forum Medlemsblad för VÄRMEBEHANDLINGSFORUM December 2015 Redaktör: Eva Troell Välkomna till FFI on Tour Swerea KIMAB i Kista Seminariedag för kunskapsspridning den 24 feb Utbildningar inom värmebehandlingsområdet Se sid 3 Många projekt inom Fordonsforskningsprogrammet FFI har genomförts i samverkan mellan företag, institut och akademi. En av visionerna inom FFI är hållbar produktion. Från det området presenterar vi nu projektresultat med det matnyttigaste ur projekten som går att sprida. Det finns tid för frågor, diskussioner och idéer till nya samarbetsprojekt. Dagen kommer att vara uppdelad i tre parallella spår; fogning, formning och värmebehandling. Hela programmet finns på Swereas hemsida. Program för värmebehandlingsdelen visas nedan. Seminariet är på Swerea KIMAB i Kista, Stockholm. Det är kostnadsfritt. Anmälan görs via Swereas hemsida, www.swerea.se Välkommen! Tid Programpunkt Noterat artiklar Höganäs första sålda 3D-pulverskrivare Se sid 6 09.30 Registrering och kaffe 10.00 Välkomna, kort programinfo om dagen 10.10 Resultat från projekt inom sätthärdning Etablering av och forskning inom Värmebehandlingscentrum (MERAVBC) Ökad utmattn.hållfasthet hos drivlinekomponenter genom minskad inre oxidation och avbruten kylning (INTOX-Q) Formförändringar - Härdbarhetens inverkan på formförändringar (SMART) - Realistic verifications (ReVer) Noterat artiklar SSABs renoverade masugnar sparar 200 miljoner årligen Se sid 10 11.10 Resultat från projekt inom nitrerprocesser Minskade formförändringar och bränsleförbrukning genom utveckling och förbättring av nitrerprocesser (NitroVBC) Ytor med optimala friktions- och utmattningsegenskaper hos nitrerade/ nitrokarburerade komponenter (SurfNit) Ytbeskaffenhetens inverkan vid nitrokarburering 12.10 LUNCH 13.10 Övriga projekt inom värmebehandling: Induktionshärdning (MERAVBC) Energi och miljö - Hållbara fabriker - Enviroman Riktning av fordonskomponenter optimerad riktning för minimerad negativ påverkan (RiktVBC) Handbok stål och värmebehandling 14.00 15.00 Visning av labben vid Swerea KIMAB
Ny utlysning inom det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material* Våren 2016 kommer det inom det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material en utlysning som handlar om att utveckla erbjudandet eller att öppna värdekedjan. Utlysningen ger stöd till förstudier och fullskaleprojekt inom följande två områden i den strategiska innovationsagendan för metalliska material: 1 Utveckla erbjudandet: projekt som med ett nytt eller förbättrat erbjudande vill komma åt en befintlig eller potentiell marknad. 2 Öppna värdekedjan projekt kring frågor som behöver lösas i samarbete mellan aktörer på olika plats i värdekedjan, för att uppnå en mer kvalificerad användning av metalliska material. Om du har idéer eller behov som du tror kan vara aktuella att hantera inom utlysningen är du välkommen att kontakta oss. * Det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material Strategiska innovationsprogram är en satsning som drivs av Vinnova Sveriges innovationsmyndighet, Energimyndigheten och forskningsrådet Formas. Tanken bakom satsningen är att öka innovationsförmågan inom näringsgrenar som är viktiga för Sverige och har potential att bli ännu viktigare, genom att stimulera samverkan mellan näringsliv, offentlig sektor och akademi. Det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material samlar Sveriges metallindustrier: stål, aluminium, hårdmetall, gjutstål, gjutjärn och gjutna icke-järnmetaller. Metallindustrins långa tradition av att utveckla och producera avancerade material gör att man idag verkar inom hela kedjan från gruvbrytning och smältmetallurgi till metallers bearbetning, formning och egenskaper. 1. Utveckla erbjudandet 2. Öppna värdekedjan 3. Öka materialutvecklingstakten 4. Öka flexibiliteten 5. Öka resurseffektiviteten 6. Minska miljöpåverkan 7. Öka kompetensen och attraktiviteten Eva Troell, Johan Berglund och Boel Wadman Sju steg mot förnyelse, tillväxt och ökad konkurrenskraft i agendan för metalliska material. GOTT NYTT ÅR! Innehåll Välkomna till FFI on Tour 1 Ny utlysning inom det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material 2 Utbildningar inom värmebehandlingsområdet 3 Genomförd Open Technology Day på Swerea IVF 4 Avslutat projekt 5 Noterat Artiklar 6 Företag som söker teknisk support eller samarbetsmöjligheter 11 Ultraljudskulbombning USP 12 Kalendarium 12 2 Värmebehandlingsforum December 2015
