Modelowanie stanu naprężeń własnych w warstwach wierzchnich stali po procesie azotowania próżniowego

• Autorzy: Gawroński Z. , Sawicki J.

Warianty tytułu

EN

Modeling of internal stress in the surface layer of steel after vacuum nitriding process

• Konferencja: II Krajowa Konferencja "Nowe Materiały - Nowe Technologie w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym", Międzyzdroje 2003
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy podjęto próbę modelowania rozkładu naprężeń własnych w warstwie wierzchniej stali HS 6-5-2 i 38CrMoV5-1 po azotowaniu próżniowym. Istotę modelu stanowi założenie, że makroskopowe naprężenia po azotowaniu są superpozycją naprężeń pochodzących od pojedynczych azotków. Bazę danych o polach naprężeń wokół wszystkich azotków, o różnej budowie i wielkości, występujących w rozpatrywanych stopach wyznaczono przy pomocy pakietu ANSYS. Obliczenia naprężeń własnych przeprowadzono metodą elementów skończonych po uprzednim wczytaniu profilu koncentracji azotu. Uzyskane wyniki naprężeń własnych dla omawianych stali zostały zweryfikowane eksperymentalnie przy pomocy Waismana-Philipsa. Charakter krzywych rozkładu naprężeń własnych wykazuje dość dużą korelację pomiędzy zastosowanymi metodami badawczymi.

EN

An attempt to model a distribution of internal stress in the surface layer of steel types HS 6-5-2, and 38CrMoV5-1, after their vacuum nitriding, is presented. The key point of the model is an assumption of macroscopic stress after nitriding process being a superposition of stresses originating from particular nitrides. For the discussed alloys, a data-base concerning stress fields surrounding each nitride, having different structure and size, has been constructed with the help of the ANSYS software. Calculations of internal stress have been carried out using a finite element approach after an introduction of a nitrogen concentration profile. The results obtained in this way have been verified experimentally, with the help of the Waismann-Philips method. Internal stress distribution characteristics obtained with the applied methods exhibit a substantial degree of correlation.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie; naprężenia własne; warstwa wierzchnia; stal; azotowanie próżniowe; metoda elementów skończonych; metoda Waismana-Philipsa

EN

modelling; internal stresses; surface layer; steel; vacuum nitriding; finite element method; Waismann-Philips method

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2003
• Tom: R. XXIV, nr 6
• Strony: 482--486
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Gawroński Z.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

autor

Sawicki J.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałowej

Bibliografia

• 1. Pietrzyk M., Krzyżanowski M.: Zastosowanie metody elementów kończonych do wyznaczania naprężeń cieplnych w warstwie powierzchniowej metalu w czasie obróbki strumieniem plazmy. Inżynieria Powierzchni, 4,1996.
• 2. Somers M,, Mittemeijer E.: Development and relaxation of stress in surface layers; composition and residual profiles in y Fe4Nl-x layers on a-Fe substrates. Metallurgical Transactions A, vol.21A, January 1990.
• 3. Golański D., Bieliński P., Wierzchoń T.: Numerical modelling of residual stresses in borided layers on steel. Surface Engineering, 13,1997.
• 4. Golański D., Bieliński P., Wierzchoń T.: Numerical modelling of esidual stresses in bonded layers on steel substrate. Journal Materials Science Letters, 14,1995.
• 5. Kamminga J.D., Keijser Th.H., Delhez R., Mittemeijer E.J.: A nodel for stress in thin layer induced by misfitting particles an origin for growth stress. Thin Solid Films, 317, 1998.
• 6. Inoue T., Yamaguchi T., Wang Z.: Stresses and phase ransformations occurring in auenching of carburised steel rear Wheel. Materials Science and Technology, vol.l, 1985.
• 7. Inoue T., Wang Z., Miyao K.: Quenching stress of carburized steel rear wheel. Intemational Conference on Residual Stresses (ICRS2), Elseyier Applied Science, 1988.
• 8. Hoffmann F., Kreft U., Hirsch T., Mayr P.: In situ measurement of residual stresses during nitriding process. Proc. of Second International Conference on Carburizing and Nitriding with vtmospheres, Cleveland, Ohio, 1995.
• 9. Schroter W. Spengler A.: Zum E-Modul von nitridhaltigen Schichten auf Stahl. HTM, 51,1966
• 10. Powder Diffractiona File, PDF-2 Database Sets 1-38, International Center for Diffraction Data, Swarthmore, USA, 1988.
• 11. Zienkiewicz O.C.: Metoda elementów skończonych. Arkady, Warszawa, 1972.
• 12. Gawroński Z.: Wpływ stanu naprężeń własnych w warstwach izolowanych na zużycie o charakterze zmęczenia stykowego. Praca habilitacyjna. Zeszyty Naukowe PŁ, Nr 755,1999.
• 13. Gawroński Z,, Sawicki J,, Hofschneider D.: Wykorzystanie MES-u i pakietu ANSYS 5,5 do procesów projektowania inżynierskiego z zakresu doboru materiałów i technologii ich uszlachetniania. Inżynieria Materiałowa, 6,2000.
• 14. Gawroński Z., Kubiak T., Sawicki J.: Optymalizacja technologicznej warstwy wierzchniej w warunkach cyklicznych, stykowych obciążeń mechanicznych i cieplnych. Inżynieria Materiałowa, 5,2002.