Terästermotelan sisäisten jännitysjakaumien kokeellinen tutkiminen ja selvitys

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2008
Major/Subject
Koneenrakennuksen materiaalitekniikka
Mcode
Kon-67
Degree programme
Language
fi
Pages
119 s + liitt. 6
Series
Abstract
Jäännösjännitysten tunteminen on tullut yhä tärkeämmäksi suunniteltaessa nykyaikaisia koneita ja laitteita. Jäännösjännityksillä on suuri vaikutus koneenosan kestävyyteen etenkin dynaamisesti kuormitetuissa kohteissa, joissa kuormitussyklien määrä nousee huomattavaksi. Pääsääntöisesti jäännösjännityksiä mitataan kappaleiden pinnan läheisyydessä. Vaatimusten kasvaessa on tullut kuitenkin yhä tärkeämmäksi tietää myös syvemmällä vaikuttavat jäännösjännitykset. Tämän työn tarkoituksena oli määrittää teräksisen termotelan jäännösjännitysjakauma 50 mm syvyyteen saakka termotelan pinnasta lähtien. Työn teoriaosassa on käsitelty jäännösjännitysten syntymekanismeja ja syitä, induktiokarkaisun vaikutusta jäännösjännitysjakaumaan, jäännösjännitysten vaikutusta väsymiskestävyyteen ja vaurioalttiuteen sekä käyty läpi jännitysten ja venymien välinen yhteys. Teoriaosassa on käsitelty myös eri jäännösjännitysten mittausmenetelmät ja erityispiirteet. Mittausmenetelmistä on käsitelty röntgendiffraktio-, reiänporaus-, rengasura-, Barkhausen kohina-, contour- ja syvänreiänporausmenetelmät, joita käytettiin tässä työssä jäännösjännitysten mittaukseen. Lisäksi muista jäännösjännitysten mittausmenetelmistä on käsitelty neutronidiffraktio-, ultraääni-, taipuma- ja paloittelumenetelmät. Työn kokeellisessa osassa mitattiin termotelan jäännösjännitykset usealla eri menetelmällä. Barkhausen kohinamittauksilla pyrittiin määrittämään termotelan pintakovuuden, jäännösjännitystilan ja Barkhausen kohinan välinen riippuvuus, mutta menetelmä osoittautui sopimattomaksi termotelan tapaukseen. Reiänporaus- ja röntgendiffraktiomenetelmillä mitattiin jäännösjännitykset pinnan tuntumasta. Molemmilla menetelmillä saatiin hyvin samansuuntaisia tuloksia, mikä vahvistaa mittaustulosten luotettavuuden. Edelliset menetelmät ovat eniten käytettyjä jäännösjännitysten mittauksissa ja niitä on käytetty myös aiemmin termotelojen jäännösjännitysjakaumien määritykseen. Mittauksissa havaittiin termotelan pinnassa olevan puristusjännityksen pienenevän tasaisesti aksiaalisuunnassa kohti telan keskustaa mentäessä. Rengasuramenetelmällä mitattujen tulosten perusteella induktiokarkaistussa kerroksessa on varsin tasainen puristusjännitystila, joka muuttuu kuitenkin nopeasti vetojännitykseksi karkaistun kerroksen jälkeen. Rengasuramittauksilla saatiin hieman reiänporaus- ja röntgendiffraktiomittauksia korkeampia jäännösjännitysarvoja. Contour- ja syvänreiänporausmittauksilla määritettiin kappaleessa vallitseva jännitysjakauma muita menetelmiä syvemmälle, jolloin saatiin hyvä kokonaiskuva termotelan jäännösjännitysjakaumasta. Etenkin induktiokarkaistun pintakerroksen jälkeen tulevan vetojännityspiikin sijainti ja korkeus olivat tärkeitä tuloksia. Termotelan paloittelun yhteydessä tehdyistä venymämittauksista havaittiin, että luotettavimmin jäännösjännitykset voidaan mitata kokonaisesta termotelasta tai siitä irrotetusta ehjästä renkaasta. Kuitenkin joissain tapauksissa kuten contour-mittauksissa on käytettävä segmentin paloja mittausteknisistä syistä. Tässä työssä tehdyillä jäännösjännitysmittauksilla saatiin varsin kattava kuva terästermotelan jäännösjännitysjakaumasta. Lisätutkimuksia on suositeltavaa tehdä siitä, miksi termotelan keskeltä mitattiin matalampia puristusjännityksen arvoja. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi röntgendiffraktio- tai reiänporausmittauksilla joistain teloista valmistusprosessin aikana. Menettelyllä voidaan varmistaa, onko kyse yksittäistapauksesta vai laajemmasta ilmiöstä.
Description
Supervisor
Hänninen, Hannu
Thesis advisor
Vuorikari, Hannu
Gripenberg, Hans
Keywords
residual stresses, jäännösjännitykset, induction hardening, induktiokarkaisu, thermo roll, termotela
Other note
Citation