Ytors struktur och materialsammansättning påverkar egenskaper, funktion och prestanda hos nästan alla föremål som finns omkring oss. Inom vår forskning undersöker, analyserar, testar och driver vi nyutveckling av material och ytbeläggningar för en mängd olika områden.

Ett exempel på vår forskning är hur olika processer för formande av metall (valsning, pressning, slipning med mera), påverkar materialets yta och därmed dess egenskaper och prestanda i det tänkta användningsområdet. Ett annat är hur olika ytbeläggningar på verktyg för skärande bearbetning kan förlänga verktygets livstid och dessutom snabba upp bearbetningsprocesser inom industrin. Vi samarbetar tätt med näringslivet vilket gör att vår forskning alltid är konkret och verklighetsanknuten.

Högskolan Dalarna har ett av landets bästa materiallabb med flera avancerade instrument för mikroskopi och ytanalys. Vi letar efter lösningarna i det lilla och vårt mål är att bedriva forskning som gör skillnad i verkligheten.

Ett forskningsprojekt finansierat av KK-siftelsen

Logotyp KK-stiftelsen

Syfte och mål              

Tråddragning är idag en vanlig metod för tillverkning av exempelvis värmeelement, ventilfjädrar, kirurgiska instrument, etc. Projektets syfte är att öka den allmänna förståelsen kring den tribologiska kontakten mellan tråddragningsverktyg och tråd i tråddragningsoperationer, och mer specifikt kartlägga de mekanismer som styr nötningen av det idag vanligaste verktygsmaterialet, hårdmetall, och möjligheten till att belägga hårdmetallen med tunna nötningsbeständiga ytbeläggningar för ökad prestanda och livslängd. Den nyvunna kunskapen förbättrar möjligheten att designa nya ytbelagda hårdmetallsorter med sammansättning och mikrostruktur optimerade för olika typer av tråddragning.

Förväntade effekter och resultat

Forskare vid Högskolan Dalarna och Örebro universitet kommer i samverkan med forskare på företagen tillsammans bygga upp en unik kompetens kring tråddragningsoperationer och sprida kunskap inom det aktuella området men också till andra intressenter inom närliggande tillämpningsområden.

Planerat upplägg och genomförande

Forskningsarbetet baseras på tråddragning hos medverkande företag samt väldefinierade tråddragningsexperiment i laboratoriemiljö. I båda fallen karakteriseras de nötta verktygsytorna med hjälp av avancerade mikroskopi- och ytanalysmetoder såsom FEG-SEM, EDS, EBSD, BIB och AES. På så vis kommer vi att i mikroskala avslöja vad som hänt i kontaktytan med tråden, med fokus framförallt på de mekanismer som styr nedbrytningen av ytbeläggningen och hårdmetallen.

Forskningsutförare

  • Högskolan Dalarna
  • Örebro universitet
  • Sandvik Hyperion AB – Tillverkning av hårdmetall
  • Ionbond Sweden AB – Beläggning av tråddragningsverktyg
  • Fagersta Stainless AB - Tråddragningsexperiment
  • FNsteel Hjulsbro AB - Tråddragningsexperiment
  • Sandvik Heating Technology AB - Tråddragningsexperiment
  • Suzuki Garphyttan AB Tråddragningsexperiment

Projektledare

Mikael Olsson, Högskolan Dalarna

Projektets löptid

2017-2019

Svepelektronmikroskopibilder som visar nedbrytningen (plastisk deformation och sprickbildning) av WC-fasen i hårdmetall i samband med tråddragning.

a) Svepelektronmikroskopibild av kontakten mellan verktyg (hårdmetall) och ståltråd i en tråddragningsoperation.
b) Detalj av a) (hårdmetallen ovan, ståltråden nedan).

Svepelektronmikroskopibilder som visar nedbrytningen (plastisk deformation och sprickbildning) av WC-fasen i hårdmetall i samband med tråddragning.

Svepelektronmikroskopibilder som visar nedbrytningen (plastisk deformation och sprickbildning) av WC-fasen i hårdmetall i samband med tråddragning.

Ett forskningsprojekt finansierat av KK-stiftelsen

KK-stiftelsen logotyp

Syfte och mål

Projektets syfte är att öka den allmänna förståelsen kring den tribologiska kontakten mellan hårdmetall och berg eller malm, och mer specifikt kartlägga de mekanismer som styr nötningen av hårdmetallen i olika bergborrtillämpningar. Den nyvunna kunskapen förbättrar möjligheten att designa nya hårdmetallsorter med sammansättning och mikrostruktur optimerade för olika typer av bergborrning.

Förväntade effekter och resultat

Sandvik Mining Rock Tools och Atlas Copco kan som ledande tillverkare av hårdmetall utveckla nya hårdmetallsorter anpassade för att motverka nötningsmekanismer som dominerar i olika bergborrtillämpningar. Forskare vid Högskolan Dalarna och Uppsala universitet kommer i samverkan med forskare på företagen tillsammans bygga upp en unik kompetens och sprida kunskap inom området också till andra intressenter inom detta och närliggande tillämpningsområden.

