Simuleringar ger värdefull inblick i metallers mikrostrukturer

Chamara Kumara. Foto: Högskolan Väst

Höga temperaturer och snabba temperaturförändringar ingår naturligt i processen vid additiv tillverkning. Därför är det extremt svårt att se hur mikrostrukturen i en legering förändras när den smälter och sedan stelnar igen. Doktoranden Chamara Kumara på Högskolan Väst har en lösning; en modelleringsteknik som simulerar förändringarna. Hans forskning om legering 718 kan visa vägen och minska behoven av tids- och kostnadskrävande experiment.

Med additiv tillverkning följer också behov av nya materialkunskaper, inte minst ifråga om legering 718 som är en av de mest använda inom gasturbinindustrin.

– Under den additiva tillverkningen utsätts legeringen för höga temperaturer. Det gäller vid både den additiva processen och efterbehandlingen. Temperatur och tid är två parametrar som har avgörande betydelse för den slutliga mikrostrukturen, och den är i sin tur avgörande för materialegenskaperna, säger Chamara Kumara i ett pressmeddelande.

– Att kunna styra hela processen för att få en slutlig mikrostruktur som ger önskade materialegenskaper är en utmanande uppgift, Idag finns det nämligen ingen teknik som gör det möjligt att observera vad som faktiskt händer med mikrostrukturen i legering 718 vid temperaturförändringar, fortsätter Chamara.

Den enda vägen att studera detta har varit fysiska tester. Teststavar utsätts för olika temperaturförhållanden under olika tider. Vad som händer med mikrostrukturerna studeras sedan i efterhand. Men detta är en tids- och kostnadskrävande metod, särskilt med tanke på att tider och temperaturer kan varieras på tusentals olika sätt.

Det är detta som Chamaras forskning kan förändra. Istället för tester i verkliga livet gör han simuleringar med hjälp av moderna datorbaserade modeller. Där går det att se hur mikrostrukturen förändras beroende på temperatur och tid.

Modellering av mikrostrukturer är en väl etablerad teknik. Den har använts i mer än 30 år för att studera gjutna komponenter. I additiv tillverkning är metoden däremot ny och inom det området är Chamara Kumaras forskning ett pionjärarbete, enligt Högskolan Väst.

Kärnan i forskningsinsatsen är att industrin sparar tid och pengar eftersom de fysiska experimenten snabbare kan komma fram till parametrarna som ska gälla vid tillverkningen för att legering 718 ska få önskade egenskaper. Detta kan bana vägen för ökad och mer kvalificerad användning av additiv tillverkning.