Modelowanie MES procesu azotowania części maszyn

• Autorzy: Ratajski J. , Olik R. , Szparaga Ł.

Warianty tytułu

EN

The FEM modeling of nitriding process of machine parts

• Konferencja: Międzynarodowe Seminarium Instytutu Mechaniki Precyzyjnej „Azotowanie narzędzi i części maszyn” (05.06.2013, Poznań, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zamieszczono przykłady zastosowania MES do obliczeń czasoprzestrzennego rozkładu stężenia azotu w azotowanych modelowych elementach o kształcie kubicznym oraz w modelowym kole zębatym. W tym celu zaimplementowano model kinetyki wzrostu warstwy azotowanej Fe(N) w środowisku Comsol Multiphysic, dla tych dwóch rozważanych obiektów modelowych. Do dyskretyzacji obiektu zastosowano element skończony typu Lagrange-Quadratic o kształcie tetragonalnym. Wyniki obliczeń zobrazowano w postaci: mapy rozkładów stężeń, izopowierzchni stężenia, klasycznych profili rozkładów stężenia azotu w funkcji odległości od powierzchni oraz zmiany stężenia azotu w formie wykresu trójwymiarowego we współrzędnych: stężenie, czas oraz odległości od powierzchni.

EN

FEM application examples are given for calculations of concentration distributions of nitrogen in function of time and spatial coordinates in the nitrided model cubic-shaped elements and gear-wheel model. For this purpose, the model of nitrided layer growth kinetics Fe(N) was implemented in Comsol Multiphysic environment for these two model objects considered. For discretization were used a finite element of Lagrange-Quadratic type of tetragonal shape. The results of the calculations illustrated in the form of map distributions of nitrogen concentration, concentrationisosurfaces, classic profiles of nitrogen concentration distributions as function of a distance from the surface and of the changes nitrogen concentration in form of a three-dimensional graph coordinates: concentration, time and distance from the surface.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych (MES); COMSOL Multiphysics; kinetyka wzrostu warstwy azotowanej; rozkład czasoprzestrzenny stężenia azotu

EN

finite elements method (FEM); Comsol Multiphysic; kinetics of nitrided layer growth; distribution of nitrogen concentration as function of time and space coordinates

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 2
• Strony: 3--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ratajski J.

• Politechnika Koszalińska

autor

Olik R.

• Politechnika Koszalińska

autor

Szparaga Ł.

• Politechnika Koszalińska

Bibliografia

• [1] Rozendaal H.C.F., Mittemeijer E. J., Colijn P.F., van der Schaaf P. J.: The development of nitrogen concentration profiles on nitriding iron, „Metall. Mater. Trans." A. 14. 1983, p.395-399.
• [2] Somers M.A.J., Mittemeijer E.J.: Layer-growth kinetics on gaseous nitriding of pure iron; Evaluation of diffusion coefficients for E. J. Nitrogen in Iron Nitrides, „Metall. Mater. Trans. A." 26A., 1995, p. 57-74.
• [3] Agren H. Du, J.: Gaseous nitriding iron . Evaluation of diffusion data of N in γ- and ε phases, „Z. Metallkd." 86,1995, p. 522-529.
• [4] Torchane L, Bilger P., Dulcy J., Gantois M.: Control of iron nitride layers growth kinetics in the binary Fe-N system, „Metali. Mater. Trans." A, 27A, p. 823- 1835, 1996.
• [5] Ratajski J.: Model of growth kinetics of nitrided layer in the binary Fe-N system, „Zeitschrift fur Metall-kunde" 95, p. 23-29, 2004.
• [6] Cavaliere P., Zavarise G., Perillo M.: Modeling of the carburizing and nitriding processes, „Computational Materials Science" 46, p. 26-35, 2009.
• [7] Ratajski J., Olik R., Suszko T., Dobrodziej J., Michalski J.: Design, control and in situ visualization of gas nitriding processes, „Sensors" 10, p. 218-240, 2010.
• [8] Bell T., Mao K., Sun Y.: Contact mechanics of engineering surfaces, „Surface and Coatings Technology", p. 108-109, 1998.
• [9] Belmonte T., Goune M., Michel H.: Numerical modeling of interstitial diffusion in binary systems. Application to iron nitriding, „Materials Science and Engineering", A302 (2001), p. 246-257
• [10] Dong-Ying J., Chuncheng L., Tatsuo l.: Numerical modeling and simulation of carburized and nitrided guenching process, „Journal of Materials Processing Technology", p. 143-144 (2003), 880-885.
• [11] Gawroński Z.: Aspects of tribological surface design with particular reference to the effects of Iow pressure nitriding and residual stresses in rolling contacts, „Surface and Coatings Technology", 141. p.62-69, 2001.
• [12] Gawroński Z., Kruszyński B., Kula P.: Synergistic effects of thermo-chemical treatment and super abrasive grinding in gears, „Journal of Materials Processing Technology", 159, p. 249-256, 2005.
• [13] Simsir C., Gür C.H.: A FEM based framework for simulation of thermal treatments: Application to steel quenching, „Computational Materials Science" 44 (2008), p. 588-600.
• [14] Ratajski J., „Wybrane aspekty współczesnego azotowania gazowego pod kątem sterowania procesem", Koszalin 2004.