Planerat upplägg och genomförande

Forskningsarbetet baseras på bergborrprovning i fält samt väldefinierade förenklade test i laboratoriemiljö. I båda fallen karakteriseras de nötta hårdmetallytorna med hjälp av avancerade mikroskopi- och ytanalysmetoder såsom FEG-SEM, EDS, EBSD, AES, AFM och FIB. På så vis kommer vi att i mikroskala avslöja vad som hänt i hårdmetallens kontaktyta mot berg eller malm, med fokus framförallt på de mekanismer som styr nedbrytningen av hårdmetallstrukturen.

Forskningsutförare

  • Högskolan Dalarna, Akademin Industri och samhälle
  • Uppsala universitet, Institutionen för teknikvetenskaper
  • Sandvik Mining Rock Tools
  • Atlas Copco Secoroc

Projektledare

Mikael Olsson, Högskolan Dalarna

Projektets löptid

2016-2018

Foto samt illustration av uppkomst av reptilhud i samband med borrning i magnetit

a)

Foton av överföring och inträngning av bergmaterial i hårdmetallstrukturen

b)

Projektets målsättning är att via ökad förståelse för de mekanismer som styr förslitningen av hårdmetall i kontakt med berg och malm kunna designa nya hårdmetallsorter med förbättrad tribologisk prestanda. Bilderna ovan illustrerar exempel på tribologiska fenomen som kan uppkomma i kontakten hårdmetall – berg och malm.

a) Uppkomst av reptilhud i samband med borrning i magnetit.

b) Överföring och inträngning av bergmaterial i hårdmetallstrukturen (mörka ytor i vänster bild, ljust "lock" och mörka fickor mellan WC-kornen i höger bild). 

En förstudie finansierad av SiO Metalliska Material (Vinnova, Metallproducerande industri)

En nulägesanalys och detaljerad färdplan för utveckling av modellering av bearbetningsprocesser vid tillverkning av metalliska material.

Visionen är att svenska tillverkare av metalliska material skall kunna använda en kombination av öppna och egna data, empiriska och fysikaliskt baserade materialmodeller, finitelement- och fluiddynamikmodellering för att simulera och därmed också förbättra de egna bearbetningsprocesserna. Detta kräver att flera separata insatser som drivits inom modellering idag sammanförs och samarbete etableras mellan högskolor, institut, mjukvaruutvecklare och företag. Inom genomförbarhetsstudien identifieras luckorna i modelleringskedjan och en färdplan tas fram som inkluderar omvärldsbevakning och utbildning.

Projektets löptid

2017 - mars 2018

Kontakt

Göran Engberg, Högskolan Dalarna

Ett forskningsprojekt finansierat av SiO Metalliska Material (Vinnova, Metallproducerande industri)

Syftet med DEFMOD II är att skapa ett modernt och användarvänligt programpaket för hantering av materialmodeller som beskriver den ändring av mikrostruktur i metaller som sker vid olika typer av belastning. I programmet DEFMOD kan alla relevanta mikrostrukturtillstånd och dess förändring visualiseras.

Det kommer även gå att ta fram modellparametrar för de valda modellerna optimerade mot fysiska tester. Och om så önskas så finns det ett gränssnitt till att använda de valda materialmodellerna ytterligare i storskaliga simuleringar av t.ex. produktionsprocesser. Urvalet av modeller baseras på arbetet av professor Engberg och de har i flera publikationer visat sig vara väl giltiga för simuleringar av sekvenser av varm och kallbearbetning, värmebehandling och andra tempererade tillstånd.

I förlängningen så är utvecklingen av alla tillståndsvariabler (dislokationsdensitet, kornstorlek, dislokationer staplade vid korngränser, etc. beroende på vald materialmodell) tillgängliga för analys i princip i alla metallproduktionsprocesser. Det kommer att vara möjligt att i DEFMOD-programpaketet gå från en designad mikrostruktur över alla produktionssteg till att nå slutliga mekaniska egenskaper. I slutändan ger möjlighet att designa material för specifika ändamål i en virtuell miljö.

Resultatet av ett sådant verktyg är en snabbare utveckling av nya material. Programmet kan både användas direkt, av bland annat utvecklingsingenjörer, eller tillsammans med ett antal andra utvalda programpaket som Thermocalcs produkter och Finita element koder. Detta innebär att DEFMOD kan användas för materialoptimering på flera olika sätt, bland annat inom ramen för komplex metall bearbetning eller värmebehandlingsbetingelser.

Projektets löptid

2015 - mars 2018

Kontakt

Göran Engberg och Kumar Babu Surreddi, Högskolan Dalarna

Forskningsledare

Forskningsledare Stålformning och ytteknik
073-334 11 66
Senast uppdaterad: