Foto: Lisbeth Lassen

Bedre støbejernskonstruktioner med ny forskning

fredag 29 jun 18

Kontakt

Jesper Henri Hattel
Sektionsleder, Professor
DTU Mekanik
45 25 47 10

Kontakt

Niels Skat Tiedje
Lektor
DTU Mekanik
45 25 47 19
Forskere på DTU skal udvikle nye modeller som kan beskrive præcis hvordan støbejerns egenskaber kan forudsiges og optimeres i fremstillingsprocessen. 

Projektet, som har modtaget 5.6 mill kr fra Danmarks Frie Forskningfond, er under ledelse af professor Jesper Hattel fra DTU Mekanik og hedder ”Optimised high performance ductile cast iron using 4D X-ray analysis and microstructural modelling”. Projektet bygger videre på det afsluttede REWIND – projekt, som var støttet af det daværende Strategiske Forskningsråd.

Forhenværende Docent Preben Nordgaard Hansen fra DTU Mekanik var en af de første til at se det store potentiale i forskning i støbejern, og hvordan det opfører sig under størkningen, og når det tages i brug. Han var pioner indenfor for materialemodelleringen, - et arbejde som lektor Niels Tiedje og Professor Jesper Hattel har fortsat: ”Vi ville forstå hvad der skete rent fysisk, inde i emnerne når de afkøler, når de størkner, når de slår sig, og hvordan de indre strukturer opbygges. Det er vi i stand til i dag at beskrive matematisk på en måde, så vi kan se ind i processerne og simulere dem: Som i et computerspil, kan vi i ret høj grad simulere, hvad der foregår på forhånd, og derfor er vi i dag i stand til at designe og styre fremstillingsprocessen i langt højere grad,” fortæller Niels Skat Tiedje.

Støbejern er netop et materiale, som anvendes mange steder i industrien, faktisk udgør støbejern 70 % af den samlede verdensproduktion af støbegods målt på vægt..

”Det betyder, at hvis vi kan forbedre processerne bare lidt, så er der et kæmpe potentiale for vægtbesparelser ved store konstruktioner. Selv små forbedringer på et materiale som har så stor en tonnage, det er virkelig noget der betyder noget,” udtaler projektleder Jesper Hattel.

Vindmøller overdimensioneres for at undgå havari
Når man ikke helt ved, eller kan forudsige præcist hvordan støbejernsmaterialet vil opføre sig, så er der en tendens til at overdimensionere støbekomponenterne for at være på den sikre side. Et havari af f.eks. en vindmølle vil være meget dyrt og kan få store konsekvenser. Hvis man derimod har modeller, som kan fortælle mere præcist, hvordan konstruktionen vil opføre sig, så behøver man ikke at overdimensionere i samme grad

Niels Skat Tiedje fortæller, at i en 4 megawatt vindmølle kan der være over 100 tons støbejern i nacellen. Hvis de nye modeller betyder, at man kan lave dem bare 10% mindre, så vil resten af vindmøllen også kunne dimensioneres i forhold til det. De nye modeller vil give et helt andet grundlag for en væsentlig mere præcis dimensionering, og en større viden om f.eks. belastninger og holdbarhed.

3D røntgen film viser størkningsprocessen mens den sker
I projektet får forskerne også adgang til de nye testfaciliteter i Lund, Max IV og testfaciliteter i Harwell, England. Her skal de arbejde videre med røntgenfilm af processerne, så man kan observere præcis, hvad der sker i støbejernet, når det størkner.
Jesper Hattel fortæller om den nye metode: ”I projektet REWIND udviklede de to ph.d.-studerende Tito Andriollo og Mathias Bjerre røntgenvideoer, som gjorde os i stand til at se og karakterisere, hvad der sker i materialet, når det størkner, når de forskellige faser udfældes på forskellige tidspunkter, altså hvordan det foregår i praksis. Før det måtte man bare slutte sig til det efter afkølingen, ved at save emnet op og lave en mikroskopi på det. Man ved godt hvilke strukturelementer det indeholder, men man har ikke rigtig viden om hvordan og hvornår, de dannes. Vi har jo en god forståelse fra metallurgien af, hvad der sker under afkølingen, men lige præcis at få en film af, hvad der sker, lige når det størkner, det er helt nyt. Det er et enestående grundlag for at lave præcise modeller for, hvordan strukturer og egenskaber udvikles. Det har vi som de første i verden, sammen med englænderne, lavet forsøg med i 3D-film, og det er et af grundlagene i projektet her.”

”Der sker jo dét indenfor forskningen i støbejern, at man ikke kun kan optimere konstruktionen, man kan også optimere materialerne, slutter Niels Skat Tiedje af. ”I forhold til det støbejern, vi stod med for 10 år siden, så har vi flyttet os langt, og vi kan nu se potentialet for at lave stærkere materialer, som kan optimeres endnu mere. Det er den optimeringsproces, som industrien venter på. Der sker rigtig meget indenfor materialeudvikling lige nu, og vi kommer til at stå i midten af den udvikling.”

Foto: Lisbeth Lassen
Lektor Niels Skat Tiedje (tv) og professor Jesper Hattel (th) ved en Bridgman-ovn, som bruges til at simulere størkning under bestemte temperaturforhold, fra 1400 grader til stuetemperatur. Foto: Lisbeth Lassen.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.