Makronaprężenia własne cienkich warstw - pomiar metodą [wzór] w nowej geometrii dyfrakcji przy stałym kącie padania (SKP)

• Autorzy: Skrzypek S.

Warianty tytułu

EN

Macro-residual Stresses in Coatings - Measurement on the [formula] Method Due to Grazing Angle Incidence X-ray Scattering Geometry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pomiarach naprężeń własnych (NW) występuje wiele problemów związanych z metodologią. Metody oparte są na zależności różnych właściwości od naprężeń i dodatkowo mają różny zasięg pomiarowy, tzn. różną powierzchnię pomiaru i efektywną głębokość pomiaru. To utrudnia porównywanie wyników i ich interpretację. Ważna grupa metod oparta jest na dyfrakcji promieni X i neuronów a wśród nich rozpowszechniona jest metoda [wzór]. W artykule opisano wyniki pomiaru NW warstw TiN na podłożu ze spiekanej stali szybkotnącej. Ponieważ konwencjonalna metoda [wzór] udawała wyniki trudne do interpretacji, zastosowano zmodyfikowaną metodę [wzór] opartą o dyfrakcję w geometrii stałego kąta padania. Problemy interpretacyjne wyników klasycznej metody [wzór] związane były z anizotropią teksturową, z gradientem NW i zmienną efektywną głębokością wnikania. Zastosowanie nowej zmodyfikowanej metody [wzór] dało zazadowalające wyniki.

EN

There are a lot of discrepancies in results of residual macro-stresses measurements. Some of them are due to methodology and other are due to complexity of material and sample preparation. X-ray diffraction methods are on important group amoung others, but they differ one to another in geometry of measurement, in effective depth of penetration. On the other hand, residual stress in samples can present complex distribution and material can be treated as isotropic and/or anisotropic body. Macro-residual stresses in TiN coatings deposited on sintered high-speed steel were measured with new methodology developed due to grazing angle X-ray beam diffraction geometry. The new method named [formula] is less sensitive to texture anisotropy and is able to measure in well-defind and constant volume of irradiated sample. The obtained results can inform about gradient of residual stresses along thickness of the coating.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia materiałów; dyfrakcja; materiałoznawstwo

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2001
• Tom: Nr 2
• Strony: 47--55
• Opis fizyczny: rys., tab., bibliogr. 38 poz.

