Ett företag som tillverkar hydrauliska snabbkopplingar har genom regelbundna kvalitetsprover upptäckt att vissa låskulor till snabbkopplingarnas låsmekanism plötsligt fått en bristande kvalité och spricker vid belastning. Låskulorna är gjorda av rostfritt stål och har en viktig funktion i låsmekanismen. Om de spricker vid användning kan det leda till konsekvenser med materiella skador eller personskador. Företaget vill förekomma eventuella kvalitetsproblem och måste därför säkerställa att låskulorna har rätt hållfasthet. Låskulorna köps in från en underleverantör och företaget vill därför utveckla en provmetod som provar låskulornas materialegenskaper när de levereras till fabriken. Arbetet i denna rapport syftar till att hjälpa företaget utveckla en sådan provmetod. Ett första steg är att undersöka orsaken till att låskulorna spricker. Materialanalyser utförs av ett materiallaboratorium för att fastställa vilka faktorer i materialet som orsakar brott i låskulorna. Analyserna visar att låskulorna sannolikt spricker på grund av en ökad sprödhet i materialet. Sprödheten beror på att martensiten i materialet är dåligt anlöpt samt en stor mängd karbider. Med orsaken till sprickorna fastställd undersöks befintliga metoder för materialprovning. En provmetod måste prova materialet i färdigtillverkade låskulor eftersom låskulornas tillverkningsprocess påverkar materialegenskaperna. Många av de standardiserade provmetoderna är dock svåra att tillämpa på låskulorna med anledning av låskulornas geometri och små dimensioner. En form av slagprov och pressprov utförs på låskulorna. Ett av syftena med proven är att undersöka om de är lämpliga att använda som provmetod. Genom proven framträder olika materialegenskaper för olika låskulor. Resultaten är dock inte jämförbara låskulorna emellan och proven anses inte vara lämpliga som provmetod. Även ett utmattningsprov utförs på låskulorna genom en upprepande belastning i en snabbkoppling. Detta prov är inte heller lämpligt att använda som provmetod då provet är mycket tidskrävande samt att det finns vissa osäkerheter kring provresultatet. I detta arbete undersöks även två nyligen framtagna provmetoder för kulor till kullager och möjligheten att tillämpa dessa provmetoder på låskulorna. I undersökningen jämförs de båda provmetoderna med avseende på utförande samt framtagning av provkropp. Även en spänningsanalys av en låskula belastad i en snabbkoppling utförs för att ta reda på i vilket område av låskulan de maximala spänningarna uppstår. Undersökningen ger att enbart en provmetod är intressant för fortsatt arbete.   Den provmetod som föreslås i detta arbete kallas "the notched ball test" (NBT). Provmetoden innebär att en djup och smal skåra bearbetas i en låskula som sedan belastas med en tryckande kraft vinkelrätt mot skåran tills brott uppstår. Den maximala spänningen som verkar vid brottet beräknas med en enkel ekvation och används som mått för låskulans hållfasthet. Provmetoden är lämplig då den går att utföra med befintlig utrustning på företaget, den provar materialet i färdigtillverkade låskulor samt i samma område som de maximala spänningarna i en låskula belastad i en snabbkoppling uppstår. NBT nyttjar även dragspänningar vilket är fördelaktigt när sprödhet ska upptäckas i ett material. För att fastställa hur olika materialegenskaper samt geometrier för provkroppen påverkar provresultaten utförs en djupare analys av provmetoden. Analysen ger även vilka geometrier som bör användas vid utförandet av NBT samt värdet för den konstant som används vid beräkning av brottspänningen. Praktiska prov av NBT utförs inte i detta arbete men rapporten innefattar slutsatser om provmetoden och rekommendationer till företaget hur ett fortsatt arbete med NBT kan utföras. / A company that manufactures hydraulic quick-couplings has discovered through regular quality checks that the quality of some of the locking balls for the locking mechanism in the quick couplings suddenly has become insufficient and the locking balls rupture under load. The locking balls are made of stainless steel and if they rupture during usage the consequences can be material damage or even personal injury. The company wants to prevent any quality problems and must therefore ensure that the strength of the locking balls is sufficient. The locking balls are purchased from a subcontractor and the company would therefore like to develop a method for strength testing locking balls delivered to the factory. This thesis aims to help the company in developing such a method.  A first step is to investigate the cause of the locking balls rupture. Material analyses are executed by a material laboratory in order to determine what features in the material that causes the ruptures. The analyses shows that rupture is probably caused by an increased brittleness in the material and the brittleness is a consequence of less tempered martensite and a high amount of carbides. With the cause of rupture determined, existing methods for testing material properties is studied. It is important that strength testing is carried out with test specimens prepared from the actual locking balls. Otherwise the influence of the locking balls manufacturing process on the material properties is not taking into account. Many of the standardized methods for testing material properties, however, are hard to apply to the locking balls due to the geometry and small dimensions of the locking balls. A kind of impact test and compression test is performed. One of the purposes with the tests is to investigate if they are adequate for strength testing the locking balls. The results of the tests, however, are not suitable for comparison. Also, a fatigue test of the locking balls is performed by a repetitive loading of a quick coupling. The fatigue test is, however, time consuming and there are uncertainties in the test results. None of these tests is considered suitable as a strength testing method. In this thesis, two recently developed methods for strength testing ceramic balls and the possibility to apply these methods on the locking balls is studied. The study includes an analysis of the stress distribution in a locking ball under load to determine in which region the highest stresses occur. The study provides that only one of the methods is suitable for the locking balls due to differences in preparing the test specimen and which region of the locking ball that is tested in each method. The strength testing method that is proposed in this thesis is called the notched ball test (NBT). In NBT a long and narrow notch is cut in a locking ball which is then loaded in compression perpendicular to the notch until rupture occurs. The maximum stress acting at the rupture is calculated and used to determine the strength of the locking ball. NBT is suitable because it can be performed with existing equipment at the company, the test specimen is prepared from actual locking balls and the test uses tensile stresses which is an advantage when brittleness is to be detected in a material. An analysis of NBT is performed to determine how material properties and different notch geometries is affecting the test results. The analysis also gives some recommendations for notch geometries that should be used when performing NBT as well as a constant that is used when calculating the maximum stress. Practical experiments of NBT are not carried out in this thesis. Instead, conclusions regarding NBT and recommendations for the company on how they should proceed with NBT are given.

