Kan pulvermetallurgi utnyttjas som tillverkningsmetod för
högbelastade kugghjul? – En studie av tillvägagångssätt och
lämplighet
Can powder metallurgy be utilized as manufacturing method for high load gears?
– A study of the procedure and appropriateness
Figur 1: En uppsättning kugghjul som är tillverkade enligt pulvermetallurgiskt förfarande.1 MG104X Examensarbete inom teknik och management
KTH vårterminen 2010
Erik Amberg
Sammanfattning
Pulvermetallurgi är en tillverkningsteknik för en stor mängd maskinkomponenter såsom kugghjul, lager och filter. Tillverkningen sker genom sammanpressning och upphettning, eller sintring, av ett fint metallpulver för att på så sätt direkt skapa komponenter med önskad form, istället för att behöva skära bort delar av detaljen för att det ska erhålla den önskade formen. Detta är särskilt fördelaktigt vid kugghjulstillverkning, på grund av deras komplexa former. Tekniken är även ekonomiskt fördelaktig eftersom den knappt producerar något spillmaterial alls i jämförelse med alternativa tillverkningstekniker. Syftet med denna studie var att undersöka huruvida pulvermetallurgi är lämplig som tillverkningsmetod för kugghjul som ska användas i lastbilars växellådor, en applikation som kännetecknas av väldigt höga belastningar och driftsäkerhetskrav. Undersökningen genomfördes genom studie av tre fallstudier och en intervju. Resultatet löd att pulvermetallurgi har svårt att mäta sig med de alternativa tillverkningsmetoder som finns för denna typ av kugghjul när det gäller uppnådd komponentlivslängd, förmodligen på grund av svårigheter med att minimera porer. Dock kan en omställning till kugghjul tillverkade enligt pulvermetallurgiskt vis fortfarande vara ekonomiskt försvarbart tack vare teknikens kostnadsfördelar som erhålls ur en lägre grad av materialförbrukning. Ett företags val av tillverkningsteknik bör baseras på vilken teknik som kan skapa den bästa och långsiktigt hållbaraste ekonomiska utvecklingen. 1 Abstract Powder metallurgy is a manufacturing method for a vast amount of machine components, including gears, bearings and filters. The production is carried out through compression and heating, or sintering, of a fine metal powder, in order to directly produce components with the wanted geometrical dimensions instead of having to shape the components through cutting or machining procedures. This is especially advantageous when producing gears, because of their complex shapes. The technique is also economically advantageous since it barely produces any spill material at all in comparison to alternative manufacturing techniques. The purpose of this study was to examine whether powder metallurgy could be an appropriate manufacturing method for gears used in the transmission of a truck, an application that is characterized by high loads and strong demands on dependability of the gears. The investigation was carried out through analyzing three case studies and through one interview. The result stated that powder metallurgy has difficulties to compete with the other options of manufacturing methods that exists for this application when it comes to achievable component lifetime, which probably is a consequence of the difficulties in minimizing pores. Despite this may a switch to powder metallurgically manufactured gears still be economically sound thanks to the technology’s cost advantages due to the higher raw material utilization. A company’s choice of manufacturing technology should be based on which technology that can create the best and most long‐term sustainable economic development. 2 Innehållsförteckning 1 Introduktion............................................................................................................................... 5 1.1. Bakgrund ..........................................................................................................................................5 1.2. Syfte ....................................................................................................................................................5 1.3. Avgränsningar ................................................................................................................................5 1.4. Metod..................................................................................................................................................6 2 Vad är pulvermetallurgi?....................................................................................................... 7 2.1. Inledning ...........................................................................................................................................7 2.2. Användningsområden...................................................................................................................8 2.3. Pulvermetallurgins grunder .......................................................................................................8 2.3.1. Pulvertillverkning .....................................................................................................................8 2.3.1.1. Järnmalmsreduktion ..............................................................................................................9 2.3.1.2. Atomisering ...............................................................................................................................9 2.3.2. Pulverformgivning ................................................................................................................. 10 2.3.2.1. Koaxial pressning ................................................................................................................. 10 2.3.2.2. Isostatisk pressning ............................................................................................................. 11 2.3.2.3. Formsprutning ...................................................................................................................... 12 2.3.3. Sintring ....................................................................................................................................... 12 2.3.3.1. Pulvergjutning....................................................................................................................... 13 2.3.4. Efterbehandling....................................................................................................................... 13 2.3.4.1. Återpressning ........................................................................................................................ 13 2.3.4.2. Ytförtätning............................................................................................................................ 14 2.3.4.3. Porutfyllnad ........................................................................................................................... 14 2.3.4.4. Uppkolning ............................................................................................................................. 15 3 Alternativa metoder för kugghjulstillverkning .......................................................... 16 3.1. Kugghjulstillverkning genom maskinell behandling av smitt stål .............................. 16 3.2. Kugghjulstillverkning genom formgjutning av stål ......................................................... 17 4 Empiriska data ....................................................................................................................... 18 4.1. Fallstudie 1: High Performance Gears for Heavy Duty Transmission.......................... 18 4.1.1. Syfte och metod........................................................................................................................ 18 4.1.2. Resultat ...................................................................................................................................... 19 4.1.3. Diskussion och slutsats......................................................................................................... 19 4.2. Fallstudie 2: Bending Fatigue of Surface Densified Gears............................................... 20 3 4.2.1. Syfte och metod........................................................................................................................ 20 4.2.2. Resultat ...................................................................................................................................... 20 4.2.3. Diskussion och slutsats......................................................................................................... 21 4.3. Fallstudie 3: Rolling Contact Fatigue Performance Contrasting Surface Densified, Powder Forged, and Wrought Materials.......................................................................................... 21 4.3.1. Syfte och metod........................................................................................................................ 21 4.3.2. Resultat ...................................................................................................................................... 22 4.3.3. Diskussion och slutsats......................................................................................................... 22 4.4. Implikationer från intervju ...................................................................................................... 23 5 Analys av resultat .................................................................................................................. 25 5.1. Analys.............................................................................................................................................. 25 5.2. Implikationer från analysen .................................................................................................... 25 6 Slutsats och diskussion ....................................................................................................... 27 6.1. Slutsats ........................................................................................................................................... 27 6.2. Kritisk granskning av eget arbete.......................................................................................... 27 6.3. Förslag till fortsatt arbete ........................................................................................................ 28 Referenser ...................................................................................................................................... 29 Tryckta källor........................................................................................................................................... 29 Intervjuer................................................................................................................................................... 29 Internetkällor........................................................................................................................................... 29 Fallstudier ................................................................................................................................................. 29 Bilagor.............................................................................................................................................. 33 Bilaga A – Bilagor till fallstudie 1....................................................................................................... 33 Bilaga B – Bilagor till fallstudie 2 ...................................................................................................... 36 Bilaga C – Bilagor till fallstudie 3....................................................................................................... 39 4 1 Introduktion 1.1.
Bakgrund Tillverkning med hjälp av pulvermetallurgi (PM) är idag en utbredd och vida använd framställningsmetod för maskinkomponenter, bland annat kugghjul, till många olika användningsområden. Särskilt fordonsindustrin är en storkonsument av artiklar tillverkade med PM‐metoden2. Hållfasthet och form på artiklarna går att variera noggrant och anpassa genom val av olika bearbetningsutrustningar, legeringar och behandlingsförhållanden. Pulvermetallurgi har även ekonomiska fördelar i relation till andra jämförbara tillverkningsmetoder, eftersom både material‐ och energiåtgång är relativt sett låga. PM‐kugghjul har traditionellt inte varit lämpliga för applikationer med hög belastning3. Detta beror på att det har existerat svårigheter att på pulvermetallurgisk väg tillverka kugghjul med tillräckligt hög densitet för att kunna användas till applikationer med höga hållfasthetskrav. Ett sådant exempel är en lastbils växellåda. Dock har nya metoder gjort det möjligt att öka densiteten till högre nivåer, vilket kan innebär att pulvermetallurgi kan utgöra en rimlig tillverkningsmetod för kugghjul anpassade till dessa områden med höga krav på prestanda. Denna rapport kommer delvis att fokusera på pulvermetallurgin i stort, genom att ta upp och beskriva olika tillvägagångssätt och varianter av det pulvermetallurgiska förfarandet. Därefter kommer rapporten att fokusera mer på vilka möjligheter pulvermetallurgin har att utgöra ett konkurrenskraftigt alternativ för tillverkning av kugghjul som utsätts för väldigt höga belastningar under lång tid, genom att undersöka lämpligheten i att använda PM‐
kugghjul till växellådor och transmission i lastbilar. Denna undersökning är relevant då de ekonomiska fördelar som PM‐kugghjul kan erbjuda kan vara till stor nytta för många företag. Eftersom undersökningen berör användningsområden som kännetecknas av hög belastning och höga krav på driftsäkerhet är det också viktigt att säkerställa att de undersökta metoderna inte bara är ekonomiskt gångbara, utan också att kugghjulen faktiskt har de egenskaper som krävs för att klara av de belastningar som de kan utsättas för.
1.2.
Syfte Vilka möjligheter har PM‐kugghjul att konkurrera med traditionellt tillverkade kugghjul inom användningsområden som karakteriseras av hög belastning och höga krav på driftsäkerhet? 1.3.
Avgränsningar För att kunna finna ett svar till frågeställningen ovan så har författaren valt att konkretisera den genom att i rapportens undersökningsdel fokusera på lämpligheten i att använda pulvermetallurgiskt tillverkade kugghjul i lastbilars växellådor och transmission. Detta val är baserat på faktumet att det nämnda användningsområdet kännetecknas av höga prestandakrav, på grund av de stora kraftöverföringar som sker genom transmissionen. Undersökningen utgörs av en kvalitativ jämförelse mellan resultaten av de olika informationskällorna. Detta innebär att jämförelsen inte görs mellan absoluta tal, utan snarare mellan kvalitativa slutsatser. Av denna anledning har även de grafer och 5 diagram vars resultat betraktas lagts in som bilagor istället för direkt i texten. De relevanta delarna ur grafernas resultat presenteras istället skriftligt i texten i relation till referensvärden. Denna avvägning beror på svårigheter förknippade med att genomföra kvantitativa jämförelser mellan olika informationskällor. 1.4.
Metod Kunskapsinhämtningen till denna undersökning har skett ur tryckt litteratur rörande teknologin, informationssökningar på internet, genomgång och analys av fallstudier och genom en intervju med Erik Sandqvist, anställd vid Scania. De tre utvalda fallstudierna behandlar alla det utvalda fokusområdet genom att undersöka och jämföra olika pulvermetallurgiska tillverkningstekniker med de konventionella tekniker som finns. Den första fallstudien är baserad på en undersökning gjord i företagen Scanias och Höganäs regi. Scania är en välkänd lastbilstillverkare och Höganäs en stor producent av pulvermetallurgiskt tillverkade produkter. Den andra fallstudien är genomförd av PMG Ohio Corporation, ett företag som även det tillverkar komponenter på pulvermetallurgisk väg. Båda dessa studier är funna i den amerikanska branschtidsskriften Gear Solutions. Den tredje och sista studien är även den genomförd av Höganäs. Den är tagen ur en dokumentdatabas funnen på Höganäs webbplats. För att bidra med en annan synvinkel till rapporten ville författaren komma i kontakt med ett företag aktivt inom lastbilsindustrin, för att undersöka hur PM‐kugghjul faktiskt kan användas till växellådor och transmission inom den. Författaren tog kontakt med Scania och presenterade önskemålet och blev då hänvisad till Erik Sandqvist, chef för avdelningen för materialteknologi för axlar och transmission. Anledningarna till att valet av företag föll på Scania var delvis det faktum att huvudkontoret ligger placerat i Södertälje vilket möjliggjorde ett besök men också på grund av företagets goda relation till KTH, vilket upplevdes underlätta kontakten. 6 2 Vad är pulvermetallurgi? 2.1.
