Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Przeciwzużyciowe powłoki TiAlN modyfikowane wanadem

Tomaszewski Ł., Urbanowicz A., Suszko T., Gulbiński W.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

310--313

PL

Powłoki na bazie TiAlN są szeroko wykorzystywane w celu ograniczenia zużycia narzędzi skrawających. Powłoki te wykazują znaczną odporność na ścieranie oraz stabilność termiczną. Niestety utlenianie powłoki prowadzi do powstawania wydzieleń tlenku glinu, co skutkuje istotnym wzrostem współczynnika tarcia suchego względem stali. Zmniejszenie tarcia z zachowaniem innych właściwości mechanicznych tego typu powłok powinno prowadzić do zmniejszenia energii traconej w procesie skrawania, a tym samym obniżenia temperatury narzędzia i spowolnienia procesów jego zużycia. Zmniejszenie siły tarcia w węźle tribologicznym jest możliwe w wyniku modyfikacji składu chemicznego powłoki. W pracy zawarto wyniki badań składu chemicznego i fazowego oraz właściwości mechanicznych i tribologicznych powłok na bazie TiAlN wytworzonych z wykorzystaniem reaktywnego odparowania w łuku próżniowym, osadzonych na podłożach ze stali szybkotnącej SW7M. W procesie nanoszenia w wieloźródłowym urządzeniu hybrydowym warstwa wierzchnia powłoki TiAlN była domieszkowana wanadem z wykorzystaniem dodatkowego źródła magnetronowego. Wyniki badań potwierdziły korzystny wpływ domieszkowania wanadem wierzchniej warstwy powłoki TiAlN z zachowaniem jej bardzo dobrych właściwości mechanicznych oraz adhezji. Zaobserwowano zmniejszenie współczynnika tarcia oraz wskaźnika zużycia powłok przy zawartości wanadu 5,5±0,5% at. Obserwowany efekt zmniejszenia tarcia jest interpretowany jako konsekwencja obecności wanadu, którego tlenki powstające w procesie utleniania termicznego i tribochemicznego powłoki wykazują właściwości samosmarujące, szczególnie w podwyższonej temperaturze.

EN

TiAlN-based coatings are widely used in order to reduce wear of cutting tools. They are characterized by high resistance to abrasive wear and thermal stability. Unfortunately, oxidation of the coating leads to the formation of aluminium oxide, which contributes to significant increase of coefficient of dry friction versus steel. The reduction of friction, while maintaining other mechanical properties of this type of coatings, should lead to reduction of the energy lost in the cutting process and thus reduce the temperature of the tool and lower its wear rate. Lowering the friction force in the tribological contact is possible by modifying the chemical composition of the coating. This paper contains study results of chemical and phase composition, as well as mechanical and tribological properties of coatings based on TiAlN, deposited at high speed steel (SW7M) substrates in a hybrid system, by the reactive vacuum arc evaporation. The top layer of coatings was doped with vanadium from additional magnetron source. The results confirmed the beneficial effects of doping of the coating top layer with vanadium. Modified TiAlN coatings maintain their excellent mechanical properties and adhesion. Simultaneously, reduction of friction coefficient and wear rate of coatings was observed for vanadium content up to 5.5±0.5 at. %. Observed effect of reduction of friction is interpreted as a consequence of presence of vanadium, which oxides formed in the process of thermal and tribochemical oxidation show self-lubricating properties, in particular at elevated temperature.

2

Plasma emission spectroscopy as a monitoring tool for deposition of S-phase layers by magnetron sputtering

Suszko T., Jahodowa V., Gulbiński W.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

273--275

EN

Numerous attempts to improve hardness and wear resistance of austenitic stainless steel by nitriding led to identification of so called S-phase (expanded austenite). Currently S-phase is obtained not only by nitriding of steel but also by physical vapour deposition (PVD). The aim of present work was to verify whether the magnetron sputter deposition process of the S-phase layers from 316L steel target can be monitored with the use of plasma optical emission spectroscopy (OES). Specific atomic emission lines of steel target and gas atmosphere components were chosen and analyzed. A series of deposition processes as well as samples characterization was performed. The atomic chromium emission line at 520.8 nm has been selected and proven to be sensitive to the 316L target poisoning process and thus appropriate for deposition process monitoring.

