Typiske revner fra formgivning af flade metalplader. Figuren viser porøsiteter (markeret som hvide), der dannes, vokser sammen til revner og endeligt brud.

Nye analysemetoder giver vigtig viden om revner i metal

onsdag 23 sep 20

Kontakt

Grethe Winther
Sektionsleder, Professor
DTU Mekanik
45 25 47 55

Illustration

Foto i top:

Typiske revner fra formgivning af flade metalplader. Figuren viser porøsiteter (markeret som hvide), der dannes og vokser sammen til revner og endeligt brud.

Forskere på DTU vil med en helt ny røntgenanalyse udvikle materialemodeller til brug i virksomheder, der fremstiller produkter af metal. Resultatet betyder mindre materialeforbrug og hurtigere produktudvikling.

Det er velkendt, at metal kan få revner, når det smedes og formes til et produkt. Hidtil har man dog ikke vidst, hvorfor og hvor de første porøsiteter, der udvikler sig til revner, opstår. Nu gør en nyudviklet røntgenanalyse det muligt at studere det indre af et metal, mens dette formes. Dermed kan forskerne afgøre, præcis hvor i metallet porøsiteterne dannes, og hvordan de udvikler sig.

”Den nye metode gør det muligt at se ind i metallet i 3D og betragte dets indre, nærmest som i en film. Det sker samtidig med, at vi former metallet – i praksis vil det sige, at den metalstang, vi betragter i mikroskopet, bliver trukket længere og længere. Mens det sker, kan vi iagttage, hvornår og hvor porøsiteterne dannes og vokser,” siger professor Grethe Winther, DTU Mekanik, der står i spidsen for det nye projekt.

Den nye røntgenanalysemetode er udviklet af professor Henning Friis Poulsen DTU Fysik, der også er tilknyttet projektet.

Eksisterende modeller skal udvides med ny viden
Når forskerne har afdækket de små porøsiteter, der dannes i metallet og efterfølgende gror sammen og bliver til revner, bliver det næste skridt at udvide de eksisterende modeller for metallets opførsel med denne viden.

”Viden om porøsiteter giver os indsigt i spændingen og rotationen i de små krystaller, som metallet er opbygget af. Denne indsigt er helt ny og skal tilføjes de nuværende modeller. Det vil vi gøre i samarbejde med det tyske Max Planck-institut i Düsseldorf, som igennem mange år har udviklet modelleringssoftware, der har stor udbredelse blandt forskere i hele verden,” siger Grethe Winther.

Arbejdet slutter dog ikke med færdigudviklingen af materialemodellen. Den nye viden om de helt små detaljer i metallets krystaller vil efterfølgende blive overført, så den også kan anvendes i arbejdet med metaller i de størrelser, som virksomheder bruger.

"Den nye viden om de helt små detaljer i metallets krystaller vil efterfølgende blive overført, så den også kan anvendes i arbejdet med metaller i de størrelser, som virksomheder bruger. "

Materialemodellen vil derfor blive implementeret i processimuleringssoftware, som kan anvendes direkte i industrien.

”Til denne del af projektet har vi også valgt at anvende software til vores løsning, som i forvejen bruges af mange virksomheder, der fremstiller produkter af metal. På den måde håber vi, at vores nye viden kan finde størst mulig anvendelse,” siger Grethe Winther.

Hurtigere produktudvikling
Formgivning af metal er en kompleks proces, og det er derfor vanskeligt for mange virksomheder at forudsige, hvad der sker, hvis de for eksempel ønsker at ændre et af deres metalprodukter til at være sekskantet i stedet for firkantet.

”Med den kommende forbedrede digitale mulighed behøver virksomhederne ikke længere at udarbejde en lang række prototyper og forsøge sig frem, når de produktudvikler. I stedet kan de med en pc på kort tid foretage en hel serie af forsøg, og derefter hurtigt afgøre, om idéen til et nyt produkt er mulig,” siger Grethe Winther.

Simuleringer kan også bidrage til at afdække, om det nuværende metal er det mest optimale at anvende til virksomhedens produkt, eller om der med fordel kan indkøbes et lidt andet materiale. Ligesom det bliver tydeligt, om mængden af metal i et produkt kan reduceres, fordi der hidtil har været anvendt for store mængder for at ’være på den sikre side’.

Udviklingen af de nye metalmodeller til processimulering er netop startet og kommer til at vare de næste fire år. Arbejdet er støttet af Danmarks Frie Forskningsfond med 6,1 mio. kr.