Właściwości wybranych systemów z warstwami dyfuzyjnymi do stosowania w metodzie duplex

• Autorzy: Kot M. , Rakowski W. , Zimowski S.

Warianty tytułu

EN

Properties of selected systems with diffusion layers for duplex method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W technologiach duplex bardzo ważne jest odpowiednie przygotowanie podłoża, na którym w drugim etapie osadzana jest powłoka. Najczęściej stosowane jest utwardzanie podłoża różnymi metodami dla ostatecznego osiągnięcia efektu synergicznego w układzie podłoże/powłoka, przez co radykalnie zwiększa się nośność powierzchni, odporność na pękanie i zużycie, a także odporność korozyjna. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mikromechanicznych i tribologicznych systemów z warstwami dyfuzyjnymi wytworzonymi metodą azotowania jarzeniowego, azotowania gazowego oraz chromowania próżniowego, na różnych rodzajach stali. Wyniki badań wskazują na szczególną przydatność w technologiach duplex metody azotowania jarzeniowego (twardość HIT = 18,3 [GPa]) oraz chromowania dyfuzyjnego, (twardość HIT=23 [GPa]).

EN

Duplex methods consist two or more different surface treatments, successively applied to obtain surface properties impossible to get through only single treatment. Usually duplex technologies incorporate two treatments -first substrate hardening and then coating deposition by one of PVD or CVD method. Hardened substrate provides a load support for outer brittle, ceramic coating. Hard and stiff pre-treated substrate preventing coating fracture caused usually by high plastic deformations of substrate. Therefore duplex treatment enhanced load bearing capacity and fatigue strength by substrate hardening and thin coating reduces friction, improves wear and corrosion resistance. The paper presents mechanical properties of four chosen hardened substrates destiny for duplex technologies. Steels: NC11 after vacuum chromizing process under low pressure conditions with CrC and CrC+(Ni-Mo) layers, 38HMJ after gas nitriding and 3H13 nitriding under glow discharge conditions have been tested. The indentation hardness with Vickers diamond under 20, 50, 100 and 1000 mN maximum load has been measured for all the hardened substrates. According to Oliver and Pharr method Young's modulus has been calculated. Strength of joint between diffusion layer and substrate has been measured by scratch test, using Rockwell C indenter with 0,2 mm tip radius. Hardness indentations and scratch tests have been made using Micro-Combi-Tester (MCT) made by CSEM Instruments Switzerland. Wear tests were carried out with ball-on-disc tester, and A12O3 ball - 1 mm diameter, load FN = 2 N, track radius r = 5 mm, speed v = 0,03m/s. Wear track profiles were measured after 2000 cycles, and then volume wear rate has been calculated. The system with CrC and CrC+(Ni-Mo) layers produced by vacuum chromizing have a high hardness HIT20/30/5/30=21 GPa and Young's modulus EIT = 360 GPa. Systems with nitrided layers have lower hardness, but it should be pointed that system with layer produced under glow discharge has higher hardness 18,2 GPa than after gas nitriding 15,9 GPa. For these systems none of specific surface failure modes have been observed during scratch tests up to load 30N. Whereas for CrC and CrC+(Ni-Mo) layers cohesive cracks have been observed respectively under load 7,6 N i 21,7 N. For system with CrC layer cracks have Hertz circular shape, but for CrC+(Ni-Mo) layer unconformal type inside scratch track. Wear tests show that the system obtained by glow discharge nitriding has highest wear resistance. A wear volume of gas nitriding system is 15 times higher, in spite of the only slight difference in hardness between both nitrided systems. Chromizing systems with CrC and CrC+(Ni-Mo) layers have also higher volume wear rate. It could be explain by their lower contact strength clearly visible as cracks in scratch test. These cracks lead to spalling of small layer fragments, pull debris into wear track and intensify wear process. Between chromising systems CrC has 3 times lower wear than CrC+(Ni-Mo).

Słowa kluczowe

PL

metoda duplex; warstwy dyfuzyjne; CrC; azotowanie jarzeniowe; twardość; odporność na zużycie

EN

duplex method; diffusion layers; CrC; glow discharge nitriding; hardness; wear resistance

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2007
• Tom: nr 2
• Strony: 273--281
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kot M.

autor

Rakowski W.

autor

Zimowski S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, al. Mickiewicza 30,

Bibliografia

• 1. Moskalewicz T., Kot M., Ziętara M., Czyrska-Filemonowicz A.: Wpływ mikrostruktury warstwy azotowanej na właściwości stopu Timetal 834. Inżynieria Materiałowa, 5/147 (2005) p. 381-384.
• 2. Koch C.C.: Structural nanocrystalline materials: an overview. Journal of Materials Science, 42 (2007) p. 1403-1414.
• 3. Lackner J.M., Waldhauser W., Major Ł., Morgiel J., Kot M., Major B.: Nanocrystalline Cr/CrN and Ti/TiN multilayer coatings produced by pulsed laser deposition at room temperature. Bulletin of the Polish Academy of Science, Technical Sciences, 54/2 (2006) p. 175-180.
• 4. Bell T., Dong H., Sun Y.: Realising the potential of duplex surface engineering. Tribology International, 31 (1998) p. 127-137.
• 5. Kasprzycka E., Jasiński J., Bogdański B.: Warstw węglikowe typu CrC wytwarzane w atmosferze chlorków chromu przy obniżonym ciśnieniu. Inżynieria Materiałowa, 5/147 (2005) p. 408-410.
• 6. Senatorski J., Kasprzycka E.: Właściwości eksploatacyjne warstw Duplex typu CrC+(NiMo), wytwarzanych w procesie chromowania próżniowego połączonym z obróbką galwaniczną Problemy Eksploatacji, 59 (2005) p. 200-205.
• 7. Michalski J., Tarcikowski J., Wach P.: Porównanie i cechy wspólne atmosfer azotujących w nowoczesnych procesach azotowania gazowego. Inżynieria Materiałowa, 5/147 (2005) p. 459-162.
• 8. Wierzchoń T.: Structure and properties o multicomponent and composite layers produced by combined surface engineering methods. Surface and Coatings Technology, 180-181 (2004) p. 458-464.
• 9. Rakowski W., Wierzchoń T., Kot M., Zimowski S.: Właściwości warstw azotowanych jarzeniowo wytworzonych na stali 316L Problemy Eksploatacji, 62 (2006) p. 107-115.
• 10. Oliver W.C., Pharr G.M.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research, 7 (1992), p. 1564-1583.
• 11. Buli S.J., Berasetegui E.G.: An overview of the potential of quantitative coating adhesion measurement by scratch testing. Tribology International, 39(2006)p. 99-114.