecknad och Per Lundin forskning som sker med Barkhausen-tekniken och vilka nya möjligheter detta ger. Detta sker framförallt inom FFI-projektet OFP inline, vilket är ett forskningsprojekt uppdelat i tre olika arbetspaket. Det första paketet berör detektering av defekter i gjutgods. Det andra arbetspaket hanterar hur man kan detektera defekter från induktionshärdning av kamaxlar och det tredje berör detektering av white layer formation vid hårdsvarvning. I arbetspaket 2 har stort fokus varit att använda Barkhausenbrustekniken och att utvärdera dess potential för att studera felaktigheter som uppstått vid induktionshärdning. Med Barkhausen-tekniken kan man få en mängd olika parametrar som beskriver materialets magnetiska respons. Målet är att finna korrelation mellan dessa signalparametrar och materialegenskaperna. Inom projektet har mätningar genomförts på flera kamaxlar med olika materialegenskaper som erhållits genom att de härdats med olika processparametrar. Inledningsvis kunde man se att signalen kunde variera runt om på kamnocken och att de olika processparametrarna har en tydlig inverkan på Barkhausen signalen. Projektet fortlöper nu genom att ett flertal kamaxlar mäts och karakteriseras i form av hårdhet, härddjup, mikrostruktur och restspänningar. Sen kommer dessa data användas som input till en statistisk analys där man Bild 6 Bild 7 Resultat av mätning med MVSS-parametern på induktionshärdade axlar med olika härddjup. Lasse Suominen från Stresstech under sin presentation av Barkhausen-mätningar på induktionshärdade prover. Dagen avslutades med en intressant och lärorik rundvandring i företaget Ytstruktur i Arbogas produktionsanläggning. Ytstruktur är ett företag som förädlar produkter inom svensk industri med ytbehandlingstekniken shot-peening. Flertalet uppdrag gör man åt flygindustrin. Man visade på ett djupt kunnande och en stor bredd på vilka material och komponenter som man arbetar med. Jonas Holmberg, Swerea IVF 4 Värmebehandlingsforum December 2012

5 Noterat utifrån Noterat Konferens Medlemskonferens: MCR och DMMS, oktober 2012 MCR (Metal Cutting Research and Development Centre, Chalmers) och DMMS (Design and Management of Manufacturing Systems, KTH) är två kompetenscentra inom området skärande bearbetning och produktionssystem. Den gemensamma ambitionen för kompetenscentren är att i nära samverkan med medlemsföretagen genomföra internationell spetsforskning och kompetensspridning inom området komponenttillverkning. MCR och DMMS samverkar på många plan och genomförde den 10 och 11 oktober en gemensam medlemskonferens hos Sandvik Coromant i Sandviken med cirka 70 till 80 deltagare från industri, akademi och forskningsinstitut. Medlemsmötet genomfördes som ett lunch-till-lunch-möte under två dagar. Programmet var uppdelat i fyra block: Block 1: Bearbetning av avancerade material och ytgenerering Blockledare: Jacek Kaminski, SKF. Adjungerad professor Chalmers MCR. Manufacturing of dimpled surfaces in hard turning and subsequent honing operation. Jacek Kaminski, SKF. Adjungerad professor Chalmers MCR. Bearbetningsdynamikens påverkan på ytprofilen vid skärande bearbetning. Mikael Lundblad, Sandvik Coromant. Framställning och texturering av ultrafina ytor i verktygsstål. Professor Bengt-Göran Rosén, Högskolan Halmastad. Gästprofessor Chalmers MCR. Inverse modeling as means of assessing material parameters for machining simulation. Amir Malakizadi, PhD student, Chalmers MCR. Bearbetning av aerospace material ur ett generiskt materialperspektiv. Göran Sjöberg, Volvo Aero. Adjungerad professor Chalmers MCR. Block 2: Hur skapar vi framtidens produktion i Sverige? Blockledare: Kurt Forsberg, Scania CV Produktion ett styrkeområde på Chalmers. Professor Johan Stahre, Chalmers. XPRES Initiative for excellence in production research. Professor Bengt Lindberg, KTH. Globalisering av FoU för Sandvik Coromant. Eric Tjernström, Sandvik Coromant. Komponenttillverkningsklustret svensk produktionsforskning i samverkan. Kurt Forsberg, Scania CV. Framtidens forskning inom produktion och material. Dr Tero Stjernstoft, VINNOVA. Block 3: Anskaffning, optimering och underhåll av framtidens maskinverkstäder Blockledare: Bengt Lindberg, Professor KTH Industriell produktion Abrasive Waterjet Milling. Professor Mihai Nicolescu, KTH DMMS. Advanced modeling of machining system dynamic characteristics focus on process-machine interaction. Dr Andreas Archenti och