Material selection for reduced wear of sand forming tool

På Volvo Group Trucks Operations (GTO) i Skövde tillverkas cylinderblock, cylinderhuvud och svänghjul genom gjutning med sandformar. Då formverktygen som formar sandformarna fylls uppkommer slitage där sandpartiklarna träffar, vilket leder till att formverktygen behöver underhållas regelbundet.Målet med denna studie är att hitta alternativa material som formverktygen kan tillverkas i alternativt förstärkas eller beläggas med för att minska slitaget i formverktygen och på så sätt minska kostnader genom att förlänga underhållsintervallen. Problemet analyseras och en litteraturstudie kring erosiv och abrasiv nötning genomförs.Ett antal material tas fram genom en materialvalsprocess som lämpliga kandidater baserat på litteraturstudien, materialkartor och diskussion. Materialprover testas med en standardmetod för erosion med gasburna partiklar. Resultat från tidigare empiriska studier tyder på att erosion påverkas starkt av materialegenskaper så som hårdhet och seghet men även de eroderande partiklarnas infallsvinkel och hastighet.Erosionstestet utförs för 30 och 90 graders infallsvinkel. Testet visar att de mjukare stålen, Holdax och Sverker 21, har högre beständighet mot erosion vid låga infallsvinklar och det hårdare stålet Nimax har högre beständighet vid höga infallsvinklar. Nimax anses vara ett lämpligt material till formverktyget då Nimax har den totalt lägsta erosionstakten vid hopslagning av den totala erosionstakten över båda infallsvinklarna. Nimax har den lägsta erosionstakten vid 30 graders infallsvinkel och anses även ha god beständighet mot erosion vid 90 graders infallsvinkel.Rekommendation ges kring upprepade erosionstester för att säkerställa resultatet. Rekommendationer finns också kring materialprovning i formverktyget för att se om ett materialbyte skulle leda till besparingar. Undersökning av möjligheter att konstruera bort nötning i formverktyget genom ändring av infallsvinklar mellan den inblåsta sanden och formverktyget, samt ändring av lufttryck rekommenderas.At Volvo Group Trucks Operations (GTO) in Skövde, cylinder blocks, cylinder heads and flywheels are manufactured through sandcasting. As the forming tools that forms the sand forms are filled with sand, wear occurs where the sand particles hit the tool surface. The forming tool thus needs to be regularly maintained. The aim of this study is to evaluate alternative materials that the forming tools can be manufactured in to reduce wear, and thereby reducing costs by extending maintenance intervals. The problem is analyzed and a literature study on erosive and abrasive wear is carried out. A number of materials are presented as suitable candidates based on the literature study, material charts and discussion. Material samples are tested using a standard method for solid particle erosion using gas jets. Results from previous empirical studies indicate that erosion is strongly influenced by material properties such as hardness and toughness but also the angle of impingement and velocity of the erosive particles.The erosion test is performed at 30 and 90 degree angle of impingement. The test shows that the softer steel, Holdax and Sverker 21 have higher resistance to erosion at low angles of impingement and the harder steel Nimax has higher resistance at high angles of impingement. Nimax is considered a suitable material for the forming tool, as Nimax has the overall lowest erosion rate when adding the total erosion over both angles of impingement. Nimax has the lowest erosion rate at 30 degrees angle and is also considered to have good resistance to erosion at 90 degrees angle. Recommendation is given on repeated erosion tests to validate the results. There are also recommendations regarding material testing in the forming tool to see if a material change would lead to savings. Examination of possibilities to make changes in the sand filling process, altering angle of impingement between the sand blown and the forming tool as well as air pressure is recommended