Utbildningar inom värmebehandlingsområdet Här presenteras en sammanställning över kurser som är aktuella inom värmebehandlingsområdet. En del arrangeras regelbundet varje år. Mer information finns på respektive arrangörs hemsida. Swerea IVF ansvarar för kurserna Induktionshärdning och Kylning vid härdning av stål. I dagsläget har vi inte planerat något öppet kurstillfälle för dessa, men vi brukar även hålla dem för enskilda företag. SHTEs utbildning Grunderna i värmebehandling av stål hålls tisdagen den 24 maj i Stockholm. Meddela oss gärna om du har tips på någon kurs som vi har missat att ta med. Grunderna i värmebehandling av stål Beskrivning: Avsikten med kursen är att ge en utbildning i värmebehandling av stål. Kursen tar upp strukturella förändringar, orsaker till uppkomna formförändringar samt behandlar möjligheten att välja värmebehandlingsmetod med kännedom om stålmaterialet och önskade egenskaper hos den färdiga detaljen. Målgrupp: Kursen vänder sig till personer som behöver grundläggande kunskaper i värmebehandling av stål men som i sitt arbete har eller kommer att ha kontakt med värmebehandlingsfrågor och arbetar som verkstadsingenjör, planerare, konstruktör eller arbetar på värmebehandlingsavdelningen med till exempel underhåll med mera. Arrangör: SHTE. www.shte.se Nästa kurstillfälle: 24 maj på Lustikulla Konferens & Event i Stockholm Värmebehandling En utrustnings- och metodöversikt Beskrivning: Avsikten med kursen är att ge en praktiskt inriktad utbildning rörande utrustningar för värmebehandlingsindustrin. Kursen tar upp olika typer av ugnar och andra värmningsutrustningar, skyddsgaser och kylmedier samt övrig utrustning ur teknisk, ekonomisk och miljösynpunkt. Målgrupp: Kursen vänder sig till personer som i sitt dagliga arbete kommer i kontakt med värmebehandlingsfrågor samt personer som ansvarar för inköp av utrustningar. Arrangör: SHTE, www.shte.se Kylning vid härdning av stål Beskrivning: Vid härdning av stål har kylningsprocessen en avgörande betydelse för resultatet. Kursen tar upp grunderna vid kylning, olika kylmedel och kylförfaranden samt kontroll av kylförmågan hos kylmedlen. Även möjligheter att använda simulering för att bedöma kylförloppet berörs. Målgrupp: Operatörer och tekniker i företag som arbetar med värmebehandling eller köper in motsvarande tjänster. Arrangör: Swerea IVF, www.swereaivf.se Induktionshärdning Beskrivning: Kursen tar upp grunderna för stål och värmebehandling, induktionshärdningsprocessen, värmning, kylning och mikrostrukturens inverkan, härdningsutrustningen, styrning, och övervakning, induktorer och detaljens utformning, anlöpning samt simulering av induktionshärdning. Målgrupp: Operatörer, tekniker och konstruktörer i företag som själva har induktionshärdning, planerar att införa sådan eller konstruerar alternativt köper in induktionshärdade produkter. Arrangör: Swerea IVF, www.swereaivf.se Värmebehandlingskunskap och gassäkerhet Steg 1 och 2 Beskrivning: Steg 1 Utbildningen omfattar två dagar och täcker grunderna inom området värmebehandling och tar upp processkunskap samt säkerhetsfrågor vid hanteringen av ugnar och gaser. Steg 2 Utbildningen omfattar två dagar och omfattar teorier och flera praktiska exempel och övningar där kursdeltagarna får använda sig av de hjälpmedel som finns till hands för att lösa olika uppgifter. FERRONOVA :s webbaserade verktyg, FERRONOVA Extranet, och kurspärm används i undervisningen. Praktikfall genomförs med praktiska försök med värmebehandling i laboratorieskala, med redovisning samt värmning och kylning med olika metoder. Målgrupp: Ugnsoperatörer produktionstekniker och andra som har genomgått grundkursen (steg 1) eller har nödvändiga grundkunskaper. Arrangör: Ferronova, www.ferronova.se, www.aga.se Metallutbildningar för industrin Beskrivning: Bergsskolan erbjuder kurser till industrin inom området metallurgi och materialteknik. Kurserna ges som öppna utbildningar på Bergsskolan i Filipstad, men kan även ges internt i ert företag. Utbildningar: Grundläggande stålkurs (4 dagar). Avsikten med kursen är att ge deltagarna en bred utbildning i stålets metallurgi Bred utbildning (15 dagar) i Metallurgi och Materialteknik Målgrupp: Personer inom industrin som arbetar som produktionsledare, verkstadsingenjörer, planerare, konstruktörer, inköpare eller säljare och behöver kunskaper inom området. Grundläggande stålkurs är även lämplig för dem som behöver fräscha upp sina grundkunskaper inom området. Arrangör: Bergsskolan i Filipstad. www.bergsskolan.se Kurstillfällen: Datum ej fastställt. Bergsskolan kan även skräddarsy kurser som kan ges ute på företagen. Värmebehandlingsforum December 2015 3