Twórcy

autor

Skrzypek S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Kraków

Bibliografia

• [1] Bojarski Z, Bołd T.: Rentgenograficzne metody wyznaczania zniekształceń sieciowych i wielkości bloków metali polikrystalicznych. „Prace Inst. Hut.", 22, 1970, s. 115-127.
• [2] Tasak E.: Niektóre metaloznawcze problemy występujące podczas cięcia ogniowego, żłobienia i spawania stali, Zeszyty Nauk. AGH, „Metalurgia i Odlewnictwo", Nr 92, 1981.
• [3] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali. WNT, Warszawa 1995.
• [4] Przybylski W.: Obróbka nagniataniem. WNT, Warszawa 1979.
• [5] Mecherauch E., Miller P., Das sin2ψ Verfahren der Rentgenographischen Spannungsmessung. „Zeitschrift für Angewandte Physik" nr 7,1961.
• [6] Mrowec S., Werben T.: „Nowoczesne materiały żaroodporne". WNT, Warszawa 1982.
• [7] Karp J., Skrzypek S.J., Breczko T.: Wpływ przemiany austenitu szczątkowego na naprężenia własne w stali ŁH15, Studia i Materiały, Gorzowski Ośrodek Badań i Ekspertyz Naukowych , Gorzów Wlkp. 1985, s. 493-504.
• [8] Kocańda S., Natkaniec D., Opis analityczny naprężeń własnych w elementach stalowych wywoływanych hartowaniem laserowym, „Archiw. Nauki o Materiałach", t.12, 1991, z. 3, s. 143-163.
• [9] Wildau M.: Zum Einfluss der Werkstoffeigenschaften auf Spannungen, Eigenspannungen und Mazanderungen von Werkstucken mis Stahl, Westfalischen Technischen Hochschule Aachen, DoktorIgenieurs Dissertation, 1986.
• [10] Mason W.P.: Crystal physics of interaction processes, Academic Press, N. York-London 1966.
• [11] Krause F., Voges T., Rehme F, Vogel D., Dudek R., Kampfe B.: Hybrid investigation of microelectronical assembles using X-ray diffraction and ather methods, Proc. of XVI Conf. APPLIED CRYSTALLOGRAPHY, Editors; H. Morawiec, D. Stróż, Word Scientific-Singapore-London-Hong Kong 1995, pp. 435-438.
• [12] Błaż L.: Dynamiczne procesy strukturalne w metalach i stopach, Wyd. AGH, Kraków 1998.
• [13] Skrzypek H.: Combanied effects of stress and flow velosity on corrosion potential of 1025 steel. „Corrosion", vol. 46, 1990, No. 11, s. 929-934.
• [14] Wojtysiak A., Skrzypek S.J.: Zmiana energii zmagazynowanej w sieci krystalicznej nadstruktury FeAI podczas samorzutnego rozpadu stopu Fe-AI-C. „Archiwum Nauki o Materiałach" 11, 1990, z. 1, s. 45-58.
• [15] Binczyk F., Skrzypek S.J., Gierek A.: Intermetallic Fe-Al layers obtained by powder cloth method. „Powder Technology" 94, 1997, pp. 259-263.
• [16] Eadie R.L., Mok D., Scarth D., Leger M.: The hydrostatic stress field around the crack tip in zirconium 2,5% Nb and implications to delayed hydride cracking. „Scripta Metall.et Materia", vol. 25, 1991, pp. 497-502.
• [17] Lin G., Skrzypek S.J., Li D., Eadie R.L.: Monitoring crack advance using acoustic emission and combined acoustic and potential drop in Zr-2.5%Nb. „J. of Testing and Evaluation" JTEVA, Vol. 26, No. 1, January 1998, pp. 15-25 (by the American Society for Testing and Materials).
• [18] Final Report of the Joint Research Project CIPA-CT92-30-23: "PVD and CVD coated PM cutting tool materials joint research project", Project Coordinator —Professsor A.S. Wronski, Project funded by the European Comission under PECO programme, 1997.
• [19] Skrzypek S.J., Ciaś A.: Makronaprężenia własne warstw TiN nakładanych na spiekane kształtki stali szybkotnących, Międzynarodowe Seminarium Inżynieria Powierzchni 97", Warszawa — Instytut Mechaniki Precyzyjnej. 12-14 maja 1997, s. 75-80.
• [20] Skrzypek S.J: New methodological approach in surface residual stress examinations, „Inżynieria Materiałowa" Nr 4, 1998, s. 1035-1038.
• [21] Senczyk D.: Dyfraktometria rentgenowska w badaniach stanów naprężenia i własności sprężystych, Wyd. Politechniki Poznań, 1995.
• [22] Skrzypek S.J.: Surfaces, Coattings and their residual stresses-new methodological approach, Proc. of XVII Conf. APPLIED CRYSTALLOGRAPHY, Editors; H. Morawiec, D. Stróż, Word Scientific-Singapore-London-Hong Kong 1998, p. 417-422.
• [23] Senczyk D.: Investigations of macrostresses by X-ray integral method, Ibid. [22].
• [24] Skrzypek S.J., Karp J., Chruściel K.: Automatyczny pomiar makronaprężeń własnych. "Przegląd Mechaniczny" z. 20, 1989, s. 13-15.
• [25] Baczmański A., Wierzbanowski K., Lipiński P., Helholmdtg R.B., Ekamaranathan G., Pathiraj B.: Examinations of the residual stress field in plasticlly deformed polycrystalline material. "Phil. Mag.", A, 69, 1994, s. 437.
• [26] Skrzypek S.J., Baczmański A.: Progress in X-Ray diffraction methods of residual macrostresses determination related to surface layer gradients and anisotropy. Advances in X-Ray Analysis (2000) przygotowywane do druku.
• [27] Faninger G., ω-Goniometr. "HTM", nr 31, (1976), 1/2, 16-18.
• [28] Cullity B.D.: Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich PWN, Warszawa 1964.
• [29] Barral M., Lebrun J.L.. Sprauel J.M., Maeder G.: X-ray macrostress determination on textured material; use of the ODF for calculating the X-ray compliances. "Matall. Transactions", A, vol. 18A, 1987, pp. 1229-1238.
• [30] Krause F., Kampfe B., Skurt L., Goldenbogen S.: X-ray stress measurement of samples combined with diffraction line analysis. Proc. of XV Conf. APPLIED CRYSTALLOGRAPHY, Cieszyn Poland 1992. Editors; H. Morawiec, D. Stróż, Word Scientific-Singapore-London-Hong Kong 1992, pp. 56-61.
• [31] Van Acker K., De Buyser L., Celis J.P., Van Houtte P.: Characterization of thin nickel electrocoatings by the low-incident-beam-angle diffraction method. "J. Appl. Cryst." VoI. 27, 1994, pp. 56-66.
• [32] Quaeyhaegens C., Haen J.D., Stals L.M., Van Stappen M.: Correlation between the interface structure of a TiN coating deposited onto AISI 304 and the coating adhesion. "Surface and Coating Technology", 61, 1993, s. 227-232.
• [33] Saerens A., Van Houtte P. Quaeyhaegens C., Residual stress determination in highly textured TiN coatings. Proc. of the Twelfth Intern. Conf. On Textures of Materials, ICOTOM 12, Edited by J.A. Szpupnar, Gill University, Montreal, Canada 1999, pp. 1333-1338.
• [34] Skrzypek S.J., Pieczonka T., Ciaś A.: Termiczne pochodzenie makronaprężeń własnych w warstwach TiN, Przygotowywane do druku.
• [35] Skrzypek S.J., Ciaś A., Pieczonka T.: TiN coatings on high speed steel and their residual stresses. Third Intern. Congress on THERMAL STRESSES 99, Edited by J.J. Skrzypek and R.B. Hetnarski, Cracow Univesity of Technology, Poland pp. 685-688.
• [36] Gawroński Z. Wpływ stanu naprężeń własnych na zużycie o charakterze zmęczenia stykowego. Zeszyty Naukowe Nr 755, Politechnika Łódzka 1999.
• [37] Major B., Krużel G.: Multiphase deformation of Fe-Cr-C alloy subjected to erosion at elevated temperature, Archiv. of Metallurgy, 44, (1999), s. 167-173.
• [38] Skrzypek S.J., Baczmański A.: Progress in X-ray diffraction of residual macro-stresses determination related to surface layer gradients and anisotropy. "Advances in X-Ray Analysis", vol. 44, in printing.