Inledning Pulvermetallurgi är i korta drag ett gemensamt namn för en mängd olika tillverkningstekniker för material och komponenter som alla har den gemensamma egenskapen att de är skapade av ett fint metallpulver, där järn för det mesta är huvudkomponenten. Genom att tillsätta olika andelar av andra metaller kan man skapa legerade material med en stor mängd olika egenskaper. Den första uppkomsten av den moderna pulvermetallurgin skedde i början av 1800‐talet i Ryssland. Tekniken användes då för tillverkning av platinamynt4. Idag har den vuxit till en storindustri inom vilken en stor mängd skilda komponenttyper tillverkas. Figur 2: Materialåtgång och förbrukad energi för olika komponenttillverkningstekniker. Sintringsprocessen utgör ett centralt steg inom pulvermetallurgin.5 En särskilt utmärkande egenskap för PM‐tillverkningsteknik är den relativt sett låga råmaterialförbrukningen vid tillverkningen, då det sällan är nödvändigt med efterbehandling av de färdiga föremålen. Detta leder också till en minskad energiåtgång då bearbetningstiden förkortas (Se figur 2). En annan fördel är att belastningen och slitaget per tillverkad enhet på tillverkningsutrustningen är relativt sett lågt, vilket leder till en hög noggrannhet för produkten och lång livstid för tillverkningsutrustningen. Detta gör att pulvermetallurgi är extra fördelaktigt vid väldigt stora tillverkningsvolymer. 7 2.2.
Användningsområden Figur 3: Exempel på komponenter tillverkade med PMteknologi.6 Idag tillverkas många olika komponenter med hjälp av pulvermetallurgi. Tack vare de egenskaper och de processer som kännetecknar tillverkningsmetoden blir det möjligt att med minimalt materialsvinn tillverka artiklar med avancerade former. Tillverkningsförfarandet lämpar sig också för automatiserad produktion med stora produktvolymer. Förutom kugghjul tillverkas även många andra komponenter med hjälp av pulvermetallurgi, som till exempel lager, filter, ventiler och vevstakar.7 Figur 3 visar några exempel på komponenter som tillverkats med denna teknologi. 2.3.
Pulvermetallurgins grunder Till komponenttillverkning med hjälp av pulvermetallurgi hör i stora drag fyra steg. Dessa steg lyder som följande: 1. Pulvertillverkning. Pulver framställs genom sönderdelande av metall. 2. Formgivning. Pulvret formas genom sammanpressning. 3. Sintring. Artiklarna upphettas, vilket har en ökad hållfasthet som effekt. 4. Efterbehandling. Ofta nödvändigt om hållfastheten ska ökas ytterligare. I nedanstående punkter beskrivs stegen mer ingående. 2.3.1.
Pulvertillverkning Innan komponenttillverkningen kan starta måste först pulvret framställas. Genom att variera val av råmaterial och processteknik och proportioner av eventuella legeringsämnen kan pulvrets och det färdiga materialets egenskaper styras.8 Det finns ett flertal metoder för att tillverka det pulver som sedan används för att tillverka PM‐
material. Nedan beskrivs två av dessa metoder. Därtill tillkommer även direkt malning av metallstycken och elektrolytisk utfällning. 8 2.3.1.1.
Järnmalmsreduktion Figur 4: Illustration av pulvertillverkning genom reduktion.9 En av de äldsta metoderna är baserad på järnmalmsreduktion. Finmalen järnmalm, vilket också kallas för slig, placeras koncentriskt tillsammans med kolpulver och kalkstenspulver i en reduktionsdegel, alltså en sorts förvaringskärl, tillverkad av kiselkarbid (SiC) enligt figur 4. Kärlet placeras sedan i en reduktionsugn där den hettas upp till en temperatur på ca 1200 grader Celsius, en temperatur som ligger under smältpunkten för järn.10 Vid denna temperatur sker en kemisk reaktion som producerar kolmonoxid och ger järn som reduktionsprodukt. Efter reduktionen får det nybildade järnet en struktur som kan liknas vid strukturen hos en tvättsvamp. Järnet mals sedan upp i mikropartiklar, vilka fortfarande behåller den ursprungliga svampstrukturen inom sig.11 2.3.1.2.
Atomisering Figur 5: Illustration av pulvertillverkning genom atomisering med vatten som medium. En vattenstråle (water spray) skjuts in i smältan och delar upp den.12 En annan väldig vanlig pulverframställningsmetod är baserad på att låta en smält metallegering med önskad komposition finfördelas med hjälp av en stråle.13 Den smälta massan hälls i en degel för att sedan i en tunn stråle flöda ut ur ett munstycke som skingras av strålar av ett valt medium som vanligtvis består av vatten, men det kan även 9 vara luft eller gas. Strålarna bryter upp metallflödet i många små droppar som snabbt stelnar till pulverpartiklar (Se figur 5). Formen på partiklarna skiljer sig åt beroende på mediet. Om gas med låg värmekapacitet används blir partiklarna sfäriska, medans vid användning av vatten får de väldigt oregelbundna former.14 Efter denna uppdelning måste det skingrande mediet separeras från pulvret och i många fall krävs även ytterligare behandling för att få bort ett eventuellt ytlager som formats på partiklarna på grund av mediet. Gemensamt för dessa och andra metoder är att de resulterar i ett pulver bestående av vad man skulle kunna definiera som mikro‐stycken eller mikro‐tackor. Med det menas att varje mikro‐stycke har formats individuellt, istället för att hela det slutgiltiga stycket tillverkas som en homogen bit. Det innebär att om ett fel på mikrostrukturell nivå uppstår i stycket så kan detta fel spridas över hela biten. Fel som kan uppstå kan exempelvis bero på att olika legeringselement inte beblandats ordentligt eller att lokala densitetssvackor har uppstått. Vid användandet av pulver för komponenttillverkning är däremot sådana mikrostrukturfel begränsade till det väldigt lilla stycke av den totala biten där det uppstod. Därför kan man med pulvermetallurgi helt undvika eller i alla fall drastiskt minska problem relaterade till en oönskad mikrostruktur i materialet.15 2.3.2.
Pulverformgivning 2.3.2.1.
Koaxial pressning För att kunna gå vidare med tillverkningen måste metallpulvret formges. Det sker genom olika typer av sammanpressning. Nedan följer beskrivningar av några av de viktigare metoderna. Figur 6: Formgivning genom enaxlig pressning.16 Den viktigaste formgivningsmetoden för PM‐komponenter är tvåsidigt axial, eller koaxial, pressning i vertikalt led. Kombinationen av goda geometriska formgivningsmöjligheter, vilket innefattar både precisions‐ och upprepningsmöjligheter, och en hög produktivitet utgör denna metods största styrkor. Det koaxiala pressningsförfarandet sker rent konkret genom att metallpulver hälls i en form vari det sedan trycks samman av pressningsstämplar (Se figur 6). Pressningsmaskinen utgörs utöver själva formen av en överstämpel, en understämpel och om nödvändigt en eller flera mittstavar för eventuella genomskärande hål till artikeln.17 Sammanpressningen kan ske antingen genom enkelriktat eller genom dubbelriktat tryck. Vid enkelriktat 10 tryck pressar överstämpeln ner på en fixerad understämpel, medans vid dubbelriktat tryck pressar både över‐ och understämpeln på artikeln från två riktningar. Genom att variera utseendet på pressformen kan man skapa komponenter med många olika former och storlekar. Det finns dock vissa begränsningar av hur pass komplicerade geometrier som går att skapa. Efter pressning har artikeln i stora drag fått en form som överensstämmer med slutproduktens tänkta form. Dock skiljer sig fortfarande det mekaniska, fysiska och kemiska egenskaperna. Detta beror på att pulverpartiklarna ännu inte bundits metallurgiskt till varandra, utan bara mekaniskt.18 Artikeln har nu nått det så kallade grönkroppsstadiet (Green Compact) i produktionskedjan. 2.3.2.2.
Isostatisk pressning Elastisk form
Artikel som
sammanpressas
Figur 7: Behållare för isostatisk pressning. Den elastiska formen överför presskraften från mediet till artikeln som sammanpressas jämnt över hela sin yta.19 Vid framställning av artiklar med komplexa och svårpressade former och för att få en förbättrad hållfasthet bör metoden isostatisk pressning användas. Denna pressningsteknik bygger på att artikelkroppen utsätts för ett jämnt tryck som ligger över hela dess yta. Det leder till en jämnare och högre densitet, i jämförelse med artiklar sammanpressade av en pressmatris.20 Detta jämna tryck skapas med hjälp av ett medium i form av en gas eller vätska. Det ännu icke sammanpressade pulvret placeras i en elastisk form, vilken sedan placeras i en tryckbehållare och pressas därefter samman av mediet när trycket i behållaren ökar, enligt figur 7. Vid rumstemperatur lämpar sig i första hand vätska bäst som trycköverförande medium. Pressningsförfarandet kallas då för kallisostatisk pressning, eller CIP (Cold Isostatic Pressing). Efter pressning av stålpulver ligger densiteten på mellan 80 och 90 procent av densiteten hos en kropp av smitt stål.21 Utöver komplexa geometrier möjliggör detta förfarande även framställandet av presskroppar med väldigt hög geometrisk noggrannhet i jämförelse med deras slutkonturer. Förfarandet gör det även möjligt att foga samma komponenter bestående av olika material.22 Pressningstiden för en presskropp, det vill säga tiden för en arbetscykel, ligger på mellan 10 och 30 minuter vid detta förfarande.23 För sammanpressning, eller konsolidering, av metallpulver är ett tryck på 400 MPa tillräckligt. Denna metod lämpar sig för små tillverkningsvolymer av större komponenter utan alltför komplicerad form, eftersom det endast är möjligt att applicera ett jämnt tryck på enklare geometrier med denna metod.24 11 En annan isostatisk konsolideringsmetod är varmisostatisk pressning, eller HIP (Hot Isostatic Pressing). Även vid detta förfarande placeras pulver i en form som utsätts för tryck. Skillnaden mot den tidigare beskrivna pressningsmetoden är att medans pressningen sker så hettas även formen och dess innehåll kraftigt upp. Det innebär att den använda formen måste vara tillräckligt värmetålig Arbetstemperaturen ligger vanligtvis mellan 800 och 1500 grader Celsius och det totala arbetstrycket ligger på cirka 200 MPa.25 På grund av behovet av lång bearbetningstid och eftersom anläggningen tar tid att tömma och fylla så klarar den högst 2 cykler på 24 timmar. Som trycköverförande medium används en gas, i regel argon, tack vare dess höga renhetsgrad. På grund av den upphettning som ingår i denna process behöver artikeln heller inte sintras ytterligare. Därför kallas denna metod även för trycksintring, då upphettandet kan liknas vid en sintringsbehandling. Utöver de egenskaper som kännetecknar kallpressade artiklar så erhåller de varmpressade artiklarna en ännu högre densitet och då även ännu bättre hållfastighetsegenskaper, detta på grund av de sintringsliknande uppvärmningsförhållandena. Anläggningskostnaderna är dock högre för denna metod jämfört med kall isostatisk pressning, på grund av den ökade energiåtgången vid uppvärmningen och den förlängda behandlingstiden. 2.3.2.3.
Formsprutning 2.3.3.
Sintring Ytterligare en formgivningsmetod är Powder Injection Molding, eller formsprutning på svenska. Metallpulver blandas med ett bindningsämne, genomgår en granuleringsprocess och injiceras sedan in en form där det pressas samman av det enaxiala tryck som driver på flödet in i formen. Bindningsämnet tas därefter bort genom urlakning (leaching) eller utbränning (burn‐out).26 Denna avdrivning är en komplicerad och tidsödande process då komponentens form måste vara oförändrad och ingen sprickbildning i komponenten får ske. Sedan sintras föremålet för att ge det en hög densitet. Med hjälp av denna metod kan man tillverka små komponenter med invecklad geometri genom endast enaxlig pressning.27 Som nästa steg i tillverkningsprocessen ska den sammanpressade grönkroppsartikeln sintras. Det innebär att artikeln passerar igenom en sintringsugn där den hettas upp kraftigt. Under sintringen sker diffusion på atomnivå vilket gör att pulverpartiklarna fogas samman tills de i princip inte längre går att åtskilja. Det leder till tillrundade och förminskade porer och en över lag lägre porositet i artikeln.28 Vid detta förfarande bildas starka metallurgiska bindningar mellan partiklarna. Sintringsprocessen är på många sätt det viktigaste steget vid tillverkning av PM‐komponenter. Det är i detta skede som komponenten uppnår den hållfasthet och erhåller de materialegenskaper som den förväntas ha när den är färdig. Sintringsoperationer sker i princip alltid i en skyddad och kontrollerad atmosfär som inte innehåller ämnen som kan skada och förändra sintringen. Det är nödvändigt för att kunna förhindra oxidation i materialet och för att kunna reducera oxider som bildats på materialets yta.29 Temperaturen i sintringsugnen ligger vanligtvis mellan 60 och 90 procent av smältpunktstemperaturen för den aktuella metallen eller legeringen.30 För speciella pulverblandningar som består av delvis svårsintrade ämnen kan dock temperaturen under sintringen ligga över smältpunktstemperaturen för det pulverämne som har lägst smältpunkt. Så är till exempel fallet om ett ämne med lägre smältpunkt har lagts till i blandningen för att underlätta sintringsprocessen. 12 På grund av diffusionen och sammanfogningen som sintringen orsakat så ökar normalt den behandlade artikelns densitet. Densitetsökningen medför att artikelns volym minskar, eftersom inget ytterligare stoff tillförs artikeln. En sådan volymminskning kan leda till felaktig komponentstorlek med bland annat felpassning som följd. Därför är det viktigt att uppnå hög densitet redan till green compact‐stadiet, för att undvika för stora volymförändringar och att även beräkna hur pass stora volymförändringar som sintringen kan orsaka, för att kunna kompensera för volymförändringen vid valet av press‐ och sinterformsstorlek. Särskilt viktigt är det att uppnå en homogen densitet under pressningssteget, då den annars riskerar att deformeras ifall volymen förändras olika mycket i olika delar av den. Vid en jämn densitet och en homogen spridning av eventuella legeringselement förändras artikelns storlek med samma proportioner över hela dess massa under sintringen, eftersom sintringstemperaturen då påverkar alla delar av artikeln lika mycket. Detta gör att det fortfarande går att förutsäga en artikels utseende efter sintringen. 2.3.3.1.