Spårbar temperaturmätning 1 Beskrivning: Kursen börjar med en genomgång av olika mätmetoder, fortsätter med praktiska laborationer i kalibrering och källor till mätfel för att sammanfattas i en analys av mätosäkerheten. Innehåll; Naturlagar som styr givarinstallationer Termoelement, egenskaper och felkällor Resistanstermometrar (Pt100/1000), egenskaper och felkällor Praktisk användning av IR-pyrometrar Kalibreringsmetoder och kvalitetssäkring Sju praktiska laborationsövningar Spårbarhet och mätosäkerhet praktiskt tillämpad på tre av laborationerna. Kursen avslutas med studiebesök i Pentronics ackrediterade kalibrerings-laboratorium och i givartillverkningen Målgrupp: Tekniker på olika nivå som kommer i kontakt med temperaturmätning eller kalibrering och behöver få förståelse för ämnet för att undvika onödiga mätfel. Arrangör: Pentronic, www.pentronic.se Kurstillfällen: I Västervik 2016: 16 17 mars, 25 26 maj, 19-20 oktober. Ute på företag: fördelat på 1 till 3 dagar, efter överenskommelse Spårbar temperaturmätning 2 Beskrivning: Fortsättningskurs. ST2 skapades för att ta hand om följdfrågorna. Den pågår i tre dagar och styrs delvis av deltagarnas önskemål. En dag viks åt det ackrediterade kalibreringslaboratoriet som stängs för övrig verksamhet. Tid finns avsatt för diskussioner om dina mätproblem, i gruppen eller enskilt med kursledningen. Följande är fasta punkter i innehållet: Värmeöverföring med exempel Fördjupning om resistanstermometrar och instrument Mer om termoelement med praktikfall Hela spårbarhetskedjan, från fixpunkt till mätning i fält, förverkligas med laborationer i Pentronics ackrediterade laboratorium Mätning med och kalibrering av IR-strålnings-pyrometer Bakgrund till och beräkning av mätosäkerhet enligt GUMmetoden Målgrupp: Tekniker på olika nivå som kommer i kontakt med temperaturmätning eller kalibrering och behöver få förståelse för ämnet för att undvika onödiga mätfel. Arrangör: Pentronic, www.pentronic.se Kurstillfällen: Datum ej fastställt Genomförd Open Technology Day på Swerea IVF Den första december bjöd Swerea IVF in till en Open Technology Day. Under förmiddagen bjöds åhörarna på en information om hur vi arbetar med våra olika företagsnätverk och med Intressentföreningen samt några konkreta exempel på hur vi har arbetat tillsammans med företag för att tillsammans lösa problem och skapa mervärde. Förmiddagen avslutades med en guidad tur i verkstaden och med visning av våra senaste investeringar. Efter en god lunch fortsatte eftermiddagen med ett flertal parallella sessioner. De olika spåren att välja mellan var: Värmebehandling, formning och fogning, renhet samt ytbehandling och kompositer. Efter sessionen om renhet var slut togs lokalen över av ett idéseminarium för det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material. Totalt medverkade cirka 70 personer under dagen. 4 Värmebehandlingsforum December 2015
Avslutat projekt: Miljö- och kretsloppsanpassade tillverkningsprocesser för metalliska material. (EnviroMan) Delprojekt Kylning vid värmebehandling Projekttid: 2012-10-01 2015-08-31 Deltagare: AGA Gas, Bodycote Värmebehandling, GKN Driveline, Parker Hannifin, Sarlin Furnaces, Leax, Scania, Volvo CE, Swerea IVF, Swerea KIMAB, Processvätskecentrum, Värmebehandlingscentrum m fl Projektledare: Magnus Widfeldt, Swerea IVF Projektet Miljö- och kretsloppsanpassade tillverkningsprocesser för metalliska material (EnviroMan) har nyligen avslutats. Det finansierades inom Vinnovas FFI-program (Fordonsstrategisk Forskning och Innovation). Den övergripande visionen för projektet EnviroMan var hållbar komponenttillverkning, helt fri från restprodukter och negativ miljöpåverkan. Projektet bestod av följande arbetspaket: AP 1 Rengöring av processvätskor och materialytor Guide: Hur man hanterar byte till en ny processvätska Skärvätskor och alternativa reningsmetoder Ytor och inverkan av renhet på ytor före värmebehandling Kylning med minskad miljöbelastning AP 2 Materialåtervinning av restprodukter från gjuteriprocesser AP 3 Energi och miljöanalys. Fallstudier i WP 1 2 AP 4 En gemensam plattform för hantering av energidata (vidareutveckling av ENIG, www.enig.se) AP 5 Projektledning och koordinering För minskad kemikalieanvändning i samband med värmebehandling har rengöring och kylning studerats i arbetspaket 1. Det övergripande syftet har varit att kunna minska kemikalieanvändningen, t ex genom ökad livslängd och färre badbyten, med bibehållet värmebehandlingsresultat. Här presenteras resultatet från delprojekt Kylning med minskad miljöbelastning. Polymerkylmedel används idag framförallt i samband med induktionshärdning och sprayas/duschas då på komponenten. Polymerkylmedel är även intressanta som alternativ till härdoljor. För att kunna minska kemikalieanvändningen i båda applikationerna krävs bättre kunskap om hur man kontrollerar kylmedlet och kylprocessen. I projektet har fokus varit polymerer för induktionshärdning. Syftet har varit att kunna minimera/ optimera byte av polymerbad och att säkerställa kylningsegenskaperna samt underlätta underhåll. Avsikten