Hiiletyskarkaisun korvaaminen alipainehiiletyksellä
Kauppi, Perttu (2021)
2021
Materiaalitekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Materials Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105215294
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105215294
Tiivistelmä
Tähän diplomityöhön kuuluu hiiletyskarkaisun korvaaminen alipainehiiletyksellä. Diplomityön tarkoituksena on selvittää, millainen menetelmä on alipainehiiletys yhdistettynä öljy/kaasusammutukseen ja millaisia ominaisuuksia menetelmällä saadaan aikaan. Työssä tutkitaan myös alipainehiiletyksen sekä öljy- ja kaasusammutuksen soveltuvuutta Ovakon teräslaatuihin 20CrNiMo2-2 ja 18CrNiMo7-6. Lisäksi investointiprojektissa tärkeää on selvittää mahdollisia laitetoimittajia ja kaasuratkaisuja lämpökäsittelylle. Lopussa käsitellään myös uuden alipaineuunin tuomat kustannussäästölaskelmat ja alustavat layout-suunnitelmat uunin kokoonpanolle.
Hiiletysteräs osien kestävyyteen ja ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä ovat pinnan ja ytimen kovuus, hiiletyskerroksen paksuus, jäännösjännitykset, jäännösausteniitti ja raekoko. Alipainehiiletyksellä saavutetaan paljon etuja verrattuna hiiletyskarkaisuun. Alipainehiiletyksellä saavutettavat edut ovat hyvät mekaaniset ominaisuudet hapen puuttuessa lämpökäsittelystä, pienemmät mittamuutokset, hyvä pinnanlaatu, puhtaammat ja kirkkaammat pinnat, parempi työturvallisuus sekä hyvä energiatehokkuus ja ympäristöystävällisyys. Alipainehiiletyksessä käytetään yleensä hiiletyskaasuna asetyleenia sen tehokkuuden ja ympäristövaikutusten vuoksi. Hiiletyksen jälkeen suoritetaan öljy- tai kaasusammutus sekä mahdollisesti päästökäsittely.
Suuren investoinnin hankinnassa ensisijaisia tehtäviä on kartoittaa investoinnin tuomat hyödyt ja selvittää mahdollisia laitetoimittajia. Kustannuslaskelmien perusteella alipainehiiletyksellä päästään mittaviin vuosittaisiin säästöihin verrattuna hiiletyskarkaisuun. Investointiprojektin kannalta on tärkeää määrittää, mikä on tuleva sammutusmenetelmä. Aluksi sammutusväliaineeksi valikoitui typpikaasu. Kaasusammutuksella saadaan komponentteihin tasaisemmat muodonmuutokset ja vääristymät sekä saadaan hieman puhtaammat komponentit käsittelyn jälkeen. Öljysammutuksella sammutusnopeus on merkittävästi suurempi, mikä vaikutti paljon sammutusmenetelmän valintaan. Koetulosten perusteella alipainehiiletys ja typpisammutus ei sovellu 20CrNiMo2-2 -teräksen käsittelyyn ainakaan käytetyillä parametreilla. Pinnan kovuus ja ytimen kovuus eivät saavuttaneet vaadittua tasoa 20CrNiMo2-2 -teräksen komponenteilla. Typpisammutus 18CrNiMo7-6 -teräksen kohdalla tulokset olivat huomattavasti parempia ja sopisi siten hyvin lämpökäsittelyyn. Pinnankovuus ja ytimen kovuus saatiin 18CrNiMo7-6 -teräksen komponenttien osalta vaaditulle tasolle. Öljysammutus kokeissa molempien tulokset osoittivat, että öljy on sopiva sammutusväliaine käytettäville teräksille. Niissä kokeissa tulokset osoittautuivat hyviksi 20CrNiMo2-2 -teräksen osalta.
Hiiletysteräs osien kestävyyteen ja ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä ovat pinnan ja ytimen kovuus, hiiletyskerroksen paksuus, jäännösjännitykset, jäännösausteniitti ja raekoko. Alipainehiiletyksellä saavutetaan paljon etuja verrattuna hiiletyskarkaisuun. Alipainehiiletyksellä saavutettavat edut ovat hyvät mekaaniset ominaisuudet hapen puuttuessa lämpökäsittelystä, pienemmät mittamuutokset, hyvä pinnanlaatu, puhtaammat ja kirkkaammat pinnat, parempi työturvallisuus sekä hyvä energiatehokkuus ja ympäristöystävällisyys. Alipainehiiletyksessä käytetään yleensä hiiletyskaasuna asetyleenia sen tehokkuuden ja ympäristövaikutusten vuoksi. Hiiletyksen jälkeen suoritetaan öljy- tai kaasusammutus sekä mahdollisesti päästökäsittely.
Suuren investoinnin hankinnassa ensisijaisia tehtäviä on kartoittaa investoinnin tuomat hyödyt ja selvittää mahdollisia laitetoimittajia. Kustannuslaskelmien perusteella alipainehiiletyksellä päästään mittaviin vuosittaisiin säästöihin verrattuna hiiletyskarkaisuun. Investointiprojektin kannalta on tärkeää määrittää, mikä on tuleva sammutusmenetelmä. Aluksi sammutusväliaineeksi valikoitui typpikaasu. Kaasusammutuksella saadaan komponentteihin tasaisemmat muodonmuutokset ja vääristymät sekä saadaan hieman puhtaammat komponentit käsittelyn jälkeen. Öljysammutuksella sammutusnopeus on merkittävästi suurempi, mikä vaikutti paljon sammutusmenetelmän valintaan. Koetulosten perusteella alipainehiiletys ja typpisammutus ei sovellu 20CrNiMo2-2 -teräksen käsittelyyn ainakaan käytetyillä parametreilla. Pinnan kovuus ja ytimen kovuus eivät saavuttaneet vaadittua tasoa 20CrNiMo2-2 -teräksen komponenteilla. Typpisammutus 18CrNiMo7-6 -teräksen kohdalla tulokset olivat huomattavasti parempia ja sopisi siten hyvin lämpökäsittelyyn. Pinnankovuus ja ytimen kovuus saatiin 18CrNiMo7-6 -teräksen komponenttien osalta vaaditulle tasolle. Öljysammutus kokeissa molempien tulokset osoittivat, että öljy on sopiva sammutusväliaine käytettäville teräksille. Niissä kokeissa tulokset osoittautuivat hyviksi 20CrNiMo2-2 -teräksen osalta.