Professor Mihai Nicolescu, KTH DMMS. Resource Conservative Manufacturing for Economic and Environmental Sustainability. Dr Amir Rachid, KTH Industriell Produktion. Framtidens industriarbete. Ulrika Harlin, Swerea IVF. Block 4: Studiebesök på Sandvik Coromants utvecklingslaboratorium Blockledare: Mikael Lundblad, Manager Metal Cutting Research, Sandvik Coromant. Presentationerna och de efterföljande diskussionerna höll genomgående en bra nivå. Flera av presentationerna i block 1 var inriktade på skärande bearbetning och har relevans för tillverkning av pressverktyg. Presentationerna i block 2 var inriktade på infrastruktur och förutsättningar för forskning och utveckling inom produktionsteknik. Innehållet i block 3 var blandat och innehöll bearbetning, maskindynamik, resursplanering för hållbar produktion och diskussioner om framtidens praktiska industriarbete. Block 4 var ett studiebesök i Sandvik Coromants utvecklingslaboratorium och en föreläsning om Sandvik Coromants produktutveckling. Ta kontakt med undertecknad om intresse finns för fördjupning inom något av områdena så ska vi ge er mer information och sätta er i kontakt med rätt personer. Johan Berglund, Swerea IVF Noterat Artiklar AISI 4140: Kan laserpening vid förhöjd temperatur och en efterföljande anlöpning ge ökad utmattningshållfasthet? Liao Y Suslov S Ye C Cheng GJ Acta Mater The mechanisms of thermal engineered laser shock peening for enhanced fatigue performance I artikeln visar Liao et al. hur utmattningshållfastheten hos AISI4140 kan ökas genom att termiskt optimera processningen efter härdning. Metoden som analyseras är laserpening vid förhöjd temperatur med efteranlöpning. Laserpening (LSP, Laser Shock Peening) är en ytbehandlingsmetod som kan förbättra utmattningshållfastheten hos metalliska material. Anledningen är att LSP ger en deformationshärdning samt genererar ett gynnsamt spänningstillstånd (tryck) i ytan. Jämfört med kulpening ger LSP i regel högre tryckspänningar med större inträngning på grund av en högre töjningshastighet. Tyvärr har det visat sig att tryckspänningarna klingar av vid cyklisk belastning, speciellt vid högre temperaturer. En lösning på detta problem tycks vara att utföra själva LSP-processningen vid förhöjd temperatur (WLSP). Detta ger ett dynamisk åldrings- (strain-aging) och utskiljningsförlopp som i sin tur ger upphov till en dislokationsrik mikrostruktur med flertalet nanoutskiljningar (5-10 nm). Ett naturligt Värmebehandlingsforum December

6 Noterat utifrån efterföljande processteg skulle vara att optimera storleken på dessa utskiljningar genom anlöpning, vilket bör kunna höja utmattningshållfastheten ytterligare. För att undersöka hur anlöpning efter WLSP kan optimeras valde Liao et al. ett härdat stål av typ AISI 4140 (Fe-0,41C-0,21Si- 0,83Mn-0,025P-0,027S-0,91Cr-0,18Mo). Provkroppar med dimensionen 76,2 x 10 x 2,38 mm austenitiserades vid 850 C (20 min) och härdades i olja före LSP. En 30 µm tjock aluminiumfolie användes som ablationsmedium för WLSP, som utfördes vid 250 C med 3 GW cm -2 laserintensitet. Bild 8 visar hur hårdheten vid ytan efter WLSP och anlöpning beror av vald tid och temperatur för anlöpningen. Ur bilden framgår att 2h efteranlöpning vid 450 C ger en höjning med 100 HV vid ytan jämfört med ej anlöpt material. Enligt Liao et al. ger 2 h anlöpning vid 450 C en väsentligt högre andel utskiljningar (jmf ej anlöpt) samt att medeldiametern hos utskiljningarna ökar från 5-10 nm till nm. Liao et al föreslår att de större utskiljningarna på ett mera effektivt sätt låser upp dislokationsrörelser och hindrar mikroplastisk återhämtning. För utmattningshållfastheten är hårdheten i ytan en viktig parameter, framförallt för att minska initieringen av ytsprickor. Bild 10 jämför de tre tillstånden: härdat; härdat + WLSP; samt härdat + WLSP C (2h) anlöpt. Det kan ses att WLSP ger en förbättring av ythårdhet, så väl initialt som efter >100 k lastcykler. Än kraftfullare blir effekten då WLSP kombineras med 450 C (2h) anlöpning. Slutligen visar bild 11 utmattningskurvor för tre olika efterbehandlingar till härdningen: WLSP; WLSP C (2h) anlöpning; samt WLSP C (4h) anlöpning. Till synes verkar 2 h anlöpning vara optimalt, 4 h ger dock bättre utmattningsegenskaper jämfört med ej anlöpt. Sammantaget så presenterar Liao et al. intressant resultat på ett område som har fortsatt potential för framtida utveckling. Bild 10 Ythårdheten vid cyklisk