var även att underlätta införandet av nya eller justerade kylmedel. Produktionsuppföljning Under några månader skickades, med jämna mellanrum, prov, från tre företag, med polymerkylmedel till Swerea som analyserade dessa för bl a kylkurvor, partikelförekomst och viskositet. Alla företagen använde Aquatensid BWRB, men vid olika koncentrationer; 16-18 % eller 11 %. Under användningen görs justeringar av badet genom tillsatts av vatten och/eller ny polymer. För alla studerade fall ökade kylningshastigheten under användningen tills hela polymerbadet byttes ut. Produktionsuppföljning av polymerkylmedel. Kylkurvor mätta enligt ISO 9950 och ASTM D 6482. Många polymerkylmedel innehåller borsyra och additiv som bildar formaldehyd. Detta är kemikalier som finns på REACH lista, vilket innebär att de på sikt behöver ersättas. Inom projektet genomfördes en screening av polymerkylmedel, framförallt avseende kylningskarakteristik, som finns på marknaden. Dessutom genomfördes ett åldringstest, upprepad värmning och kylning, av en borfri variant till Aquatensid BWRB. Denna analyserades avseende kylningskaraktäristik. Den termiska åldringen medför att kylningshastigheten ökar. Den huvudsakliga orsaken till detta är att polymerkedjorna bryts ner och att viskositeten blir lägre. Enligt detta test beter sig det alternativa kylmedlet på motsvarande sätt som det som används idag, när det gäller termisk utmattning. Kylning med polymerkylmedel vid induktionshärdning. Termisk åldring av polymerkylmedel. Värmebehandlingsforum December 2015 5
För att utvärdera ett polymerkylmedels kylningskarakteristik tas kylkurvor upp enligt och ISO 9950. Enligt ASTM 9950 görs detta i en bägare med omrörning. För att relatera dessa kylkurvor med den kylförmåga som erhålls i en induktionsdusch analyserades kylmedlets Hardening Power, HP, mätt enligt standard och i induktionsdusch för olika koncentrationer och flöden. Metoden utvecklades på IVF i slutet av -80-talet. Det är en experimentellt baserad metod, där man har relaterat kylförmågan, med värden från kylkurvor, till erhållen hårdhet hos härdade stålprovstavar. Genom att följa upp HP-värdet är det möjligt att bygga upp kunskap om processfönstret för aktuell polymer. Samband mellan kylkurvor upptagna enligt standard (t v) ASTM 9950 och i (t h) dusch för induktionshärdning. OBS i försöken användes en labutrustning för spraykylning. Alla kylkurvor mäts med en Inconelprovstav enligt ISO 9950. HP-värdet för ett polymerkylmedel: HP(Polymer) = 3,54*CR550+12,3*CR325-168. CR550, CR325 = kylningshastighet vid 550 och 325 C. I projektet definierades följande guidelines för polymerkylmedel: Underhåll och justeringar enligt företagets rutiner Notera antalet dagar från badbyte Notera tillsats av vatten eller polymerkoncentrat Det är viktigt med en repeterbar metod för att mäta koncentrationen Kontroll: bakterier, ph mm Kontroll av kylningskarakteristik kylkurvor Jämför och följ upp HP-värde Beräkna indikatorer för bortförd värme t ex: Kyld vikt per liter kylmedel kw induktionshärdning per liter kylmedel Jämför HP-värden med föreslagna kontrollgränser Produktionsuppföljningen och efterföljande analys visade att det troligtvis finns utrymme för att polymerbaden ska kunna användas längre än idag. Genom att ta upp kylkurvor kan polymerkylmedlets kylförmåga följas upp under användningen. HPvärdet kan ge riktlinjer för den nedre gränsen i kylförmåga, för att säkerställa hårdheten. Men för den övre gränsen, att undvika sprickrisk, som är betydligt mer komplext, krävs ytterligare arbete. Noterat utifrån Noterat Artiklar Höganäs första sålda 3d-pulverskrivare Lars Anders Karlberg, Ny Teknik, 2015-03-31 Höganäs sålde i våras sin första egenkonstruerade metallpulverskrivare, i en licensaffär, till en kund som ska tillverka små designprylar med Höganäs unika pulverteknik. Kunden är ett globalt företag i konsumentvarubranschen som är ledande på designområdet. I bild 1 visas exempel på de klassiska Höganäskrusen (miniatyrer) med 3D-tekniken. Sedan fem-sex år tillbaka arbetar Höganäs i 3D-skrivarvärlden med en egen teknik och metallpulverskrivare under varumärket Digital Metal. Höganäs pulverskrivare arbetar med bläckstråleteknik för att binda pulver, till skillnad från tekniker som smälter pulvret direkt i skrivaren, antingen med laser eller med elektronstråle. Först efter att alla pulverlagren är lagda och "limmade" går komponenten till sintring där pulverpartiklarna växer ihop i hög temperatur. I bild 2 visas visselpipor i olika stadier, med kulan inuti. Allt i ett stycke. Bild 1 Klassiska Höganäskrus tillverkade med 3D-teknik. Fördelar med bläckstråleskrivarna är möjlighet till mer detaljrika komponenter med komplicerad form och bättre ytor jämfört med andra tekniker. Man kan i princip göra så små detaljer att man inte kan uppfatta dem med ögat och samtidigt packa dem tätt, i flera lager, i bygglådan under tillverkningen. 6 Värmebehandlingsforum December 2015