Pulvergjutning 2.3.4.
Efterbehandling 2.3.4.1.
Återpressning En variant av det ovan beskrivna sinterförfarandet är Powder Forging‐tekniken, eller pulvergjutning. Den bygger på en kombination av sintring och formgjutning och är kapabel att skapa artiklar med maximal densitet, svårpressade former och hög dimensionell noggrannhet vid massproduktion.31 Av denna anledning krävs väldigt sällan ytterligare efterbehandling av artiklar som tillverkats med denna teknik. Tillverkning med pulvergjutning inleds med att den önskade pulversammansättningen sammanpressas till en artikel vars form är en förenklad variant av den önskade formen på slutresultatet. Efter pressningen sintras artikeln med en temperatur under smältpunkten för pulvrets basmetall. Detta ger upphov till metallurgiska bindningar mellan pulverpartiklarna, vilket ökar artikelns hållfasthet.32 Därefter placeras artikeln i en gjutningspress som genom pressning och upphettning ger artikeln sin slutform. Detta förfarande orsakar tillräckligt mycket deformation för att ge slutartikeln en densitet som ligger väldigt nära densiteten hos solid metall, och artikeln får därför sådana mekaniska egenskaper så att den kan hållfasthetsmässigt kan mäta sig med artiklar som gjutits ur solida metallstycken.33 Dock finns vissa begränsningar av vilka legeringsmaterial som kan användas i pulvret när denna teknik används, vilket gör att tillverkare kan tvingas välja dyrare legeringselement än om andra tillverkningstekniker skulle ha använts. För att tillverkningsprocessen ska vara lönsam krävs också vanligtvis stora produktvolymer för att finansiera utrustning och underhåll.34 Ytterligare behandling efter sintring är ofta nödvändig för att en artikel ska kunna uppnå den hållfasthet eller geometri som eftersträvas. Flera olika efterbehandlingsmetoder kan kombineras för att uppnå de densitets‐ och hållfasthetsnivåer som artikeln behöver ha. Nedan följer en närmare beskrivning av fyra olika efterbehandlingstekniker som kan användas på pulvermetallurgiskt tillverkade artiklar. Att även efter sintringen pressa artikeln i en form är en bra metod för att förbättra både hållfasthet i form av ökad densitet och även för att åtgärda måttfel. Denna metod kallas för återpressning (Re‐pressing). Vid denna andra sammanpressning används vanligtvis en speciell pressform som är anpassad till artikelns form efter sintringen, men om det rör sig om artiklar där de oönskade dimensionella förändringarna ligger på noll eller 13 väldigt nära noll går det även bra att använda samma form som användes innan sintringen. Vid fall där en artikels hållfasthet måste vara maximal används återpressning i första hand som ett sätt att uppnå maximal hållfasthet. För att åstadkomma artiklar med ännu bättre dimensionell noggrannhet kan metoden varm isostatisk pressning användas efter sintringen.35 2.3.4.2.
Ytförtätning Figur 8: En pressningsmaskin för ytförtätning av kugghjul. Det mindre kugghjulet i bildens mitt är det som bearbetas.36 Figur 9: Förstoring av en förtätad kuggflank i genomskärning. Bilden visar att porernas antal och storlek minskas kraftigt av den ytförtätande behandlingen. Den större bilden visar en inzoomning av ytan på kuggen i den mindre bilden37 För att öka densiteten lokalt i en sintrad artikel, särskilt när det gäller kuggarna på ett kugghjul, så är metoden ytförtätning (surface densification) att rekommendera. Genom att rulla ett sintrat kugghjul mot ett verktyg med motsvarande kuggar fast med en högre hårdhet ökas densiteten lokalt vid ytan på kuggarna på grund av den sammanpressning av porer som sker vid rullningen. Den utrustning som används till detta finns återgiven i figur 8. Resultatet av denna densitetsökning är en förbättrad utmattningsstyrka mot både kuggböjning och brott i kuggroten och ett förbättrat motstånd mot skador orsakade av ytkontakt.38 Figur 9 tydliggör resultatet av en ytförtätad kugg. Den förtätade kuggen uppvisar en drastisk densitetsökning orsakad av sammanpressningen och förminskning av porerna i ytan. 2.3.4.3.
Porutfyllnad Att fylla ut en sintrad artikels porer med något medel är ytterligare ett sätt att öka dess hållfasthet. Utfyllnadsmedlet kan antingen vara en metall i smält form, eller ett organiskt ämne som till exempel olja. Är medlet en metall kallas metoden för infiltration och om det är ett organiskt ämne benämns det istället som impregnering. Vid infiltration är det viktigt att den tillförda metallen har en lägre smältpunkt än den metall eller legering som den sintrade artikeln består av. Det är inte nödvändigt att applicera ett tryck för att metallen ska spridas i och fylla upp artikelns porer, då en kapillärkraft uppstår som suger in den. Vid impregnering med olja eller annat organiskt ämne får man istället en artikel med självsmörjande egenskaper och bättre tryckbevarande egenskaper på grund av den ökade tätheten i materialet. De självsmörjande egenskaperna som artikeln erhåller är särskilt nyttiga för olika typer av axellager som behöver smörjning. Detta är 14 därför en vanlig efterbehandlingsmetod vid lagertillverkning. Maskinell behandling av sintrade artiklar underlättas även av denna typ av impregnering.39 2.3.4.4.
Uppkolning En annan vanlig metod för ythärdning är uppkolning, eller carburization. Den används för att härda de flesta typer av metallföremål, även sintrade. Metoden bygger på att en artikels hållfasthet ökas genom en densitetsökning i artikelns yta, orsakad av en förhöjd kolhalt. Denna process har varit känd i flera tusen år och den utfördes ursprungligen genom att det järnstycke som önskades härdas placerades tillsammans med kol som sedan hettades upp. Denna process tog några timmar och ledde till en förhårdning i ytan. Nu för tiden sker denna process på ett annat sätt, genom att metallstycket som ska härdas placeras i en ugn, vilken är anpassad för att kunna genomföra härdningsprocesser, som innehåller en atmosfär med en speciell sammansättning av olika ämnen. Genom att variera atmosfärssammansättningen kan uppkolningsförfarandet optimeras och styras till att skapa ett ytlager med ett specifikt djup i den behandlade artikeln.40 Trots de goda formgivningsmöjligheter som finns vid produktion av PM‐artiklar finns det fortfarande begränsningar för vilka typer av geometrier som går att skapa på ett tillfredsställande sätt genom pressning. Därför är i vissa fall maskinell behandling efter sintringen vara nödvändigt, till exempel vid skapandet av transversala hål genom artikeln.41 15 3 Alternativa metoder för kugghjulstillverkning Det finns ett flertal andra metoder för kugghjulstillverkning utöver pulvermetallurgi. I detta avsnitt beskrivs två av de viktigaste metoderna. Den generella fördelen med dessa metoder är att de ger upphov till artiklar med högre densitet än artiklar tillverkade enligt det pulvermetallurgiska förfarandet. Detta beror på den porfria materialstruktur som de nedan beskrivna metoderna åstadkommer. Dock förbrukar dessa metoder både mer energi och mer material än pulvermetallurgi, vilket leder till att de bidrar till högre tillverkningskostnader.42 Även vid dessa tillverkningsmetoder går det att styra det tillverkade kugghjulets slutliga egenskaper genom att variera stållegeringens komponenter. 3.1.
Kugghjulstillverkning genom maskinell behandling av smitt stål Denna metod går i korta drag ut på att en ståltacka hettas upp till en temperatur nära dess smältpunkt. Denna tacka formges sedan genom maskinell behandling med hjälp av verktyg som hammare, press eller ringrullningsmaskin. För att sedan skapa mer komplexa former, som till exempel kuggar, krävs ytterligare maskinell behandling, som till exempel fräsning eller andra former av utskärning.43 En viktig konsekvens av den bearbetning och den formningspåverkan som artikeln utsätts för är att materialet blir anisotropiskt, vilket innebär att direktionalitet uppstår i materialet. Med detta menas att det uppkommer något som kan liknas vid fibrer i materialet som leder till att hållfastheten skiljer sig åt i olika riktningar. Materialets styrka längs med fiberriktningen ökas, medans styrkan och hållbarheten i vinkelrät riktning mot fiberriktningen försämras.44, 45 Figur 10 och figur 11 ger ett exempel på hur detta kan se ut, både teoretiskt och ur verkligheten. Att anpassa bearbetningen av en komponent så att den direktionalitet som uppstår är riktad så att komponenten får en optimal anpassning för de belastningar som den kommer utsättas för är därför väldigt viktigt. Beroende på hur kugghjulen tillverkats kan direktionaliteten uppstå på olika sätt och kugghjul tillverkade av samma råmaterial kan därför prestera olika i en viss applikation. Figur 10: Teoretisk bild av hur Figur 11: Fiberflöde och direktionalitet i en direktionalitetsfibrer i ett föremål av smidd krankrok. 47 bearbetat smitt stål kan vara riktade.46 16 3.2.
Kugghjulstillverkning genom formgjutning av stål Kugghjulstillverkning genom gjutningsteknik är till en början väldigt lik smidesmetoden. Även här används en smält stållegering med olika sammansättning beroende på vilka egenskaper den färdiga artikeln ska ha. Det smälta stålet formges genom att det tillåts stelna i en gjutform. Vid tillverkning med hjälp av formgjutning bildas heller ingen direktionalitet i materialet, vilket innebär att de mekaniska egenskaperna är lika oavsett vilken riktning en belastning verkar ifrån. Den gjutform som används kan till exempel vara en återanvändbar metallform, eller en sandform som förkastas efter användning. Tillverkning med hjälp av en metallform ger kugghjul med relativt sett välbehandlad och slät yta och relativt god dimensionell noggrannhet medans däremot tillverkningskostnaderna är relativt höga, eftersom metallformen är jämförelsevis dyr att tillverka. Denna metod lämpar sig därför väl för större volymer.48 Metoden med sandform sker däremot genom att sand formas enligt den önskade kugghjulsformen. Den blandas med ämnen som gör att det håller samman under den tid det tar för stålet att stelna. Detta innebär att det genom användning av denna metod går att skapa artklar med mer komplexa geometrier utan att behöva genomföra någon ytterligare behandling. Sandformgjutna kugghjul kännetecknas av mindre släta ytor och sämre dimensionell noggrannhet, fast med lägre tillverkningskostnader, då sandformerna är relativt billiga att tillverka. Därför lämpar sig denna typ av tillverkning för kugghjul med lägre krav på hållfasthet och noggrannhet och med mindre produktionsvolymer.49 17 4 Empiriska data Efter denna ingående genomgång av den pulvermetallurgiska tillverkningsprocessen kommer den resterande delen av rapporten att fokusera på huruvida processen är lämplig som tillverkningsmetod för kugghjul med höga krav på hållfasthet och livslängd, såsom kraftöverförande kugghjul i lastbilars växellådor. Det finns väldigt många faktorer som påverkar graden av lämplighet, vilket gör att ett entydigt svar därför kan vara svårt att åstadkomma. Den datainsamling som genomförts utgörs av två delar. Den första delen bygger på genomgångar av tre fallstudier och den andra delen på en intervju genomförd med Erik Sandqvist, anställd på Scania. De tre fallstudierna behandlar empiriska tester av PM‐kompononenter som har tillverkats på skilda sätt eller utsatts för olika sorters efterbehandlingsmetoder. Man testade bland annat komponenternas livslängd och hårdhet. De olika tillvägagångssätten jämfördes sedan med varandra utifrån testresultaten, för att avgöra vilken metod som ger bäst resultat Alla tre fallstudierna innefattar även tester av komponenter tillverkade av solitt stål. Resultaten av dessa tester fungerade som referensvärden och användes till att göra en jämförelse mellan de testade PM‐metoderna och de alternativa tillverkningsmetoder som finns. Valet av vilka fallstudier som togs i betraktande baserades på att deras resultat var relevanta för att kunna ta fram ett svar till den uppställda frågeställningen. Intervjun med Erik Sandqvist syftade till att ytterligare undersöka lämpligheten i att använda PM‐teknologi för att tillverka till det redan nämnda användningsområdet. Ett delsyfte med intervjun var att särskilt belysa eventuella negativa sidor och nackdelar med teknologin, vilka skulle kunna göra den olämplig som tillverkningsmetod av kugghjul till det aktuella området. 4.1.