PL

Liczne próby zwiększenia twardości oraz odporności na zużycie ścierne austenitycznych stali nierdzewnych doprowadziły do identyfikacji tak zwanej fazy S (austenitu rozszerzonego). Aktualnie fazę tę na powierzchni stali uzyskuje się nie tylko na drodze azotowania, ale również metodami PVD. Celem pracy było zweryfikowanie, czy proces nanoszenia warstw fazy S za pomocą rozpylania magnetronowego targetu ze stali 316L może być monitorowany z wykorzystaniem optycznej spektroskopii emisyjnej (OSE) plazmy procesowej. Wybrano i przeanalizowano szereg linii emisyjnych zarówno materiału źródła, jak i atmosfery gazowej. Przeprowadzono procesy nanoszenia warstw fazy S oraz przebadano ich skład chemiczny oraz fazowy. Wytypowano atomową emisyjną linię chromu (520,8 nm) jako czułą na zatruwanie źródła i użyteczną z punktu widzenia monitorowania procesu nanoszenia.

3

Wpływ parametrów procesu na formowanie powłok z fazy S otrzymanych metodą PVD

Fryska S., Baranowska J., Suszko T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 11

14-16

PL

Metodą PVD możliwe jest otrzymywanie w obniżonej temperaturze (< 500°C) powłok zbudowanych z fazy S. W prezentowanej pracy zbadano wpływ parametrów procesu reaktywnego napylania oraz rodzaju materiału podłoża na formowanie powłok z fazy S. Budowę fazową powłok określono przy pomocy dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Rozkład pierwiastków na przekroju powłoki oraz zawartość azotu określono odpowiednio na podstawie analizy GD OES i WDS. Przeprowadzone badania potwierdziły wpływ parametrów i rodzaju materiału podłoża na budowę fazową i chemiczną powłok. Ponadto przy osadzaniu powłok na stali zaobserwowano zachodzenie procesów dyfuzyjnych pomiędzy powłoką i podłożem nawet w temperaturze 250°C.

EN

The paper presents the results of investigations on the influence of deposition parameters on the formation of S-phase coatings by PVD method on various substrates. Phase composition was studied by means of X-ray diffraction (XRD). The distribution of elements in the coating and nitrogen content were determined by GD OES and WDS analysis respectively. Study confirmed the influence of parameters and different substrate materials on the formation of S-phase coatings. Moreover, it was observed that in case of the coatings deposited on stainless steel the diffusion process between coating and substrate was possible even at 250°C.

4

Modelowanie procesów azotowania i PVD podwyższających trwałość narzędzi ze stali WCL

Olik R., Warcholiński B., Suszko T., Gilewicz A., Ratajski J.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2010

|

R. 56, nr 7

819-823

PL

W artykule przedstawiono procedury modelowania procesów modyfikujących warstwę wierzchnią form do ciśnieniowego odlewania aluminium wykonanych ze stali WCL Zaprojektowano proces azotowania, wykorzystując własne narzędzia do modelowania wzrostu warstwy azotowanej oraz do optymalizacji parametrów procesu pod kątem uzyskania warstwy azotowanej odpowiedniej pod powłokę PVD. Zrealizowano proces azotowania wg parametrów otrzymanych na podstawie modelowania, monitorując proces czujnikiem magnetycznym (czujnik rezultatu). Przeprowadzono dobór powłoki PVD, kierując się uzyskaniem maksymalnej adhezji do azotowanego podłoża. Modyfikowana forma po azotowaniu i nałożeniu wielowarstwowej powłoki TiN/TiCN/TiAlN uzyskała trzykrotne większą trwałość eksploatacyjną.

EN

The paper presents processes improving the durability of casting moulds for pressure die casting of aluminum. The goal of the work was surface modification of casting mould made from X37CrMoV51 steel. These processes comprise the thermochemical treatment (here nitriding) of the mould surface and thin film PVD deposition. The nitriding process was designed using own formulated computing tools [3, 4, 6, 7] to model the nitrided layer growth. The nitriding process was optimised to obtain the nitriding layer suitable for the proposed PVD coating. At this stage of technology the most important aim is to avoid ? (Fe2,3N) and ?' (Fe4N) phases reducing the adhesion of PVD coating to the substrate - nitrided mould (Fig. 1). The nitriding process was realised when applying the parameters obtained from theoretical modeling. Additionally, this stage of surface modification was monitored by a magnetic sensor (result sensor) which reacts to nitriding layer forming. The selection of thin hard PVD coatings with the best possible adhesion to nitrided mould was made. They were: monolayer coating TiAlN with high hardness above 2500-3500 HV0,05 and excellent "work temperature" - 1123 K (Table 2), multilayer TiN/TiCN/TiAlN and TiN/TiN+TiAlN/TiAlN coatings. The multilayer coatings present better wear resistance and critical load (adhesion) than monolayer TiAlN one (Figs. 7 and 8). Hence, modified casting moulds have more than three times increase in durability.