Noterat utifrån Bläckstråletekniken, där mikrometertunna metallpulverlager binds samman med speciellt bindemedel, utvecklades ursprungligen av Urban Harrysson på Swerea IVF i Mölndal. Urban startade företaget Fcubic för att kommersialisera sina forskningsresultat och var klar med den första skrivaren 2006. Höganäs gick in som delägare och tog 2010 över hela företaget. Den ursprungliga Fcubic-konstruktionen har vidareutvecklats och för ca två år sedan var andra generationen klar med större bygglåda och större noggrannhet. Smyckesindustrin är mycket intresserad av metallpulvertekniken liksom företag inom dentalteknik och medicinteknik. Bild 2 Färdiga visselpipor i olika stadier av efterbehandling. Istället för att göra visselpipor i fem olika delar och sedan montera ihop delarna kan man med 3D-teknik tillverka visselpipan i ett enda stycke inklusive kulan inuti. Heléne Karlsson, Swerea IVF Pågående FoU för mikrostruktur och mekaniska egenskaper hos karbonitrerade komponenter Egenskaper för kugghjul Recent development on microstructure and mechanical Properties of carbonitrided parts Part 2: Load capacity of Spur Gears S. Lombardie, T. Tobie, K. Stahl, M. Steinbacher, F. Hoffman HTM Journal of materials and Heat Treatment, Volume 70, 5/15, Pages 218 226 (originalet på tyska) I projektet (som är ett samarbete mellan Schaeffler Technology, FZG Munchen och IWT Bremen) har man undersökt inverkan av karbonitrering på mekaniska egenskaper hos kugghjul och jämfört med konventionellt sätthärdade kugghjul. Man studerade de tre sätthärdningsstålen 20MnCr5 (W1), 18CrNiMo7-6 (W2) och 20MoCr4 (W3) med avseende på kuggrotsutmattning, ytutmattning och slitage (samt restspänningar, hårdhet, brottkaraktärisering mm). Kugghjulen provades både som openade och kulpenade. Fem olika karbonitreringsvarianter studerades och jämfördes mot en sätthärdad variant. Härddjupen för samtliga var mellan 0,9-1,1 mm och ythårdheten för sätthärdade kugghjul 670 HV och för karbonitrerade kugghjul 670-800 HV. Vid karboniteringen hölls ammoniak-tillsatsen konstant (10 % NH 3 ) förutom i ett fall (5 % NH 3 vid den lägsta ytkolhalten) medan man varierade kolpotentialen så att man fick en successivt ökande ytkolhalt från 0,65 % upp till 0,95 % vilket resulterade i en ökande restaustenitmängd från 25-35 % till 60-70 % i fem steg (CN1- CN5). Vid sätthärdningen erhölls en ytkolhalt på 0,75 % vilket gav en restaustenithalt på 15-25 % (EH). Restaustenithalten mättes med röntgendiffraktion. I artikeln finns endast en mindre delmängd av resultaten åskådliggjorda och nedan visas utdrag från dessa. I bild 3 visas resultat från kuggrotsutmattning för 20MnCr5 i openat och kulpenat tillstånd. För de karbonitrerade kugghjulen gäller att de är av den variant med högst restaustenithalt, 65-70 %. Bild 4 visar resultat från ytutmattningsprovning av 18CrNiMo7-6. Det framgår dock inte tydligt om kugghjulen är kulpenade eller inte. Bild 3 S/N-kurvor för kuggrotsutmattning av komponenter i 20MnCr5. Karbonitrerade kugghjul enligt CN5 med RA-mängd 65-70 %. Bild 4 S/N-kurvor för ytutmattning av kugghjul i 18CrNiMo7-6. Karbonitreringsvariant CN4, RA 55-65 %. Värmebehandlingsforum December 2015 7
Noterat utifrån I bild 5 visas resultat från slitageprovning (enligt DGMK Forschungsbericht 377-01) av stål 20MnCr5 (W1) och 18CrNiMo7-6 (W2). För W1 visas resultaten för karbonitrering CN5 (RA 65-70 %) och för W2 karbonitrering CN4 (RA 55-65 %). Intressant är att se hur olika de båda stålsorterna i karbonitrerat tillstånd uppför sig jämfört med de konventionellt sätthärdade dito. Tyvärr framgår det inte heller här om kugghjulen är kulpenade eller ej. Bild 5 Resultat från slitageprovning av 20MnCr5 (W1) och 18CrNiMo7-6 (W2). Hans Kristoffersen, Swerea IVF Mekaniska egenskaper hos additivt tillverkade material Mechanical behavior of additive manufactured, powder-bed laser-fused materials Todd M. Mower, Michael J. Long Materials Science and Engineering, Volume 651, 10 January 2016, Pages 198 213 Mekaniska egenskaper hos fyra metallegeringar tillverkade med additiv tillverkning (AM) har jämförts med egenskaperna hos liknande legeringar som tillverkats med konventionella metoder (smide och bearbetning). De AM-tekniker som användes var SLM (Selective Laser Melting) och DMLS/SLS (Direct Metal Laser Sintering/Selective Laser Sintering) där pulvret smälts eller sintras med laser. Avsikten med studien var att utöka förståelsen av det mekaniska uppträdandet hos material som framställts genom kommersiellt tillgängliga metoder