Cavitation Erosion Mechanisms in Cast Irons
Tid: To 2021-11-04 kl 10.00
Plats: https://kth-se.zoom.us/j/63461620700, Brinellvägen 23, Stockholm (English)
Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap
Licentiand: Marcio Abreu , Egenskaper
Granskare: Professor Matevz Dular, Faculty of Mechanical Engineering at University of Ljubljana, Slovenia
Huvudhandledare: Professor Stefan Jonsson, Egenskaper; Dr. Jessica Elfsberg, Scania CV AB
Abstract
Forskningen som presenteras i denna avhandling undersöker kavitationsmekanismerna och uppkomsten av kavitationsskador i gjutjärn med fjällgrafit (LGI) och i ausferritiskt segjärn (ADI). Detta har gjorts med sekventiell
fotografering av yterosionen på prover samtidigt som viktsförlusten har registre- rats.
Kavitationserosion uppstår genom bildning och kollaps av bubblor i en vätska som utsätts för snabba tryckoscillationer. Imploderande bubblor frigör värme, chockvågor och höghastighets- mikrojetstrålar som kan träffa närliggande fasta ytor och skada dessa.
Den tunga fordonsindustrin stöter på detta problem bland annat i motorernas kylsystem. Förbränningsrummet fordrar noggrann temperaturkontroll för optimal förbränning och måste kylas av en kylvätska. I lastbilar cirkuleras kylmedlet runt cylinderfodret, en ihålig, cylindrisk komponent som omsluter förbränningskammaren och som hindrar gaser från att lämna systemet. På grund av motorns intensiva vibrationer bildas återkommande tryckvariationer i kylvätskan med uppkomst av bubblor. Efter lång tid i drift kan cylinderfodrets våta utsida bli allvarligt eroderad med ökad ytråhet och med bildande av erosionmönster och erosionsgropar. Kavitation är förknippad med stora förluster pga stillestånd och underhållskostnader. Målet med detta arbete är därför att analysera hur nuvarande, och kandiderande gjutjärn för kylsystem, beter sig under kavitationsexponering.
Cylinderfoder görs för närvarande av lamellärt gjutjärn med en matrisstruktur av perlit och ett nätverk av steadit, och en analys av detta material presenteras i artikel 1. Ausferritiska segjärn är kandidatmaterial för pumpar och andra komponenter i kylsystemet pga sina goda mekaniska egenskaper. Tre ausferritiska segjärn med sfärisk grafit och successivt ökande hårdhet, från tre olika värmebehandlingar av samma segjärnsbatch analyseras i artikel 2. Experimenten bestod av ett ultraljudshorn till vilket prover fästes och därefter sänktes ner i en bägare med kylvätska. Proven vägdes och fotograferades i SEM enligt förutbestämda tidsintervall. Detta resulterade i en detaljerad sekvens med bilder som, i kombination med viktsförlusten, kan förklara mekanismerna för initiering och utveckling av kavitationsskador i nämnda material. Avhandlingen summerar fynden som presenteras i de bifogade artiklarna och jämför beteendena mellan LGI och ADI.