5

Projektowanie i monitorowanie procesu azotowania gazowego

Olik R., Ratajski J., Suszko T., Dobrodziej J., Lipiński D., Michalski J.

Problemy Eksploatacji

|

2009

|

nr 1

145-156

PL

W artykule przedstawiono zasadę działania oraz modele analityczne i algorytmiczne czujnika magnetycznego przeznaczonego do pomiarów in-situ w trybie on-line kinetyki warstwy azotowanej w zadaniach projektowania, kontroli i wizualizacji procesów azotowania gazowego. W koncepcji komputerowego projektowania wykorzystano m.in. metody sztucznej inteligencji ze względu na trudności w rozwiązywaniu analitycznym lub numerycznym złożonych zagadnień termodynamicznych dotyczących m.in. przemian fazowych. W rezultacie otrzymano możliwości polioptymalizacji oraz wieloparametrycznych symulacji procesu połączone z wizualizacją zmian wartości parametrów w funkcji czasu oraz możliwości predykcji właściwości warstw azotowanych. Do wizualizacji in-situ wzrostu warstwy azotowanej opracowano procedury komputerowe wykorzystujące korelację pomiędzy sygnałem napięciowo-czasowym czujnika rezultatu procesu (czujnika magnetycznego), bezpośredniego oraz różniczkowego, a kinetyką wzrostu warstwy. Procedury komputerowe umożliwiają integrację rejestrowanych w trybie on-line sygnałów napięciowo-czasowych z modelem teoretyczno-eksperymentalnym procesu.

EN

In this article, a comprehensive system of design, visualisation and in-situ control of gas nitriding process has been presented. The methods of artificial intelligence for the concept of computer design were used because of the difficulty in the numerical and analytical solution of complex issues including the thermodynamic of phase transformation. The results are tools to polioptimalisation and multiparameters simulation of the process course allowing prediction of the properties of nitrided layers. The procedures for in-situ visualisation of growth of the nitrided layer was developed using the results of correlation of voltage-time courses registered by result sensor (magnetic sensor), direct and differential with the appropriate stage of growth layer. The computer procedures allow correlation, during the process, of the voltage-time courses with theoretical-experimental model of the process.

6

Precise formation the phase composition and the thickness of nitrided layers

Ratajski J., Olik R., Suszko T., Dobrodziej J., Michalski J., Gilewicz A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

675-689

EN

Purpose: The article presents the application of the duplex technology (nitriding plus PVD) to modification of the surface of pressure casting dies made of steel WCL (EN: X37CrMoV51). In this technology, there are clearly defined expectations regarding the properties of the surface layer of the dies obtained in the nitriding process. The main part of the article is presentation a complex system of designing, in-situ visualization and control of the gas nitriding process. Design/methodology/approach: In the conception of computer designing, analytical mathematical models and artificial intelligence methods were used. Findings: As a result, possibilities were obtained of the poly-optimization and poly-parametric simulations of the course of the process combined with a visualization of the value changes of the process parameters in the function of time, as well as possibilities to predict the properties of nitrided layers. Practical implications: Computer procedures make it possible to combine, in the duration of the process, the registered voltage and time runs with the models of the process. Originality/value: For in-situ visualization of the growth of the nitrided layer, computer procedures were developed which make use of the results of the correlations of direct and differential voltage and time runs of the process result sensor (magnetic sensor), with the proper layer growth stage.