för additiv tillverkning. Två kategorier av material studerades: Lättmetaller: en aluminiumlegering, AlSi10Mg och en titanlegering, Ti6AI4V Rostfritt stål: 316L och 17-4PH Bild 6 Provstavar. Provstavarna tillverkades i en kommersiell AM-anläggning med typiska processparametrar. Provstavar togs fram i både vertikal och horisontell orientering. Provstavar i referensmaterialen tillverkades genom bearbetning av smidda material. Tabell 1 visar de material som användes för tillverkning av provstavar med additiv tillverkning. Tabell 1 Al- Si10Mg Si Mg Fe Cu Zn Ni Ti Mn Al 9,5 0,33 0,15 <0,001 <0,002 <0,003 0,004 <0,01 Bal. Fe Al V C O N H Ti Ti6Al4V 0,25 6,5 4,5 0,08 0,13 0,03 0,0125 Bal. Cr Ni Mo Mn Si C S O N Fe SS316L 16,9 10,9 2,4 1,3 0,5 0,02 0,003 0,04 0,18 Bal. SS17-4PH Kemisk sammansättning, vikts-%, för pulver som använts till provstavstillverkning. Cr Ni Mo Mn Si C S O Cu Fe 16 4 <0,5 <1 <0,1 <0,07 <0,01 <0,1 4 Bal. Bild 6 visar provstavarna för dragprov och utmattningsprovning med roterande-böj-provning. En parameter som man ville undersöka var ytornas inverkan, framförallt på utmattningshållfastheten. De flesta ytor bearbetades inte utan hade den yta de fått efter AM-metoden. De konventionellt tillverkade provstavarna slipades. Ett antal AM-provstavar av Al- Si10Mg och Ti6Al4V efterbehandlades antingen med elektrokemisk polering där ca 10 15 µm material togs bort, eller med en mekanisk polermetod. Även några provstavar i Ti6Al4V och SS316L bearbetades, polerades och/eller HIPades. För att undersöka sambandet mellan ytjämnhet, topografi och de resulterande mekaniska egenskaperna, framförallt utmattningshållfasthet, genomfördes en noggrannare ytkaraktärisering. Optisk mikroskopi och profilometri användes för mätning av ytråhet, för att karakterisera ytdefekter och hålrum samt detektera förekomst av inre hålrum. Bild 7 och 8 visar ytorna för SLM AlSi10Mg och DMLS Ti6Al4V före och efter efterbehandling av ytorna. 8 Värmebehandlingsforum December 2015
Noterat utifrån Tabell 2 Böjmodul, GPa, för utvärderade prov. Bild 7 Ytor hos horisontellt uppbyggt SLM AlSi10Mg. Efter AM (a) och efter mekanisk polering (b). Material Longitudinellt Horisontellt Vertikalt Smitt Al6061 65,5 SLM AlSi10Mg 71,8 73,8 Smitt Ti6Al4V 114,0 DMLS Ti6Al4V 115,3 116,5 DMLS Ti6Al4V (HIP) 117,5 119,4 Smitt 316L 191,3 DMLS 316L 187,3 189,1 Smitt 17-4PH 193,9 DMLS 17-4PH 172,2 192,9 Bild 10 visar resultatet efter utmattningsprovningen. Bild 8 Ytor hos horisontellt uppbyggt DMLS Ti6Al4V. Efter AM (a) och efter elektropolering (b). a) Bild 9 visar ytorna för den konventionella ytan; smidd, bearbetad och polerad jämfört med en yta direkt efter additiv tillverkning för material 17-4PH. b) Bild 9 Ytor för stål 17-4PH tv) konventionellt tillverkad th) DMLStillverkad Tabell 2 visar böjstyvheten för de olika materialen och tillverkningsmetoderna. För alla AM-prov blev böjmodulen något högre för de prov som tillverkats vertikalt jämfört med horisontellt. SLM-tillverkat aluminium var ca 10 % styvare än konventionellt tillverkat Al 6061. De två materialen är olika, men jämförelsen gjordes ändå eftersom den enda aluminium som för närvarande är tillgänglig för kommersiell SLM- eller DML-tillverkning är AlSi10Mg. Böjstyvheten för det konventionellt tillverkade två-fasmaterialet Ti6Al4V blev 114 GPa medan DMLS-proven fick en något högre modul. HIP-ning av dessa prov medförde att böjstyvheten ökade något. För de rostfria materialen blev böjstyvheten för vertikalt tillverkade DMLS-prov något lägre än för referensmaterialet. Horisontellt tillverkade prov fick ca 10 % lägre styvhet. Bild 10 Utmattningshållfasthet, roterande-böj, för a) SLM AlSi10Mg jämfört med konventionellt tillverkad Al 6061, b) DMLS Ti6Al4V jämfört med konventionellt tillverkat prov. Värmebehandlingsforum December 2015 9
Noterat utifrån Utmattningshållfastheten hos SLM-tillverkat AlSi10Mg och DMLStillverkat Ti6Al4V var betydligt sämre än för de konventionellt tillverkade materialen. Orsaken till den lägre hållfastheten är att sprickor initieras vid ytdefekter, inre hålrum och mikrosprickor. Ytpolering medförde viss förbättring av utmattningshållfastheten, men förbättringen var inkonsekvent. Sprickinitiering noterades vid ytdefekter och inre defekter. HIP-ning av Ti6Al4V medförde en avsevärd förbättring av utmattningshållfastheten, men inte motsvarande smitt material. Orsaken till detta är att mikrostrukturen inte är densamma, där det HIP-ade innehåller en icke önskad α-struktur. Bild 11 visar utmattningshållfastheten för rostfritt stål 316L och 17-4PH. För DMLS 316L-prov tillverkade i horisontell riktning (vilket medför en belastning i linje med byggplanen) blev utmattningshållfastheten ca 15 % lägre, och med större spridning, än