Mikroudarowe pękanie zmęczeniowe powłok tribologicznych

• Autorzy: Rakowski W. , Adamczyk P. , Zimowski S.

Warianty tytułu

EN

Micro-impact cracking of tribological coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W układach powłoka–podłoże pola naprężeń wywołane cyklicznymi mikroudarowymi obciążeniami powodują złożone skutki zarówno w materiale powłoki, jak i w połączeniu powłoki z podłożem (interfejs) oraz w materiale podłoża. Ich następstwem jest inicjacja i propagacja pęknięć zmęczeniowych prowadząca do ubytków materiału. Narzędziem do przybliżonej, teoretycznej analizy pól naprężeń w tych trzech ośrodkach jest zmodyfikowana teoria Hertza, wykorzystana do określenia głębokości zalegania punktu maksymalnej koncentracji naprężeń oraz promienia styku układu powłoka/podłoże w kontakcie z kulą. Wyznaczony analitycznie promień styku układu powłoka/podłoże w kontakcie z kulą został zweryfikowany eksperymentalnie. Dla celów projektowania oraz właściwej eksploatacji narzędzi i elementów maszyn z powłokami estymowano położenie zbioru punktów maksymalnej koncentracji naprężeń stykowych względem interfejsu. Przedstawiona analiza teoretyczna procesu zmęczenia układu powłoka/podłoże została zweryfikowana w badaniach eksperymentalnych.

EN

The stress field in the coating/substrate system causes combined effects on both the coating and substrate materials due to cyclic loads. The consequence is the initiation and propagation of fatigue cracks leading to a loss of materials. A theoretical means of the analysis of the stress field in these systems is the modified Hertz theory, which is used to determine the depth of the point of maximum stress concentration and the contact radius of coating/substrate system in contact with the ball. The analytically contact radius of the coating/substrate system in contact with a ball was determined and experimentally verified. For the purposes of design and the proper operation of tools and machine parts with coatings, the points of maximum contact stress concentration were estimated. The analysis of the theoretical fatigue process of coating/substrate systems was verified in the experimental research.

Słowa kluczowe

PL

wytrzymałość zmęczeniowa; obciążenie mikroudarowe; powłoki; pękanie

EN

fatigue strength; micro-impact; coatings; cracking

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 145--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rakowski W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Adamczyk P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Zimowski S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• 1. Rakowski W.A., Istota procesu kinetycznego tarcia zewnętrznego oraz jego modelowanie i symulacja cyfrowa, Wydawnictwo AGH, Kraków 1989.
• 2. Hebda M., Wachal A., Trybologia, WNT, Warszawa 1980.
• 3. Sami El-Borgi, Keer L., Said W.B., An embedded crack in a functional graded coating bonded to a homogeneous substrate under frictional Hertzian contact, Wear 257, 2004, 760–776.
• 4. Mańkowska-Snopczyńska A., Osuch-Słomka E., Piekoszewski W. i in., Wpływ warstw hybrydowych na powierzchniową trwałość zmęczeniową stali, Tribologia 5/2014, 113–124.
• 5. Piekoszewski W., Szczerek M., Mechanizmy niszczenia warstw powierzchniowych elementów z powłokami PVD przez pitting, Tribologia 4/2011, 229–243.
• 6. Kot M., Rakowski W., Major Ł., Lackner J., Load-bearing capacity of coating-substrate systems obtained from spherical indentation, Materials and Design 46, 2013, 751–757.
• 7. Batista J.C.A., Godoy C., Matthews A., Impact testing of duplex and non-duplex(Ti,Al)N and Cr-N PVD coatings, Surface and Coatings Technology 163–164, 2003, 353–361.
• 8. Johnson K.L., Contact Mechanics, Cambridge University Press 1985.
• 9. Fischer-Cripps A.C., The Hertzian contact surface, Journal of Materials Science 34, 1999, 129137.
• 10. Engel P.A., Impact wear of materials, Elsevier Scientific Pub. 1976.
• 11. Liu S.B., Peyronnel A., Wang Q.J., Keer M., An extension of the Hertz theory for three-dimensional coated bodies, Tribology Letters, vol. 18, no. 3, 2005, 303–314.
• 12. Liu S.B., Peyronnel A., Wang Q.J., Keer M., An extension of the Hertztheory for 2D coated components, Tribology Letters, vol. 18, no. 4, 2005, 505–511.
• 13. Johnson K.L., Kendall K., Roberts A.D., Surface Energy and the Contact of Elastic Solids, Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Science, vol. 324, 1971, 301–313.
• 14. Rakowski W., Zimowski S., Adamczyk P., Wpływ twardości i sprężystości podłoża na mikroudarowe zużycie zmęczeniowe powłoki, Tribologia 5/2014, 147–158.
• 15. Bouzakis K.D., Siganos A., Leyendecker T., Erkens G., Thin hard coatings fracture propagation during the impact test, Thin Solid Films 460, 2004, 181–189.