7

Hard coatings for woodworking tools – a review

Ratajski J., Gulbiński W., Staśkiewicz J., Walkowicz J., Myśliński P., Czyżniewski A., Suszko T., Gilewicz A., Warcholiński B

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

668-674

EN

Purpose: The paper presents thorough analysis of the state-of the-art in the field of woodworking tools durability improvement. In comparison with the achievements of global leaders in the field, the technologies developed so far at the Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vacuum Technique, as well as the latest research works undertaken by the authors are presented. Design/methodology/approach: The specificity of machining conditions of wood and wood-derivative materials consists in simultaneous occurrence of very high working speed, extremely sharp cutting edges and high working temperature – on the one hand, and high anisotropy and low thermal conductivity of the machined material – on the other. The paper summarizes various ways, including selection of both tool materials and surface treatments, applied in order to increase the productivity of woodmachining. Findings: A systematic analysis has been made on the type of tool materials suitable for machining of different sorts of solid wood and wood-derivative materials. It was shown that all woodworking tool types, except for satellites, require development of dedicated surface engineering technologies improving significantly their durability. The main features of CVD and PVD surface treatment technologies were compared in relation to their application for woodmachining tools. Research limitations/implications: Based on the achievements to date IMN&VT undertook a project aimed at development of a new generation of surface treatment technologies for both cemented carbide and high speed steel tools. It is planned to develop three packages of PVD technologies for deposition of multilayer and duplex anti-wear coatings based on TiAlN, CrN and carbon. Originality/value: The paper constitutes concise but in-depth description of the contemporary trends in surface treatment of tools for woodmachining.

8

Precyzyjne kształtowanie budowy fazowej oraz grubości warstwy azotowanej na przykładzie matryc do ciśnieniowego odlewania aluminium

Olik R., Ratajski J., Suszko T., Michalski J., Dobrodziej J.

Inżynieria Powierzchni

|

2009

|

Nr 3

15-20

PL

W artykule przedstawiono procedurę modyfikacji powierzchni matryc do ciśnieniowego odlewania aluminium wykonanych ze stali WCL (X37CrMoV51). Zaprojektowano proces azotowania, wykorzystując własne narzędzia do modelowania wzrostu warstwy azotowanej oraz do optymalizacji parametrów procesu pod kątem uzyskania warstwy azotowanej odpowiedniej pod powłoki PVD. Przeprowadzono proces azotowania wg parametrów uzyskanych z modelowania monitorując dodatkowo proces czujnikiem magnetycznym (czujnik rezultatu). Po azotowaniu i nałożeniu wielowarstwowej powłoki TiN/TiCN/TiAlN uzyskano trzykrotne zwiększenie trwałości matryc.

EN

Procedure of duplex surface modification for aluminium pressure casting dies is presented. The dies were made of WCL (X37CrMoV51) steel and the whole process consists of gas nitriding and physical vapor deposition (PVD) of TiN/TiCN/TiA1N coating. Parameters of gas nitriding were obtained using own software for process modeling and optimization for presumed thin, dense compound layer. The nitriding process conducted with parameters obtained from modeling followed by PVD process made durability of treated dies three times higher.

9

Charakterystyka powłok z fazy S otrzymanych na drodze reaktywnego rozpylania magnetronowego

Baranowska J., Fryska S., Przekop J., Suszko T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 9

19-21

PL

Badano możliwość otrzymywania fazy S metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego. Powłoki zbudowane z fazy S poprawiają właściwości mechaniczne i tribologiczne stali austenitycznej bez obniżania jej odporności korozyjnej. Mikrostrukturę i budowę fazową powłok badano przy pomocy dyfrakcji rentgenowskiej, skaningowej mikroskopii elektronowej oraz mikroskopii sił magnetycznych. Ponadto zbadano twardość i przyczepność powłok. Badania potwierdziły możliwość otrzymywania tą metodą powłok o dobrych właściwościach mechanicznych i dobrej przyczepności. Przez zmianę udziału azotu w atmosferze możliwe było sterowanie jego zawartością w powłokach w szerokim zakresie stężeń. Wzrost zawartości azotu w powłoce wpływał w niewielkim stopniu na jej twardość, ale powodował wzrost kruchości. Wszystkie otrzymane powłoki były magnetyczne.

EN

In the paper the possibility to obtain S-phase by reactive magnetron sputtering was investigated. Coatings composed of S-phase improve mechanical and tribological properties of austenitic stainless steel maintaining at the same time its good corrosion resistance. Microstructure and phase composition were studied by means of X-ray diffraction (XRD and GXRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Magnetic Force Microscopy (MFM). Moreover hardness and adhesion of the coatings were evaluated. The results confirmed possibility to produce coatings with good mechanical properties and good adhesion using this method. Through the change of nitrogen partial pressure in the atmosphere it is possible to get the coatings with wide range nitrogen content in S-phase. An increase of nitrogen content increases the brittleness of the coating but has no significant effect on its hardness. Ali the coatings under investigation appeared to be magnetic.