belastning vid 1400 MPa för härdat; härdat och WLSP; härdat och WLSP samt anlöpt 450 C i 2 h. Bild 8 Hårdhet vid ytan efter WLSP beroende på tid och temperatur för anlöpningen. Laserintensitet 3 GWcm 2. Bild 9 visar uppmätt tryckspänning i ytan samt hur dessa klingar av med antalet lastcykler i utmattningsprovning. Lastfallet var 3-punkt böjprovning (1400 MPa). Jämfört med ej anlöpt tillstånd ger 450 C (2h) anlöpning initialt lägre tryckspänningar. Det framgår dock att tryckspänningarna inte klingar av i samma omfattning för det anlöpta stålet när antal lastcykler ökar, spänningstillståndet är mer eller mindre stabilt. Bild 11 S N-kurvor för WLSP och WLSP med 2 respektive 4 h anlöping. Albin Stormvinter, Swerea IVF Analys av segringar och segringsorsakade formförändringar hos stål 20MnCr5 M. Hunckel. HTM J. Heat.Treatm.Mat, 67 (2012), pp Analyse von Seigerungen und Siegerungsbedingten Verzug am Beispiel des Einsatzstahls 20MnCr5 Bild 9 Tryckspänning i ytan samt hur dessa relaxerar med antalet lastcykler i utmattningsprovning. Segringar är inhomogeniteter i kemisk sammansättning som uppkommer i samband med gjutningen. Glödgningstiderna som skulle krävas för att utjämna dessa är under normala produktionsförhållanden alltför långa varför segringarna består i den färdiga komponenten och kan orsaka formförändringar. Författarna har i detta arbete studerat segringar i stålet 20MnCr5, både med avseende på variation i kemi och på formförändringar. De studerade stålet i reduktionsgraderna 11:1, 16:1 och 134:1. Som referens använde de sprayformat material utan större segringar. Både vad gäller geometri och värmebehandling har författarna vinnlagt sig om att försöka renodla inverkan av segringar. 6 Värmebehandlingsforum December 2012

7 Noterat utifrån Bild 12 visar variationer i Mn- och Cr-halt tvärs valsriktningen för ett prov med reduktionsgraden 134:1. Segringarna är kraftigare i zonen med likaxligt stelnade kristaller jämfört med pelarkristallzonen. Längs valsriktningen blir mikrostrukturen istället bandad. Zonen med likaxligt stelnade kristaller kan tydligt ses i mikrobilder i lägre förstoring och har kvar den rektangulära formen som götet en gång hade trots att stången valsats rund, se bild 13. Bild 14 Dilatometertester längs valsriktningen respektive tangentiellt och radiellt. Bild 12 Variationer i Mn- och Cr-halter tvärs valsriktningen för ett prov med reduktionsgraden 134:1. Pelarkristallzon respektive zon med likaxligt stelnade kristaller. Bild 15 Längdändring och förändring av kurvatur hos kutsar efter ugnssvalning, blindhärdning respektive sätthärdning. Sven Haglund, Swerea IVF Bild 13 Makrobild av prov med reduktionsgrad 134:1. Den rektangulära zonen med likaxliga kristaller syns tydligt i centrum. Atomsondstudie av kolfördelningen i martensithärdat varmarbetsstål X38CrMoV5-1 C. Lerchbacher; S. Zinner; H. Leitner. Micron 2012; vol. 43: p Atom probe study of the carbon distribution in a hardened martensitic hot-work tool steel X38CrMoV5-1 Segringar kan få stor inverkan på formförändringarna vid härdning då variationer i sammansättning ger variationer i M s. Detta gör att olika delar av komponenten kommer att omvandlas före andra delar vilket leder till inre spänningar mellan lamellerna i bandningen. Dessa spänningar ger via transformationsplasticitet (TRIP) en formändring, vilket i sin tur leder till global formändring. Författarna benämner detta inre transformationsplasticitet. I ett dilatometerprov visar detta sig som olika beteende längs och tvärs valsriktningen, se bild 14. Denna effekt varierar dessutom med var i stången dilatometerprovet tagits ut. Ju närmare ytan desto större effekt. Författarna studerade slutligen den formändring som segringarna ger hos kutsar uttagna excentriskt i stängerna. De studerade formändringen efter ugnssvalning, blindhärdning (utan uppkolning) och efter sätthärdning, se bild 15. Varmarbetsstål används främst som verktyg för pressgjutning, smidning och strängpressning. De goda termiska och mekaniska egenskaperna uppnås genom legeringstillsatser, men också genom en hög renhetsgrad samt god processkontroll. En låg restaustenithalt och rätt förutsättningar för karbidutskiljning är centralt för att uppnå god verktygsprestanda. Det är därav mycket relevant att studera hur kol fördelar sig mellan materialets olika strukturer. I artikeln presenteras resultatet från en sådan studie utförd med i huvudsak atomsond. Efter härdning är varmarbetsstål i huvudsak martensitiska, men en mängd austenit finns ofta kvar som tunna filmer mellan martensitenheterna. Denna restaustenit kan vid efterföljande anlöpning omvandlas till ferrit och cementit, vilket leder till en försämring av materialegenskaperna. En martensitomvandling definieras delvis av sin diffusionslösa natur, trots det finns flertalet arbeten publicerade som visar att kolfördelningen inom martensiten samt mel- Värmebehandlingsforum December

