<p>During this master thesis, wear and friction properties for the high-temperature alloy Kanthal APMT were studied. The results were also compared to 253MA. The initial tests showed, among other things, that the surface fineness of the muffle tubes matters in real applications like conveyor belts. A 253MA-sample wear-tested against a 253MA-tube showed lowest wear at 900°C while a pre-oxidized APMT-sample wear-tested against a APMT-tube had the lowest mean value of the friction force at 1100°C, compared to all other tests.</p>

During this master thesis, wear and friction properties for the high-temperature alloy Kanthal APMT were studied. The results were also compared to 253MA. The initial tests showed, among other things, that the surface fineness of the muffle tubes matters in real applications like conveyor belts. A 253MA-sample wear-tested against a 253MA-tube showed lowest wear at 900°C while a pre-oxidized APMT-sample wear-tested against a APMT-tube had the lowest mean value of the friction force at 1100°C, compared to all other tests.

Wear is a commonly occurring degradation mechanism for materials and components in the rock drilling industry. The wear can occur by either abrasion or adhesive wear. Further corrosion and presence of water or other lubricating fluids with or without particles may influence the behavior. Which mechanism, or mechanisms, and under which conditions it occurs, as well as the relative wear rate is dependent on the actual operating conditions for the component. In the present study, commonly available and general test methods for wear on high-alloy carbon steel has been analyzed. The project has been carried out through literature reviews and study visits at the tribology laboratory at KTH and at the Angstroms laboratory at Uppsala University. The present study indicates that it is difficult to suggest a feasible test method that is possible to use for all different situations of the wear that may occur. A test adapted to the actual situation is required to achieve a proper wear rate comparable to the wear rate in a real application.  According to the requirements from Ovako AB, a test that is general, cost effective and can be used when developing steel with higher wear-resistance, following wear testing methods has been compared: a pin-on-disk apparatus, a dry/wet sand/rubber wheel, a dry/wet sand/steel wheel, a tumbling mill, a particle erosion rig, a solid particle impingement using gas jets and a grinding machine. The tumbling mill, the grinder and the “Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-On- Disk Apparatus” correspond to the requirements best. Ovako AB is recommended to continue the work with these testing methods. / Nötning är en vanlig mekanism som orsakar nedbrytning på material i gruvindustrin. Nötningen kan förekomma som abrasiv eller adhesiv nötning. Korrosion och närvaro av vatten eller andra smörjande vätskor med eller utan lösa partiklar kan påverka beteendet. Den eller de mekanismer som styr nötningen såväl som nötningstalet beror på de aktuella förhållanden vilka materialet eller materialen verkar i. I denna studie har en generell testmetod för att utvärdera nötning på höglegerat kolstål har undersökts. Arbetet har genomförts genom litteratursökning samt studiebesök vid tribologiska laboratoriet på KTH samt på Ångströmska i Uppsala. Utifrån arbetet har det visat sig att det inte förekommer några generella nötningstest för alla applikationer, då det krävs ett test som är anpassat efter verkligheten för att få ut korrekt nötningstal. Utifrån Ovako ABs önskemål om ett generellt test som är ekonomiskt hållbart samt kan användas för att utveckla nötningsbeständigheten i de stål där nötning förekommer har följande testmetoder jämförts: pinne/skiva-maskin, blött/torrt sand/gummihjul, blött/torrt sand/stålhjul, roterande trumma, ”Erofugen”, partikelsprutare och en slipmaskin. De test som motsvarar kravprofilen bäst är den roterande trumman, slipmaskinen samt den standardiserade pinne/skiva-maskinen. Utifrån dessa testmetoder rekommenderas Ovako AB att fortsätta arbetet.

In the agricultural industry, cultivator tines are used for stubble cultivation and seedbed preparation. They are exposed to rapidly developing abrasive wear, which becomes a major economic problem. The occurring wear in the tines is heavily dependent on the characteristics of the soil which it passes through. In this master thesis the goal is to produce a method which, in a laboratory environment, can reproduce the circumstances which real cultivator tines are exposed to in the field. The method will enable analysis and evaluation of the initial wear mechanisms causing the wear. In order to simulate the tillage, a pendulum setup was constructed. With this, a series of repeated impact tests were performed into a soil sample. Throughout the tests, the “cultivator tine” samples were made of aluminium. This material choice would enable an accelerated wear rate, following its low hardness. All tests were performed in the same soil, with moisture content being the only varying parameter;~0% and 18% respectively. The samples which had passed through soil with higher moisture showed reduced wear compared to those which had passed through dry soil. The pendulum setup contributed to the tests being executed in a controlled and reliable manner. Hence, it is determined to be suitable for further use in any future project work related to the subject.

