Forskare dyker djupt in i den dolda världen av rostfritt stål

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.

graph that shows microstructures prior to deformations and post-fatigued
Microstructures prior to deformations (a-f) and post-fatigued (g-h)

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.

VokabulärVisa/dölj innehåll

Legering

Mekaniska egenskaper

Dragegenskaper

Utmattningsegenskaper

Cellstrukturer

Deformation

Scientific articlesVisa/dölj innehåll

2022

2021

2020

KontaktVisa/dölj innehåll

ForskningsområdeVisa/dölj innehåll

OrganisationVisa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiUVisa/dölj innehåll