8 Noterat utifrån lan martensit och restausteniten inte är homogen. I huvudsak är dessa studier utförda med tredimensionell atomsond 1, ofta förkortat 3DAPT (3-Dimensional Atom Probe Tomography). Känt är också att kylningshastigheten vid härdning är starkt kopplad till det färdiga verktygets prestanda. Kopplingen mellan kylningshastigheten vid härdning och kolfördelningen i materials olika strukturer är inte fullständigt klarlagd och förtjänar därav mera uppmärksamhet. Ett av huvudmålen i det aktuella arbetet var att tillämpa tekniskt relevanta kylningshastigheter, följaktligen valdes λ-värden mellan 0,1 (30 C/s) och 12 (0,25 C/s). Värmebehandlingen utfördes i dilatometer: austenitisering vid 1020 C (0,5 C/s) i 30 min under vakuum med efterföljande kontrollerad kylning. Materialet i studien var ett kommersiellt varmarbetsstål av typen X38CrMoV5-1. Materialundersökningen utfördes med 3DATP och transmissionselektronmikroskop (TEM) samt röntgendiffraktion (XRD). Vidare utfördes slagprovning enligt Charpy-U (55x10x7mm) för prover härdade med kylningshastigheterna λ=0,6; 6 och 12. Martensitbildningstemperaturen (M s ) uppskattades till 280 C för det aktuella stålet, vilket gav kyltider på 80 s (λ=0,1) till 160 min (λ=12) från M s till rumstemperatur (RT). Mikrostrukturen efter härdning bestod av martensit, restaustenit samt en mindre mängd primärkarbider. Medelkolhalten över proverna som analyserades med atomsond svarade väl mot total angiven kolhalt för grundmaterialet. Vilket indikerade att inga karbider bildats under härdningen, en effekt som kan tillskrivas den höga kiselhalten (1,11 mass-%). Segring av substituellt inlösta atomer kunde heller inte observeras, dessa ansågs därför vara homogent fördelade i grundmassan. I tydlig kontrast fanns att kolfördelningen i härdat material visade en stor inhomogenitet. Tre olika strukturscenarion kunde urskiljas med avseende på kol: Segrade martensitenheter Områden med kraftiga segringar av kol, i storleksordningen av en martensitenhet (lath). De irreguljära segringar som observerades inuti dessa martensitenheter antogs i stor grad kunna hänföras till Cottrell-atmosfärer, dvs anrikning av kol till dislokationer. Homogena martensitenheter Områden i samma storleksordning som 1, dvs en martensitenhet (lath), men med en uppenbar homogen kolfördelning. Restaustenit I gränsområden av typ 1-1 och 1-2, där siffran betecknar martensitenhet enligt ovan, observerades en kraftig anrikning av kol. Dessa gränsområden antogs vara tunna filmer av restaustenit. Ytterligare observationer från atomsondsundersökningen var att tjockleken hos gränsområdena, den förmodade restausteniten, ökade från 4-5 nm till 25 nm när kylningshastigheten sänktes från 10 C/s (λ=0,3) till 0,25 C/s (λ=12). Temperatur och tid är två viktiga faktorer för att möjliggöra en omfördelning av kol. Därför föreslogs en hypotes att martensitenheter som visar tydlig segring av kol har bildats vid en högre temperatur, strax under M s. Vidare förmodades att kol som anrikats i restausteniten främst kom från dessa segrade enheter, då deras analyserad medelkolhalt var lägre än grundmaterialets. Bild 16a visar kolfördelningen för ett prov med λ=6 och bild 1b visar kolprofilen för det markerade segmentet i bild 1a. På samma sätt visar bilderna 16c och 1d resultat från kylning med λ=12. Det framgår med tydlighet att kolhalten är förhöjd i de områden som genomkorsas av segmenten. Då atomsond inte ger någon information om kristallstruktur analyserades proverna med TEM för att bekräfta att de anrikade gränsskikten var restaustenit. Mörkfältsavbildning med diffraktionspunkter från austeniten bekräftade att de tunna filmerna mellan martensitenheterna de facto var restaustenit. Bild 17 visar korrelationen mellan observerad filmtjocklek hos och totalhalt av restaustenit med ökande kylningshastighet. Två av mätvärdena med avseende på totalhalten uppmättes med röntgendiffraktion (XRD) i ett