Modelowanie procesów azotowania i PVD podwyższających trwałość narzędzi ze stali WCL

• Autorzy: Olik R. , Warcholiński B. , Suszko T. , Gilewicz A. , Ratajski J.

Warianty tytułu

EN

Modeling of nitriding and PVD processes improving the durability of X37CrMoV51 steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono procedury modelowania procesów modyfikujących warstwę wierzchnią form do ciśnieniowego odlewania aluminium wykonanych ze stali WCL Zaprojektowano proces azotowania, wykorzystując własne narzędzia do modelowania wzrostu warstwy azotowanej oraz do optymalizacji parametrów procesu pod kątem uzyskania warstwy azotowanej odpowiedniej pod powłokę PVD. Zrealizowano proces azotowania wg parametrów otrzymanych na podstawie modelowania, monitorując proces czujnikiem magnetycznym (czujnik rezultatu). Przeprowadzono dobór powłoki PVD, kierując się uzyskaniem maksymalnej adhezji do azotowanego podłoża. Modyfikowana forma po azotowaniu i nałożeniu wielowarstwowej powłoki TiN/TiCN/TiAlN uzyskała trzykrotne większą trwałość eksploatacyjną.

EN

The paper presents processes improving the durability of casting moulds for pressure die casting of aluminum. The goal of the work was surface modification of casting mould made from X37CrMoV51 steel. These processes comprise the thermochemical treatment (here nitriding) of the mould surface and thin film PVD deposition. The nitriding process was designed using own formulated computing tools [3, 4, 6, 7] to model the nitrided layer growth. The nitriding process was optimised to obtain the nitriding layer suitable for the proposed PVD coating. At this stage of technology the most important aim is to avoid ? (Fe2,3N) and ?' (Fe4N) phases reducing the adhesion of PVD coating to the substrate - nitrided mould (Fig. 1). The nitriding process was realised when applying the parameters obtained from theoretical modeling. Additionally, this stage of surface modification was monitored by a magnetic sensor (result sensor) which reacts to nitriding layer forming. The selection of thin hard PVD coatings with the best possible adhesion to nitrided mould was made. They were: monolayer coating TiAlN with high hardness above 2500-3500 HV0,05 and excellent "work temperature" - 1123 K (Table 2), multilayer TiN/TiCN/TiAlN and TiN/TiN+TiAlN/TiAlN coatings. The multilayer coatings present better wear resistance and critical load (adhesion) than monolayer TiAlN one (Figs. 7 and 8). Hence, modified casting moulds have more than three times increase in durability.

Słowa kluczowe

PL

proces azotowania; modelowanie procesów; powłoki przeciwzużyciowe PVD

EN

nitriding; process modeling; antiwear coating PVD

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 7
• Strony: 819--823
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Olik R.

autor

Warcholiński B.

autor

Suszko T.

autor

Gilewicz A.

autor

Ratajski J.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin,

Bibliografia

• [1] Burakowski T., Wierzchoń T.: Surface engineering of metals: principles, equipment, technologies, Taylor and Francis Group, LLC, 2008.
• [2] Dobrzański L. A., Madejski J.: Prototype of an expert system for selection of coatings for metals, Journal of Materials Processing Technology 175, 2006, 163-172.
• [3] Dobrodziej J., Mazurkiewicz A., Ratajski J., Suszko T., Michalski J.: The methodology of fuzzy logic application in the modelling of thermodiffusive and PVD processes - Intelligent tools for support of designing in surface treatments, International Federation of Heat Treatment and Surface Engineering (IFHTSE) Congress, Brisbane, Australia, 2007.
• [4] Ratajski J., Suszko T.: Modelling of the nitriding process, Journal of Materials Processing Tec. 195, 2008, 212-217.
• [5] Lipiński D., Ratajski J.: Modelling of the microhardness profile in nitrided layer by artificial network, Lecture Notes in Computer Science 4682, 2007, 245-249.
• [6] Ratajski J., Tacikowski J., Olik R., Suszko T., Łupicka O.: Intelligent control system for gaseous nitriding process, Metallurgia Italiana 6, 2006.
• [7] Ratajski J.: Monitoring nitride layer growth using magnetic sensor, Surface Engineering 17, 2001, 193-198.
• [8] Ratajski J., Olik R., Liliental W.: New development trend: magnetic sensor to monitor nitride layer growth in process. Second International Conference on Carburizing and Nitriding with Atmospheres, Cleveland, Ohio 1995, 309-314.
• [9] Ratajski J., Olik R., Baranov A.: Control system in-situ of nitrided layer growth and deposited layer in PVD processes. Problemy eksploatacji 2, 2005, 93-105.
• [10] Ratajski J., Tacikowski J., Somers M. A. J.: Development of the compound layer of iron (carbo) nitrides during nitriding of steel. Surface Engineering 2003, 3, 87-93.
• [11] Chang Y. Y., Wang D. Y., Hung C. Y.: Structural and mechanical properties of nanolayered TiAlN/CrN coatings synthesized by a cathodic arc deposition process, Surf. Coat. Technol. 200 (2005) 1702-1708.
• [12] Chang Y. Y., Yang S. J., Wang D.Y.: Structural and mechanical properties of TiAlN/CrN coatings synthesized by a cathodic-arc deposition process, Surf. Coat. Technol, 201 (2006) 4209-4214.
• [13] Ichimura H., Rodrigo A.: The correlation of scratch adhesion with composite hardness for TiN coatings, Surf. Coat. Technol. 126 (2002) 152-158.
• [14] Verein Deutscher Ingenieure, Richtlinie 3198, 1992, Düsseldorf, Germany.