10

The properties of hard coating composed of S-phase obtained by PVD method

Baranowska J., Fryska S., Przekop J., Suszko T.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2009

|

Vol. 33, nr 4

59-69

EN

S-phase usually is obtained by low temperature (<500 degrees centigrade) nitriding of austenitic stainless steel. It is hard and wear resistant phase with good corrosion properties. The paper presents the results of an investigation into coatings composed of S-phase produced by reactive magnetron sputtering. The microstructure and phase composition of the layers were investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and glow discharge optical spectroscopy. Potentiodynamic corrosion tests and friction studies were used to characterize the exploitation properties of the coatings.

PL

Faza S tworząca się podczas niskotemperaturowego (<500 stopni Celsjusza) azotowania stali austenitycznej charakteryzuje się dużą twardością oraz dobrymi właściwościami tribologicznymi i odpornością na korozję. Przedstawiono wyniki badań właściwości powłok zbudowanych z fazy S i wytworzonych w procesie reaktywnego rozpylania magnetronowego. Badania mikrostruktury prowadzono metodami mikroskopii skaningowej. Skład fazowy ustalono metodą dyfrakcji rentgenowskiej w geometrii Bragga-Brentana oraz geometrii stałej wartości kąta padania. Określono zawartość azotu w powłokach metodą mikroanalizy rentgenowskiej (WDS) i (GD-OES) oraz właściwości korozyjne powłok metodą potencjometryczną, natomiast odporność na ścieranie metodą kulka-tarcza.

11

Projektowanie, kontrola i wizualizacja in-situ procesu azotowania gazowego

Olik R., Ratajski J., Dobrodziej J. J., Suszko T., Michalski J., Lipiński D.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

839-842

PL

W artykule przedstawiono kompleksowy system projektowania oraz wizualizacji i kontroli in-situ procesu azotowania gazowego. W koncepcji komputerowego projektowania wykorzystano m.in. metody sztucznej inteligencji ze względu na trudności w rozwiązywaniu analitycznym lub numerycznym złożonych zagadnień termodynamicznych dotyczących m.in. przemian fazowych. W rezultacie otrzymano możliwości polioptymalizacji oraz wieloparametrycznych symulacji przebiegu procesu połączone z wizualizacją zmian wartości parametrów w funkcji czasu oraz możliwości predykcji właściwości warstw azotowanych. Do wizualizacji in-situ wzrostu warstwy azotowanej opracowano procedury komputerowe wykorzystujące wyniki korelacji przebiegów napięciowo-czasowych czujnika rezultatu procesu (czujnika magnetycznego), bezpośredniego oraz różniczkowego, z właściwym stadium wzrostu warstwy. Procedury komputerowe umożliwiają połączenie, w trakcie trwania procesu, rejestrowanych przebiegów napięciowo-czasowych z modelem teoretyczno-eksperymentalnym procesu.

EN

In this article a comprehensive system of design, visualization and in-situ control of gaseous nitriding process has been presented. The methods of artificial intelligence for the concept of computer design were used because of difficulty in numerical and analytical solution of complex issues including the thermodynamic of phase transformation. The results are tools to polioptimalisation and multiparameters simulation of the process course allowing prediction of nitrided layers properties. The procedures to in-situ visualization of growth of nitrided layer was developed using the results of correlation of voltage-time courses registered by result sensor (magnetic sensor), direct and differential with appropriate stage of growth layer. The computer procedures allow connection, during the process, voltage-time courses with theoreticalexperimental model of the process.

12

Numeryczna symulacja potencjału azotowego i wymiany dwuskładnikowej atmosfery amoniak-amoniak dysocjowany w projektowaniu procesów azotowania gazowego

Michalski J., Tacikowski J., Dobrodziej J., Wojutyński J., Ratajski J., Suszko T.

Problemy Eksploatacji

|

2007

|

nr 2

105-118

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie metod numerycznych do symulacji zmian potencjału azotowego i wydatku dwuskładnikowej atmosfery azotującej. Zaprezentowano modele i algorytmy zastosowane do symulacji. Dokonano porównania jakości uzyskiwanych wyników symulacji na podstawie zrealizowanych procesów azotowania gazowego. Wskazano kierunki rozwoju opracowanych metod symulacyjnych w kontekście ich zastosowań w projektowaniu i sterowaniu przemysłowymi instalacjami azotowania gazowego.