parallellt arbete av Mayer et al. Sammantaget ses att korrelationen är god mellan de två nära sammankopplade parametrarna. En grov uppskattning för koldiffusion vid kylning under M s gav diffusionsavstånd på ett hundratal nm upp till några µm beroende på kylningshastighet. Detta är i samma storleksordning som tjockleken hos martensitenheterna och ger vidare bekräftelse på att koldiffusion spelat en central roll för stabiliseringen av restausteniten. Bild 16 Bild 17 a) Kolfördelningen för ett prov med λ=6. b) Kolprofilen för det markerade segmentet i a). c) och d) Motsvarande från kylning med λ=12. Korrelationen mellan observerad filmtjocklek hos och totalhalt av restaustenit med ökande kylningshastighet. 1 Atomsonden är ett instrument för analys med atomär upplösning. Under analysen dras atomer bort från provet genom s.k. fältförångning och blir analyserade av en masspektrometer. För att kunna åstadkomma fältförångning så lägger man på en likspänning på det spetsformade provet. Provet är elektriskt ledande och har en spetsradie på mellan 50 till 100nm. Genom att mäta energin hos de fältförångade atomerna kan deras massa och därav atomslag bestämmas. Den analyserade volymen är konformad, med en diameter på ca nm och en längd på upp till hundratals nanometer. Atomsonden har en postionskänslig detektor, vilken ger möjligheten att med en speciell mjukvara rekonstruera den analyserade volymen i tre dimensioner. (Källa: Chalmers - Hämtad ) 8 Värmebehandlingsforum December 2012

9 Noterat utifrån Slutligen redovisas resultaten från slagprovning efter härdning, men innan anlöpning, för varmarbetsstålet. Resultaten visar att slagsegheten är relativt konstant runt J, med en svag tendens till att öka, då kylningshastigheten avtar från 5 C/s (λ=0,6) till 0,25 C/s (λ=12). Mer intressant är dock att undersöka hur föränd- ringen i kolhalt samt mängden av restaustenit påverkar den efterföljande anlöpningen och karbidutskiljningen. En sådan studie har föreslagits och kommer förmodligen att följa upp innevarande studie. Albin Stormvinter, Swerea IVF Konferens 9 th International Tooling Conference, september, Leoben, Österrike Djupkylning av Vanadis 6 verktygsstål P. Jurci et al. Faculty of Material Sciences and Technology in Trnava, Slovakien. Sub-zero treatment of P/M Vanadis 6 Ledeburitic tool steel Vanadis 6 är ett pulvermetallurgiskt ledeburitiskt Cr-V-stål. Den konventionella värmebehandlingen är austenitisering, hålltid vid önskad temperatur, härdning och anlöpning i flera sekvenser. Under austenitiseringen upplöses eutektoida och sekundära karbider i austeniten och bidrar till en högre hårdhet. Övriga karbider, som inte upplöses, förhindrar tillväxt av austenitkornen och gynnar stålets nötningsbeständighet. Efter kylning består stålet av martensit, restaustenit och oupplösta karbider. Restausteniten omvandlas till martensit vid efterföljande anlöpning. Dessutom sker en utskiljning av karbider. Båda dessa fenomen bidrar till sekundärhårdnande. Mättnad av austeniten sänker Ms och Mf, så att den senare ofta ligger under rumstemperatur. Konventionell värmebehandling innebär att högre halter restaustenit inte omvandlas till martensit, vilket leder till oönskat höga nivåer av restaustenit. Genom att införa djupkylning mellan härdningen och anlöpningen kan andelen restaustenit minska. Försök gjordes där Vanadis 6 (2.1%C, 1.0%Si, 0.4%Mn, 6.8%Cr, 1.5%Mo, 5.4%V) austenitiserades, kyldes i kvävgas och dubbelanlöptes i olika varianter. För vissa prov gjordes en djupkylning efter kylningen. Cylindriska prov, diameter 17 mm och höjd 10 mm användes vid försöken samt 3-punktböjprovstavar med dimensionen 10x10x10 mm. Austenitiseringen gjordes vid C. Djupkylning gjordes i mellan härdningen och anlöpningen. Djupkylningen gjordes vid -90 C/4h, -196 C/4h och -196 C/10h. Mikrostrukturen består av matrisen, martensit och restaustenit, med M 7 C 3 - och MC-karbider. M 7 C 3 -karbiderna löses upp i austeniten. Andelen upplösta karbider ökar med austenitiseringstemperaturen. Stora och små så kallade sekundära karbider samt i princip alla MCkarbider löses inte upp, bild 18. Matrisen består av martensit och restaustenit enligt tabell 1. Tabell 1 Mikrostruktur för icke djupkylt respektive djupkylt material. Austenitisering vid 1000 C. Värmebehandling Mängd α [%] Mängd γr [%] Andel tetragonal α Härdad 49,45 17,76 c/a=1,01186 Härdad och djupkyld vid -196 C/4h 63,1 6,1 c/a=1,0223 Bild 19 visar hårdhetsprofiler beroende av austenitiseringstemperatur och djupkylning. Slitageprovningen gjordes med pin-on-disc-metoden. Det högsta slitaget erhölls för prover som inte djupkylts, medan den lägsta noterades för prover som djupkylts vid -196 C i 10 h, bild 20. Slitaget minskade för prover som austenitiserats vid den högre temperaturen tack vare den högre hårdheten. Bild 18 SEM-bilder på mikrostrukturen för Vanadis 6 härdat från a) 1000 C b) 1075 C c) 1075 C och dubbelanlöpt vid 530 C, 2 tim. Bild 19 Hårdhet beroende av austenitiseringstemperatur och djupkylning över) efter härdning under) efter dubbelanlöpning. Värmebehandlingsforum December

