Philips barberer år af udviklingstiden

fredag 03 mar 17
|
af Morten Andersen

Kontakt

Marcel A. J. Somers
Sektionsleder, Professor, Dr.ir.
DTU Mekanik
45 25 22 50

Europæisk stålprojekt

PressPerfect er et akronym for Prediction of Stainless Steel Performance After Forming and Finishing. Projektet, der blev afsluttet i 2016, var koordineret af Philips og støttet af EU’s program for forskningsstøtte inden for kul og stål. Ud over Philips og DTU Mekanik var partnerne Luleås Tekniske Universitet (Sverige), Materials Innovation Institute (Holland), Det nationale forskningsråd (Spanien) samt Sandvik (Sverige).
De rustfri ståldele i barbermaskiner og andre forbrugerprodukter bliver stadig mindre. Og de skal produceres under stor præcision. Men rustfrit stål er ikke bare rustfrit stål, viser et samarbejdsprojekt, der vil optimere produktionen og materialet.

De roterende knive i en barbermaskine lever et hårdt liv. Gennem deres levetid skal de foretage millionvis af hurtige rotationer, samtidig med at de er udsat for slid fra mødet med hårene. Det foregår i et korrosivt miljø på grund af vanddamp i badeværelset og fugtighed fra brugerens hud.

Samtidig er der krav om, at knivene ligesom de fleste øvrige komponenter i barbermaskiner og andre forbrugerprodukter skal blive lidt mindre år for år. Det er baggrunden for, at Philips for nogle år siden tog initiativ til et europæisk projekt om simulering af rustfrit ståls egenskaber.

”Philips producerer millioner af smådele i rustfrit stål med mikrometerpræcision. Vi søger altid at forbedre vores produkter, så vi kan fastholde vores position som verdensledende inden for barbermaskiner,” siger professor Jan Post, som er leder af Philips Corporations afdeling for strategiske partnerskaber inden for forbrugerprodukter.

”Komplekse numeriske simuleringer af overfladeegenskaber for rustfrit stål har nu skåret år af vores udviklingstid,” fortsætter Jan Post om samarbejdsprojektet, hvor forskere på DTU har deltaget i arbejdet med at udvikle simuleringerne og desuden udviklet en ny proces til overfladebehandlingen.

Vil fastholde Europas position

Projektet PressPerfect (Prediction of Stainless Steel Performance After Forming and Finishing) koordineres af Philips og er støttet af EU’s program for forskningsstøtte inden for kul og stål. Motivationen for EU-støtten er, at projektet bidrager til at fastholde Europas førende position inden for højpræcisionsståldele, som er truet af andre lande med lavere omkostninger.

”I forvejen benyttede vi stål af den højeste kvalitet på markedet, men vi bad professor Marcel Somers (DTU Mekanik, red.) og andre europæiske partnere om at hjælpe os med at forbedre kvaliteten yderligere. Vi kender DTU-gruppen fra tidligere samarbejde. Det er en af de førende grupper i Europa inden for rustfrit stål generelt og i særdeleshed inden for effekter af varmebehandling,” siger Jan Post.

Inden for produktion af rustfrit stål er der et skift i gang, hvor virksomhederne opgiver de elektrokemiske processer, som har været dominerende i en række år, til fordel for rent mekaniske processer.

”Det har vist sig, at de elektrokemiske processer både fører til mere spild under produktionen og højere energiforbrug. Imidlertid er det kun muligt at gå over til rent mekaniske processer, hvis man har en god forståelse af, hvad de mekaniske processer og den senere finish betyder for emnernes styrke, indre spændinger, evnen til at modstå korrosion og andre egenskaber,” forklarer Marcel Somers.

Jernet i stål kan ændre struktur

Forskergruppen, som Marcel Somers leder, har interesseret sig for, hvordan overfladeegenskaberne af rustfrit stål ændrer sig, når emnerne bliver formgivet.

For at forstå problemstillingen må man vide, at jernkrystallerne i stål kan antage forskellige krystalstrukturer.

Til komponenter i barbermaskiner er det klart at foretrække, at krystallerne har austenit-struktur. Austenit er kendetegnet ved på en og samme tid at være bøjeligt og alligevel stærkt. Desuden er dets antikorrosive egenskaber særdeles gode (A i figuren th.).

Imidlertid betyder den mekaniske deformation, som sker, når man formgiver delene, at jernkrystallerne lokalt ændrer struktur. I stedet for austenit får man nu martensit, som giver stivere og stærkere stål (B i figuren th.).

”Man skulle måske tro, at øget styrke var en fordel, men hvis den optræder for tidligt under forarbejdningen, er det faktisk et problem. Når stålet bliver stærkere, kræver det øget kraft – og dermed et højere energiforbrug – at give det den rigtige form under de senere trin,” forklarer Marcel Somers.

Ny proces bevarer korrosionsegenskaber

Endnu værre end det forhøjede energiforbrug er imidlertid, at evnen til at modstå korrosion bliver dårligere, når austenit omdannes til martensit.

”Desværre er austenit i sig selv ikke stærkt nok til at modstå det konstante slid, når knivene skal skære hår. Derfor hærder man stålet ved at tilføre kvælstof til overfladen ved lav temperatur. Imidlertid viser vores undersøgelser, at den lokale omdannelse af austenit til martensit, som sker under formgivningen af det hærdede stål, fører til for tidlig udvikling af kvælstofholdige forbindelser, der binder krom, med det resultat, at beskyttelsen mod korrosion går tabt,” forklarer Marcel Somers.

DTU-forskerne har derfor udviklet en ny proces, hvor man stabiliserer austenit ved at opløse en lille mængde kvælstof ved høj temperatur, inden man begynder på formgivningen. Den nye proces kan f.eks. udføres hos stålleverandøren (C i figuren ovenfor).

”Processen forebygger, at der sker dannelse af martensit på grund af mekanisk deformation. Senere kan man udføre den afsluttende overfladebehandling ved lav temperatur uden at få dannelse af kvælstof-forbindelser,” siger Marcel Somers. ”Som en ekstra bonus opnår man endnu bedre modstandskraft over for korrosion, end man havde i det oprindelige stål.” (D i figuren ovenfor).

Model sparer udviklingstid

Et andet resultat af forskningsgruppens indsats i projektet er en numerisk model, der kan forudsige profilerne med hensyn til sammensætningen og indre spændinger for rustfrit stål, der har gennemgået overfladehærdning.

”Sammen med de øvrige værktøjer, som er udviklet i projektet, betyder modellen, at vi kan skære år af vores udviklingstid,” siger Jan Post, Philips. ”Vi lægger vægt på at være en innovativ virksomhed og benytter mange former for simuleringer til at forudsige egenskaberne af produkterne. Hovedparten af de processer, som vi benytter, består af mange trin, herunder varmepåvirkninger, som betyder, at det er meget komplekst at forudsige, hvordan materialet vil opføre sig – især når der er tale om de typer af højkvalitets rustfrit stål, som er undersøgt i projektet.”

PressPerfect-projektet udløb officielt i 2016, men aktiviteterne inden for området fortsætter på DTU Mekanik, oplyser Marcel Somers:

”Projektet har indgået som en naturlig del af vores indsats inden for overfladebehandling af rustfrit stål. Vi har en række projekter, hvoraf flere er i samarbejde med virksomheder.”

Stål

Relaterede Videoer  

Vis flere