This project has been executed at the forestry machine track manufacturer Olofsfors AB and has been aimed at development of a rig for simulation of the wear that occurs in the linkage of Olofsfors AB forestry machine tracks. The problem is that link hooks in the tracks wears out first, often several times faster than other components. Olofsfors AB want to be able to test this wear in a controlled environment. The purpose of the wear rig is to distinguish what type of wear that is in effect as well as be able to optimize materials for Olofsfors AB: s products.   The project began with an pilot study of different types of relevant wear and different types of complete methods of wear measurement and simulation to better understand the problem. After this a market screening of existing machines and rigs that could be of interest was done. The project continued with creation of concepts of wear rigs and methods of wear. After a selection process the project proceeded with one concept to a 3D prototype.   From the market screening it could be found that the market is very thin with few suppliers. Their products are relatively expensive and need specially made test samples. The recommendation to Olofsfors AB will therefore be to construct a rig themselves. The market screening could be used by Olofsfors AB as a basis if they decide to expand their test activity in the future.    The project reached the overall goals and delivered a prototype that passes the set demands. This means that the project is basically ready to move on to construction of a physical wear rig. There are still some problems to overcome but these will be easiest to solve during the construction phase. / Projektet har utförts hos skogmaskinbandstillverkaren Olofsfors AB och har gått ut på att ta fram en rigg för att simulera den nötning som uppstår i länksystemet på Olofsfors AB:s skogsmaskinband. Problemet är att länkkrokar i banden nöts ut först, ofta flera gånger snabbare än andra komponenter. Nu vill Olofsfors AB kunna testa denna nötning i kontrollerade miljöer. Syftet med nötningsriggen är att kunna avgöra vilken typ av nötning som verkar samt kunna göra materialoptimering för Olofsfors AB:s produkter.   Projektet inleddes med en förstudie av olika typer av relevant nötning samt olika typer av färdiga metoder för att mäta och simulera nötning för att förstå problemet bättre. Efter detta gjordes en marknadsundersökning av befintliga maskiner och riggar som kan vara av intresse. Projektet fortsatte med konceptgenerering av nötningsriggar och nötningsmetoder. Efter utsållning gick projektet vidare med ett koncept till en 3D-prototyp.   Från marknadsundersökningen konstaterades det att marknaden är väldigt smal med få leverantörer. Deras produkter är relativt dyra och kräver speciella provbitar. Rekommendationen till Olofsfors AB blir därför att konstruera en egen rigg. Marknadsundersökningen kan användas som underlag av Olofsfors AB om de vill expandera sin testverksamhet i framtiden.   Projektet nådde de övergripande målen och levererade en prototyp som klarar av uppsatta krav. Detta innebär att projektet är i stort sett redo att gå vidare till konstruktion av en fysisk nötningsrigg. Vissa problem kvarstår, men dessa löses enklast under konstruktionsfasen.

Laserpåsvetsning och laserytimpregnering är additiva tillverkningsmetoder som kan användas för att förlängakomponenters livslängd och specialanpassa ytor med avseende på friktions-, slitage- och korrosionsegenskaper.Duroc Laser Coating i Luleå är störst i Sverige på laserytbehandlingar men saknar objektiv data på friktionsoch nötningsegenskaperna hos de laserpåsvetsade materialen vilket har varit det huvudsakliga målet med dettaarbete att ta fram.Tolv material, varav tre referensstål för jämförelse, har testats enligt en något modifierad ASTM G132 standard avseende tvåkroppsabrasion. Resultaten visade att det abrasiva nötningsmotståndet ökade med ökandehårdhet. Tre material med karbidpartiklar i ytskiktet uppvisade överlägset högst nötningsmotstånd. Ytornahar undersökts med svepelektronmikroskop och ytprofileringsmätningar efter testerna för att karakterisera debakomliggande nötningsmekanismerna.Materialens mikrostruktur, hårdhet och deformationshärdning närmast ytan efter abrasiv nötningsprovninghar undersökts. De mjukaste materialens mikrostruktur hade deformerats i glidriktningen medans resterandematerials mikrostruktur var opåverkad. Koboltlegeringarna uppvisade högst deformationshärdning.Åtta material, varav två referensstål, har testats enligt ASTM G99 i en pin-on-disk uppställning för att undersöka adhesivt nötningsmotstånd och friktionsegenskaper med lagerstål som mötande material. Resultatenvisade att de tre koboltbaserade legeringarna som testades hade lägst och stabilast friktion med minst materialöverföring, medans ett brons som testades hade högst friktion och materialöverföring. Ett rostfritt stål hadelägst nötning.Målen med arbetet har uppnåtts och den tribologiska prestandan har kartlagts för de material som ingått iarbetet. Metodiken som tagits fram under arbetets gång kan även användas för att göra ytterligare materialkarakterisering i framtiden.