Fallstudie 1: High Performance Gears for Heavy Duty Transmission50 4.1.1.
Syfte och metod Den första fallstudien är baserad på en undersökning gjord i Höganäs och Scanias regi. Undersökningen gick ut på att jämföra fyra kugghjulstillverkningstekniker, av vilka tre var PM‐tekniker och den fjärde en teknik som byggde på maskinell bearbetning, som betraktades som referensvärde. Jämförelsen skedde genom att ett kugghjul tillverkades med var och en av teknikerna, som tester sedan utfördes på. Det utvalda kugghjulet var ett planetkugghjul från en växellåda tillhörande en tung lastbil tillverkad av Scania. Se bilaga A‐1 för kugghjulens dimensioner. De fyra metoderna som undersöktes var följande: Konventionell pressning och sintring (1), Varmpressning och sintring (2), konventionell pressning, sintring och ytförtätning (3) (se avsnitt 2.3.4.2.) och maskinell behandling och utskärning ur solitt stål. Materialen skiljde sig åt mellan de olika metoderna. Se bilaga A‐2 och bilaga A‐3 för denna information. Efter tillverkningen härdades alla fyra testkugghjulstyper genom uppkolning (carburization) för att ytterligare stärka kuggytorna. Målet var att skapa ett förstärkt ytskikt som sträckte sig 0.7‐1.2 mm in i materialet. Själva undersökningen gick ut på att analysera effekten av ythärdningen, utmattningstesta kuggrötterna (testet pågick under 2 miljoner arbetscykler) och undersöka eventuella kvarvarande spänningar orsakade av ythärdningen. 18 4.1.2.
Resultat Resultaten återfinns i grafiskt format som bilagor. Ythärdning (Bilaga A4) Detta test mätte Vickers‐hårdheten som funktion av det härdade ytskiktets djup i mm. Resultatet visar att det konventionellt pressade kugghjulet (variant 1) blev genomhärdat eftersom hårdheten ligger på ungefär samma nivå över hela testdjupet. Det önskade härdningsdjupet överskreds alltså. Detta kugghjul hade en densitet på 7.01g/cm3. Det varmpressade kugghjulets (variant 2) kurva påvisar däremot ett härdningsdjup på 1.1 mm, vilket låg inom den önskade utsträckningen. Densiteten för det varmpressade kugghjulet hamnade på 7.44g/cm3. Dock är den maximala hårdheten märkbart lägre än referensvärdet från stålet. För det sista PM‐kugghjulet, det ”surface densified” (variant 3) är ytdjupet på 1.2 mm, alltså även det inom de angivna specifikationerna. Densiteten för denna variant är 7.15g/cm3, fast hårdheten i ytan ligger dock över motsvarande värde för referenskugghjulet. Utmattningstest för kuggrötter (Bilaga A5) Testet mätte spänningen som funktion av antalet arbetscykler. Ur resultatet för detta test går det att avläsa att det ytförtätade kugghjulen (variant 3) erhöll den högsta uthållighetsgränsen på 33 kN, vilket var lite över referenskugghjulets resultat, vilket var 31 kN. Uthållighetsgränsen för de två övriga kugghjulen kunde inte erhållas, då testcyklerna inte kunde slutföras. Man ser dock att varmpressning (variant 2) erhöll ett högre värde än det konventionellt pressade kugghjulet (variant 1), något som tros bero på den högre densiteten hos det tidigare kugghjulet. Residuala spänningar (Bilaga A6) I detta test mättes residuala spänningar som funktion av ytdjupet. Resultatet visar residuala spänningar vid kugghjulens ytor. Om den residuala spänningen har ett positivt värde utgör den en tryckspänning och omvänt så innebär ett negativt värde en sammanpressande dragspänning. Sammanpressande spänningar förbättrar motståndet mot utmattning. För det konventionellt pressade kugghjulet (variant 1) uppkom endast väldigt svaga sammanpressande spänningar tätt inpå ytan. Detta kan förklaras av den jämna hårdheten som observerades i den första grafen. Hos både det varmpressade kugghjulet (variant 2) och hos det ytförtätade kugghjulet (variant 3) förekom sammanpressande spänningar, vilka var störst hos variant 3. Hos stålreferensen uppkom istället en tryckande spänning precis vid ytan, som sedan snabbt övergick till att bli sammanpressande. 4.1.3.
Diskussion och slutsats Resultatet av utmattningstestet för den konventionellt pressade varianten var inte särskilt övertygande i jämförelse med de övriga resultaten. Detta tros i fallstudien bero delvis på avsaknaden av residuala spänningar men också på låg ythårdhet och på en relativt sett låg densitet. Det varmpressade kugghjulet uppvisade ett bättre resultat vid utmattningstestet, något som tillskrivs en högre densitet och residuala sammanpressande spänningar i ytan. Dess hållfasthet tros kunna förbättras om ythårdheten kunde öka ytterligare, till exempel genom användandet av ett värmebehandlingsförfarande bättre anpassat till det aktuella materialet. För det ytförtätade kugghjulet så noterades en ytdensitet på samma nivå som den hos 19 kugghjulet av solitt stål. Eftersom den högsta spänningen på ett belastat kugghjul återfinns i den belastade kuggens yta så kan alltså kugghjulets kapacitet ökas ytterligare genom att höja densiteten i och precis innanför ytan. En sådan densitetshöjning minskar antalet porer i ytan, vilket bidrar till att öka kugghjulets hållbarhet eftersom sprickor och brott har lättare att uppstå i ojämnheter. Av dessa anledningar visade det ytförtätade kugghjulet upp ett bättre testresultat jämfört med de andra PM‐metoderna. Resultatet av testerna visar alltså att en artikel med lägre inre densitet men vars yta har förtätats (variant 3) kan utstå ett större antal belastningscykler än en artikel med en högre inre densitet som är homogen över hela artikeln. En sammanfattad slutsats för fallstudie 1 är alltså att kombinationen av bearbetningsmetoderna ythärdning och ytförtätning på PM‐kugghjul ger upphov till en artikel med mekaniska egenskaper motsvarande de hos kugghjul tillverkade av smitt stål. 4.2.
Fallstudie 2: Bending Fatigue of Surface Densified Gears51 4.2.1.
Syfte och metod Denna studie gick ut på att testa hur skador på kugghjul utvecklas genom att undersöka böjutmattningsgränsen och hur man kan påverka denna gräns genom att variera ytförtätningsdjupet. Syftet var att ta reda på huruvida ny utveckling inom ytförtätning kan göra det möjligt att till växellådor inom fordonsindustrin ersätta smidda kugghjul med ytförtätade PM‐kugghjul. Test utfördes på två kugghjul tillverkade av metallpulvret DM‐222 enligt konventionell PM‐teknik med efterföljande ytförtätningsbehandling (Variant 1 och 2) och på ett kugghjul tillverkat av stållegeringen AISI 8620, som sedan formades maskinell bearbetning (Variant 3). Testresultaten för detta kugghjul utgjorde referensvärden för testet. För närmare materialspecifikationer, se bilaga B‐1. Alla kugghjulen härdades ytterligare efter tillverkning genom härdningsbehandling, med målet att skapa ett härdat skikt på 0.6 till 0.8 mm. Behandlingstiden var samma för alla tre varianterna. De tillverkade kugghjulens geometri finns återgiven i bilaga B‐2. PM‐kugghjulen ytförtätades så att det ena (Variant 1) erhöll en djupare förtätning (>0.20 mm) och det andra (Variant 2) en grundare (<0.10 mm). Två tester genomfördes. Vid det första testades en enskild kugg genom att den utsattes för ett konstant tryck. Vid det andra sattes två kugghjul i ingrepp, vardera påverkade av ett konstant vridmoment. I båda fallen stoppades testet efter 107 cykler och det ansågs vara lyckat om den testade kuggen inte hade brustit. 4.2.2.
Resultat Genom kvantitativ bildanalys av resultatet av ytförtätningen erhölls att kugghjulet med djupare förtätning (Variant 1) erhåller en ytdensitet på precis över 7.8 g/cm3, medan ytdensiteten för kugghjulet med grundare förtätning (Variant 2) hamnar på cirka 7.7 g/cm3. Densiteten sjunker sedan längre in i materialet. Resultatet är illustrerat i bilaga B‐3. Både yttförtätningen och ythärdningen bidrog till en förhöjd ythårdhet, i samband med densitetsökningen. Detta gav i sin tur upphov till residuala spänningar. Med hjälp av röntgendiffraktion kunde dessa spänningar i kuggroten uppmätas. Resultatet finns i bilaga B‐4. Både PM‐kugghjulen och referenskugghjulet uppvisar likartade och kraftigt sammanpressande residuala spänningar precis under ytan. 20 Utmattningsgräns för enskild kugg (Bilaga B5) Resultatet av det första testet visar att utmattningsgränsen för en enskild kugg på kugghjulet med djup surface densification (Variant 1) till stor del liknar gränsen hos referenskugghjulet. Båda varianternas maximala utmattningsspänning sjunker i takt med att antalet cykler ökar. Dock planar spänningskurvorna ut runt 1100 MPa och båda varianterna nådde avbrytningsgränsen på 107 cykler kring detta värde. Utmattningsgräns för kuggar i ingrepp Tester utfördes genom att två kugghjul sattes i ingrepp med varandra och drevs mot varandra med ett bestämt vridmoment. De kombinationer som testades var det djupt ytförtätade kugghjulet mot referenskugghjulet och det djupt mot det grunt ytförtätade kugghjulet. Resultatet av den första jämförelsen visar ett svagt övertag för referenskugghjulet. Vid en böjspänning strax under 1,000 MPa hade det ytförtätade kugghjulet ändå en livslängd på över 10 miljoner cykler. Detta finns återgivet i bilaga B‐
6. Vid jämförelse mellan resultatet för de två PM‐kugghjulen framkommer att kugghjulets förmåga att ta upp last försämras vid alla testade vridmoment när djupet som är ytförtätat minskas. Detta är illustrerat i bilaga B‐7. 4.2.3.
Diskussion och slutsats 4.3.
Fallstudie 3: Rolling Contact Fatigue Performance Contrasting Surface Densified, Powder Forged, and Wrought Materials52 4.3.1.