10 Noterat utifrån Bild 20 Slitagehastighet vid pin-on-disc. Nötning mot 100Cr6-yta. medan en högre temperatur skulle ge en blandning av MC- och M 2 C-utskiljningar. Utgångsmaterialet hade dimensionen 610x305 mm. Från detta togs prover ut, med dimensionen 30x22x13 mm, från ytan och kärnan, för SEM-undersökning. Dessutom togs prover med dimensionen diameter 3x8 mm ut från kärnan för TEM-undersökning. Tabell 2 visar genomförda värmebehandlingar. Värmebehandlingen gjordes i en vakuumugn med gaskylning, kvävgas vid 5 bar. Tabell 3 visar austenitens sammansättning enligt Thermo Calcberäkningarna för de två austenitiseringstemperaturerna. Mängden löst kol, molybden och vanadin i austeniten är högre vid den högre austenitiseringstemperaturen, men däremot så är andelen molybden och vanadin inte lika: ökningen av molybden förutsägs bara bli något högre medan vanadin-halten beräknas öka ca 30%. Resultaten visade på att: Mikrostrukturen efter härdning bestod av martensit, restaustenit och oupplösta karbider. Djupkylning medförde att andelen restaustenit minskade och ökade andelen tetragonal martensit. Hårdheten ökade ca 2-3 HRC efter djupkylningen. Hårdheten efter anlöpning ökade med ökande austenitiseringstemperatur, men minskade något med djupkylning. Det kunde inte noteras någon negativ inverkan på segheten. Slitageegenskaperna förbättrades efter djupkylning då nötning gjordes mot stål 100Cr6. Eva Troell, Swerea IVF Inverkan av lägre austenitiseringstemperatur vid härdning på anlöpningsbeständigheten för ett modifierat H13 verktygsstål M.T. Coll Ferrari et al. Uddeholms AB Influence of lowered austenitization temperature during hardening on the tempering resistance of a modified H13 too steel (Uddeholm Dievar) Ytan hos stora verktyg utsätts för en högre temperatur en längre tid än vad kärnan gör. I vissa sammanhang kan detta medföra korntillväxt. För att undvika det använder man ibland en lägre austenitiseringstemperatur. Artikeln behandlar hur detta påverkar utskiljningen av karbider vid anlöpningen och anlöpningsbeständigheten hos Uddeholm Dievar. Beräkningar med Thermo Calc för att studera andelen löst molybden och vanadin i austeniten visade på att andelen molybden blev större vid en lägre austenitiseringstemperatur. Eftersom molybden stabiliserar M 2 C-utskiljningar antogs det att dessa skulle vara dominerande vid en lägre austenitiseringstemperatur, Tabell 2 Värmebehandling av prov. Tabell 3 Beräknad sammansättning för austeniten för olika austenitiseringstemperaturer. C Mo V Si Cr Mn γ x x10-2 5x10-3 2x10-3 5x10-2 5x10-3 g x x x10-3 2x10-3 5x10-2 5x10-3 Thermo Calc-beräkningarna visade också på en mindre mängd upplösta karbider vid lägre austenitiseringstemperatur. Härdning från 980 C gav en hårdhet på 51,6 HRC och efter dubbelanlöpning blev hårdheten 44,5 HRC. Härdning från 1025 C gav en hårdhet på 55,8 HRC och efter trippelanlöpning blev hårdheten 45,5 HRC. Den högre hårdheten efter härdning från 1025 C beror på en högre kolhalt i martensiten. SEM-undersökningen visade också att en lägre austenitiseringstemperatur medförde en större mängd oupplösta karbider. SEM-undersökningen visade att det fanns molybdenrika M 6 C- karbider närvarande i proven oavsett austenitiseringstemperatur. Detta stämmer inte överens med Thermo Calc-beräkningarna som förutspådde att dessa karbider skulle vara upplösta vid båda temperaturerna. Orsaken till att detta inte blev fallet kan vara att proverna inte nådde termodynamisk jämvikt. Austenit med höga halter av kol och vanadin ger en martensit med höga halter av dessa element. Under anlöpningen utskiljs vanadinrika MC-karbider. Så blev fallet för proverna som härdades från 1025 C. Proverna som härdades från 980 C gav däremot en större andel molybdenrika M 2 C-karbider. Anlöpningsbeständigheten kommer därför att vara bättre i det stål som härdades från 1025 C. Austenitiseringstemperaturen inverkar på mängden och typen av karbider som löses upp, vilket styr vilka legeringselement som finns i austeniten och därmed i martensiten. De karbider som skiljs ut under anlöpningen, vilket påverkar verktygets prestanda, är därmed beroende av valet av austenitiseringstemperatur. Prov Härdtemperatur, C Hålltid, min Kylningshastighet, Tid , s Anlöpning Anlöpningstid, h Anlöpningstemperatur, C A4 yta (SEM) A4 kärna (SEM) A4 kärna (TEM) B4 yta (SEM) B4 kärna (SEM) B4 kärna (TEM) Eva Troell, Swerea IVF 10 Värmebehandlingsforum December 2012

