Atomistisk beskrivning av plasticitet i tekniska material
- Diarienummer
- SM14-0035
- Start- och slutdatum
- 150101-161231
- Beviljat belopp
- 1 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Outokumpu Research Centre
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Traditionella ansträngningar vad det gäller design av nya legeringar i termer av tillgängliga parametrar leder inte till en signifikant reducering av det omfattande och dyra ”trial-and-error” arbetet. Vårt nyligen utvecklade teoretiska tillvägagångssätt vad beträffar mekaniska egenskaper hos legeringar baseras på beräknade inre materialparametrar, vilket sedan ger information om deformationsprocesser och kartlägger utan tvetydighet en mängd fenomen. Fram till nu har detta arbetssätt inte varit tillgängligt för metallurger på grund av den inneboende svårigheten att experimentellt bestämma de involverade parametrarna. Utifrån denna plattform vill jag nu gå vidare genom att presentera och implementera våra teoretiska utvecklingar för forskare och ingenjörer vid forsknings- och utvecklings-enheter vid Outokumpu Stainless AB Avesta Research Centre. Forskningsvistelsen kommer att fokuseras mot långvariga frågeställningar relaterade till plasticitet. Aktiviteterna kommer att börjas med ett demonstrationssteg och följas upp med gemensamma verifikationsarbeten och tillämpningar. Demonstrationen kommer att göras med hjälp av seminarier och handledning. De teoretiska förutsägelserna kommer att jämföras med experiment för verkliga material. Projektet förväntas resultera i en förbättrad akademisk och praktisk kunskap om de faktorer som kontrollerar det plastiska uppförandet hos stålmaterial. Förutom ett långvarigt forskningssamarbete planeras även gemensamma PhD program.
Populärvetenskaplig beskrivning
Atomer i fasta kroppar hålls samman av elektroner. Elektronerna kan sägas bilda ett slags "kitt" som binder ihop atomkärnorna till varandra. För att teoretiskt beskriva detta krävs att man kan beräkna hur elektronerna rör sig i materialet. Utgående från den s k Schrödingerekvationen kan man räkna ut detta och på så sätt få en uppfattning om hur elektronerna breder ut sig i systemet. För ett material som består av 10^23 atomer är detta ett mycket omfattande problem. För kristallina material (d.v.s. där atomernas lägen intar symmetriska positioner) kan man ta hjälp av symmetrin och reducera ner problemet till en nivå som är hanterbar. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom våra metodutvecklingar öppnar sig nya spännande möjligheter att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, dvs baserat på kvantmekaniska principer. Egenskaperna hos s.k. intermetalliska legeringar är högintressanta för teknologiska tillämpningar. Som exempel kan nämnas höghållfasta superlegeringar, eldfasta material, och speciella stålsorter. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom kemi, fysik, miljöteknologi, energi etc. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med forskare inom Avesta Research Centre utveckla nya materialsammansättningar och stålsorter med optimala egenskaper. Detta baserat på teoretiska studier av relevanta materialparametrar. Verksamheten omfattar demonstration, verifiering och applikationssteg, och kommer utöver nya material även att resultera i nya gemensamma doktorandprogram och arbetstillfällen.