Prognozowanie trwałości elementów azotowanych za pomocą symulacji numerycznej

• Autorzy: Sawicki J. , Siedlaczek P. , Kubiak T.

Warianty tytułu

EN

Numerical aided durability forecast of elements after nitriding

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Technika obliczeniowa daje obecnie możliwości nieosiągalne wcześniej metodami analitycznymi. Użycie metod numerycznych, a zwłaszcza Metody Elementów Skończonych (MES) pozwala na dokładniejsze określenie wytrzymałości maszyn, a co jest z tym związane, podniesienie jakości produkowanych wyrobów. Do tej pory jednak trudnym zagadnieniem jest prognozowanie trwałości zmęczeniowej, zwłaszcza w złożonych stanach obciążenia. Autorzy, stosując analityczno-numeryczne techniki, starają się poprawić poziom prognozowania dla elementów zawierających naprężenia własne. W prezentowanym artykule podjęto dyskusję konstrukcji naroży elementów ze stali próbki ze stali 42CrMo4 (1.7225) azotowanych próżniowo. Metodami analizy numerycznej przygotowano model i wykonano jego symulacje. Analizę przeprowadzono dla szeregu promieni, przyjmując stałą grubość warstwy azotowanej (0,1 mm). Uzyskane wyniki wskazują na konieczność użycia odpowiednio dużych promieni naroży. Pozwala to na uzyskanie wymaganego przy obciążeniach zmęczeniowych jednorodnego stanu naprężeń własnych w warstwie wierzchniej.

EN

Nowadays computer technology provides opportunities previously unavailable earlier by analytical methods. Using numerical methods, especially Finite Element Method (FEM) allows for the accurate determination of components strength and what is entailed with that, reliability. Until now, however, the prediction of fatigue life is difficult, especially in complex loading conditions. In this paper the authors are using analytical and numerical techniques to improve of forecasting for designs containing residual stress. The simulation methods were tested on prepared model of element corner made from 42CrMo4 steel (1.7225) and nitrided in vacuum using Nitrovac technique. The analysis was performed for a range of radii assuming a constant thickness of the nitrided layer of 0.1 mm. The results indicate the need for a sufficiently large radius corners to prevent the geometry influence. This study shows how to obtain the required homogeneous state of stress in the surface layer important for component fatigue.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia własne; modelowanie numeryczne; superpozycja naprężeń

EN

residual stresses; numerical modelling; superposition stress

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 5
• Strony: 431--435
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sawicki J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Siedlaczek P.

• MESCO, Poland, Tarnowskie Góry

autor

Kubiak T.

• Katedra Wytrzymałości Materiałów i Konstrukcji, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Gawroński Z.: Technologiczna warstwa wierzchnia w kołach zębatych i mechanizmach krzywkowych. Monografie Politechniki Łódzkiej, Łódź (2005).
• [2] Christopher J. L.; Lados D. A.: Effects of processing residual stresses on fatigue crack growth behaviour of structural materials: Experimental approaches and microstructural mechanisms. Metallurgical and Materials Transactions A 43 (1) (2012) 87÷107.
• [3] Brinksmeiera E., Cammettb J. T., Königc W., Leskovard P., Peterse J., Tönshoffa H. K.: Residual stresses — measurement and causes in machining processes. CIRP Annals – Manufacturing Technology 31 (2) (1982) 491÷510.
• [4] Gawroński Z.: Aspect of tribological surface design with particular reference to the effects of low pressure nitriding and residual stresses in rolling contacts. Surface and Coating Technology 141 (1) (2001) 62÷69 .
• [5] Leskovšek V., Podgornik B., Nolan D..:Modelling of residual stress profiles in plasma nitride tool steel. Materials Characterization 59 (2008) 454÷461.
• [6] Janowski S., Oettel H.: Porównanie wyników pomiarów naprężeń własnych metodą rentgenowską i metodą mechaniczną Waismana-Phillipsa w próbkach ze stali azotowanych. Metaloznawstwo, Obróbka Cieplna, Inżynieria Powierzchni 112-114 (1991) 2÷7.
• [7] Totten G., Howes M., Inoue T.: Handbook of residual stress and deformation of steel. ASM (2002).
• [8] Haś Z.: Patent EP 0 034 761 (2.09.1981) – Verfahren zur Oberflächenvergütung von Maschinentelien und Schneidwerkzeugen aus Eisenlegierungen.
• [9] Sawicki J., Siedlaczek P., Kubiak T.: Prognozowanie trwałości zmęczeniowej elementów po obróbce cieplno-chemicznej za pomocą symulacji numerycznej. Inżynieria Materiałowa 4 (2011) 711÷714.
• [10] Siedlaczek P., Sawicki J., Kubiak T.: Numeryczna analiza wpływu naprężeń własnych na trwałość zmęczeniową. Inżynieria Materiałowa 4 (2010) 1226÷1229.
• [11] Shen Y. Z., Oh K. H., Lee D. N.: Nitrogen strengthening of interstitialfree steel by nitriding in potassium nitrate salt bath. Materials Science and Engineering, A 434 (2006) 314÷318.
• [12] Ratajski J.: Matematyczne modelowanie procesu azotowania gazowego. Monografia nr 189, Politechnika Koszalińska, Koszalin (2011).
• [13] Somers M. A. J., Mittemeijer E. J.: Layer-growth kinetics on gaseous nitriding of pure iron evaluation of diffusion coefficients for nitrogen in iron nitrides. Metallurgical and Materials Transactions A 26 (1995) 57÷74.
• [14] ANSYS v.14 help system. ANSYS Inc, Southpointe, Decembre (2011).