11 Företag som söker teknisk support eller samarbetsmöjligheter Nedan är ett utdrag av några aktuella teknikbehov och teknikerbjudanden som finns i EEN-nätverkets databas vid en sökning på hardening och heat treatment. Om du är intresserad av något av nedanstående, eller själv vill ha något marknadsfört, kontakta Christin Vännman, christin.vannman@swerea.se. Mer info på Teknikförfrågningar Die Design and Manufacturing Technology for Hot Press Forming (steel parts). (TR / 11 KR 9A9D 3LHC) A Korean SME is looking for the Hot Press Forming advance technology for steel coil s blank part heating to max 950 degree Celsius in the furnace increasing the strength of material. Technical cooperation, manufacturing agreement, and commercial agreement with technical assistance are sought. Teknikerbjudanden Deep cryogenic treatment of tools and components to improve lifetime, reduce material stresses etc. ( TO / 12 AT 012L 3QII) An Austrian SME has refined the process of deep cryogenic treatment (DCT) of workpieces. Together with a Spanish company they have developed a multistage 15-hour thermal cycling process. Compared to the 40-hour alternative, the multistage process gives better results and is more efficient. During this procedure, work pieces are treated to several cooling and heating loops. This newly-developed multistage process increases the performance of a wide range of materials by the use of deep cryogenic temperatures. It provides even better results than conventional methods in less than half the time and is therefore much more efficient and productive than the processes in use by the competition. Industry partners or R&D institutes for further development & commercial agreement sought Machine for universal induction hardening. (TO / 12 SI 68CN 3P6S) A Slovene SME has developed a universal induction hardening machine for vertical as well as horizontal hardening. Induction heating is a process that provides fast and consistent heat for manufacturing applications involving preheating for forging, hardening, tempering, brazing or melting of metals. Its advantage is to provide fast and consistent heat for manufacturing applications. The company is looking for partners for Commercial agreement with technical assistance. Non-toxic alternative coating for protection of steel or copper against corrosion and wear. ( TO / 12 GB 403U 3OCZ) A university in the South-East of England has developed a novel protective coating for steel or copper. Based on nickel, cobalt and phosphorus, the coating is at least as effective as currently used conventional chrome coatings, but avoids the use of chemicals harmful to man or environment. The coating can be applied with the same equipment as conventional coatings. The university is looking for industrial partner for joint further development, including scale-up, or licensing opportunities. Plant for nitriding treatment at low temperatures energy saving up to 50%. (TO / 11 DE 094I 3KEK) A German company with experience in plasma nidriding processes has developed a new technology for hardening of metal surfaces at low temperatures to improve the wear resistance. The company is looking for new applications and seeking industrial partners for technical co-operation, manufacturing agreement and/or commercial agreements. A new all in one production process for thin walled Ausferritic Ductile Iron. (TO / 10 NL 60AH 3H4M) A Dutch SME developed a laboratory tested production process of thin walled Ausferritic Ductile Iron (TADI). The process integrates casting with a heat treatment step. Next phase is a demonstration project. Important advantages are high strength material properties, a higher dimensional accuracy and less use of material and energy. The Dutch SME is interested