EN

The article presents the application of numerical methods for simulating nitriding potential changes as well as a discharge of two-component nitriding atmosphere. Models and algorithms used for simulations are also described. The comparison of the simulation results on the basis of the gas nitriding processes has been made. Development trends of elaborated simulation methods in the context of their application in designing and controlling industrial gas nitriding systems are also described.

13

Komputerowe wspomaganie projektowania procesów azotowania gazowego z wykorzystaniem i metod sztucznej inteligencji

Dobrodziej J., Ratajski J., Michalski J., Suszko T., Wojutyński J., Tacikowski J., Wach P.

Inżynieria Powierzchni

|

2007

|

nr 3

82-93

PL

W artykule przedstawiono modele do symulacji procesów obróbek powierzchniowych na przykładzie procesu azotowania gazowego. Modele składają się z: 1) heurystycznych modeli do określania składu atmosfery azotującej na podstawie zakładanego przebiegu zmian temperatury i potencjału azotowego podczas procesu, 2) sztucznej sieci neuronowej do przewidywania profili mikrotwardości dla danych parametrów procesu, 3) algorytmów ewolucyjnych do określania parametrów procesu dla danego profilu twardości. Osiągnięto bardzo dobre działanie modeli. Dla wygodnego posługiwania się modelami opracowano graficzny interfejs użytkownika (GUI). Opracowane modele cząstkowe są zintegrowane w jeden wspólny model. Przedstawione przykłady wykorzystania modelu dla optymalizacji parametrów procesu pokazują, że jest to wygodne i użyteczne narzędzie dla praktycznych zastosowań w inżynierii powierzchni.

EN

Models for simulation of processes of surface treatment have been presented in the article. Nitriding process has been used as an exemplar. The models consist of.o 1) heuristic models to define the composition of nitriding atmosphere on the base of the assumed course of the changes of the temperature and nitriding potential during the process, 2) artificial neural network to predict profiles of micro-hardness for given process parameters, 3) evolutionary algorithms to foresee the process parameters for the given profile of hardness. The models of very good performance were achieved. Graphical user interface (GUl) has been created for easy use of the models. Designed models are combined and integrated in software package that is built up on a modular fashion. The exemplars of the application of the models are given, to demonstrate that they are convenient and powerful tools in surface engineering.

14

Development of the inteligent tools for designing of the nitriding processes

Ratajski J., Suszko T., Dobrodziej J.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

724-727

EN

In the paper there is presented a description of intelligent tools to support the designing processes of chemical-heat treatments (on the exemplary case of nitriding process) i.e. experimental-theoretical models of the treatment which were elaborated by means of following numerical methods: 1) analytical methods for description of the growth of three-zone (a+y'+e) nitrided layer on iron and low carbon steels and for description of the growth of carbo-nitrided layer on alloy steels, 2) finite differences method for calculation the profiles of nitrogen concentration in the diffusion layer, 3) methods of artificial intelligence for prediction the hardness profiles for a given steel and process parameters, 4) the method of evolutionary algorithms for finding the appropriate process parameters in order to obtain presumed process results. The applications elaborated make possible acquiring, processing and multi-criteria looking-up information of various processes of surface treatments. The applications constitute tools to comprehensive simulation of the processes and can be also used in a process control system and in visualization of process course.

PL

W pracy przedstawiono opis narzędzi do analizy i wspomagania projektowania procesów obróbki cieplno-chemicznej na przykładzie procesu azotowania gazowego. Opracowano kilka narzędzi opartych o różnorodne metody numeryczne: 1) rozwiązywanie nieliniowych układów równań metodami iteracyjnymi (kolejnych przybliżeń) do opisu wzrostu trójfazowej warstwy azotowanej, 2) metodę różnic skończonych do rozwiązywania układów równań różniczkowych w obliczeniach profili azotu w strefie dyfuzyjnej warstwy azotowanej, 3) metodę sztucznych sieci neuronowych do opracowania statystycznego modelu w przewidywaniu profili twardości dla danej stali i określonych parametrów procesu azotowania oraz 4) metodę algorytmów genetycznych w zagadnieniu optymalizacyjnym polegającym na doborze odpowiednich parametrów procesu dla osiągnięcia założonego profilu twardości. Opracowane programy umożliwiają zbieranie i wielokryterialną analizę danych różnych procesów obróbki cieplno-chemicznej i mogą być zastosowane do symulacji procesów a także w systemach wizualizacji i sterowania.

