Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Ersättningsmaterial till stellit 6 & 12
Karlstad University, Division for Engineering Sciences, Physics and Mathematics.
2004 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 15 credits / 22,5 HE creditsStudent thesisAlternative title
Substitute materials for Stellite 6 and 12 (English)
Abstract [sv]

Den här D-uppsatsen är utförd av Patrik Björnvall, student i materialteknik vid instutitionen för ingenjörsvetenskap, fysik och matematik vid Karlstads universitet. Uppsatsen är utförd under vårterminen 2004. Arbetet är en fortsättning och fördjupning på en C-uppsats som två av mina tidigare studiekamrater Jonas Gylling & Niklas Berglund gjorde åt SOMAS Vt. 2003.Min uppdragsgivare, AB SOMAS Ventiler, tillverkar bl.a. vridspjällsventiler. Lagringen på dessa är utförd så att spindeln är tillverkad av SS 2390-95 och laserbelagd med Stellit 12. Lagerhylsan är centrifugalgjuten Stellit 6. Stellit är ett handelsnamn för koboltbaserade legeringar från Deloro Stellite Ltd. Ventilerna arbetar för närvarande i temperaturområdet 350-550ºC. Trycket varierar från ca 15-35 bar. Marknadens önskemål att kunna höja effektiviteten leder till att temperatur och tryck kommer att höjas till ca 630ºC resp. 45 bar. Kraven på ventilerna är att de ska klara 12 års drift utan serviceåtgärder. AB SOMAS Ventiler tror inte att dagens material kommer att klara de nya kraven. Syftet är att hitta en materialkombination och eventuellt en omkonstruktion till ventilens lager som med god marginal klarar den nya kravbilden. Vid en omkonstruktion är kraven att endast lagerhylsan får ändras så att övriga delar med sin nuvarande konstruktion kan användas. Examensarbetet inleddes med litteraturstudier för att hitta lämpliga material samt FEM- beräkningar för att få veta vilka belastningar lagren väntas utsättas för, totalt utfördes 6 olika beräkningar varav 5 med varierande bomberingsradie. Resultaten utvärderades och materialvalet begränsades till totalt 6 legeringar med kobolt, nickel eller järn-bas en del av dem förstärkta med NbC eller TiN. För att få en uppfattning om dagens slitagebild analyserades en ventil av modell VSS PN 50 DN-500. Resultaten visade att nötningen var betydligt större vid början och slut på de tryckbelastade sidorna hos lagret.Nötningstesten utfördes enligt ”cylinder on block” metoden för att fastställa vilka material som har de högsta nötningsmotstånden. Dagens material testades först som referenstest enligt nuvarande kravbild, resultatet jämfördes mot de nya materialen och de förhöjda kraven. Totalt utvärderades tre cylindrar och 15 block.Resultaten utvärderades utifrån viktminskning på blocken, analys av nötningsyta i SEM och materialstruktur i tvärsnittet. Vid referensprovet återfanns en blandad nötningsmekanism av abrasiv och adhesiv typ, vid de resterande testerna övergick nötningen till mer eller mindre renodlad adhesiv nötning.Det material som uppvisade minst viktförlust var Duroc F25 + NbC men karbidtillsatsen oxiderade kraftigt i ytan. Av kobolt-baserna klarade sig Stellit 712 bäst. Nötningen för stellit 6 ökade med en faktor 4 när tryck och temperatur ökades till de kommande kraven och är därmed ej lämplig som framtida lagermaterial. Stellit 712 är mest lämpat som lagermaterial och stellit 12 som beläggningsmaterial för spindeln. En vidare studie av tillsatta hårdfaspartiklar skulle kunna optimera materialvalet.

Abstract [en]

This report contains a degree project made by Patrik Björnvall, student in material science in the division for Engineering Sciences, Physics and Mathematics at Karlstad University. The report is made in spring semester 2004. The report is a continuation of the work made by Jonas Gylling and Niklas Berglund made for SOMAS spring 2003.The project was made in a co-operation with SOMAS Instruments. They manufacture butterfly valves etc. At present the spindle is made of SS 2390-95 and laser coated with Stellite 12 and the bearing is centrifugal casted in Stellite 6. Stellite is a commercial name of cobalt based alloys from Deloro Stellite Ltd. The valves work at 350-550°C, the pressure varies between 15-35 bar. Demands from the costumers will increase the temperature to 630°C and the pressure to 45 bar. This is to get higher efficiency. The demands on the valves is to have a lifetime without stop for at least 12 years. AB SOMAS Instruments are not sure if their materials will fit the new demands.The purpose of this project is to find a material combination and eventually a new design that will live up to the new demands. Only the bearing is allowed to change shape, so that the remaining parts can be used.The first step in my report was to make a literature study to find suitable materials. I also used FEM-calculations to find out the magnitude of the loads on the bearings. Totally six different calculations. Five of them had different curvated surfaces, to find out which one gives the lowest contact pressure.The result was evaluated and six different materials were coshen with cobalt, nickel and iron base. Some of them were reinforced with NbC or TiN. One used valve of model VSS PN 50 DN-500 was analysed to get knowledge about the wear mechanism. The wear rate is higher at the beginning and at the end of the bearing. The wear test was according to the block on cylinder method, to find out the wear rate for the different material combinations. Stellite 6 was first tested as a reference test with temperature and pressure which are in use today. The result was compared with the other materials with higher temperature and pressure. The number of tested combinations was 3 cylinders and 15 blocks.The wear rate was compared by weight loss from the block, analyses on the wear surface in SEM and the microstructure in crosssection of the material. The wear mechanisms in the reference test were booth adhesive and abrasive wear. For the rest of the tests in full pressure and temperature the adhesive mechanism dominated. Duroc F25 + NbC had the lowest wear rate but the surface carbide had a severe oxidation.  Stellite 712 was the best candidate for the cobalt based alloys. The wear rate for Stellite 6 increased four times with full pressure and temperature, and it is not recommended as a future bearing material. The best bearing material is Stellite 712 and Stellite 12 for the spindle. A future research about the hard phase particles could optimise the material selection even more.

Place, publisher, year, edition, pages
2004. , 49 p.
National Category
Materials Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-38435Local ID: MTK D-3OAI: oai:DiVA.org:kau-38435DiVA: diva2:872559
Subject / course
Mechanical Engineering
Available from: 2015-11-19 Created: 2015-11-19 Last updated: 2015-11-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
Division for Engineering Sciences, Physics and Mathematics
Materials Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

Total: 74 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link