in agreements with different partners in the production chain (foundry, OEM, engineer) and research institutes with test facilities. Technology for machines parts and tools surface hardening based on thermochemical treatment (vacuum nitriding). (TO / 10 PL 61AK 3JQA) Polish research team has developed a new original technology for increasing the durability and reliability of machine parts and tools based on the thermochemical treatment. The hardened surface layers obtained by this method are characterized by properties similar like for bath nitriding or ion-nitriding at simultaneous elimination of inconveniencies connected with the above nitriding process. Licensees are sought. The essence of the process lies in the possibility of continuous control, within the full range of concentrations, of the quantity of nitrogen supplied to the surface nitrided parts by the pressure regulation of partly dissociated ammonia. Beside the possibility of control the concentration of nitrogen in surface layers the essence of the improvement of the usable properties of nitrided layers lies in elimination of hydrogen that is carrying at the catalytic dissociation of ammonia. The process is carried out in retort furnaces. Värmebehandlingsforum December

12 Illu. Malin Gustafsson App för stålval SSAB har lanserat en app till iphone- och Android-telefoner (den finns inte till Blackberry ännu). Appen är på engelska och kan användas till att hitta produktinformation samt kontaktinformation till SSABs säljkontor och representanter över hela världen. Den innehåller bland annat en kalkylator som räknar ut stålens böjhållfasthet. Fler funktioner är planerade under hösten 2012, några av dessa är lagernivåer för olika stål (Hardox, Toolox m fl), streckkodscanner för information om dimensioner och ståltyp och en svetskalkylator. Sök i Appstore eller Google Play om du vill ladda ner appen. Har du QR-scanner i telefonen kan du enkelt gå in på och scanna dig direkt till nedladdningssidan. SSABs hemsida: [Källa: SSAB World Nummer 2, 2012] Medlemsavgift och fakturering Medlemsavgiften för Värmebehandlingsforum 2013 är oförändrad kr. Den gäller som tidigare för upp till fyra personer per företag och ort. Dessutom kan ytterligare tio personer anmälas som får medlemsbladet via e-post. Ni kan när som helst under året meddela om ni vill ha ytterligare personer på sändlistan. För att underlätta vår administration utgår vi från/hoppas vi att alla vill fortsätta sitt medlemskap och avgiften kommer att faktureras i februari. Passa på att se över att kontaktperson/mottagare och företagsuppgifter är de rätta. För VBCentrums medlemmar ingår Värmebehandlingsforum i medlemskapet för VBC. Önskemål om innehållet i Noterat Utifrån? Vill du att vi ska bevaka något speciellt område, har en frågeställning eller känner till något som du vill att vi tar upp i Noterat Utifrån? Hör av dig till undertecknad, så försöker vi få fram information och tar (förhoppningsvis) upp det i nästa medlemsblad. Nya teknologier Samarbetspartner Investerare Leverantörer Köpare FoU-projekt Nya metoder Produkter Tillverkare Kalendarium 2013 Januari VBCs medlemsmöte, Ramnäs April European Conference on Heat Treatment and Surface Engineering. Luzern, Schweiz. IFHTSE Juni nd Mediterranean Conference on Heat Treatment and Surface Engineering / Challenges for heat treatment and surface engineering. IFHTSE. Dubrovnik Cavtat, Kroatien th International Conference on Fracture (ICF13). Beijing, Kina Juli ICBM - International Conference on Barkhausen Noise and Micromagnetic Testing. Baltimore, USA. Augusti th International Conference on Life Cycle Management. Göteborg September Meca-SENS 2013: Stress Evaluation by Neutron and Synchrotron Radiation. Sydney, Asutralien ASM Heat Treating Society 27 th Conference and Exhibition. Indianapolis, USA SHTEs Värmebehandlingskonferens, Skogshem & Wijk Konferens på Lidingö. Oktober 9-11 Härterei-Kolloquium Wiesbaden, Tyskland. November th International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA). ASM. San Jose, CA, USA. Eva Troell, Swerea IVF Till några av konferenserna har vi program. Röd text innebär att vi avser att bevaka händelsen. MEDLEMSBLAD FÖR VÄRMEBEHANDLINGSFORUM Swerea IVF AB Box Mölndal Telefon Fax E-post vbforum@swerea.se Nätverk Värmebehandlingscentrum ett samarbete mellan Swerea IVF, Swerea KIMAB och medlemsföretag VBC entrum 12 Värmebehandlingsforum December 2012