Syfte och metod Enligt resultatet kan PM‐kugghjul med större förtätningsdjup (> 200 µm) uppnå en utmattningsgräns som närmar sig den för härdat smitt stål AISI 8620 vid spänningar på drygt 1000 MPa. Däremot tydliggjordes att kugghjul med grundare ytförtätning (< 100 µm) inte klarar av den sortens belastning. Som slutsats av resultatet av denna fallstudie dras att det är möjligt att öka utmattningsgränsen för böjspänning hos ytförtätade PM‐
kugghjul genom att välja ett större förtätningsdjup. Den tredje fallstudien byggde även den på att undersöka och utvärdera lämpligheten i att använda kugghjul tillverkade med PM‐teknik till växellådor inom fordonsindustrin. Syftet var att undersöka hur utmattningsgränsen för material som PM‐kugghjul tillverkas av ändrades beroende på belastningen och sedan se hur detta resultat förhöll sig till utmattningsgränsen för smitt stål vid samma belastning. Ytterligare ett syfte var att jämföra olika ythärdningsmetoder och deras effekt på materialets livslängd. Själva testet utfördes inte på kugghjul, utan testdetaljer tillverkades, på vilka sedan testerna utfördes. Eftersom testerna var utformade på ett annat sätt så utelämnas exakta resultat eftersom de inte är direkt jämförbara med resultaten från de två tidigare fallstudierna. Detaljerna tillverkades genom att en utvald pulvermix FLN2‐4405 pressades och sintrades. Hälften av detaljerna sintrades med en högre temperatur (1260 °C) och den andra hälften med en lägre temperatur (1120 °C). Sedan behandlades alla detaljerna enligt pulvergjutningsmetoden (Se avsnitt 2.3.3.1) för att ytterligare härda och forma dem. Därefter genomgick detaljerna en maskinell ytbehandling för att skapa en jämnare yta och slutligen genomgick de en härdningsprocess för att öka ytdensiteten och hållfastheten i detaljerna. Som referens tillverkades även föremål av smitt stål AISI 8620. Dessa detaljer genomgick samma härdningsprocess som alla PM‐
detaljen i testet, för att kunna avgöra vilken effekt denna process hade på de olika 21 materialens utmattningsgränser. De tillverkade detaljerna testades sedan för utmattningsgräns på grund av rullningskontakt, enligt standardiserade metoder. Hårdheten i materialen fastställdes även, genom prover utförda enligt Vickers‐
principen. 4.3.2.
Resultat För att kunna jämföra olika ythärdningsmetoder inkluderades även resultatet från en tidigare genomförd fallstudie. Båda studierna genomfördes på liknande sätt. I den tidigare studien undersöktes metoden ytförtätning både med och utan extra materialhärdning. Testdetaljerna till den undersökningen tillverkades genom normal pressning och sintring med efterföljande mekanisk ytförtätning. Pulverblandningen FLN2‐4405 användes även till dessa detaljer. Alla prover testades vid en högre (2500 MPa) och en lägre spänningsnivå (1900/2000 MPa). Utmattningstestets resultat redovisas i form av den livslängd som 50 procent av detaljerna uppnådde vid angiven belastning och återfinns i bilaga C‐1. De ytförtätade detaljerna är benämda SD och de som genomgått extra härdning är benämnda annealed i bilagan. Resultatet för detaljerna tillverkade av referensstål var cirka 20 miljoner cykler vid 2000 MPa och 4.2 miljoner cykler vid 2500 MPa. De detaljer som tillverkats med pulvergjutningstekniken fick för de båda testade sintringstemperaturerna ett resultat på 13 miljoner cykler vid 1900 MPa och 2.1 miljoner cykler vid 2500 MPa. De ytförtätade detaljerna fick relativt spridda resultat, av vilka det som sintrats vid en högre temperatur och genomgått ytterligare härdningsbehandling presterade bäst, med ett resultat på 19 miljoner cykler vid 1900 MPa men bara 1.7 miljoner cykler vid 2500 MPa. Testdetaljen av smitt stål (AISI 8620) undersöktes även för att finna eventuell direktionalitet som kan ha uppkommit vid tillverkning. Tester som undersökte dess mekaniska egenskaper i både den huvudsakliga arbetsriktningen (longitudinell riktning) och i en riktning vinkelrät mot den longitudinella riktningen (transversal riktning) utfördes. I detta test framkom att en distinkt skillnad mellan dessa två riktningar fanns. De pulvermetallurgiskt tillverkade detaljerna uppvisar ingen inre direktionalitet, på grund av att de tillverkades under isotropiskt tryck. Resultaten för detta test finns i bilaga C‐2. Tester av ythårdheten utfördes på den pulvergjutna testdetaljen och på detaljen av solitt stål. Båda testerna utfördes efter att detaljerna även härdats. Resultaten är redovisade i Vickers‐hårdhet. Testet av detaljen av solitt stål påvisade att det i detta material formats ett ytskikt med märkbart högre hårdhet än i detaljens inre och det fullständiga resultatet återfinns i bilaga C‐3. Testet av den pulvergjutna detaljen kunde däremot inte uppvisa någon sådan hårdhetsskillnad. Resultatet för detta test finns i bilaga C‐4 Detta tros bero på att den pulvergjutna detaljen har genomhärdats. 4.3.3.
Diskussion och slutsats Vid en jämförelse mellan undersökningsresultatet för artiklarna som har tillverkats antingen enligt pulvergjutningsförfarandet (variant 1) eller med normal sintring och efterföljande ytförtätning och härdning (variant 2) framkommer att den senare av dessa två har en markant längre livslängd vid den lägre spänningen men en något kortare livslängd vid den högre spänningen. Detta indikerar att den senare av dessa två kan lämpa sig bättre för fall av höga spänningar och krav på lång livslängd. Dock överträffar ingen av de två varianterna resultatet för detaljen av smitt stål. Variant 2 närmar sig referensvärdet vid den lägre spänningen men när spänningen höjs ökar skillnaden. Den 22 pulvergjutna variant 1 ligger markant under referensvärdet vid både den lägre och den högre spänningen. I studien framställs faktumet att variant 1 verkar ha genomhärdats som en möjlig förklaring till varför den får ett så pass sämre resultat. En skillnad i densitet och hårdhet mellan att föremåls yta och innandöme och de inre sammanpressande spänningarna en sådan skillnad ger upphov till tros därför ha en positiv inverkan på föremålets livslängd. Den funna direktionaliteten som uppkommer vid tillverkning i smitt stål kan medföra negativa konsekvenser om den inte tas i beaktande vid fastläggande av livslängder beroende på beräknad belastning. Särskilt utmattningsgräns och stöttålighet visade sig vara extra riktningskänsliga. Om endast en artikels longitudinella egenskaper tas med i beräkningarna, trots att den även utsätts för krafter i transversal riktning så kan detta leda till oförutsedda brott och haverier. Resultatet pekar alltså på att PM‐kugghjul inte riktigt kan konkurrera med kugghjul av smitt stål vid så pass höga påfrestningar som testats i denna fallstudie. Dock framhålls PM‐kugghjulens isotropiska egenskaper som en fördel eftersom det ger en större förutsägbarhet om hur materialets mekaniska egenskaper i olika rikningar blir. 4.4.
Implikationer från intervju Intervjun genomfördes på Scania, en av Sveriges största lastbilstillverkare. Där intervjuades Erik Sandqvist, chef för avdelningen för materialteknologi för axlar och transmission. Erik Sandqvist berättade att pulvermetallurgi över huvud taget inte brukades för tillverkning av kugghjul till växellådor i Scanias lastbilar. Istället tillverkas i dagsläget kugghjul till detta användningsområde genom maskinell bearbetning och härdning av smitt stål. Flertalet undersökningar har gjorts i Scanias regi, för att utvärdera och undersöka huruvida olika varianter av PM‐teknologin skulle kunna utgöra ett relevant alternativ till den nuvarande tillverkningsmetoden och leva upp till de hållfasthetskrav som finns. Enligt Erik Sandqvist hade dessa undersökningar uppvisat varierande resultat, där vissa metoder framstod som bättre och andra som sämre. Dock hade inga sådana undersökningar kunnat påvisa tillräckligt starka argument för att PM‐
kugghjul skulle kunna leverera tillräcklig prestanda för att det skulle bedömas vara mer lönsamt för Scania att ställa om sin kugghjulstillverkning från dagens till den pulvermetallurgiska tillverkningstekniken. Enligt Erik Sandqvist fanns det inget definitivt svar på varför PM‐kugghjulen inte levde upp till de krav som ställs på ett kugghjul i en växellåda. En möjlig förklaring kunde vara de porer som uppstår i samband med att en komponent tillverkas med pulvermetallurgi. Dessa porer utgörs av små utrymmen som finns kvar mellan pulverpartiklarna, även efter sammanpressning och sintring. De finns både inuti materialet och på dess yta. Det är huvudsakligen porerna vid ytan som kan leda till problem. Porer och andra ojämnheter i ytan kan försämra ett materials hållfasthet och livslängd, eftersom sprickbildning i samband med påfrestningar lättare kan initieras i anslutning till sådana inhomogeniteter än i en slät yta. Enligt Erik Sandqvist antydde undersökningarnas resultat att det förmodligen alltid skulle finnas en liten mängd porer kvar i ytan på en PM‐tillverkad artikel även om den genomgått olika efterbehandlingstekniker, vilket då skulle ge PM‐tillverkningsmetoden en ständig nackdel i jämförelse med andra tillverkningsmetoder. Erik Sandqvist framhöll att det i slutändan är den metod som förväntas ge störst ekonomisk vinning som väljs. Han påpekade dock att när det gäller kugghjul till 23 växellådor har man på Scania hittills inte sett det som ekonomiskt försvarbart att genomföra en sådan omställning till komponenter av eventuellt lägre kvalitet. Enligt Erik Sandqvist är det inte bara Scania som kommit fram till denna slutsats, utan andra företag inom branschen använder sig inte heller av pulvermetallurgi som tillverkningsmetod för kugghjul till växellådor. Dock var han noga med att poängtera att PM‐teknologi dock kunde användas som tillverkningsmetod för många andra typer av komponenter till lastbilar, även kugghjul som sitter på andra ställen än i växellådorna. 24 5 Analys av resultat 5.1.
Analys Det är en något tudelad bild av den eventuella lämpligheten som målas upp av fallstudierna respektive intervjun. Fallstudierna gör klart att det med hjälp av de utprovade PM‐tillvägagångssätten är möjligt att producera kugghjul som kan utstå hög belastning under många arbetscykler. Studieförfattarna argumenterar i alla fall delvis för att de testade metoderna skulle kunna producera kugghjul som skulle kunna utstå de påfrestningar som kan uppmätas i en lastbils växellåda. Ytterligare en fördel med PM‐
teknologin är den minimala mängd materialspill som uppkommer under processens gång, vilket sänker de totala tillverkningskostnaderna. En vidare aspekt är den inneboende direktionalitet som kan uppkomma i kugghjul som formats genom maskinell bearbetning, vilket påvisades i fallstudie tre. Pulvermetallurgiskt tillverkade material är istället isotropiska, något som också redovisades i den redan nämnda studien. Det innebär att ett material är mekaniskt sett lika i alla riktningar, vilket är en fördel eftersom det underlättar dynamisk belastning. Detta till trots, så framstår inte resultaten som särskilt övertygande i jämförelsen med värdena från testerna av de kugghjul och detaljer av smitt stål som fungerade som referens. Jämförelsen ur fallstudie 1 påvisar en viss fördel för PM‐kugghjulet över referensvärdet när det gäller livslängd, medans den andra fallstudien anger att PM‐
kugghjulet i jämförelse med referenvärden har en längre livslängd i den ena undersökningen, men inte i den andra. I den tredje och sista fallstudien jämförs flera olika PM‐tekniker, men ingen av dem verkar kunna överträffa resultatet för referensstålet. Det är därför svårt att komma till en slutsats bara utifrån fallstudierna. Intervjun med Erik Sandqvist gav informationen att det kan vara så att det nästan inte går att uppnå ett så pass porfritt material med hjälp av pulvermetallurgi eftersom det är svårt att sammanpressa eller på annat sätt öka densiteten så pass mycket att alla porer verkligen försvinner. Detta skulle kunna vara en förklaring till att man på Scania inte ansett det vara lönsamt att byta produktionsteknik av kugghjul till pulvermetallurgi. Densiteten för det använda referensstålet AISI 8620 ur fallstudie 2 och 3 ligger på 7.85 g/(cm3) 53, 54. I fallstudie 1 användes SS 92506, med en densitet på 7.9 g/cm3. Båda densitetsvärdena är högre än vad någon av de olika PM‐metoderna kunnat uppbåda. Det betyder att dessa båda stålsorter har färre och mindre porer och har därför svårare att drabbas av brott eftersom den ytojämnhet som en por utgör ofta kan vara en bidragande orsak till att ett brott sker. Detta stöder ytterligare teorin om att pulvermetallurgin har svårt att producera kugghjul som kan konkurrera med konventionellt tillverkade kugghjul till lastbilars växellådor. 5.2.
