Aktuellt

Metall kan göras hållfast men formbar med hjälp av en datorsimulator

23.06.2011

De mest önskade egenskaperna hos metall är hållfasthet, duktilitet och beständighet. I exempelvis fordon föredras möjligast hållfasta men formbara metaller eftersom dessa egenskaper ökar säkerheten samt minskar mängden metall som krävs.

Då man önskar modifiera eller styra metallernas egenskaper måste deras mikrostruktur vara känd. Detta kan ses med ett mycket effektivt mikroskop. Metallerna uppvisar precis som vatten olika strukturformer. Omgivningens betingelser och ämnets uppbyggnad avgör den mikrostruktur som uppkommer: Snökristall, korn eller vätska.

Det modernaste sättet att undersöka betingelsernas och strukturens inverkan på stålets eller metallens mikrostruktur och egenskaper är datasimulering av fenomenet. Forskningsgruppen för metallurgi vid institutionen för materialteknik vid Högskolan för kemiteknik har utvecklat flera datorbaserade simuleringsmodeller.

Tvärvetenskapen vid utvecklingen av modellerna är mycket viktig. I samband med arbetet måste naturfenomenen först studeras noggrant och sedan omvandlas till matematiska ekvationer. Ekvationerna löses och omvandlas till programkoder. Slutligen utformas ett användargränssnitt åt programvaran och den valideras, dvs. bekräftas pålitlig.

Inom den närmaste framtiden är gruppens mål att koppla de utvecklade mikrostrukturmodellerna och egenskapsmodellerna till processmodeller. Denna kopplade modellhelhet kan sedan tillämpas vid metallernas framställningsprocess för att underlätta att uppnå de önskade mikrostrukturerna och egenskaperna. Den viktigaste simuleringsmodellen som utvecklats inom gruppen heter IDS (Interdendritic simulation model) och den används redan i stor utsträckning inom industrin såväl i Finland som utomlands. Med hjälp av IDS-programvara kan speciellt egenskaperna hos metallers struktur och kylningshastighet modelleras. Man kan även planera nya legeringar med ännu högre kvalité och framställningsmetoder för dessa. 

För tillfället utvecklas även simuleringsmodeller för stränggjutning av stål och olika metaller samt för efterhantering vid gjutningen av dessa. Det är även meningen att göra simulatorversioner för produktionsändamål inom industrin och koppla dessa till de utvecklade mikrostrukturmodellerna.

I metallurgigruppen påbörjades utvecklingen av simuleringsmodellerna redan år 1984 och cirka tio forskare och forskarassistenter har deltagit. Gruppen är bland de första som fått finansiering från både Tekes och EU (kol- och stålforskningsfonden, RFCS). Den har alltid satsat på att vara internationell och tvärvetenskaplig genom samarbete med bland annat Institutionen för matematik vid Jyväskylä universitet och olika institutioner vid Aalto-universitetet.

Under sin snart 30 år långa existens har gruppen haft ett stort antal samarbetspartners inom industrin. Den har koordinerat och deltagit i flera av Tekes produktutvecklings- och forskningsprojekt och även deltagit i samnordisk och europeisk forskning, framför allt i EU-projekt (Europeiska kol- och stålforskningsfonden).

Gruppens koordinator är professor Seppo Louhenkilpi. DI Jukka Laine (statistiska modeller) samt TkD Jyrki Miettinen (termodynamiska modeller) har också deltagit i gruppen nästan från start.

Mer information:

Professor Seppo Louhenkilpi
Aalto-universitetet
Högskolan för kemiteknik Institutionen för Materialteknik
tfn 47022758
seppo.louhenkilpi [at] tkk [dot] fi

Tillbaka