Pappersbruket BillerudKorsnäs AB är idag en av Sveriges ledande tillverkare och leverantör av förpackningspapper, kartong samt wellråvaror. Företaget har en framtida målsättning att i tillverkningsprocessen bli självförsörjande på energi och detta genom en intern förbränning av biobränsle i form av bark och flis i sodapannor. Sodapannan utgör på så sätt fabrikens energidistributionssystem. Vid den kontinuerliga förbränningen av svartlut följer stoft och slagg med rökgaserna och fastnar på sodapannans värmeytor som består av rörpanel. Detta är problematiskt då slagg på värmeytorna försämrar värmeupptagningen och gör den ineffektiv. Rengöringen av sodapannans värmeytor sker med hjälp av 74 stycken robusta utdragbara sotblåsare, varav cirka 50 är av modell IK-SD. På senare tid har företaget haft återkommande problem med att snäckhjulet i sotblåsarnas växellådor havererar. Genom observationer, överslagsberäkningar och datorbaserade analyser möjliggjordes en hållfasthetsutredning av snäckhjulet. Den tangentiella kraften som påfrestar snäckhjulets kuggar överstiger den beräknade högsta tillåtna tangentiella kraften. Säkerheten mot ytumattning beräknas med överslagsberäkningar till 0,92 och med databaserade analyser till 0,72. Detta innebär att en obefintlig säkerhet råder mot ytutmattning. Snäckhjulets kuggytor drabbas av ytutmattning på grund av påfrestande kuggkrafter samt hårda driftförhållanden, vilket efter en tid leder till kuggbrott. Haveri av snäckväxeln orsakas av bristande smörjning, höga temperaturer och höga kuggkrafter. Höga drifttemperaturer av snäckväxeln orsakar en reducerad smörjförmåga av smörjfettet, vilket leder till extrem förslitning och efter en tid brott av snäckhjulets kuggar.

In this master thesis two simplified and small-scale methods for two-body and three-body abrasive wear were examined. It was examined how representative the methods were compared to field-tested points in a cultivator for agriculture. A total of six points with different compositions were tested and ranked based on the test results. For the two-body test, a lathe and aluminium oxide abrasive paper with 125 μm grain size were used. For the three-body test, a lathe, paper cloth and sand with 200-700 μm grain size were used. The weight difference before and after the tests were measured and the samples were also analysed before and after the tests with scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). A ranking of the points could be established and the points with the highest wear resistance for the two tests were Marathon and Ferobide. Marathon consisted of cemented carbides in a cobalt matrix and Ferobide consisted of cemented carbides-regions in a matrix of iron, cobalt and chromium. Marathon had the highest wear resistance for the two-body test and Ferobide had the highest wear resistance for the three-body test. The tests were not a perfect representation of the field-test but there were similarities between them which shows that some parts of the tests were representative. The test that was the most representative compared to the field-test was the three-body test.