Implikationer från analysen Pulvermetallurgi framstår i denna rapport som en attraktiv teknologi tack vare de goda möjligheterna till kostnadsinsparning som den möjliggör, särskilt i relation till andra jämförbara tillverkningstekniker. Baserat på studiens resultat ser det dock ut som att utvecklingen av de pulvermetallurgiska processerna ännu inte riktigt har nått till den nivån att metoden helt kan ersätta de nuvarande tillverkningsmetoderna. Dock kan detta ändras. Det är därför av stor vikt för en aktör inom lastbilsindustrin att bevaka pulvermetallurgins utveckling för att snabbast möjligt få veta ifall denna teknologi har utvecklats så pass mycket att den kan vara en applicerbar metod för att tillverka 25 kugghjul med tillräckligt goda mekaniska egenskaper för att kunna användas i lastbilars växellådor. Genom att återkoppla detta resultat till rapportens syfte framstår det som att pulvermetallurgi i dagsläget inte är en lämplig tillverkningsmetod för kugghjul till applikationer som med avseende på livslängds‐ och hållfasthetskrav kan liknas vid den ovan undersökta. Klart är trots allt att pulvermetallurgi är en väldigt användbar tillverkningsteknologi tack vare en materialåtgång som i de flesta fall knappt överstiger den slutliga produktens materialvolym. Denna väldigt låga mängd av spillmaterial gör att pulvermetallurgisk tillverkning kan genomföras till en lägre kostnad än många andra tekniker, eftersom materialkostnaderna blir lägre. Därför fortsätter den att vara en attraktiv tillverkningsmetod för kugghjul och andra maskinkomponenter, trots olämpligheten rörande den undersökta applikationen. Ytterligare en viktig poäng i detta sammanhang är att det som i slutändan bör avgöra valet av tillverkningsmetod för ett företag är vilken metod som förväntas producera maximal ekonomisk vinning. Det skulle teoretisk kunna innebära att en lägre nivå på kvaliteten, till exempel i form av kortare komponentlivslängd, kan möjliggöra sådana kostnadssänkningar att de produkter som säljs fortfarande är konkurrenskraftiga, på grund av det lägre priset. Alternativet är en högre produktkvalitet, vilket skulle kunna göra det möjligt för företaget att ta ut ett högre pris eftersom den förhöjda kvalitetsnivån kan utgöra ett mervärde för kunderna. Det handlar alltså om vilken inriktning företaget vill att dess produktportfolio ska ha. 26 6 Slutsats och diskussion 6.1.
Slutsats Denna rapport har påvisat att pulvermetallurgi har vissa fördelar över andra jämförbara tillverkningstekniker tack vare den lägre material‐ och energiåtgången och de goda möjligheter till formgivning som finns. Genom att välja mellan olika behandlingsmetoder och olika legeringskomponenter till pulvret kan den tillverkade komponentens slutliga egenskaper styras, vilket gör det möjligt att skräddarsy komponenter till speciella ändamål. Detta bidrar till att ytterligare fastlägga pulvermetallurgin som en attraktiv och viktig tillverkningsmetod. Det pulvermetallurgiska förfarandet lämpar sig i synnerhet väl till kugghjulstillverkning då man kan forma kuggarna direkt vid pressningen, istället för att gjuta ut cirkelformade stycken och sedan maskinellt skära ut kuggarna, vilket leder till att stora mängder bortarbetad metall lämnas outnyttjad, vilket leder till högre materialkostnader. Rapporten har fokuserat på lämpligheten i att använda PM‐kugghjul i växellådor tillhörande lastbilar. Transmissionen i en sådan växellåda kännetecknas av höga krafter och spänningar, vilket ställer höga krav på de kugghjul som utför själva kraftöverföringen. Dock tyder rapportens reslutat på att pulvermetallurgins utveckling ännu inte nått så pass långt att det går att producera PM‐kugghjul som kan uppvisa tillräcklig hållfasthet och livslängd för att kunna konkurrera med de konventionellt tillverkade kugghjulen. För aktörer inom branscher och verksamheter där kugghjul som utsätts för sådana belastningar i stor utsträckning förekommer betyder detta att en avvägning mellan de två alternativen måste göras. Vid kugghjulstillverkning med pulvermetallurgi sänks tillverkningskostnaderna för kugghjulen, men deras livslängd blir även lägre. Vid valet av maskinell bearbetning av smitt stål höjs livslängden men också tillverkningskostnaderna. Denna avvägning måste göras individuellt för varje företag, med målet att skapa förutsättningar för långsiktig ekonomisk lönsamhet. 6.2.
Kritisk granskning av eget arbete Även om rapporten i stort är utförd på ett tillfredsställande sätt finns det vissa punkter av osäkerhet kring resultatets validitet och relevans. Orsakerna till detta tillskrivs delvis de fallstudier som resultatet delvis baserats på, men också på grund av hur resultaten återkopplats till frågeställningen. När det gäller fallstudierna så hade till att börja med en större jämförbarhet sinsemellan varit att önska. Det var svårt att göra något annat än en kvalitativ jämförelse eftersom utformning och genomförande skilde sig åt mellan de tre. Sedan finns även en risk att artiklarna inte är helt opartiska i sina bedömningar då de alla tre är skrivna av representanter från PM‐industrin. Huruvida detta är sant eller inte går endast att spekulera i men det är hur som helst en risk som bör has i åtanke. Undersökningar genomförda av en opartisk observatör hade varit lämpligare. Sedan ligger nästa osäkerhet kring huruvida det går att dra slutsatser kring lämpligheten för användning inom andra användningsområden utifrån resultatet som är baserat kugghjul till växellådor. Inget i rapporten antyder att det inte skulle kunna vara det, men det finns en risk att vissa signifikanta aspekter som påverkar lämpligheten missas om resultatet överförs direkt mellan olika användningsområden. 27 6.3.
Förslag till fortsatt arbete Trots att pulvermetallurgi i detta arbete inte framstod som den lämpligaste tillverkningstekniken för det valda användningsområdet så kan teknikens kostnadsfördelar fortfarande vara till stor nytta. Därför kunde en relevant undersökning vara att försöka ta reda på för vilken eller vilka applikationer inom tillverkningsindustrin som pulvermetallurgiskt tillverkade kugghjul framstår som optimala och av vilka skäl. Ett annat viktigt område är också pulvermetallurgins utveckling när det gäller densitetsökning och porförminskning i material. Därför torde vidare forskning även fokusera på hur de nuvarande PM‐tillverkningsmetoderna kan förändras och optimeras för att kunna öka prestandan hos kugghjulen. 28 Referenser Tryckta källor Esper, Josef Friedrich (1994) Pulvermetallurgie: Das flexible und fortschrittliche Verfahren für wirtschaftliche und zuverlässige Bauteilen, Expert Verlag Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid Uhrenius, Björn (1998) Pulvermetallurgi, KTH Högskoletryckeriet Schatt, Werner (2007) Pulvermetallurgie, Springer Verlag Intervjuer Sandqvist, Erik. Chef för avdelningen för materialteknologi för axlar och transmission, Scania (2010‐08‐24) Internetkällor GKN, www.gknplc.com Metal Powder Industries Federation, www.mpif.org Gear Solutions Magazine, www.gearsolutions.com European Powder Metallurgy Association, www.empa.com SubsTech, www.substech.com Rolled Alloys, www.rolledalloys.com Höganäs AB, www.hoganaes.com National Programme on Technology Enhanced Learning, nptel.iitm.ac.in ASM, asm.matweb.com Metal Suppliers Online, www.suppliersonline.com Fallstudier Engström, U., Fordén, L., Bengtsson, S. & Bergström, M. (2006), High Performance Gears for Heavy Duty Transmissions Nigarura, S., Parameswaran, R. & Trasorras, J. R. L. (2007), Bending Fatigue of Surface Densified Gears Hanejko, F., Jandeska, W., King, P., Rawlings, A. & Slattery, R. (2005), Rolling Contact Fatigue Performance Contrasting Surface Densified, Powder Forged, and Wrought Materials 29 1 Powder Metallurgy Full Review (2009), http://www.gknplc.com/annualreport2008/Business_Review/Powder_Metallurgy_Hig
hlights/Powder_Metallurgy_Full_Review/Default.html 2 MPIF: All you need to know about Powder Metallurgy (2009), http://www.mpif.org/IntroPM/usesofpm.asp?linkid=7 3 Bending Fatigue of Surface Densified Gears (2007), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/PMG0807.pdf 4 Esper, Josef Friedrich (1994) Pulvermetallurgie: Das flexible und fortschrittliche Verfahren für wirtschaftliche und zuverlässige Bauteilen, s. 1 5 Economic Advantages (2008), http://www.epma.com/New_non_members/economic_advantages.htm 6 Pneumanic and Manual Tools Industry (2009), http://www.allproducts.com/metal/dalu/21‐metallurgy_parts.html 7 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 21‐23 8 Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid, s. 11 9 Uhrenius, Björn (1998) Pulvermetallurgi, KTH Högskoletryckeriet, s. 41. 10 Uhrenius, Björn (1998) Pulvermetallurgi, KTH Högskoletryckeriet, s. 41 11 Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid, s. 12 12 Manufacture of metal powders (2008), http://www.mpif.org/apmi/doc4.htm 13 Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid, s. 12 14 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 9 15 Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid, s. 12 16 Methods of shape forming ceramic powders (2010), http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=methods_of_shape_forming_ceramic
_powders 17 Esper, Josef Friedrich (1994) Pulvermetallurgie: Das flexible und fortschrittliche Verfahren für wirtschaftliche und zuverlässige Bauteilen, s. 39 18 Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid, s. 13 19 Uhrenius, Björn (1998) Pulvermetallurgi, KTH Högskoletryckeriet, s. 85 20 Schatt, Werner (2007) Pulvermetallurgie, s. 127. 21 Esper, Josef Friedrich (1994) Pulvermetallurgie: Das flexible und fortschrittliche Verfahren für wirtschaftliche und zuverlässige Bauteilen, s. 73 22 Esper, Josef Friedrich (1994) Pulvermetallurgie: Das flexible und fortschrittliche Verfahren für wirtschaftliche und zuverlässige Bauteilen, s. 88 23 Schatt, Werner (2007) Pulvermetallurgie, s 129. 24 Uhrenius, Björn (1998) Pulvermetallurgi, KTH Högskoletryckeriet, s. 86 25 Schatt, Werner (2007) Pulvermetallurgie, s 137 26 Huppmann, W.J. & Dalal, K. (1986) Metallographic Atlas of Powder Metallurgy, Verlag Schmid, s. 12 27 Uhrenius, Björn (1998) Pulvermetallurgi, KTH Högskoletryckeriet, s. 82 30 28 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 17 29 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 18 30 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 15 31 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 29 32 http://www.mpif.org/designcenter/powder_forge.asp?linkid=43 33 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 29 34 http://www.mpif.org/designcenter/powder_forge.asp?linkid=43 35 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 20 36 High Performance Gears for Heavy Duty Transmissions (2006), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/Hoganas0706.pd
f, s. 3 37 High Performance Gears for Heavy Duty Transmissions (2006), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/Hoganas0706.pd
f, s. 3 38 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 21 39 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 21 40 Carburization (2006), www.rolledalloys.com/trcdocs/heatresist/CARBURIZATION.pdf, s. 1 41 Introduction to Powder Metallurgy (2008), http://www.epma.com/New_non_members/pdf/Intro_to_PM_final.pdf, s. 23 42 Economic Advantages (2008), http://www.epma.com/New_non_members/economic_advantages.htm 43 Comparing Castings and Forgings (2007), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/Rexnord0507.pd
f, s. 4 44 Comparing Castings and Forgings (2007), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/Rexnord0507.pd
f, s. 4 45 Rolling Contact Fatigue Performance Contrasting Surface Densified, Powder Forged, and Wrought Materials (2005), http://www.hoeganaes.com/navpages/NewTechbyTopic/TechbyTopicv2/TechPapersv
2/169.pdf, s. 12 46 Rolling Contact Fatigue Performance Contrasting Surface Densified, Powder Forged, and Wrought Materials (2005), http://www.hoeganaes.com/navpages/NewTechbyTopic/TechbyTopicv2/TechPapersv
2/169.pdf, s. 12 47 Comparing Castings and Forgings (2007), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/Rexnord0507.pd
f, s. 3 31 48 Gears – Gear Manufacturing (2005), http://nptel.iitm.ac.in/courses/IIT‐
MADRAS/Machine_Design_II/pdf/2_5.pdf s 4‐5 49 Gears – Gear Manufacturing (2005), http://nptel.iitm.ac.in/courses/IIT‐
MADRAS/Machine_Design_II/pdf/2_5.pdf s 3 50 High Performance Gears for Heavy Duty Transmissions (2006), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/Hoganas0706.pd
f 51 Bending Fatigue of Surface Densified Gears (2007), http://www.gearsolutions.com/media//uploads/assets/PDF/Articles/PMG0807.pdf 52 Rolling Contact Fatigue Performance Contrasting Surface Densified, Powder Forged, and Wrought Materials (2005), http://www.hoeganaes.com/navpages/NewTechbyTopic/TechbyTopicv2/TechPapersv
2/169.pdf 53 ASM Material Data Sheet (2007), http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=M862BC 54 8620 Alloy Steel Material Property Data Sheet (2009), http://www.suppliersonline.com/propertypages/8620.asp 32 machined
machined
bar stock.
