Vaihtoehtoiset sylinterikansimateriaalit
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2014-06-09
Department
Major/Subject
Koneenrakennuksen materiaalitekniikka
Mcode
K3003
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
77 + 87
Series
Abstract
Työn tavoitteena oli tutkia kirjallisuutta termisestä väsymisestä, sekä mahdollisista uusista valetuista materiaaleista ja niiden ominaisuuksista korotetuissa lämpötiloissa. Teoriaosuuden tarkoituksena oli etsiä mahdollisia ratkaisuja korotettujen lämpötilojen komponenttien kehityshaasteisiin materiaaleista tai muista vaihtoehtoisista ratkaisuista. Selvityksen perusteella tehtiin koesarja pallografiit-tiraudan lämmönjohtavuuden parantamisesta. Terminen väsyminen on korotettujen lämpötilojen aikaansaamien jännitysten aiheuttamaa vaurioi-tumista. Se on kuuma-jäähdytys-sykleineen yksi suurimmista polttomoottoreita yleisesti vaivaavista ongelmista. Optimoimalla materiaaliominaisuuksia on mahdollista lieventää rakenteissa syntyviä käytönaikaisia jännityksiä ja siten vaurioitumisriskiä. Halutut, optimaaliset materiaaliominaisuudet ovat kuitenkin usein ristiriitaisia toisiinsa nähden, joten saavutettu lopputulos on aina jollain tapaa kompromissi. Työn kokeellisessa osuudessa keskityttiin kirjallisuusselvityksen perusteella lämmönjohtavuuden parantamiseen pallografiittiselle valuraudalle. Koekappaleita valettiin, niitä lämpökäsiteltiin ja mi-tattiin mekaanisia ominaisuuksia, sekä käsittelyillä saavutettuja lämmönjohtavuuksia. Työssä testatulla keinolla on mahdollista parantaa pallografiittisen valuraudan lämmönjohtavuutta selkeästi, noin 30 %:a, verrattuna käytettyyn referenssimateriaaliin. Se kuitenkin heikentää mm. lujuutta ilman muita toimenpiteitä. Lujuuden palauttaminen identifioitiin selkeäksi jatkotutkimusaiheeksi.Aim of this work was to find information on thermal fatigue, alternative cast materials, generally of materials’ properties at high temperatures and to possibly find a suitable material or solution to test experimentally. A potential solution was discovered and experimental castings were made with the aim of increasing spheroidal graphite cast irons thermal conductivity. Thermal fatigue and thermo-mechanical fatigue are complex failure mechanisms that arise from high temperature loadings. Heating and cooling cycles fatigue materials and create problems that affect almost every known internal combustion engine. It is possible to mitigate these problems through material optimization and other means that aim to lessen the stresses in used constructions. The optimal material properties are unfortunately often conflicting and thus optimization results are always compromises in many ways. Castings, heat treatments, tensile testing and thermal conductivity measurements were made in the experimental part of this work. The aim was to study if it was possible to increase spheroidal graphite cast irons thermal conductivity without losing much needed mechanical properties, such as tensile and yield strengths. It was found that it is possible to increase the studied material’s thermal conductivity considerably (~30 %) compared to a reference material through alloying changes and heat treatment. However, the method decreases some mechanical properties if nothing else is done to remedy the loss of so-lution strengthening. A potential method to restore the lost strength was discovered during the work and was thus identified as an important further study subject.Description
Supervisor
Orkas, JuhaniThesis advisor
Silvonen, AulisKeywords
terminen väsyminen, valurauta, pallografiittirauta, lämmönjohtavuus, thermal fatigue, cast iron, ductile iron, thermal conductivity