det smidda referensmaterialet. Två batcher med vertikalt tillverkade provstavar gav båda låg hållfasthet. En tredje batch HIP-ades. Detta medförde ingen förbättring vid låg-cykelutmattning men däremot vid hög-cykelutmattning där hållfastheten ökade med ca 50 % jämfört med horisontellt tillverkade provstavar. En förklaring till den låga hållfastheten för vertikalt tillverkade provstavar är att när belastningen appliceras över byggplanen initieras utmattningsbrottet genom separation av material i olika lager, dvs hållfastheten mellan lagren är för låg. HIP-ningen medförde att lagren konsoliderades samman bättre. För rostfritt DMLS-17-4PH-prov närmade sig utmattningshållfastheten för horisontellt tillverkade prov det smidda referensmaterialet, men med större spridning. Här tillverkades två batcher av vertikalt orienterade provstavar, vilka båda fick sämre hållfasthet. a) b) Bild 11 Utmattningshållfasthet, roterande-böj, för rostfritt stål a) 316L och b)17-4ph jämfört med konventionellt tillverkade prov. Eva Troell, Swerea IVF SSABs renoverade masugnar sparar 200 miljoner årligen Pressmeddelande, SSAB: www.ssab.se/globaldata/news-center/2015/11/04/07/03/ssabs-renoverade-masugnar-sänker-kostnader-med-200-mkr-årligen Masugnen hos SSAB i Luleå är landets största. Källa: www.ssab.com SSABs masugn i Luleå är nu i full drift och producerar råstål efter en drygt tre månader lång totalrenovering. Masugnarna i finska Brahestad renoverades 2011 och investeringarna i pulveriserad kolinjektion har nu slutförts, vilket innebär kostnadssänkningar om 200 miljoner kronor årligen från och med 2016. SSAB har nu masugnar i världsklass, vilket möjliggör världsledande stålprodukter. Det är med stolthet jag kan säga att vi nu har råstålproduktion i toppklass. Redan tidigare var våra masugnar bland de mest koldioxideffektiva i världen. Med sommarens installationer i Luleå och Brahestad förbättrar vi både kostnadseffektiviteten och miljöpåverkan, säger Olavi Huhtala, divisionschef för SSAB Europe. Efter 15 års kontinuerlig drift har masugnen i Luleå genomgått en fullständig renovering och den är nu rustad för fortsatt produktion i 15-20 år. Förutom byte av koltegel och kylplattor har den även fått ett nytt tapphallsfilter, som ger miljöeffekter i form av halverade stoftutsläpp, mindre buller och bättre arbetsmiljö. I stålverket i Luleå har nya konvertrar installerats och koksverket har fått ett nytt släcktorn, vilket ger minskade stoftutsläpp till omgivningen. I Brahestad har en anläggning för pulveriserad kolinjektion installerats som ersätter ett tidigare oljeinjektionssystem, vilket leder till en mer kostnadseffektiv stålproduktion och att råmaterialkostnaderna minskar. Konvertrarna i stålverket i Brahestad håller också på att bytas ut och det arbetet ska vara slutfört 2016. Heléne Karlsson, Swerea IVF 10 Värmebehandlingsforum December 2015
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 www.enterpriseeurope.se Teknikförfrågningar Turkish metal processing company seeking a new technology to modify and reduce high rate of water and chemical consumption in their manufacturing process. (TR / TRTR20131202002) A Turkish metal processing company is looking for an innovative technology to reduce their chemical and water consumption in their process. The company is operating in metal processing and machinery sector as a supplier for automotive industry. It has a process where zinc phosphate is used as a surface finishing agent. Company is highly interested in technical cooperation agreement and commercial agreement with technical assistance. Teknikerbjudanden Heat treatment technologies applied to Low- Temperature Polycrystaline Silicon(LTPS) and Oxide Thin Film Transistor (TFT). (TOKR20150930001) A Korean mid-sized company has developed heat treatment technologies to form a liquid type oxide semiconductor layer on a flexible substrate. The process can be treated at a lower temperature with high performance compared to existing heat-treatment equipment. It is looking for a European partner available for a commercial agreement with technical assistance. Energy efficient factory for optimising integrated production processes (TO / TODE20150127002) A research group at a well-known German technology university has developed and constructed an energy efficient model factory for optimising integrated production processes. The innovative factory includes a complete production chain. As a result can be saved more than 40% of energy in comparison to existing process chains. The research group is looking for research and technical cooperation for know-how transfer in the area of industrial energy efficiency, especially in production processes. New technology development of creation