ar stock.
ethod
genthod genmount
of
ount of
achining
achining
, hobhobtime
ime
costly.
ostly.
nt of
nt
allyof
ally
t shape
t that
shape
fthat
metal
f metal
ensures
nsures
ons,
ons,
oided.
ided.
sts
ts
icantly
cantly
Densification: As can be seen in figure 6a
there is a practically pore-free surface layer
along the gear tooth. This layer is about 0.5
mm on the flank. Figure 6b shows a closeup
of the densified surface on the gear flank.
steel reference are shown in figure 7. It can
be seen that the conventional compacted
gears (variant 1) with a density of 7.01g/cm3
were through carburised during case hardening. The hardness is roughly on the same level
FIGURE 2:
FIGURE 2:
Bilagor SCANIA HEAVY TRUCK GEARBOX WITH THE INVESTIGATED PLANETARY GEAR
Alla grafer och tabeller är tagna ur fallstudie 1. SCANIA HEAVY TRUCK GEARBOX WITH THE INVESTIGATED PLANETARY GEAR
Bilaga A – Bilagor till fallstudie 1 TABLE 1:
TABLE 1:
Number of teeth Z
FIGURE 3:
20
20
3.650
3.650
22.5 °
Number of teeth Z
Normal module mn (mm)
Normal module mn (mm)
Press angle αn
Press angle αn
Helix angle β
Helix angle
β FOR INVESTIGATED GEARS
MANUFACTURING
ROUTES
Addendum modification coefficient x
Addendum modification coefficient x
Over
FIGURE 5:
FIGURE
4: ball diameter (mm)
Over ball diameter (mm)
22.5 °
0°
0°
0.471
0.471
89.350
89.350
GEAR
GEOMETRY
GEAR GEOMETRY
Bilaga A1: Specifikationer för testat kugghjul. TABLE 2:
TABLE 2:
Base material
Base material
C
(%)
C
(%)
Mn
(%)
Mn
(%)
Cr
(%)
Cr
(%)
Mo
(%)
Mo
(%)
Ni
(%)
Ni
(%)
Cu
(%)
Cu
(%)
Fe
Fe
D.AB+ 0.2%
1.5*
Bal.
0.19
0.50*
1.75*
+ 0.2%
Graphite
D.AB
*
*
*
1.5
Bal.
0.19
0.50
1.75
Graphite
Astaloy
+ 0.3%
85Mo
Astaloy
0.85**
0.28
Bal.
+ 0.3%
Graphite
**
85Mo
0.85
0.28
Bal.
Graphite
TOOTH ROOT
FATIGUE0.55
TEST
ROLLING
SURFACE 0.50
Bal.
SSEQUIPMENT
92506+ USED FOR0.20
0.55
0.20
DENSIFICATION
OF
GEAR
+
Bal.
SS
92506
0.20
0.50
0.55
0.20
0.55
*Diffusion
alloyed, **Pre-alloyed, +Corresponds to DIN 21 NiCrMo2
Bilaga A2: Materialsammansättning för de olika legeringsvarianterna. *Diffusion alloyed, **Pre-alloyed, +Corresponds to DIN 21 NiCrMo2
TABLE 3:
Theden
ge
face
face
deno
carried
carried
o
machine
machine
ing of so
ing
sog
4). of
The
4).
The g
Scania’s
Scania’s
their sta
their
staT
gears.
gears.
T
for solid
for
solid
materia
material
gears h
gears
ha
tised an
tised
an
hardeni
hardenin
microst
microstr
ferrite w
ferrite
w
Scania’
Scania’
get cas
get cas
Testin
Testing
The gea
The
gea
tested
tested
Each teb
Each
timestew
times
w
unloade
unloade
loaded
loaded
schema
CHEMICAL COMPOSITIONS OF SINTERED MATERIALS AND SOLID STEEL REFERENCE schema
ratio (R
CHEMICAL COMPOSITIONS OF SINTERED MATERIALS AND SOLID STEEL REFERENCE
ratio
(Rtigated gear is pointed out. The gear is char-known technology for
in order to ensure
tigated
gear
pointed out.
The gear
char-known
technology
in
order
to ensure
acterized
by is
a moderate
module
andispositive
nd
surface
finish offor
the
clamping
devic
acterized
by
a
moderate
module
and
positive
nd
surface
finish
of
the
clamping
devic
addendum modification, and it weighs about
n applied to PM gears,
that could withsta
addendum
modification,
and
it
weighs
about
nhe
applied
to
PM
gears,
that
could
withstan
700 grams.
fatigue properties
million
cycles
with
700
grams.
he
fatigue
properties
million
cycles
witho
e surfce region increases
run-out.
e
surfce
region
increases
run-out.
nique, commonly termed
Residual stress
ique,
commonly
termed
Residual
stresse
has been developed in
hardening
were
m
The planetary gear used in this study is shown
has
been
developed
in
hardening
were
me
The
planetary
CHARACTERISTICS
OF INVESTIGATED
GEARSgear used in this study is shown
oad bearing Bilaga A3: Material och processteg för de olika testalternativen. capacity of
electrolytic etching
in figure 2. The gear data are given in table 1.
oad bearing capacity
of
electrolytic
etching
in
figure
2.
The
gear
data
are
given
in
table
1.
FIGURE 6:
densification
and
Two powder grades were used as base materi densification
and
Two
powder
grades
were
used
as
base
materihe three mentioned
ized using standarm
als for the gears: D. AB and Astaloy 85 Mo.
he three mentioned
ized using standar
als for the gears: D. AB and Astaloy 85 Mo.
art is
art
is
action
ction
oying
oying
density
density
he perhe
per-is
onent
onent is
Experimental
Experimental
gearsolutionsonline.com
gearsolutionsonline.com
•
•
JULY 2006
JULY 2006
•
•
obtained the highest endurance limit, 33kN.
The
endurance
limit for the solid steel referFIGURE
7:
ence is 31 kN. From the S-N diagram it can
be1000seen that the non-densified PM
materials
1. Conv.
Compacted
Warm Compacted
withstood the loads for a smaller2.number
of
800
3. SurfaceThe
Densified
cycles
than the solid steel reference.
4. Reference SS92506
testing
of
the
non-surface
densified
materi600
als was interrupted before full Wöhler curves
400
were
acquired. The endurance limits for the
non-densified
PM gears (variant 1 and 2)
200
are thus not known. It can however be seen
0
that employing
warm
compaction
and
hence
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Hardness; HV 100 44 g/
s profile.
hin the
ss at
he solid
gears
m. The
gher
e
t-
Distance from surface (mm)
FIGURE 8:
Residual St
ual
50 stresses
the tested ge
45
gears (varian
40
compressive
35
can
be expla
The
warm co
30
1. CC
compressive
25
solid steel re
20
stresses
at 1,t
1,E+03
FIGURE 9:
FIGURE 8:
HARDNESS PROFILES
Bilaga A4: De testade kugghjulens hårdhet, mätt med Vickers‐metoden. Compacted
fatigue perfo
TOOTH ROOT F
50
300
Compacted
45
ce Densified
200
100
nce SS92506
Force; kN 40
0
3. Surface Densified
-100
35
-200
2.WC
30
25
-300
1. CC
-400
4. Solid Steel
-500
-600
20
1,E+03
3,5
1,E+04
1,E+05
1,E+06
0
1,E+07
No. of cycles
0,02
Bilaga A5: De testade kugghjulens livslängder. TOOTH ROOT FATIGUE RESULTS
34 RESIDUAL STRES
SWISS PR
FROM:
FIGURE 9:
1. Conv. Compacted
2. Warm Compacted
3. Surface Densified
4. Solid steel reference
300
200
100
Stress, MPA 0
-100
-200
-300
-400
-500
-600
0
1,E+07
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
Distance from s urface (mm)
Bilaga A6: Residuala spänningar i de testade kugghjulen. RESIDUAL STRESSES IN AFTER CASE HARDENING
ISS PRECISION
OM:
2-344-0400
2-344-0404
yder.com
yder.com
35 Bilaga B – Bilagor till fallstudie 2 Alla grafer och tabeller är tagna ur fallstudie 2. Material AISI 8620 DM‐222 Ni 0.38‐0.55 1.0‐2.0 Mo 0.1‐0.2 0.7‐0.9 Cr 0.50 0 Mn 0.92 0.1‐0.3 Bilaga B1: Metallegeringarnas sammansättning. Alla tal i procent. Fe utgör den resterande volymen y
Gear Details
Module (mm)
Number of Teeth
Face Width (mm)
Tooth Thickness (mm)
Addendum (mm)
Dedendum (mm)
Surface Finish; Ra µm
Pinion
2.0
30
10
21.35 +/- 0.05
over 4 teeth
2.0
2.8
<0.4
Wheel
2.0
45
45
33.58 +/- 0.05
0ver 6 teeth
2.0
2.8
<0.4
TABLE 3: BACKTO-BACK TESTING
CONDITIONS
7.6
FIGURE 9: CASE M
WROUGHT STEEL
7.4
7.2
Density;Deep Layer
Density; Shallow Layer
7.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Depth; mm
0.6
Bilaga B3: Densitetsförändring som funktion av djup in i materialet. Microhardness Profiles of Test Gears
900
00 gf)
E 8: MIARDNESS
LES
OF
P
FOR
NG TEST
GEARS
Density; g/cm3
!
Bilaga B2: Geometrin för de testade kugghjulen. "#$%&'()&
*(+#,-)&'()&./'&01&233&4(%5&
67&89&:;;(%(<#&
8.0
E 7: DENSI=()%,-%(>+
?@ !A
OFILES OF
9(+(>+&/B##;&
C333&,BA
ER METAL
7.8 D5##)&/B##;&
?333&,BA
ACE DENSI1#-,&E#+%#,&F($%-+G#&
H@&AA
EARS
IJ)K&'()&"#AB#,-%J,#&
H3LE
TABLE 2: TEST
GEAR GEOMETRY
36 AISI 8620
FIGURE
3: TEST SET-UP FOR THE BACK-TO-BACK
BENDING
DM-222
Deep Layer TEST
800
DM-222 Shallow Layer
A
B
FIGURE 9: CASE MICROSTRUCTURE OF POWDER METAL PINION (A) AND
WROUGHT STEEL PINION (B)
0.5
0.6
ars
620
2 Deep Layer
2 Shallow Layer
2.0
FIGURE 10: RESIDUAL STRESS PROFILES MEASURED AT THE TOOTH ROOT
Bilaga B4: Uppmätta residuala spänningar orsakade av densitetsskillnader. SINGLE
DING
AISI 8620
POWDER
RS WITH
FICATION
FIGURE 12:
TO-BACK BE
FATIGUE OF
8620 GEAR
POWDER M
GEARS WIT
DENSIFICAT
All points on this line are runouts
1600
1500
Stress; MPa
1400
1300
1200
1100
1000
900
1e+3
DM-222
AISI 8620
1e+4
1e+5
1e+6
Number of Cycles to Failure
Bilaga B5: Utmattningsgräns för enskild kugge. 37 1e+7
All Points on this line are runouts
240
All Points on this line are runouts
220
1200
180
1000
160
1000
160
140
140
120
120
100
1e+4
100
1e+4
1e+5
800
800
DM-222
AISI 8620
DM-222
AISI 8620
Stress; MPa
1200
Stress; MPa
Torque; Nm
200
600
1e+5
1e+6
1e+7
600
Number of Cycles to Failure
1e+6
1e+7
Bilaga B6: Utmattningsgränser Number of Cyclesför to djupt Failureytförtätat kugghjul och referenskugghjul i ingrepp. 240
240
220
200
Torque; Nm
220
Torque; Nm
Torque; Nm
12: BACKBENDING
ACKOF AISI
DINGAND240
ARS
SI
METAL
220
AND DEEP
WITH
AL
CATION
200
DEEP
N
180
200
180
180
160
160
DM-222 Deep Layer
DM-222
DM-222 Deep
LayerShallow Layer
DM-222 Shallow Layer
1e+4
1e+4
1e+5
1e+6
1e+6
Number of
Cycles to Failure 1e+7
Number of Cycles to Failure
1e+7
1e+5
FIGURE 13: BACK-TO-BACK BENDING FATIGUE
OF
FIGURE
13:
BACK-TO-BACK
BENDING
FATIGUE
OF
Bilaga B7: Utmattningsgränser för djupt ytförtätat och grunt ytförtätat kugghjul i DEEP
AND SHALLOW
DENSIFIED
POWDER
METAL
ingrepp. DEEP GEARS
AND SHALLOW DENSIFIED POWDER METAL
GEARS
38 /.01*3!!S1()16.)(&7O!)+(*!61'9$)(%&!(&!6%00(&7!$%&).$)!8.)(791!0(81!.)!=5##!EF.!,.*!.0*%!&%)1'!8%6!
