Hybrid surface treatment technology for increase of hot forging dies

• Autorzy: Smolik J. A.

Warianty tytułu

PL

Hybrydowa technologia obróbki powierzchniowej do zwiększania trwałości matryc kuźniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hot working dies are influenced by three main factors causing their destruction: the cyclically changeable mechanical loads, intensive thermal shocks, as well as intensive friction, and erosion. Modification of surface properties with the use of hybrid plasma methods seems to be an effective way of improving its durability. The best known and widely used surface treatment hybrid technology is a combination of the nitriding process with the deposition of hard antiwear coatings by means of PVD methods. The designed composite layer "nitrided layer / Cr-CrN" was obtained with the use of the hybrid technology, which consist of ion nitriding followed by arc-evaporation coating deposition. The maintenance testing was performed on the forging dies employed for production of various parts in the automotive industry. The best durability was obtained for the dies used for the forging of rolling bearing tracks. In comparison with the durability of the dies subjected solely to the gas nitriding, nearly an increase of 600% in the durability was noticed.

PL

W procesie obróbki plastycznej na gorąco matryce kuźnicze narażone są na działanie trzech głównych czynników niszczących: cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych, intensywnych szoków cieplnych oraz intensywnego tarcia i erozji. Jednym z najbardziej efektywnych sposobów zwiększania trwałości matryc kuźniczych jest modyfikowanie właściwości warstwy wierzchniej matryc hybrydowymi technologiami obróbki powierzchniowej. Najbardziej znana i jednocześnie najbardziej rozpowszechniona technologia hybrydowa jest połączenie procesu azotowania z osadzaniem twardych powłok o charakterze przeciwzużyciowym metodami PVD. Wybrana do badan warstwa hybrydowa typu "warstwa azotowana/powłoka Cr-CrN" została otrzymana z wykorzystaniem technologii hybrydowej będącej polaczeniem procesu azotowania jarzeniowego oraz nakładania powłok metoda odparowania łukowego. Testy eksploatacyjne zostały przeprowadzone z wykorzystaniem matryc kuźniczych wykorzystywanych w produkcji różnych elementów dla przemysłu samochodowego. Najlepsza trwałość uzyskano dla matryc wykorzystywanych w procesie kucia bieżni łożysk tocznych. Opracowana hybrydowa technologia obróbki powierzchniowej umożliwiła uzyskanie blisko 6 krotnego wzrostu trwałości matryc kuźniczych, w porównaniu z trwałością matryc standardowych poddawanych jedynie procesowi azotowania.

Słowa kluczowe

EN

hybrid surface treatment technology; forging dies; multilayer coatings

PL

technologie hybrydowe; obróbki powierzchniowej; matryce kuźnicze

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 3
• Strony: 657--664
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Smolik J. A.

• Institute for Sustainable Technologies National Research Institute, Department of Surface Engineering, 26-600 Radom, 6/10 Pulaskiego str., Poland

Bibliografia

• [1] M. Tercelj, P. Panjan, I. Urankar, P. Fajfar, R. Turk, A newly designed laboratory hot forging test for evaluation of coated tool wear resistant, Surface and Coatings Technology 200, 3594-3604 (2006).
• [2] J. S. Sun, K. H. Lee, H. P. Lee, Effect of geometry and fillet radius on die stresses in stamping processes, Journal of Materials Processing Technology 104, 254 (2000).
• [3] A. Matthews, A. Leyland, Hybrid techniques in surface engineering, Surface and Coatings Technology 71, 88-92 (1995).
• [4] M. W. Richert, A. Mazurkiewicz, J. A. Smolik, The Deposition of WC-Co Coatings by EBPVD Technique, Archives of Metallurgy and Materials 57, 511-516 (2012).
• [5] J. Smolik, M. Gulde, J. Walkowicz, J. Suchanek, Influence of the structure of the composite: ”nitrided layer/PVD coating” on the durability of forging dies made of steel DIN-1.2367, Surface and Coatings Technology 180-181, 506-511 (2004).
• [6] P. Panjan, I. Uranjar, B. Navinsek, M. Terclj, R. Turk, M.ˇCekada, V. Leskovˇsek, Improvement of hot forging tools with duplex treatment, Surface and Coatings Technology 151-152, 505-509 (2002).
• [7] J. Smolik, J. Walkowicz, J. Tacikowski, Influence of the structure of the composite: “nitrided layer / PVD coating” on the durability of tools for hot-working, Surface and Coatings Technology 125, 134-140 (2000).
• [8] J. Smolik, The role of the hybrid layer/CrN coating in the increase of forging dies durability, Inzynieria Materiałowa 6, 891-894 (in polish) (2008).
• [9] H. Holleck, Designing advanced coatings for wear protection, Surface Engeneering 7, 2, 137-144 (1991).
• [10] C. Subramanian, K. N. Strafford, Review of multicomponent and multilayer coatings for tribological applications, Wear 85-95, 165 (1993).
• [11] J. Romero, J. Esteve, A. Lousto, Period dependence of hardness and microstructure on nanometric Cr/CrN multilayers, Surface and Coatings Technology 188-189, 338-343 (2004).
• [12] S. Hanet al., The effect of Cr interlayer on the microstructure of CrN coatings on steel, Thin Solid Films 377-388, 578-584 (2000).
• [13] L. Major et al., Crystallographic aspects related to advanced tribological multilayers of Cr/CrN and Ti/TiN types produced by pulsed laser deposition (PLD), Surface and Coatings Technology 200, 6190-6195 (2006).
• [14] M. Berger, U. Wiklund, M. Eriksson, H. Enggvist, S. Jacobson, The multilayer effect in abrasion – optimising the combination of hard and tough phases, Surface and Coatings Technology 116-119, 1138-1144 (1999).
• [15] J. Bonarski, J. Smolik, L. Tarkowski, M. Biel, Depth-profile of residual stresses in metal-lic/ceramic coatings, Archives of Metallurgy and Materials 53, 49-55 (2008).
• [16] R. K. Lakkarju, F. Bobaru, S. L. Rohde, Optimization of multilayer wear-resistant thin films using finite element analysis on stiff and compilant substrates, Journal Vacuum Science and Technologyn A 24(1), 146-155 Jan/Feb (2006).
• [17] T. Gorihny, L. G. Olson, M. Oden, S. M. Aouadi, S. L. Rohde, Optimization of wear-resistant coating architectures using finite element analysis, Journal Vacuum Science and Technology A 21, 332-339 (2003).
• [18] F. R. Lamastra, F. Eonardi, R. Montanari, F. Casadei, T. Valente, G. Gusmano, X-ray residual stress analysis on CrN/Cr/CrN multilayer PVD coatings deposited on different steel substrates, Surface and Coatings Technology 200, 6172-6175 (2006).