18 november 2021

Luqing Cui är en ung forskare som brinner för materialvetenskap, mer specifikt mekaniska egenskaper av metallegeringar. Hans arbete är inriktat på att förstå rostfritt stål på en nivå där så kallade cellstrukturer bildas.

A young men in the lab, computerschreens in the background
Luqing Cui i laboratoriet för konstruktionsmaterial  Teiksma Buseva

Luqing Cui anställdes som postdoktor på avdelningen för konstruktionsmaterial i november 2019. Två års intensivt arbete har resulterat i åtta vetenskapliga artiklar. Det är en ovanlig prestation för en ung forskare i början av sin karriär.

Luqing har varit otroligt ambitiös och väldigt produktiv. I vår forskning fokuserar vi ofta på sambandet mellan egenskaper och struktur hos metalliska material. Luqing har inte bara tittat på hur sambandet ser ut, utan har verkligen försökt gå till botten med att försöka förklara varför sambanden ser ut som de gör, säger Johan Moverare, professor i konstruktionsmaterial. För att göra detta måste man dra nytta av väldigt många olika metoder, både experimentella och teoretiska. Luqing har en väldigt stor bredd och djup och klarar därför av att lägga ett väldigt avancerat pussel av ledtrådar.

Additiv tillverkning (AM) är en tillverkningsmetod av stort vetenskapligt intresse. Forskare över hela världen undersöker teknikens gränser och försöker att hitta nya metoder för att fylla kunskapsluckor.

Luqing Cui studerar utmattningsegenskaperna hos AM-legeringar. Med andra ord studerar han hur den unika mikrostrukturen i materialet, särskilt cellstrukturen som bildas vid en snabb stelning, påverkas av upprepade cykliska belastningar.

— Min forskning handlar främst om sambandet mellan mikrostruktur och de mekaniska egenskaperna hos additivt tillverkade material. Mitt fokus ligger helt och hålletdeformationsegenskaper och skademekanismer, säger han.

För att kunna införa additiv tillverkning för kritiska och högt belastade metalliska produkter är det nödvändigt att skaffa sig en djupare förståelse för hur tillverkningsprocessen påverkar till exempel utmattningsegenskaper och skadetålighet.

— Det finns många studier om cellstruktur och dragegenskaper, men bara ett fåtal har tittat utmattningsegenskaper. Dessa är mer komplexa, säger Luqing Cui.

Forskargruppen vid Linköpings universitet har under många år samarbetat med industrin för att studera prestandan hos AM-material som används i krävande tillämpningar inom flyg- och gasturbinindustrin. Även små förändringar i proportionerna av element i legeringssammansättning kan leda till betydande förändringar i egenskaper och prestanda.

— Vi måste veta om materialet är tillförlitligt eller inte. Därför gör vi olika mikrostrukturundersökningar. Vi tittar exempelvis på hur lång tid det tar tills sprickor bildas i materialet eller hur de tillväxer och ger upphov till brott. Vi undersöker även påverkan på cellstrukturen. Denna information hjälper oss att föreslå hur mikrostrukturen kan justeras och mekaniska egenskaper förbättras för legeringar i framtiden.

Linjedefekter så kallade dislokationer som finns i metaller spelar en avgörande roll för materialets styrka och plasticitet. Luqing Cui och hans kollegor har sett att förekomsten av den unika cellstruktur som bildas vid AM främjar aktiveringen av plan dislokationsglidning (deformation), vilket fördröjer töjningslokaliseringen och i slutändan förbättrar utmattningsegenskaperna hos additivt tillverkat rostfritt stål.

Vi föreslog ett nytt tillvägagångssätt för att bestämma densiteten av geometriskt nödvändiga dislokationer och statistiskt lagrade dislokationer. Vårt tillvägagångssätt bygger på storlekseffekten för hårdhetsintryck och härdningsmekanismer. Jämfört med den konventionella metoden för TEM (Transmission electron microscopy) och EBSD (Electron backscatter diffraction) är vår metod mycket enklare, tidseffektiv och billigare. Därför har det stor potential för mikromekaniska undersökningar och för hur man kan optimera mikrostrukturen för metalliska material, berättar Luqing Cui.

Skillnader i akademisk och social kultur

Luqing Cui är mycket tacksam för möjligheten att forska i Sverige. Han upplever att forskningsmiljön skiljer sig mycket från Kina.

— I Kina går mycket av vår tid åt andra saker än forskning. Vi måste hjälpa vår handledare med administration av forskningsprojekt eller sammanställa litteraturanalys. Vi måste också städa våra labb och genomföra projekt från externa företag.

Luqing Cui trivs i Sverige. Han beundrar den gröna naturen med sitt överflöd av träd. Vistelsen har dock inte varit utan vissa utmaningar. Tidsskillnaden mellan Kina och Sverige har gjort det svårare att kommunicera med sin familj. Middagstraditionerna och utbudet av matvaror har också varit utmaning.

— Svensk mat skiljer sig mycket från maten i Kina. Grönsaker är mycket dyra och utbudet av grönsaker begränsat, medan kött är mycket billigare än i Kina. Jag upplever också att det finns skillnader när det gäller middagsvanorna. I Kina serveras middagen ofta mycket varmare, skrattar Luqing.

