Coating of disc sealing surface of butterfly valve
Lähdeniemi, Juuso (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023041436703
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023041436703
Tiivistelmä
In this thesis a systematic material selection process is used to find a suitable coating solution for a sealing surface of a butterfly valve used in district heating. The objective is to find a material which fulfils the requirements on leak tightness, surface wear, corrosion properties and manufacturability.
In the thesis the tribological properties, wear and leak tightness of the contact between seal and sealing surface are studied. Corrosion and manufacturability are also attributes which are used in the material selection process. The selection process consists of two phases. After a preliminary screening phase seven materials are compared by their attributes with cobweb-analysis tool.
In the laboratory tests and simulations properties of three welded coating solutions: Autrod 312 (duplex-steel), Autrod 316 Lsi (austenitic stainless steel) & Stellite 6 (cobalt chromium alloy) -materials are studied. FE-simulations are used to compare stresses on the coating caused by the contact. In the laboratory tests the material’s leak tightness, microsections, surface roughness and hardness are studied.
The results of the thesis indicate that Autrod 312 and Autrod 316 Lsi-materials fulfil the set requirements and therefore are suitable for the end use product. Tässä diplomityössä tehtiin materiaalinvalintaprosessi kaukolämpöympäristössä käytettävän läppäventtiilin läpän tiivistepinnan pinnoitteelle. Tavoitteena on löytää soveltuva materiaali, joka täyttää vaatimukset venttiilin tiiveyden, pinnan kulumisen, korroosio-ominaisuuksien sekä valmistettavuuden kannalta.
Työssä tutkitaan tiivisteen ja läpän tiivistepinnan välisiä tribologisia erityispiirteitä, kulumista sekä kahden metallisen välisen kontaktin tiiveyden teoriaa. Korroosio- ja valmistettavuusominaisuudet ovat myös tärkeässä roolissa valintaprosessissa. Valintaprosessi on kaksiosainen ja koostuu esivalinnasta sekä tarkemmasta toisesta valintavaiheesta, jossa seitsemää metallista pinnoitemateriaalia vertaillaan cobweb-analyysityökalua hyödyntäen.
Laboratoriokokeissa ja simulaatioissa tutkitaan kolmen hitsattavan pinnoitemateriaalin ominaisuuksia. Tutkittavat pinnoitemateriaalit ovat Autrod 312 (duplex-teräs), Autrod 316 Lsi (austeniittinen ruostumaton teräs) ja Stelliitti 6 (koboltti-kromi-seoste). FE-simulaatioiden tarkastelukohteena ovat pinnoitteen jännitykset, jotka syntyvät kontaktista tiivisteen kanssa. Laboratoriokokeissa tarkastellaan materiaalien tiiveysominaisuuksia venttiilin osana sekä tutkitaan pinnoitteiden mikrohieitä, pinnankarheuksia sekä kovuuksia.
Diplomityön tulokset osoittavat, että Autrod 312 ja Autrod 316 Lsi materiaalit täyttävät asetetut vaatimukset ja soveltuvat käyttökohteeseen.
In the thesis the tribological properties, wear and leak tightness of the contact between seal and sealing surface are studied. Corrosion and manufacturability are also attributes which are used in the material selection process. The selection process consists of two phases. After a preliminary screening phase seven materials are compared by their attributes with cobweb-analysis tool.
In the laboratory tests and simulations properties of three welded coating solutions: Autrod 312 (duplex-steel), Autrod 316 Lsi (austenitic stainless steel) & Stellite 6 (cobalt chromium alloy) -materials are studied. FE-simulations are used to compare stresses on the coating caused by the contact. In the laboratory tests the material’s leak tightness, microsections, surface roughness and hardness are studied.
The results of the thesis indicate that Autrod 312 and Autrod 316 Lsi-materials fulfil the set requirements and therefore are suitable for the end use product.
Työssä tutkitaan tiivisteen ja läpän tiivistepinnan välisiä tribologisia erityispiirteitä, kulumista sekä kahden metallisen välisen kontaktin tiiveyden teoriaa. Korroosio- ja valmistettavuusominaisuudet ovat myös tärkeässä roolissa valintaprosessissa. Valintaprosessi on kaksiosainen ja koostuu esivalinnasta sekä tarkemmasta toisesta valintavaiheesta, jossa seitsemää metallista pinnoitemateriaalia vertaillaan cobweb-analyysityökalua hyödyntäen.
Laboratoriokokeissa ja simulaatioissa tutkitaan kolmen hitsattavan pinnoitemateriaalin ominaisuuksia. Tutkittavat pinnoitemateriaalit ovat Autrod 312 (duplex-teräs), Autrod 316 Lsi (austeniittinen ruostumaton teräs) ja Stelliitti 6 (koboltti-kromi-seoste). FE-simulaatioiden tarkastelukohteena ovat pinnoitteen jännitykset, jotka syntyvät kontaktista tiivisteen kanssa. Laboratoriokokeissa tarkastellaan materiaalien tiiveysominaisuuksia venttiilin osana sekä tutkitaan pinnoitteiden mikrohieitä, pinnankarheuksia sekä kovuuksia.
Diplomityön tulokset osoittavat, että Autrod 312 ja Autrod 316 Lsi materiaalit täyttävät asetetut vaatimukset ja soveltuvat käyttökohteeseen.