Komputerowa symulacja wpływu międzywarstwy Ti na właściwości powłok

• Autorzy: Kwaśny W. , Śliwa A. , Mikuła R. , Tański T.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.2.9

Warianty tytułu

EN

Computer simulation of the influence of Ti interlayer implementation on coatings properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy numerycznej z zastosowaniem metody elementów skończonych dotyczącej wyznaczania naprężeń w wielowarstwowych powłokach Ti/Ti(C, N)/CrN, Ti/Ti(C, N)/(Ti, Al)N, Ti/(Ti, Si)N/(Ti, Si)N i Ti/DLC powłoki/DLC, uzyskanych procesie PVD i CVD na stopach magnezu z uwzględnieniem warunków ich nanoszenia. Stan naprężeń własnych w strefie połączenia powłoki z podłożem wynika przede wszystkim z różnic właściwości mechanicznych i termicznych podłoża i powłoki, a także zmian strukturalnych występujących w tych materiałach podczas procesu PVD i CVD. Do celów symulacji komputerowej naprężeń własnych w powłokach z wykorzystaniem MES opracowano model uwzględniający charakterystykę strukturalną i geometryczną badanych materiałów z uwzględnieniem zmian strukturalnych w skali nanometrycznej, a wyniki symulacji przeprowadzonych na opracowanym modelu poddano weryfikacji doświadczalnej. Symulację komputerową naprężeń przeprowadzono w środowisku ANSYS, stosując zmienną wielkość elementów skończonych, a wartości naprężeń eksperymentalnych wyznaczono na podstawie rentgenowskiej jakościowej analizy fazowej przeprowadzonej w układzie Bragg-Brentano.

EN

In the paper the possibility of employing Finite Element Method (FEM) for evaluation of stresses located in Ti/Ti(C, N)/CrN, Ti/Ti(C, N)/(Ti, Al)N, Ti/(Ti, Si)N/(Ti, Si)N multilayer coatings, and Ti/DLC/DLC coating with taking into account their deposition conditions on magnesium alloys has been discussed. Internal stresses difference in the zone between the coating and the substrate first of all results from the difference of mechanical and thermal properties of the substrate and the coating and also from microstructural changes occurring in these materials during the production process, especially during cooling process after PVD and CVD treatment. FEM model was worked out for the purpose of computer simulation of internal stresses in the coatings. The FEM model accuracy was verified by comparison with the results of computer simulation of stresses with the experimental results. Computer simulation of stresses was carried out in ANSYS environment, using the FEM method. The experimental values of stresses were determined on the basis of the X-ray diffraction patterns.

Słowa kluczowe

PL

stop magnezu; naprężenia; symulacja komputerowa; metoda elementów skończonych; PVD; CVD

EN

magnesium alloys; residual stress; computer simulation; finite element method; PVD; CVD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 2
• Strony: 91--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kwaśny W.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Śliwa A.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Mikuła R.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Tański T.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Politechnika Śląska, Gliwice