15

Multisource, magnetron deposited Al-Cu-Fe thin film coatings - the structure and properties

Gulbiński W., Warcholiński B., Suszko T., Kazimierowicz R.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 4

69-79

EN

Thin films of Al-Cu-Fe type have been deposited by means of multisource, DC magnetron sputtering from elemental, metallic targets. The composition of films, studied by the EDS method, has been chosen which is close to the one corresponding to the icosahedral quasicrystalline phase [psi]-Al(62.5)Cu(25.0)Fe(12.5) X-ray diffraction studies of films deposited at 400°C on steel substrates revealed that the cubic [beta]-Al(Cu,Fe) phase is a dominant one. SEM and TEM techniques have been used for the surface and cross section characterisation of deposits. Prolonged post annealing of these coatings led to inter-diffusion of components between the steel substrate and the coating. It leads to the change of the phase composition of the coating and the iron-rich monoclinic [lambda]-Al3Fe1-xCux phase emerges in the film. The preliminary studies of microhardness and tribological behaviour show that the film microhardness reaches a local maximum of about 8.5 GPa for the chemical composition close to the one of the quasicrystalline phase. However, the presence of this phase in studied films has not been proven yet. The friction coefficient values, measured against alumina in ball on disc geometry, oscillate around 0.65 - the value lower than that observed for uncoated 4H13 steel.

PL

Cienkie warstwy trójskładnikowe Al-Cu-Fe nanoszono metodą stałoprądowego, wieloźródłowego rozpylania magnetronowego z katod metalicznych. Skład warstw, kontrolowany metodą spektroskopii energodyspersyjnej (EDS) był zbliżony do składu quasi-krystalicznej fazy [psi]-Al(62.5)Cu(25.0)Fe(12.5) o symetrii dwudziestościanu. Struktura warstw nanoszonych przy temperaturze podłoża równej 400°C odpowiadała kubicznej fazie [beta]-Al(Cu,Fe). Morfologię powierzchni warstw oraz ich strukturę badano odpowiednio metodami elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronuzji składniowej (TEM). Długotrwałe wygrzewanie badanych warstw, nanoszonych na stali prowadzi do dyfuzji żelaza w głąb warstwy, co skutkuje pojawieniem się bogatej w żelazo jednoskośnej fazy [lambda]-Al3Fe1-xCux. Wstępne badania mikrotwardości wskazują na szerokie maksimum na poziomie 8,5 GPa dla warstw o składzie zbliżonym do składu fazy quasi-krystalicznej. Obecność wydzieleń tej fazy w badanych warstwach nie została jeszcze jednoznacznie potwierdzona. Współczynnik tarcia, mierzony względem ceramiki alundowej w układzie kula--płaszczyzna, oscyluje wokół wartości 0,65 i jest niższy niż obserwowany dla niepokrytej stali 4H13.

16

Chosen aspects of the modelling of kinetics of the (carbo) nitrided layer growth

Ratajski J., Suszko T., Dobrodziej J., Michalski J.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 2

113-125

EN

An example of the experimental-theoretical model of the nitriding process of steel is presented. The model makes it possible to simulate kinetics of the nitrided layer growth and consequently to optimize the algorithm of the process parameters change, obtaining desired phase composition and layer structure. Attention has been paid to the analysis of the growth of the surface layer of iron (carbon) nitrides (compound layer) on 4340 (AISI, PN: 40HMN) alloy steel. The basis of the experimental-theoretical model is constituted by the mathematical description of the layer growth previously presented [24], in which experiential data from the database later developed [25] were taken into account.

PL

Zaprezentowano przykład eksperymentalno-teoretycznego modelu procesu azotowania stali. Model umożliwia symulacje kinetyki wzrostu warstwy azotowanej i w konsekwencji optymalizację algorytmu zmian parametrów procesu zapewniającego otrzymanie warstwy o założonym składzie fazowym i budowie. Skoncentrowano się na analizie wzrostu przypowierzchniowej warstwy (węglo)azotków żelaza na przykładzie stali stopowej 4340 (AISI, PN: 40HNM). Podstawę modelu stanowi matematyczny opis wzrostu warstwy zaprezentowany w pracy [24], w którym uwzględniono dane eksperymentalne z opracowanej bazy danych [25].

