NitroVBC

Syfte och mål

Målet med projektet är att tillverka komponenter med mycket goda friktions- ochnötningsegenskaper för minskad bränsleförbrukning samt att minska behovet avefterbearbetning och riktning genom att utnyttja fördelarna med nitrerprocesser ikombination med val av stål. En stor utmaning för många komponenter har varit hur mankan uppnå nödvändiga hållfasthetsegenskaper, t.ex. höghållfasta utmattningsegenskaper,för att kunna ersätta sätthärdning.Nitrering och nitrokarburering är termokemiska värmebehandlingsprocesser somförbättrar ytegenskaperna hos ståldetaljer, t ex ökat motstånd mot adhesivt och abrasivtslitage, låg friktion och högt korrosionsmotstånd. Ytterligare en fördel mednitrerprocesser är små formförändringar under tillverkningen tack vare den lågaprocesstemperaturen.Nitrering och nitrokarburering har gjorts på ett stort antal stålsorter för att utvärderainverkan på föreningszon, diffusionszon och restspänningar och därmed den totalainverkan på utmattnings- och tribologiska egenskaper. Demonstratorkomponenter harvalts för att utvärdera och visa på vilka åtgärder som krävs för att ersätta sätthärdningmed nitrerprocesser. Demonstratorer har varit; en kolv (slitage), ett kugghjul(utmattning), en utskjutare i ett smidesverktyg (termisk utmattning) och maskering avgängor (produktionsaspekter).Kuggutmattningsprovning som utförts på kugghjulet visade att böjutmattningsegenskapernahos nitrerade hjul är starkt beroende av valet av stålsort. En avsevärt högreutmattningshållfasthet kunde nås för plasmanitrerade kugghjul jämfört med sätthärdadehjul. Formförändringen blir större för sätthärdade hjul (16MnCr5) jämfört med nitreradehjul. Dessutom blir spridningen i form mindre för de nitrerade hjulen för en viss stålsort,vilket innebär att det borde bli lättare att förutse och kompensera för formförändringarnajämfört med vid sätthärdning.Lämpliga stål och nitrerprocess för kolven utvärderades genom slitageprovning. Vidsmorda förhållanden var de tribologiska egenskaperna likvärdiga för alla provadevarianter. Vid torra förhållanden erhölls en lägre friktion vid lägre last för några av stålensom nitrerats eller nitrokarburerats jämfört med sätthärdat 16MnCr5. Arbetet med kolvenvisade tydligt på att det behövs fortsatt arbete för att optimera ytegenskaperna och hurolika parametrar påverkas av stålsort och värmebehandling.Behovet av att maskera, eller inte maskera, invändiga gängor vid nitrering utvärderadesmed utmattningsprovning. De utförda proven visade att det finns en skillnad iutmattningshållfasthet mellan gängor som maskerats eller inte. Det går därför inte att heltutesluta att det kan finnas ett behov av att maskera gängor innan nitrering för att undvikasprickbildning vid utmattning. Dock så användes bultar av mycket hög kvalitet, så det ärmöjligt att det finns fall där maskeringen inte behövs.En kostnadsjämförelse och en förenklad LCA gjordes för de kombinationer av stål ochvärmebehandling som användes för kugghjulen. För några varianter var kostnadenjämförbar med sätthärdning och kulpening. Användning av mer avancerade stålresulterade i högre kostnader. Det bör emellertid beaktas att ingen optimering avkostnaderna har varit möjligt att utföra eller att ta hänsyn till fördelarna med mindreformförändringar. Energiförbrukningen och utsläpp enligt CO2-ekvivalent blir mindre vidtillverkning av kugghjul i stål som plasmanitreras jämfört med sätthärdas. Störst inverkanpå miljöbelastningen har stålet som används.