Duplex stainless steels (DSSs), consisting of an equal amount of ferrite and austenite phases, have wide applications in e.g. vehicles, chemical engineering as well as nuclear plant  because  of  the  combination  of  excellent  mechanical properties  and  corrosion resistance.  However,  low  temperature  embrittlement has  existed  for  a  few  decades restricting the application of DSSs over about 250 ºC. When the service temperature ranges from around 250 to 500 °C, DSSs would become brittle because of the phase separation in the ferrite  phase. The phase separation is the  main reason  for the  low temperature embrittlement, and the kinetic of this phase separation achieves the fastest rate at about 475°C, so it is also termed as ‘475°C embrittlement’. Plenty of research has been performed in this field, but the problem remains. The mechanism of phase separation is due to the existence of a miscibility gap in the iron  chromium  binary  system,  and  previous  research  has  reported  some alloying elements can have the potency to delay the phase separation and the goal of my thesis is to investigate the influence of different alloying elements and select one which could be a plausible one to retard phase separation, and subsequently try to mitigate the low temperature embrittlement problem of DSSs. This  work  includes  the  literature survey  of  different  alloying  elements  which could influence   the   microstructure   and   mechanical   properties   of   DSSs   in general. Subsequently the thermodynamic calculation was performed to identify the effect of the  selected  alloying  elements  addition  on  phase  formation during  heat  treatment. Vanadium was selected to be a potentially suitable alloying element to be added into DSSs and experimental investigations were performed on the heat treatment process and the effect of V alloying. The main conclusions of the proposed thesis can be drawn as follow: The elemental addition  of Al,  Si, V,  Nb  and Ti  are  calculated  by Thermo-Calc,  they are  all  ferrite stabilisers and V addition seems most likely to be effective due its combination with the  interstitial  elements  C  and  N.  In  the  experimental  part, vanadium  additions combined with intermediate temperature solution treatment could be effective to retard the age hardening effect and the impact toughness test has a consistent tendency. Also, according to Thermo-Calc calculations and experimental results, the more interstitial elements that combine with V and precipitate from the ferrite phase the better was the performance of the duplex stainless steels. / Duplexa rostfria stål (DSS), bestående av lika stor mängd ferrit- och austenit, har bredtillämpning inom t.ex. fordon, kemiteknik samt kraftverk på grund av kombinationen av utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet. Försprödning vid låg temperatur   begränsar emellertid tillämpningen   av   DSS   över   250   °C.   När driftstemperaturen varierar från cirka 250 till 500 ° C så kan DSS bli spröda på grund av   fasseparation   i   ferritfasen.   Fasseparationen   är   den    främsta   orsaken   till lågtemperaturförstöring, och kinetiken för denna fasseparation uppnår den snabbaste hastigheten  vid  cirka  475  °C,  så  den  kallas  också  '475  °C-försprödning'.  Mycket forskning har utförts inom detta område, men problemet kvarstår. Mekanismen för fasseparation beror på förekomsten av ett blandningslucka i det binära järn-krom-systemet, och tidigare forskning har rapporterat att vissa legeringselement kan  ha  förmågan  att  fördröja  fasseparationen.  Målet med mitt  examensarbete  är  att undersöka påverkan av olika legeringselement och välja ett som kan användas för att fördröja fasseparationen och därav mildra problemet med lågtemperaturförsprödning hos DSS. Detta  arbete  inkluderar  litteraturundersökning  av  olika  legeringselement som  kan påverka  mikrostrukturen  och  mekaniska  egenskaper  hos  DSS  i allmänhet.  Därefter termodynamiska beräkningar för att identifiera effekten av de valda legeringselementen på fasjämvikt under värmebehandlingen. Vanadin valdes som ett potentiellt lämpligt legeringselement som kan tillsättas i DSS. Experimentella undersökningar utfördes på värmebehandlingsprocessen och effekten av V-legering. De huvudsakliga slutsatserna av examensarbetetär: tillsatsen av Al, Si, V, Nb och Ti beräknades av Thermo-Calc, de är alla ferritstabiliserande och V-tillsats verkar kunna vara effektiv på grund av dess kombination med de interstitiella elementen C och N. I den    experimentella    delen    studerades vanadintillsatser    i    kombination    med värmebehandling för att fördröja den hårdnandet och försprödningen. Enligt Thermo- Calc-beräkningar  och experimentella  resultat  så  kan  prestanda  förbättras  desto  merinterstitiella element som kombineras med V.