Model obliczeniowy do analizy naprężeń własnych w układzie powłoka-podłoże podczas nanoszenia powłok metodami termicznymi

• Autorzy: Zimmerman J. , Golański D. , Chmielewski T. , Włosiński W.

Warianty tytułu

EN

Numerical model for residual stress analysis in a coating-substrate system produced by thermal spraying methods

• Konferencja: IV Sympozjum Naukowe Zakładu Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej "Inżynieria współczesnych procesów spajania", Ciechanów, 19-20.04.2012 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposób modelowania naprężeń własnych powstałych w czasie procesów termicznego nakładania powłok Ti na podłoża Al2O3 metodą elementów skończonych. Modelowanie podzielono na dwa etapy: 1 – rozwiązanie zagadnienia uderzenia pojedynczej cząstki w podłoże z wykorzystaniem programu MES ANSYS-AUTODYNA, 2 – termomechaniczna, nieliniowa analiza do symulacji procesu natryskiwania przez tworzenie przyrastających podwarstw w czasie (uaktualniana geometria) aż do uzyskania powłoki o określonej grubości i schładzanie całości. Obliczenia wykazały niższy poziom naprężeń własnych przy modelowaniu z przyrastającą powłoką w czasie w porównaniu z modelem jednowarstwowym.

EN

The paper presents the scheme of modeling of residual stresses generated during thermal spraying of metal coatings on ceramic substrates by using finite element method. The modeling was divided into two parts: solution of a problem of a single particle impact into the substrate, and nonlinear, thermo-mechanical analysis of a process of coating growth in time increments with geometry upgrade and subsequent cooling of the produced coating-substrate system. The calculation of temperature field and residual stresses in the developed model has been conducted for Ti-Al2O3 system. The results showed lower residual stresses obtained by the created model comparing to a simple one layer model.

Słowa kluczowe

PL

naprężenie własne; układ powłoka-podłoże; metoda nanoszenia termiczna; model obliczeniowy

EN

residual stress; coating-substrate system; thermal spraying method; numerical model

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 85, nr 1
• Strony: 12--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il.

Twórcy

autor

Zimmerman J.

autor

Golański D.

autor

Chmielewski T.

autor

Włosiński W.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Gan Z.. Ng H. W.: Deposition-induced residual stress in plasma-sprayed coatings. Surf. and Coat. Technol. 187 (2004). s. 307-319.
• [2] Stokes J.. Looney L.: Residual Stress in HVOF Thermally Sprayed Thick Deposits. ICMCTF 2003.
• [3] Li M., Christofides P: Multi-Scale Modelling and Analysis of an industrial HVOF Thermal Spray Process. Chem. Eng. Sci. 60 (2005). s. 3649-3669.
• [4] Madejski N.J.: Solidification of droplets on a cold surface, Int. J. Heat Mass Transfer, 19(1976), s. 1009-1013.
• [5] WatanabeT., Kuribayashi l., Honda T., Kanzawa A.: Deformation and solidification of a droplet on a cold substrate. Chem. Eng. Sci. 47(1992), s. 3059-3065.
• [6] Amon C. H., Merz R., Prinz F. B., Schmaltz K. S.: Numerical and experimental investigation of interface bonding via substrate melting of an impinging molten metal droplet. Journal of Heat Transfer 118 (1996), s. 164-172.
• [7] Zhang X.C., Gong J.M., Tu S.T.: Effect of spraying condition and material properties on the residual stress in plasma spraying. J. Mater. Sci. Technol., 20 (2004). s. 149-53.
• [8] Johnson G.R.; Cook W.H.: A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high, J. Eng. Mater. and Technol., 105 (1), 1983.
• [9] Johnson G. R. and Holmquist T. J.: An improved computational constitutive model for brittle materials, High-Pressure Sci. and Technol., American Institute of Physics, 1994.