Nanotechnology Enhanced Sintered Steel Processing
- Reference number
- GMT14-0045
- Start and end dates
- 160101-211231
- Amount granted
- 33 898 091 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The planned research aims at matching the needs of future sustainable manufacture of complex components with the capabilities of powder metallurgical (PM) technique comprised of press&sinter. To realize this, sintered steel performance needs to be brought beyond state-of the art by increased sintered density. We will attack this problem by exploring how novel ferrous nano-powder as minor addition can work as sintering aid in press&sinter and connect this work with assessment of PM steel surface properties, manufacturing economics and sustainability analysis. The work will include interrelated WPs as follows: WP1 targeted on fabrication and characterization of the novel nano-powder; WP2 dealing with mechanisms and development of powder compaction and sintering; WP3 addressing the surface and tribological properties of sintered steel; WP4 focusing on the fundamental performance and efficiency in rolling sliding contact (gear applications) with focus on role of increased density; and WP5 aimed at the overall cost analysis and sustainability assessment to understand and model the capability of PM versus other options, involving in the new sintering approach and knowledge gained in the project. The academic constellation will take advantage of their expertise in nanotechnology, powder metallurgy, advanced materials/surface characterization, applied modelling and testing. Co-operation with industry will provide test part needed to benchmark the new concepts studied and developed.
Popular science description
Pulverteknik är ett svenskt styrkeområde där ca 25% av all världens metallpulver tillverkas i landet. Genom att pressa metallpulvret i en form och sedan sintra den formade detaljen kan precisionsdetaljer tillverkas utan eller med mycket litet krav på maskinbearbetning. Trots sådana fördelar används inte sinterstål i avancerade tillämpningar som förväntat. En grundläggande orsak är att kraven är sådana att sinterstålet, som alltid är poröst, inte alltid räcker till i mekaniska prestanda. Bland oss forskare i det planerade projektet har vi nu funnit ett sätt att framställa nano-pulver av järn/stål på ett helt nytt och mycket effektivt sätt. Med nanopulver menas här pulver mindre än 100 nm (tiondels mikrometer). På grund av storleken har nano-pulvret mycket lägre smältpunkt än det vanliga pulver som används för sinterstål. Pulvret skulle då kunna användas som tillsats till vanligt pulver för att förstärka krympningen vid sintringen och därmed skapa möjligheter att på helt nya sätt sintra och eliminera porer. Hur detta skall göra i detalj och hur vi skall anpassa nano-pulvrets storlek och egenskaper för att styra sintringen på ett kontrollerat sätt är inte känt, men det är något vi vill lösa i detta projekt. Vi kommer att tillverka nano-pulver och karakterisera detta med avancerad mikroskopi och ytanalys; eftersom ett nano-pulver har mycket stor yta är det viktigt att förstå och kunna styra dess ytkemi och ytegenskaper. Vi kommer sedan att undersöka hur temperatur och gassammansättningar påverkar resultatet av sintring med nano-pulver som tillsats. Vi måste också förstå bättre hur egenskaperna i ytan hos färdiga sinterstålet skall designas, t ex hur påverkar eventuell restporositet och hur kan man kontrollera ytans egenskaper direkt inom sintringsprocessen. Vi tänker oss att ha transmissionsdetaljer som referensobjekt för vår forskning eftersom det är produkter där ställs mycket höga krav på egenskaperna och där det finns framtida intressenter av resultat av vår forskning inom t ex fordonsindustrin. Detta betyder att vi också behöver studera hur sinterstål inklusive de nya koncept vi tar fram fungerar i en glidande kontakt, dvs det som gäller för en kuggkomponent. Genom dessa studier kan vi klarlägga hur de nya sinterstålen vi tar fram i projektet verkligen fungerar. Slutligen måste vi också ha reda på om våra lösningar innebär kostnadsfördelar och hur hållbarhetsperspektiv kan utvärderas, vilket är centralt för att kunna motivera framtida användning.