During the production of metal zippers, cemented carbide (CC) tools are used to cut preformed brass wire into small elements. Even though the cemented carbide is much harder than the copper alloy, it gets worn and eventually the tool must be replaced. This wear mechanism, which allows soft copper alloys to gradually wear hard CC, must be better understood in order to extend tool life. The mechanism is believed to be tribochemical, as oxides have been found on the surface of the wear mark. Given that most metals oxidize in the presence of oxygen, it is relevant to examine if oxidation of tungsten carbide and cobalt contribute to the wear. The purpose of this work has been to study the influence of oxygen availability on the slow wear of cemented carbides during copper alloy processing. A simplified sliding test rig, developed in a previous study, was used. A small CC cylinder slid against a large rotating copper or brass cylinder in a “crossed cylinders” configuration. The point of contact was encapsulated by a 3D-printed cover. Some tests were done in an oxygen deficient atmosphere, where the cover was continuously filled with flowing nitrogen gas. One test was performed with compressed air flowing through the cover, and one was performed without flowing gas. The wear marks on the CC cylinders were analyzed using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and optical profilometry. The wear volume of these marks was also calculated. SEM pictures showed that both brass and copper transferred to the cemented carbide. When the test was performed with brass, zinc oxide was found in the wear mark. When it was performed with copper, no oxide was found.

I pappersmaskiner används kräppblad för att kräppa av pappret från en stor roterande cylinder, en så kallad yankee-cylinder. Dessa blad utstår stora nötningar och beläggs därför med antingen en kromoxidbeläggning eller en hårdmetallsbeläggning för att öka bladets nötningsbeständighet. Bladen beläggs med termisk sprutning, kromoxiden via plasmasprutning och hårdmetallen via "High-Velocity-Oxy-Fuel"-sprutning (HVOF). I detta arbete har slitagetester utförts på belagda kräppblad genom att använda en "slider-on-flat-surface" (SOFS) tribometer för att ta reda på vilken av dessa beläggningar som är bäst lämpad för att användas på kräppblad. Vid användning av SOFS belastas kräppbladen med en normalkraft och glider mot en platta till önskad total glidsträcka är uppnådd. För att kunna genomföra slitagetesterna i SOFSen behövdes en fixtur konstrueras och tillverkas och kräppblad behövde kapas till önskad geometri. Det skapades tre koncept för fixturen och med en beslutsmatris gjordes valet vilken av dem som skulle tillverkas. Den tillverkade fixturen håller kräppbladen stabila i både sidled och i glidriktningen och håller kräppbladen i en vinkel likt i verkligheten. Slitagetesterna utfördes vid tre olika glidsträckor med konstant normallast. Efter slitagetesterna analyserades bladen i stereomikroskop och svepelektronmikroskop för att identifiera nötningsmekanismer. De dominerande nötningsmekanismerna var abrasiv och adhesiv nötning. På grund av porositet i beläggningarna ökades antalet sprickor och mer och mer fragment lossnade vid ökande glidsträcka under slitagetesterna. Det visade sig efter mätningar av bortnött bredd på bladet att det hårdmetallbelagda kräppbladet hade bäst nötningsbeständighet. Detta på grund av dess hårda tungstenkarbider som minskade den abrasiva nötningen och spricktillväxten i beläggningen och dess högre duktilitet jämfört med kromoxiden. / Creping blades are used in paper machines for creping tissue paper from a rotating cylinder called a yankee cylinder. These blades experience severe wear and are therefore coated by either chromium oxide or a hard metal coating to make the blades more wear resistant. The coatings are sprayed on to the blade by thermal spraying processes, the chromium oxide coating with plasma spraying and the hard metal coating with "High-Velocity-Oxy-Fuel" (HVOF) spraying. In this thesis wear testing of the coated creping blade using a "slider-on-flat-surface" (SOFS) tribometer has been done to find out which of these coatings that is best suited for coating on the creping blade. When using the SOFS, the creping blade is subjected to a chosen normal force and is scraped against a counterface for a set total distance. In order to execute the wear tests in SOFS, construction and manufacturing of a holder for the creping blades was needed and the creping blades had to be cut to correct geometry. Three concepts were created for the holder and the decicion about which one to manufacture was made with a decision matrix. The new holder holds the creping blades stable in side movements and in the sliding direction. It also keeps the blade at a set angle to the counterface as in the real application. The wear tests consisted of three sliding distances with constant normal load. The blades were analyzed in a stereo microscope and in a scanning electron microscope to identify the wear mechanisms when the wear tests were completed. The major wear mechanisms were abrasive and adhesive wear. Because of porosity in the coatings, the number of cracks increased and fragments from the blades came loose when increasing the sliding distance during the wear tests. It showed that by measuring the eroded width on the blades that the hard metal coated blade had the best wear resistance because of the hard tungsten carbides that lowered the abrasive wear and the crack growth in the coating and because of its higher ductility in comparison to chromium oxide.