På grund av pandemin har Luqing inte kunnat besöka sin familj så ofta som han önskat. Han har bara varit tillbaka i Kina en gång sedan 2019. Han planerar att återvända till Kina i december 2021, där han kommer att återförenas med sin fru och tvååriga dotter.

Vokabulär

Legering

En legering är ett material med metalliska egenskaper vilket består av två eller flera grundämnen 

Mekaniska egenskaper

Mekaniska egenskaper är egenskaper som ett material uppvisar vid applicering av statiska eller upprepade cykliska belastningar. Några av de typiska mekaniska egenskaperna hos ett material är styrka, seghet, hårdhet, sprödhet, formbarhet, krypegenskaper, elasticitet, utmattning.

Dragegenskaper

Dragegenskaper indikerar hur materialet kommer att reagera på krafter som appliceras vid dragning.

Utmattningsegenskaper

Utmattningsegenskaper indikerar initiering och utbredning av sprickor i ett material på grund av cyklisk belastning.

Cellstrukturer

Cellstrukturer bildas på grund av den snabba avkylningen och stelningen under additiv tillverkning av metaller. Det är en unik mikrostruktur med inhomogen fördelning av både kristalldefekter och legeringselement.

Deformation

Deformation describes the changes in an object’s shape due to the application of a force or forces.

Scientific articles

2022

Tongzheng Xin, Song Tang, Fan Ji, Luqing Cui, Binbin He, Xin Lin, Xiaolin Tian, Hua Hou, Yuhong Zhao, Michael Ferry (2022) Phase transformations in an ultralight BCC Mg alloy during anisothermal ageing Acta Materialia, Vol. 239, Artikel 118248 Vidare till DOI
Luqing Cui, Dunyong Deng, Fuqing Jiang, Ru Lin Peng, Tongzheng Xin, Reza Taherzadeh Mousavian, Zhiqing Yang, Johan Moverare (2022) Superior low cycle fatigue property from cell structures in additively manufactured 316L stainless steel Journal of Materials Science & Technology, Vol. 111, s. 268-278 Vidare till DOI
Luqing Cui, Fuqing Jiang, Ru Lin Peng, Reza Taherzadeh Mousavian, Zhiqing Yang, Johan Moverare (2022) Dependence of microstructures on fatigue performance of polycrystals: A comparative study of conventional and additively manufactured 316L stainless steel International journal of plasticity, Vol. 149, Artikel 103172 Vidare till DOI
Luqing Cui, Cheng-Han Yu, Shuang Jiang, Xiaoyu Sun, Ru Lin Peng, Jan-Erik Lundgren, Johan Moverare (2022) A new approach for determining GND and SSD densities based on indentation size effect: An application to additive-manufactured Hastelloy X Journal of Materials Science & Technology, Vol. 96, s. 295-307 Vidare till DOI

2021

Luqing Cui, Fuqing Jiang, Dunyong Deng, Tongzheng Xin, Xiaoyu Sun, Reza Taherzadeh Mousavian, Ru Lin Peng, Zhiqing Yang, Johan Moverare (2021) Cyclic Response of Additive Manufactured 316L Stainless Steel: The Role of Cell Structures Scripta Materialia, Vol. 205, Artikel 114190 Vidare till DOI
Akbar Heidarzadeh, Magnus Neikter, Nariman Enikeev, Farnoosh Forouzan, Luqing Cui, Reza Taherzadeh Mousavian (2021) Post-treatment of Additively Manufactured Fe-Cr-Ni Stainless Steels by High Pressure Torsion; TRIP effect Materials Science and Engineering A, Vol. 811, Artikel 141086 Vidare till DOI
Luqing Cui, Shuang Jiang, Jinghao Xu, Ru Lin Peng, Reza Taherzadeh Mousavian, Johan Moverare (2021) Revealing Relationships between Microstructure and Hardening Nature of Additively Manufactured 316L Stainless Steel Materials & Design, Vol. 198, Artikel 109385 Vidare till DOI

2020

Luqing Cui, Jinlai Liu, Ru Lin Peng, Jinjiang Yu, Johan Moverare, Xiaofeng Sun (2020) Low Cycle Fatigue Behavior and Microstructural Evolution of Nickel-based Superalloy M951G at Elevated Temperatures Materials Characterization, Vol. 163, Artikel 110241 Vidare till DOI

Kontakt

Forskningsområde

Organisation

Senaste nytt från LiU

Studenter på campus.

Ökat söktryck till LiU

Intresset för att studera vid LiU ökar, i flera fall rejält. Det visar siffrorna när anmälan till höstterminen stängde vid midnatt den 15 april.

Två forskare i lab.

Ett atomlager guld – LiU-forskare skapar guldén

För första gången har forskare lyckats skapa ark av guld som endast är ett atomlager tjockt. Enligt forskarna från LiU får guldet nya egenskaper som kan göra det lämpligt för bland annat framställning av värdefulla kemikalier.

Forskare (Xenofon Strakosas) vid mikroskop.

Miljondonation till forskartjänst inom elektroniska mediciner

Stig Wadströms stiftelse donerar cirka tio miljoner kronor till LiU. Donationen ska finansiera en forskartjänst inom elektroniska mediciner. Forskaren som fått tjänsten är Xenofon Strakosas vid Laboratoriet för organisk elektronik i Norrköping.