» Modelowanie ewolucji stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce CrN/Cr za pomocą MES
|
|
Łukasz Szparaga  Jerzy Ratajski
Obecnie istnieje duże zainteresowanie ośrodków przemysłowych
i badawczych projektowaniem i optymalizacją procesów nakładania
powłok przeciwzużyciowych metodami PVD na narzędzia do obróbki
drewa i metalu [1÷5]. Istotnym komponentem w opracowaniu
inteligentnego systemu sterowania procesami PVD jest znajomość
dynamiki stanów naprężeń występujących w nakładanej powłoce.
Istnieje szereg publikacji dotyczących pomiarów i symulacji numerycznych
stanów naprężeń występujących w powłokach w trakcie
i po procesie nanoszenia metodami PVD [6÷9], jednakże ze względu
na bogactwo zjawisk fizycznych i chemicznych towarzyszących
tym procesom tematyka ta ciągle pozostaje otwarta. Szczególnym
zainteresowaniem cieszą się powłoki wielowarstwowe, które mogą
być wysoce efektywne z punktu widzenia zwiększenia adhezji,
twardości czy stabilności termicznej.
Modelowana powłoka wielowarstwowa składa się z 7 modułów
CrN/Cr. Grubości warstwy CrN i Cr w każdym module wynoszą
odpowiednio 340 nm i 170 nm. Szczegółowy opis modeli matematycznych
i fizycznych powstawania naprężeń wewnątrz rozważanych
powłok po procesie nanoszenia metodami PVD można
znaleźć na przykład w pracach [1, 5, 8]. Dodatkowo postuluje się
występowanie ciągłej zmiany parametrów fizycznych poszczególnych
warstw powłoki za pomocą sigmoidalnej funkcji przejścia
[1]. W zaproponowanym modelu powłoki występuje 7 modułów
CrN/Cr, co prowadzi do 13 funkcji przejściowych postaci:
f P P P e
f P P P
i x a
j
i
Cr CrN Cr CrN Cr
CrN Cr CrN Cr C
→
- ( - ) -
→
= + ( - )( + )
= + -
1
β 1
rrN ( )( + - ( - ) )-
1
1
e x aj β
(1)
gdzie: i = 1, 3, .., 13, j = 2, 4, ..., 14. PCr i PCrN oznaczają odpowiednio
parametry fizyczne warstwy chromu i azotku chromu, ai
i aj długości wektorów translacji. Dziedziny funkcji przejścia są dla
rozważanej geom[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2011/4
|
|
|
|
|
|
» Modelowanie i symulacja numeryczna stanu naprężeń i odkształceń w warstwie wierzchniej noża strugarki do obróbki drewna pokrytego powłoką przeciwzużyciową
|
|
Łukasz Szparaga Jerzy Ratajski Roman Olik
Celem pracy jest prezentacja wyników symulacji komputerowych
opartych na metodzie MES, przeprowadzonych dla pracy noża pokrytego
powłokami przeciwzużyciowymi. Istnieje szereg publikacji
dotyczących matematycznych i aplikacyjnych aspektów metody
MES [1÷3], wiele z nich poświęconych jest bezpośrednio wspomaganiu
komputerowemu projektowania i optymalizacji procesu nanoszenia
warstw przeciwzużyciowych [4÷6, 8] oraz opisowi procesów
wynikających z eksploatacji narzędzi [7]. W wielu przypadkach do
symulacji wykorzystuje się gotowe pakiety komputerowe, jak np.
ANSYS czy COMSOL, co znaczenie ułatwia i poszerza możliwości
potencjalnych zastosowań, również ze względu na bardzo rozbudowane
i bogate opcje pomocy występujące w tych programach.
Głównym celem symulacji komputerowych jest możliwość analizy
rzeczywistego procesu fizycznego bez wykonywania eksperymentów.
Mając to na uwadze najtrudniejszym etapem stworzenia modelu
komputerowego jest wybór i hierarchizacja zjawisk fizycznych
towarzyszących badanemu procesowi, ustalenie warunków początkowych
i brzegowych oraz dobór typu i liczby elementów skończonych.
W artykule pokazane zostały wyniki symulacji opisujących
pola naprężeń wewnątrz noża wykonanego ze stali HSS pokrytego
powłoką dwuwarstwową: (TiN oraz TiAlN) zwiększającą trwałość
narzędzia. Przeprowadzone symulacje w późniejszym horyzoncie
czasowym użyte zostaną jako pierwsze przybliżenie opisu procesu
pracy noża w procedurze polioptymalizacyjnej, mającej na celu
wspomaganie prototypowania typu, grubości i kształtu nakładanych
powłok przeciwzużyciowych.
Model Fizyczny
W trakcie pracy noża strugarki występuje szereg zjawisk fizycznych.
Należy do nich zaliczyć zjawisko odkształceń powstających
pod wpływem sił zewnętrznych (np. opory skrawania), zjawisko
tarcia, rozszerzalność termiczną obiektu oraz strumień ciepła. Wymienione
zjawiska w konsekwencji determinują zjawisko adhezji.