the bactericidal coatings based on oxides of magnesium, aluminum and zinc (TO / TORU20141208001) The company from St. Petersburg, Russia developed technology of creation the bactericidal coatings of new generation - nanodimensional oxidised coatings based on oxides of magnesium, aluminium and zinc. Use of such coatings in various areas (health care, public catering, the social sphere, defence industry, etc.) will allow to increase epidemiological safety significantly. Authors look for partners for the conclusion of the commercial agreement with technical assistance and research cooperation. Innovative technology for the forging of large micro alloy steel, aluminium, and super alloy-based parts (TO / TOUK20141121001) Long established UK company specialised in closed die forging and finished machining of large crankshafts from initial design to supply, has invested in state of the art technology that will facilitate the forging of large micro alloy steel-based parts, in addition to forging aluminium, super alloys and more exotic materials for new markets (automotive, aerospace, petrochemical and renewable energy industry). Partners are sought for technical, research, manufacturing and/or commercial agreement. Method for hydrogen removal from metallic alloys (TO / TOES20131129002) A company based in Barcelona and devoted to R&D in physical metallurgy and engineering, has developed a novel method able to reduce the risk of hydrogen embrittlement in metallic alloys based on sound physical research and provides an economic alternative/complementary treatment to the ones already in use in industry, and licensing agreements with the possibility of further technical cooperation with companies are sought. Värmebehandlingsforum December 2015 11
Illu. Malin Gustafsson Ultraljudskulbombning USP I det senaste numret av SHTEs nyhetsblad Nyhetan skriver Exportreform om Sonats nya teknik, Stressonic USP, för kulbombning. Sonats har utvecklat en metod för att öka utmattningshållfastheten hos kritiska metallkomponenter och strukturer genom kulbombning med hjälp av ultraljud, USP (Ultrasonic Shot Peening). Den del av arbetsstycket som skall bearbetas byggs in i en hermetisk kammare anpassad till arbetsstycket. Via ett vibrerande membran, Sonotrod, överför man energin till ett moln av media, som kontrollerat bombarderar arbetsstycket i kammaren. Metoden används inom metallbearbetande verkstadsindustri som automotive och flygindustri. Då ofta på motorer, turbiner och andra konstruktionsdelar. Möjligheter och fördelar med metoden som nämns är: Noggrann reglering av den överförda energin Hög reproducerbarhet; lika behandling av varje enhet Media (kulor) av hög kvalitet med perfekt materialgeometri och sammansättning i ytterst små mängder (några gram) ger bättre ytfinhet än med traditionell kulbombning. Efterpolering kan ofta elimineras Kulorna förblir intakta under kulbombningen, därför behövs ingen rening. Inget damm (inga dammexplosioner), samt ren och miljövänlig process Tyst Kalendarium 2016 April 18-22 23 rd IFHTSE & ASM HTS International Congress of Advanced Thermal Processing. Savannah, Georgia, USA. Maj 11-13 3 rd International Conference on Heat Treatment and Surface Engineering in Automotive Applications / European Conference on Heat Treatment. ATZK, IFHTSE. Prag, Tjeckien. www.htconference-prague2016.cz Juni 12-15 SCANMET V, 5 th International Conference on Process Development in Iron and Steelmaking. Luleå. www.swerea.se/en/scanmet-v Juli 3-7 ICRS 10 - The 10 th International Conference on Residual Stresses. Sydney, Australien. www.ansto.gov.au/events/icrs2016/index.htm September 20-23 Heat Treat Mexico 2016 Conference & Exposition. Queretaro, Mexico. www.asminternational.org 26-28 3 rd Mediterranean Conference on Heat Treatment and Surface Engineering. IFHTSE. Portorož, Slovenia. www.ifhtse.org Till några av konferenserna har vi program. Röd text innebär att vi avser att bevaka händelsen. Handhållen USP-maskin. Robotcell för volymproduktion av flygmotorer (här blisks). Utifrån samma teknik har Sonats även utvecklat en helt ny process; UNP, nålbombning (Ultrasonic Needle Peening) med hjälp av ultraljud för att öka utmattningshållfastheten i svetsfogar. 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. Eva Troell Nya teknologier Samarbetspartner Investerare Leverantörer Köpare FoU-projekt Nya metoder Produkter Tillverkare Exportreform i Nyhetan, december 2015 MEDLEMSBLAD FÖR VÄRMEBEHANDLINGSFORUM VBC entrum Swerea IVF AB Box 104 431 22 Mölndal www.swereaivf.se Telefon Fax E-post Nätverk 031-706 60 00 031-27 61 30 vbforum@swerea.se www.swerea.se/varmebehandlingsforum Värmebehandlingscentrum ett samarbete mellan Swerea IVF, Swerea KIMAB och medlemsföretag