Gas atomization, though widely used in powder metallurgy, is costly and resource-intensive in small scale production. This thesis explores alternative methods, such as ultrasonic atomization and small scale casting techniques, for a more efficient alloy development process in terms of time and cost involved in the process.

Intermetallic and high-speed steel grades were produced using these methods and compared to gasatomized material as references. Samples from ultrasonic atomization and gas atomization were made into mini-capsules and hot isostatically pressed. Those samples that were large enough from each technique were also hand forged to form long bars. To understand the effect of capsule material, additional samples were made, removing the capsule material before forging

Intermetallic samples from 5 g and 2 kg casts showed promising microstructures with uniform distribution of intermetallic phases, like gas atomization, and hardness values of 68 HRC after heat treatment. High impact toughness values in the range of 8-9 J were observed for intermetallic samples made from 2 kg cast.

High-speed steel samples reached hardness values above 65 HRC, though 5g cast lacked the desired microstructure. Low hardness values measured for some samples were due to a 0.1-0.2 wt% variation in carbon content from the target composition.

Ultrasonic atomization produced powder of good quality, but high oxygen content was measured at 300–400 ppm, exceeding the expected level of less than 100 ppm. On metallographic inspection, based on DIN50602 standard, it showed a high level of non-metallic inclusions, corresponding to poor cleanliness in the steel. Similarly, the impact toughness values measured for powders made by ultrasonic atomization were 2-5 J, compared to the gas atomized samples, which had values of 25-32 J. A slower cooling rate during ultrasonic atomization led to the formation of larger carbides, making it less suitable for high-alloyed grades.

Overall, these alternative techniques demonstrate potential for alloy development, offering up to 99% material savings and a 90% reduction in cost, particularly when combined strategically.

Gasatomisering, även om den är allmänt använd inom pulvermetallurgi, är kostsam och resurskrävande vid småskalig produktion. Denna avhandling undersöker alternativa metoder, såsom ultraljudsatomisering och småskalig gjutning, för en mer effektiv legeringsutvecklingsprocess vad gäller tid och kostnad.

Intermetalliska och snabbstålslegeringar framställdes med dessa metoder och jämfördes med gasatomiserat material som referens. Prover från ultraljudsatomisering och gasatomisering kapslades i minikapslar och varm-isostatpressades (HIP). De prover som var tillräckligt stora från respektive teknik smiddes även för hand till långa stänger. För att förstå effekten av kapselmaterialet tillverkades ytterligare prover där kapselmaterialet togs bort före smidning.

Intermetalliska prover från 5 g- och 2 kg-gjutningar visade lovande mikrostrukturer med en jämn fördelning av intermetalliska faser, liknande gasatomiserat material, samt hårdhetsvärden på 68 HRC efter värmebehandling. Höga slagseghetsvärden i intervallet 8–9 J observerades för intermetalliska prover tillverkade från 2 kg-gjutningar

Snabbstålsprover uppnådde hårdhetsvärden över 65 HRC, även om 5 g-gjutningen saknade den önskade mikrostrukturen. Låga hårdhetsvärden som uppmättes för vissa prover berodde på en variation i kolhalt på 0,1–0,2 viktsprocent från målkompositionen.

Ultraljudsatomisering producerade pulver av god kvalitet, men ett högt syreinnehåll på 300–400 ppm uppmättes, vilket överstiger den förväntade nivån på mindre än 100 ppm. Vid metallografisk undersökning enligt standarden DIN 50602 visade pulvret en hög nivå av icke-metalliska inneslutningar, vilket motsvarar låg renhet i stålet. På samma sätt uppmättes slagseghetsvärden för pulver framställda genom ultraljudsatomisering till 2–5 J, jämfört med gasatomiserade prover som hade värden på 25–32 J. En långsammare kylhastighet under ultraljudsatomisering ledde till bildandet av större karbider, vilket gör metoden mindre lämplig för höglegerade stålsorter

Sammanfattningsvis visar dessa alternativa tekniker potential för legeringsutveckling, med upp till 99 % materialbesparing och 90 % kostnadsreduktion, särskilt när de används strategiskt i kombination.