W pracy skupiono uwagę na zjawisku odkształceń i naprę[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2010/4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Azotowanie gazowe stali stopowych z i bez przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza
|
|
|
Jerzy Michalski Jan Tacikowski Piotr Wach Jerzy Ratajski Grzegorz Mońka Aleksander Nakonieczny
Artykuł poświęcono zagadnieniom wytwarzania warstw azotowanych
na konstrukcyjnych stalach stopowych 40HM i 38HMJ (4140
i N135M wg ASTM) z przypowierzchniową warstwą azotków żelaza
o różnym składzie fazowym, bądź bez tej warstwy, przeznaczonych
na części maszyn, urządzeń i pojazdów o narażonych na korozję,
zużycie tribologiczne i zmęczeniowe. Zamierzeniem podjętych
badań było opracowanie technologii azotowania, umożliwiających
wytwarzanie trzech rodzajów warstw azotowanych:
- z warstwą azotków żelaza o strukturze ε + (ε + γ′wydz), porowatą
w zewnętrznej strefie, co umożliwia jej impregnowanie
preparatem
inhibitorowym,
- ze zwartą warstwą azotków żelaza o strukturze ε + γ′wydz z ograniczoną
do minimum strefą porowatą przy powierzchni
(≤2,5 μm),
- bez warstwy azotków żelaza.
Dwa pierwsze warianty warstw azotowanych mogą być zastosowane
na części maszyn eksploatowane w warunkach narażeń
korozyjnych
i tribologicznych. Powinny mieć dużą twardość i odpowiednią
grubość przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza.
Trzeci wariant warstwy azotowanej może być zastosowany na
części
maszyn eksploatowane w warunkach zmęczeniowych.
Warstwy
te powinny mieć dużą twardość i odpowiednią
grubość efektywną
warstwy azotowanej.
Warstwy azotowane z warstwą azotków żelaza powinny odznaczać
się również ograniczoną grubością tej ostatniej ze względu na
wąskie tolerancje wymiarowe dokładnych części, dla których są
przeznaczone.
Powinny także spełniać wymagania odnośnie odporności
na korozję.
Należy podkreślić, że azotowaniu antykorozyjnemu konstrukcyjnych
stali stopowych, poświęcone jest dużo mniej publikacji niż
stalom
węglowym. Brak jest zwłaszcza szerszych danych o wytwarzaniu
na tych stalach cienkich, ale odpornych na korozję warstw
azotków żelaza [1÷5]. Podobnie tylko nieliczne wzmianki spotyka
się na temat wytwarzania warstw azotowanych, bez przypowierzchniowej
warstwy azotków żelaza, na kons[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2010/4
|
|
|
» Przeciwzużyciowa, dwustopniowa obróbka powierzchniowa narzędzi stosowanych w przemyśle drzewnym
|
|
|
Jerzy Ratajski Roman Olik Bog dan Warcholiński Adam Gilewicz Jerzy Michalski Jan Kwiatkowski Łukasz Szparaga
Właściwości warstw otrzymywanych po procesach duplex zależą
w głównej mierze od synergicznego efektu wynikającego z połączenia
dwóch pojedynczych procesów, a uzyskane tą drogą właściwości
są nieosiągalne w przypadku pojedynczego procesu. Uzyskanie
istotnego efektu synergicznego wymaga spełnienia jednoznacznie
zdefiniowanych wymogów, jakie ma spełniać warstwa azotowana,
będąca podłożem pod powłokę PVD. Nieodpowiednie połączenie
i/lub niewłaściwa kontrola procesów może prowadzić do pogorszenia,
a nie polepszenia efektu końcowego. Istotna jest właściwa
identyfikacja reakcji, tak żeby efekty wynikające z pierwszego procesu
nie zostały zredukowane przez drugi proces.
W artykule przedstawiono wyniki badań noży ze stali szybkotnącej
(SW7M) po obróbce duplex, tj. po zmodyfikowaniu ich warstwy
wierzchniej w wyniku zastosowania azotowania gazowego
i następnie nałożeniu na ich powierzchnię jednowarstwowej powłoki
z azotku chromu metodą PVD.
W celu uzyskania oczekiwanych rezultatów takiego sekwencyjnego
połączenia wymienionych obróbek powierzchniowych, tj.
wzrostu adhezji powłoki do podłoża, warstwa azotowana musi charakteryzować
się ściśle zdefiniowanymi właściwościami. Przede
wszystkim, musi być pozbawiona zewnętrznej strefy węgloazotków
żelaza, ale jednocześnie ze strefą dyfuzyjną charakteryzującą
się odpowiednio dużą twardością powierzchniową oraz możliwie
największymi grubościami efektywnymi. Dodatkowo w celu uniknięcia
kruchości warstwy należy dążyć do uniknięcia tworzenia się
węglików na granicach byłego austenitu [1].
Te rygorystyczne wymagania połączone z bezwzględnym warunkiem
otrzymywania w powtarzalny sposób założonej budowy
warstwy stymulują badania w kierunku poszukiwań efektywnych
metod projektowania algorytmu zmian parametrów procesu oraz
poszerzenia spektrum metod kontroli procesu. Autorzy artykułu już
od wielu lat pracują nad wieloma aspektami dotyczącymi procesu
azotowania gazowego. W szczególności, zespół zagadnień d[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2010/4
|
|
|
|
Strona 1
|
Twój Profil
Twój koszyk