QRIR!TU=#3!!-+(*!61'9$)(%&!P.N!61*90)!86%P!'(88161&$1*!(&!$.6/96(H(&7!B6.$)($1!.&'!*9/*1@91&)!
01A10!.&'!'1B)+!%8!61*('9.0!*968.$1!$%PB61**(A1!*)61**1*3!!!
!
!
Bilaga C – Bilagor till fallstudie 3 !"#$%&'&
Alla grafer och tabeller är tagna ur fallstudie 3. (%)*$+)&,-&%".$/%.&(,$$/01&2,0+"2+&-"+/1*%&!%)+/01&,-&3*.-"2%&4%0)/-/%4&56789::;<&
!
!
="+%./"$& >& 3/0+%.&
@%.+A&3+.%))&
E<;&$/-%C&F&
("+/,&,-&EG;&>&
3$,K%&,-&397&
H
?,04/+/,0&
6%B%$C&=D"&
G; &2I2$%)&
EJ;&$/B%)&
?*.B%&
=#5#!J:!K""=#!JLM!
"C##!
"V3#!
"!W!"#!
U35!
IX!
=5##!
=3U!
"!W!?3T!
=2##!J:!K"=U#!JLM!
"C##!
"#3#!
"!W!=3#!
?3U!
IX!
=5##!
=3T!
"!W!23=!
=2##!J:!K"=U#!JLM!
"C##!
"C3#!
"!W!23#!
C3#!
IX!.&'!.&&1.01'!
=5##!
"3V!
"!W!=35!
F%,'16!8%671'!!D!!
"C##!
"23#!
"!W!"3C!
U35!
""=#!JL!
=5##!
=3"!
"!W!"3C!
#$%&'()!*)++,*!-*!.&%)+/!0%$!)(+!,%1'-)&/-12,!/-$+3)-%1!%1,45!!6%#+7+$8!/+9+1/-1'!%1!)(+!)4
F%,'16!8%671'!!D!!
=###!
"23#!
"!W!=3U!
T3#!
'+2$-1'8!299,-+/!'+2$!,%2/-1'!3%&,/!:+!3%;9,+)+,4!-1!)(+!)$21*7+$*+!/-$+3)-%1!<*9&$!'+2$*=!%
"=U#!JL!
=5##!
=3"!
"!W!"3C!
7+3)%$!0&13)-%1!%0!:%)(!,%1'-)&/-12,!21/!)$21*7+$*+!9$%9+$)-+*!<(+,-32,!'+2$*=5!!>,,!*2;9,+*!
=###!
=#3#!
"!W!"3T!
QRIR!TU=#!
V3#!
;23(-1+/!0$%;!(%)!$%,,+/!$%&1/!:2$!*)%3?8!2&*)+1-)-@+/!2)!ABCC!DE!<FG"!DH=8!%-,!.&+13(+/!2
=5##!
?3=!
"!W!=3V!
)+;9+$+/!2)!ICC!DE!!!!!!<GC"!DH=5!!J2:,+!G!9$+*+1)*!)(+!/2)2!/+7+,%9+/!0%$!)(+!>KLK!MNGC!;2
"C##!
"U3#!
"!W!"3T!
QRIR!5"=#!
235!
=5##!
U3"!!
"!W!"3V!
"#$%&!'!
!
Bilaga C1: Resultat av undersökning av livslängd för olika förtätningstekniker. S10.)(A1!)%!)+1!1881$)*!%8!&($Y10!6($+!617(%&*!61*90)(&7!86%P!101P1&).0!&($Y10!.''()(%&*O!)1*)(&7!%8!
(&)*#+,)#%!-./0&.1,&2!/3!45"!6787!9:';!#+<!
B%,'16!8%671'!:;<=>??#5!A16(8(1'!)+1!$6.$Y!(&()(.)(%&!.&'!B6%B.7.)(%&!&.)961!%8!)+1*1!
=>?'@AA;B!#1!CDA;!EF)GH!I/.&!J&+2,1K!
P($6%*)69$)96.0!B+.*1*3!!:(7961!T!Z=[!*+%,1'!$6.$Y(&7!1P.&.)(&7!86%P!61*('9.0!B%6%*()N!,()+(&!
!
)+1!0%$.00N!'1&*(8(1'!*968.$1!617(%&3!!R&!)+(*!1.60(16!,%6YO!)+1!1881$)*!%8!101P1&).0!&($Y10!.61!@9()1!
6787!9:';!
-F(!#1!CDA
-./0&.1K!
'6.P.)($!86%P!)+1!8.(0961!.&.0N*(*3!!R&!)+(*!I\E!B+%)%P($6%76.B+O!)+1!$6.$Y(&7!8%00%,*!.61.*!%8!
EF)GH!O
>/+E,1L<,+#%!
".#+2M&.2&!
&($Y10!6($+!P($6%*)69$)96.0!81.)961*3!!S1*('9.0!B%6%*()N!(&!)+1*1!.61.*!%$$96*!/1$.9*1!%8!
O-+,/!L)$+1')(!PQJ8!ACR!9*-!
'(88161&$1*!(&!*)61&7)+!%8!)+1!A.6(%9*!P($6%*)69$)96.0!101P1&)*3!!R&!617.6'!)%!)+1!B%,'16>8%671'!
A"N!<ACB"=!
A"I!<ACBC=!
AMC!<AGI
<ST2=!
*.PB01*!%8!:;<=>??#5O!&%!1A('1&$1!%8!61*('9.0!B%6%*()N!.'].$1&)!)%!&($Y10!6($+!617(%&*!,.*!
U,)-;2)+!J+1*-,+!L)$+1')(!PQJ8!
8%9&'3!!-+1618%61O!)+1!.**9PB)(%&!)+.)!)+1!61'9$)(%&!(&!6%00(&7!$%&).$)!8.)(791!0(81!%$$96*!/1$.9*1!
AFB!<AV""=!
AFV!<AVVC=!
GAC!<AII
ACR!9*-!<ST2=!
%8!)+1*1!617(%&*!(*!'1)16P(&1'!1PB(6($.00N3!!G%,1A16O!&($Y10!6($+!617(%&*!,()+(&!)+1!
J+1*-,+!W,%1'2)-%18!X!
M5C!
N5A!
A5C!
P($6%*)69$)961!61B61*1&)!.61.*!%8!.61.*!%8!0%,16!*)61&7)+3!!41$.9*1!%8!)+1!*9/*968.$1!*)61**!
$+.6.$)16(*)($*!%8!6%00(&7!$%&).$)!8.)(791O!)+1*1!0%,!*)61&7)+!617(%&*!$.&!61*90)!(&!B%)1&)(.0!*()1*!8%6
PQJ!62$/1+**8!6Y2!
BC5N!
NF5V!
MA!
$6.$Y!(&()(.)(%&!.&'!B6%B.7.)(%&3!!!
K;923)!Z%)3(+/8!!
GB!<VB=!
AC!<AI=!
Z\>!
!0)5,:0!<[%&,+=!
!K;923)!U11%)3(+/8!0)5,:0!<[%&,+=!
GVC!<VAG=!
GGB!<GGB=!
AV!<AM=
!
"CX!E2)-'&+!W1/&$213+!]-;-)!!
H2$:&$-@+/8!ACR!9*-!<ST2=!!
BA!<IFC=!
"I!<VBC=!
"F!<IC"
!
!
"#
Bilaga C2: ^!Mekaniska egenskaper i longitudinell/transversal riktning för testdetaljer !
_2)2!0$%;!STKE!L)21/2$/!V"!`Ma!
av smitt stål AISI 8620. !
J,2)L22,/+P!
!
!"##$%&'("%)*+)',*)$&-.''
!
Y%,,-1'!3%1)23)!02)-'&+!$+*&,)*!9$+*+1)+/!-1!J2:,+!A!-1/-32)+!)(2)!32$:&$-@+/!>KLK!MNGC!+72
39 -1!)(-*!*&;;2$4!*(%#+/!*&9+$-%$!$%,,-1'!3%1)23)!02)-'&+!9+$0%$;213+!$+,2)-7+!)%!>KLK!"AGC
GCCC!ST2!3%1)23)!*)$+**5!!L-;-,2$,48!9%#/+$!0%$'+/!E]ZGbIIC"!*-1)+$+/!2)!GVCC!DE!<AGNC!
!
*!!
*!!
)!!
)!!
(!!
(!!
'!!
'!!
&!!
&!!
-<,=33
-<,=33
!"#$%&'$()*+ +,-.,/,0123,/#'+*,&'$(*)*(
%!!
%!!
$!!
$!!
#!!
#!!
"!!
"!!
!
!+!!
!+#!
!+%!
!+'!
!+)!
"+!!
"+#!
"+%!
"+'!
"+)!
!
!+!!
#+!!
+45+4$6'#*,(*78&,9: : ;
!+#!
!+%!
Bilaga C3: Hårdhetsprofil för detalj av smitt och härdat stål. !
#!$!
&'()*+$),-.//!0)$1.)/./!*2!3$456./!71$68$9.,!
!
#!$!
:$)%8)';.,!<=3=!">?@!
!
#!%!
:$)%8)';.,!ABC?D##@E!
!"#$%&'$()*+ +,-.,/ >?@/A
-<,=33
*!!
!"#$%&'()!
! )!! !
! (!! !
! '!!
&!!
<-$6F/'/!*2!9+.!5'99'-G!/+*H.,!,'22.).-(./!%.9H..-!9+.!<=3=!">?@
%!!
/$456./I!!J.-.)$66FK!5'99'-G!*2!<=3=!">?@!/$456./!H$/!4*/96F!/8%
$!!
*2!4$L'484!/8%/8)2$(.!/+.$)!/9).//!M/..!A'G8).!ENI!!O*9+!5*H,.)!
#!!
$!G).$9.)!9.-,.-(F!2*)!()$(P!'-'9'$9'*-!$9!9+.!/8)2$(.!H+'(+!9+.-!5)
"!!
MA'G8).!>NI!!0+.).!H$/!$6/*!.1',.-(.!*2!,..5!/8%/8)2$(.!()$(P'-G!$
!
4$L'484!/+.$)!/9).//!MA'G8).!QNI!!R'22.).-(./!'-!4'()*+$),-.//!5
#+!!
!+!!
!+#!
!+%!
!+'!
!+)!
"+!!
"+#!
"+%!
"+'!
"+)!
#+!!
+45+4$6'#* ,(*78&,9:: ;
2*)G.,!/$456./!4*).!(6*/.6F!)./.4%6.!$!9+)*8G+D+$),.-.,!4$9.)'$
Bilaga C4: Hårdhetsprofil för härdad detalj tillverkat genom pulvergjutning 6*H.)!)*66'-G!(*-9$(9!2$9'G8.!6'2.I!!STTU!
!
!
#!%!
2!3$456./!71$68$9.,! ,
,!<=3=!">?@!
,!ABC?D##@E!
%.9H..-!9+.!<=3=!">?@!$-,!9+.!5*H,.)!2*)G.,!
40 $456./!H$/!4*/96F!/8%/8)2$(.!*)'G'-$9'-G!$9!9+.!,.59+!