Bibliografia

• [1] Szparaga Ł., Ratajski., Zarychta A.: Multi objective optimization of wear resistant TiAlN and TiN coatings deposite by PVD techniques. Archives of Materials Science and Engineering 48 (1) (2011) 33÷39.
• [2] Szparaga Ł., Ratajski J.: Pareto optimal multi-objective optimization of antiwear TiAlN/TiN/Cr coatings. Advances in Materials Science 14/1 (39) (2014) 5÷13.
• [3] Dobrzański L. A., Śliwa A., Sitek W.: Finite element method application for modeling of PVD coatings properties. Surface Engineering – Proceedings of the 5th International Surface Engineering Conference, Washington, USA (2006) 26÷29.
• [4] Dobrzański L. A., Staszuk M., Gołombek K., Śliwa A., Pancielejko M.: Structure and properties PVD and CVD coatings deposited onto edges of sintered cutting tools. Archives of Metallurgy and Materials 55 (1) (2010) 187÷193.
• [5] Dobrzański L. A., Śliwa A., Kwaśny W.: Employment of the finite element method for determining stresses in coatings obtained on high-speed steel with the PVD process. Journal of Materials Processing Technology164- 165 (2005) 1192÷1196.
• [6] Śliwa A., Mikuła J., Dobrzański L. A.: FEM application for modelling of PVD coatings properties. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 41 (1-2) (2010) 164÷171.
• [7] Szparaga Ł., Ratajski J.: Modelowanie ewolucji stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce CrN/Cr za pomocą MES. Inżynieria Materiałowa 32 (2011) 760÷763.
• [8] Bouzakis K., Maliaris G., Tsouknidas A.: FEM supported semi-solid high pressure die casting process optimization based on rheological properties by isothermal compression tests at thixo temperatures extracted. Computational Materials Science 59 (2012) 133÷139.
• [9] Regener B., Krempaszky C., Werner E., Stockinger M.: Modelling the micromorphology of heat treated Ti6Al4V forgings by means of spatial tessellations feasible for FEM analyses of microscale residual stresses. Computational Materials Science 52 (1) (2012) 77÷81.
• [10] Montalvo-Urquizo J., Bobrov P., Schmidt A., Wosniok W.: Elastic responses of texturized microscale materials using FEM simulations and stochastic material properties. Mechanics of Materials 47 (2012) 1÷10.
• [11] Marvi-Mashhadi M., Mazinani M., Rezaee-Bazzaz A.: FEM modelling of the flow curves and failure modes of dual phase steels with different martensite volume fractions using actual microstructure as the representative volume. Computational Materials Science 65 (2012) 197÷202.
• [12] Liu F. R., Zhang Q., Zhou W. P., Zhao J. J., Chen J. M.: Microscale 3D FEM simulation on thermal evolution within the porous structure in selective laser sintering. Journal of Materials Processing Tech. 212 (10) (2012) 2058÷2065.
• [13] Shiping Z., Oubai E., Rooh A., Khurram A., Wagdi Habashi G.: FEM analysis of in-flight ice break-up. Finite Elements in Analysis & Design 57 (2012) 55÷66.
• [14] Dobrzański L. A., Pakula D., Mikula J., Golombek K.: Investigation of the structure and properties of coatings deposited on ceramic tool materials. International Journal of Surface Science and Engineering 1 (1) (2007) 111÷124.
• [15] Dobrzański L. A., Mikuła J., Gołombek K.: Structural characteristics of the modern sintered tool materials. Materials Science Forum 530-531 (2006) 499÷504.
• [16] Dobrzański L. A., Żukowska L. W., Mikuła J., Gołombek K., Pakuła D., Pancielejko M.: Structure and mechanical properties of gradient PVD coatings. Journal of Materials Processing Technology 201 (2008) 310÷314.
• [17] Dobrzański L. A., Kwaśny W., Dołzańska B., Śliwa A., Gołombek K., Nowak G.: The computer simulation of internal stresses of tool gradient materials reinforced with the WC-Co. Archives of Materials Science and Engineering 57 (1) (2012) 38 ÷44.
• [18] Dobrzański L. A., Śliwa A., Tański T.: Finite Element Method application for modelling of mechanical properties. Archives of Computational Materials Science and Surface Engineering 1/1 (2009) 25÷28.
• [19] Tański T.: Characteristics of hard coatings on AZ61 magnesium alloys. Journal of Mechanical Engineering 59/3 (2013) 165÷174.
• [20] Tański T., Labisz K.: Electron microscope investigation of PVD coated aluminium alloy surface layer. Solid State Phenomena 186 (2012) 192÷197.
• [21] Żukowska L. W.: Struktura i własności gradientowych powłok PVD na spiekanych materiałach narzędziowych. JAMME 44/2 (2011) 115÷139.