Restspänningsmätningar i induktionshärdade kamringar
InduktionshärdningHärdningRestspänningRestspänningsmätningRöntgendiffraktionNeutrondiffraktionGlobala spänningar
I Hägglunds hydraulmotorer finns en kamring som ythärdas genom induktionshärdning. En robotbaserad induktionshärdningsutrustning som består av två induktorer installerades ca 1995. Problem med bland annat sprickbildning i kamringarna vid testning i motorprovlabbet medförde att det tog något år innan induktionshärdningsutrustningen fungerade tillfredställande. En brant hårdhetsgradient mellan härdzon och grundmaterial anses vara till fördel eftersom den bör ge högre utmattningshållfasthet. Det maximala hertzka tryck som uppstår i kamringen av kamrullarna ger maximala skjuvspänningar ca 0,5mm under ytan. Härdzonen är ca 5-6mm djup och sprickorna började direkt under härdzonen. En hypotes är att sprickorna har initierats vid härdningen. Målsättningen för detta examensarbete har varit att undersöka om restspänningarna kommer upp i nivå med brottgränsen för materialet så att en spricka kan bildas. Denna spricka kan vara initieringsställe för en utmattningsspricka. En annan målsättning var att kontrollera om det är någon skillnad på restspänningen på en ring som har en brant respektive en flack lutning på hårdhetsgradienten från 600HV till 300HV. Hårdhetsgradienterna och restspänningsmätningarna utfördes på dels 5mm från kanten och dels mitt på kamringen. Det var röntgendiffraktionsmetoden som användes för bestämning av restspänningen. Kanteffekterna (spänningsminskning mot kanterna) bestämdes genom att utföra mätningen 5mm från kanten och dessa visade att den axiella spänningen är lägre vid kanten än på mitten (den är negativ på mitten). Den globala spänningens storlek (den som frigörs vid avkapningen) beräknades till ca -68MPa på innerytan av kamringen och mätningar gav resultatet -45MPa. På ytterytan gav mätningarna värdet 64MPa och den beräknade spänningen blev 60MPa. En kammätning gjordes för att mäta restspänningarna in i materialet. Då skedde slipning succesivt in i materialet. Slipning och etsning gjordes mellan varje mätning. Det etsades 0,2mm för att ta bort alla inducerade spänningar från slipningen. Ibland där ett tätare mellanrum mellan mätpunkterna önskades gjordes flera etsningar på rad utan slipning emellan. Detta gjordes till exempel vid hårdhetsgradientens brantaste lutning för att inte missa övergången till dragspänningarna. Spänningsbilden förändrades av att slipning skedde in i materialet, normen HS-784 användes för att beräkna dessa spänningar. Tryckspänningar på -497MPa och dragspänningar på 373MPa uppnåddes som max. Med de globala spänningarna inräknade blev tryckspänningen -565,5MPa och dragspänningen 333MPa. En kantmätning gjordes på sidan av kamringen. Då slipades ett spår på kanten av kamringen. Vid kantmätningen blev dragspänningen ungefär lika som vid kammätningen men tryckspänningen blev lite lägre. De radiella spänningarna blev dragspänningar närmast ytan och tryckspänningar längre in i materialet. Alltså tvärs om mot de tangentiella och axiella spänningarna. Vid härdningen utvidgar sig materialet. I radiell led kan materialet utvidga sig fritt inåt mot centrum, det finns inget som håller emot. Däremot i tangentiell led kan inte materialet utvidga sig då grundmaterialet håller emot och det bildas tryckspänningar i ytan i axiell och tangentiell led. I grundmaterialet kommer det att bildas dragspänningar för att kompensera för dessa tryckspänningar. Sprickorna som uppkommer på grund av de tangentiella dragspänningarna i grundmaterialet borde gå vinkelrätt mot ytan. Om sprickorna går parallellt med ytan som de gör i detta fall så borde de bero på de radiella restspänningarna som uppkommer i materialet. Alltså de radiella spänningarna öppnar en spricka som går parallellt med ytan. Eftersom de radiella spänningarna är tryck inne i materialet kan de inte öppna upp någon spricka däremot kan de uppkomna skjuvspänningar göra det. Dessa skjuvspänningar kan bestämmas genom en simulering. Ett resultat är att den flacka ringen sprätte ut vid kapningen och den branta ringen for ihop inåt vid kapningen. Slutsatsen som kan dras av restspänningsmätningarna är att den branta hårdhetsgradienten uppvisar ett ogynnsammare spänningstillstånd jämfört med den flacka gradienten. Den har nämligen lägre tryckspänning och högre dragspänning än den flacka gradienten. Detta är tvärt emot vad som förväntades.