Metoda wyznaczania nacisku dopuszczalnego w styku skoncentrowanym dla układów powłoka-podłoże

• Autorzy: Kot M. , Rakowski W. , Morgiel J. , Major Ł.

Warianty tytułu

EN

Deformation of coating-substrate systems under contact load

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wpływ cienkich warstw powierzchniowych i powłok na wzrost nośności elementów pracujących w warunkach styku skoncentrowanego nie jest wystarczająco opisany teoretycznie. Brak jest w literaturze zależności umożliwiających określanie dopuszczalnych obciążeń w celu uniknięcia niszczenia systemu przez uplastycznienie podłoża lub pękanie powłoki. Znacznym problemem jest zmiana rozkładu naprężeń przy wzroście obciążeń oraz zależność charakteru pola naprężeń od grubości warstwy. Dotyczy to przede wszystkim twardych warstw i powłok o grubości do kilku mikrometrów otrzymywanych metodami PVD i CVD. Do wpaczania dopuszczalnych obciążeń, jakie może przenosić układ powłoka-podłoże autorzy proponują metodę opartą na analizie wykresów obciążenie-głębokość penetracji otrzymywanych z próby polegającej na wciskaniu w powierzchnię diamentowego wgłębnika o kulistym kształcie. Przedstawiono wyniki badań dla powłok TiN o grubościach 0,7-2,4 žm na stalowych podłożach, dla których wyznaczono dopuszczalne obciążenia. Stosowano wgłębniki o promieniach 20, 200 oraz 500 žm. Dla tych powłok przeprowadzono testy tribologiczne w styku kula-tarcza przy nacisku poniżej i powyżej nacisku dopuszczalnego. Analizowano zużycie w zależności od charakteru odkształceń układu powłoka-podłoże.

EN

Thin coatings are particularly applied to machine elements and tools working in contact. Theoretical solution of contact for coated systems is not available, because of difference in elastic and plastic properties of the surface layer and substrate, its interface properties and residual stresses. A calculations leading to the establishment of the capacity of coating-substrate systems involves many problems, and taking into account all parameters that can influence the result is not possible. Load bearing capacity of coating-substrate systems can be found from indentation experiments by transforming the load-depth indentation diagram to stress-strain diagram. The authors developed a complete procedure for the transformation of the load-depth diagram obtaineds by microindentation into stress-strain diagram, analogous to that from uniaxial tension. The yield point of substrate was clearly seen in the slope change of the stress-strain curves. Microindentation with spherical indentors 20, 200 and 5OO žm tip radius were performed on TiN coatings deposited by magnetron sputtering. A critical load leading to the plastic deformation of steel substrate has been evaluated. Tribological tests were done under and above permissible load for coating-substrate systems. Analysis of the wear tracks shows the different character of system deformation with similar wear depth. Knowledge of load bearing capacity obtained by the presented method can be useful in designing coatings with proper thickness.

Słowa kluczowe

PL

naprężenia kontaktowe; mikrowgłębnikowanie; twarde powłoki

EN

contact stresses; microindentation; hard coatings

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 2
• Strony: 285--295
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Kot M.

autor

Rakowski W.

autor

Morgiel J.

autor

Major Ł.

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

Bibliografia

• [1] Liu S.B., Peyronnel A., Wang Q.J., Keer L.M.: An extension of the Hertz theory for three-dimensional coated bodies. Tribology Letters, vol. 18 (2005) p. 303-314.
• [2] Fukumasu N.K., Sousa R.M.; Numerical analysis of the coantact stresses developed during the indentation of coated systems with substrates with orthotropic properties. Surface and Coatings Technology, vol. 201 (2006) p. 4294-4299.
• [3] Herbert E.G., Pharr G.M., Oliver. W.C., Lucas B.N., Hay J.L.: On the measurement of stress-strain curves by spherical indentation. Thin Solid Films, vol. 398-399 (2001) p. 331-335.
• [4] Zhang X.C., Xu B.S., Wang H.D., Wu Y.X., Jiang Y.: Hertzian contact response of single-layer, functionally graded and sandwich coatings. Materials and Design, vol. 28 (2007) p. 47-54.
• [5] Michler J., Blank E.: Analysis of fracture and substrate induced by spherical indentors: diamond and diamond-like carbon layers on steel substrates. Thin Solid Films, vol. 381 (2001) p. 119-134.