An innovative control system for the gas nitriding process including an interactive module to predict the results of the process

• Autorzy: Miziołek M. , Olik R. , Ratajski J. , Hermanowicz P.

Warianty tytułu

PL

Innowacyjny układ do sterowania procesem azotowania gazowego zawierający moduł interaktywnego prognozowania rezultatu procesu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the concept of a system to control the gas nitriding process containing an interactive module for predicting the results of the process on the basis of mathematical model of growth kinetics of the nitrided layer. The concept of the system is based on comparing the current values of process parameters: temperature, the composition of nitriding atmosphere, and the current value of the nitrogen potentia! (which is determined based on the signal from the hydrogen sensor) with a pre-established algorithm of changes in process parameters. According to the developed concept, if there are differences, the control system selects one of two options: - Changing the flow rate of the components of a nitriding atmosphere, in the range of possible changes for a given stand to nitriding, to achieve a predetermined potentia! value, or - Setting a new algorithm for changes in temperature and nitrogen potential. Selecting one of these options by the system will depend on obtaining the slightest difference between on-line calculated result of a process on the basis of mathematical model (for both options) and the assumed result, i.e. the nitrided layer thickness and profile of hardness change.

PL

W artykule zamieszczono koncepcję funkcjonowania układu do sterowania procesem azotowania gazowego zawierającego moduł interaktywnego prognozowania rezultatu procesu na podstawie kinetyki wzrostu warstwy azotowanej. Idea działania układu polega na porównywaniu bieżących/aktualnych wartości parametrów procesu temperatury, składu atmosfery i bieżącej wartości potencjału azotowego (wyznaczanego na podstawie sygnału z sondy wodorowej) z założonym wstępnie algorytmem zmian parametrów procesu. Zgodnie z opracowaną koncepcją, w przypadku zaistnienia rozbieżności układ sterowania wybiera jedną z dwóch opcji: - zmienia natężenie przepływu składników atmosfery azotującej w celu osiągnięcia założonej wartości potencjału bądź - wyznacza nowy algorytm zmian temperatury i potencjału azotowego. Wybór jednej z tych opcji przez układ będzie zależał od uzyskania najmniejszej różnicy pomiędzy na bieżąco prognozowanym rezultatem procesu (dla obu opcji) a rezultatem założonym, tj. grubością warstwy azotowanej oraz profilem twardości. Dodatkowo układ będzie zawierał moduł wizualizacji wzrostu grubości stref warstwy azotowanej oraz wizualizację zmian profili twardości w strefie dyfuzyjnej warstwy azotowanej w trakcie trwania procesu.

Słowa kluczowe

EN

gas nitriding; mathematical model; control system

PL

azotowanie gazowe; model wzrostu warstwy azotowanej; sterowanie procesem

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2016
• Tom: no. 4
• Strony: 63--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Miziołek M.

• Koszalin University of Technology

autor

Olik R.

• Koszalin University of Technology

autor

Ratajski J.

• Koszalin University of Technology

autor

Hermanowicz P.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute in Radom

Bibliografia

• 1. Malinov S., Sha W.: Software products for modelling and simulation in materials science. Comput. Mater. Sci. 2003. 28. 179- 198.
• 2. Genel K.: Use of artificial neural network for prediction of ion nitrided case depth in Fe-Cr alloys. Mater. Design 2003. 24. 203-207.
• 3. Zhecheva A., Malinov S., Sha W.: Simulation of microhardness profiles of titanium alloys after surface nitriding using artificial neural network. Surf. Coat. Tech. 2005. 200. 2332-2342.
• 4. Kumar S., Singh R.: A short note on an intelligent system for selection of materials for progressive die components. J. Mater. Process. Techno!. 2007. 182. 456- 461.
• 5. Ratajski J., Tacikowski J., Somers M.A.J.: Development of the compound layer of iron (carbo) nitrides during nitriding of steel. Surf. Eng. 2003. 3. 87- 93.
• 6. Ratajski J.: Relation between phase composition of compound zone and growth kinetics of diffusion zone during nitriding of steel. Surf. Coat. Tech. 2009.203.2300-2306.
• 7. 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. In Proceedings of the International Federation of Heat Treatment and Surface Engineering (IFHTSE) Congress. Brisbane. Australia. 2007.
• 8. Mazurkiewicz A.: Mechanisms of knowledge transformation in the area of advanced technologies of surface engineering. In Incorporating Heat Treatment of Metals International Heat Treatment and Surface Engineering; IOM3: London. UK. 2007; Volume 1. 108-113.
• 9. Ratajski J.: Model of growth kinetics of nitrided layer in the binary Fe-N system. Zeitschrift fur Metallkunde 2004. 95. 23-29.
• 10. Jack D.H., Lidster P.C., Grieveson P., Jack K.H.: Kinetics of Nitriding Iron Alloys. Sean. J. Metallurgy. 1 (1971). 374-379.
• 11. Sun Y., Bell T.: Mathematical modelling of the plasma nitriding. Proc. of the 9th Int. Cong. on Heat Treatment and Surface Engineering. Nice. France. (September 1994). IFHT. 385-390.
• 12. Sun Y., Bell T.: Modelling of plasma nitriding of low alloys steels. Surf. Eng .. 11(1995). 146-148.
• 13. Torchane Y., Bilger P., Dulcy J., Gantois M.: Control of Iron Nitride Layers Growth Kinetics in the Binary Fe-N System. Metall. Trans .. A 27 (1996). p. 1823-1835.
• 14. Pitsch W., Houdremont E.: Ein Beitrug zum System Eisen-Stickstoff. Archiv fur das Eisenhtittenwesen. 27 (1956). p. 281-284.
• 15. Gurow K.P., Kartaszkin B.A., Ugastie J.E.: Wzimnaja Diffuzija w Mnogofaznych Sistemach. Moskwa «Nauka». (1981).
• 16. Mortimer B., Griveson P., Jack K.H.: Precipitation of Nitrides in Ferritic Iron Alloys containing chromium. Sean. J. Metallurgy. 1 (1972). p. 203-209.
• 17. Jack D.H., Lidster P.C., Grieveson P., Jack K.H.: Kinetics of Nitriding Iron Alloys. Sean. J. Metallurgy. 1 (1971). p. 374-379.
• 18. Wagner C.: Reaktionstypen bei der Oxydation von Legierungen. Z. fur Elektrochemie. 63 (1959). p. 772-782.
• 19. Rapp R.A., Colson H.D.: The Kinetics of Simultaneous Interna! Oxidation and External Scale Formation for Binary Alloys. Metall. Trans. A 236 (1966). p. 1616-1618.
• 20. Rhine F.N.. Gas-Metal Diffusion and Interna! Oxidation. Atom Movements. Amer. Soc. Met. Cleveland. (1951).
• 21. Lightfoot B.J., Jack D.H., DU H.: Kinetics of nitriding with and without whitelayer formation. Proc. of the Conf. on Heat Treatment '73. London. (1973). p. 59-65.
• 22. Roberts G .. Diffusion with Chemical Reaction. Metal Science. 2 (1979). p. 94-96.
• 23. Cranck J.: The Mathematics of Diffusion. Oxford. at the Clarendon Press. (1956).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.