17

Artificial neural network predictions of the microhardness profile in the nitrided layers

Ratajski J., Lipiński D., Suszko T., Dobrodziej J., Michalski J.

Problemy Eksploatacji

|

2006

|

nr 2

139-147

EN

A section of research concerning the development of a model to enable predicting the hardness profiles in the nitrided layer, based on an artificial neural network, was presented in this paper. In the developed model a unidirectional two-layer neural network was applied. The designed network possesses good capacities to generalize the knowledge included in the experiential data. Matching the model with the training data made it possible to determine, with a good approximation, the hardness profiles, which make up a set of verifying data.

PL

W pracy zamieszczono wyniki fragmentu badań dotyczących opracowania inteligentnych narzędzi wspomagających procesy obróbek powierzchniowych. Badania obejmowały opracowanie modelu statystycznego, opartego na sztucznej sieci neuronowej, umożliwiającego prognozowanie profili twardości w warstwie azotowanej. W opracowanym modelu zastosowano jednokierunkową dwuwarstwową sieć neuronową. Zaprojektowana sieć neuronowa posiada dobre zdolności uogólniania wiedzy zawartej w danych eksperymentalnych. Zaobserwowano ścisłą korespondencję między przewidywanymi profilami mikrotwardości na podstawie modelu oraz danymi eksperymentalnymi.

18

Zastosowanie sztucznej sieci neuronowej do prognozowania profili twardości w warstwie azotowanej

Ratajski J., Lipiński D., Suszko T., Dobrodziej J., Michalski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

516-518

PL

W pracy przedstawiono wycinek badań dotyczący opracowania modelu umożliwiającego prognozowanie profili twardości w warstwie azotowanej, bazującego na sztucznej sieci neuronowej. W opracowywanym modelu zastosowano jednokierunkową dwuwarstwową sieć neuronową. Zaprojektowana sieć posiada dobre zdolności uogólniania wiedzy zawartej w danych eksperymentalnych. Dopasowanie modelu do danych uczących umożliwiło wyznaczenie z dobrym przybliżeniem profili twardości tworzących zbiór danych weryfikujących.

EN

A artificial neuron network was designed for prediction of microhardness profiles in nitrided 18HGT steel. In the worked out model the unidirectional two layer neural network was used. The designed network possesses good abilities of generalizing the knowledge included in experimental data. The model adjusted to learning data is able to predict a microhardness distribution in nitrided layers what was come true for verifying data.

19

Właściwości tribologiczne cienkich warstw TiC-aC:H implantowanych krzemem

Gulbiński W., Warcholiński B., Suszko T., Gilewicz A., Kukliński Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

395-398

PL

Zainteresowanie cienkowarstwowymi powłokami przeciwzużyciowymi wynika z ich atrakcyjnych właściwości. Powłoki wytwarzane na bazie węglika tytanu charakteryzują sie dużą odpornością na zużycie przez tarcie, wysoką twardością wysoką temperaturę topnienia, dobrą odpornością korozyjną i cieplną. Sprawia to, że są one szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu, znacznie wydłużając żywotność elementów maszyn. W pracy przedstawione zostały wyniki badań nad cienkimi warstwami TiC-aC:H otrzymywanymi metodą reaktywnego, impulsowego rozpylania magnetronowego, a następnie implantowanych krzemem. Warstwy nanoszone były na ulepszane cieplnie podłoża ze stali 4H13. Przedstawiono wyniki pomiarów składu chemicznego, badań rentgenowskich, pomiarów mikrotwardości warstw oraz rezultaty badań tribologicznych prowadzonych w układzie kula-płaszczyzna w atmosferze powietrza o normalnej wilgotności w temperaturze pokojowej i 100 stop. C .

EN

TiC based coatings are known for their high wear resistance, high hardness, high melting point, good corrosion and thermal resistance. It makes that they are applied in many industrial branches, significantly extend the lifetime of machine parts. Thin films of TiC-aC:H were deposited on 4H13 steel substrates by reactive magnetron sputtering of Ti target in Ar-C2H2 atmosphere and then implanted with silicon (Fig. 1). The paper presents chemical (Fig. 2 and 3) and phase composition studies (Fig.4), hardness (Fig.5), and dry friction coefficient measurements at room and at elevated to 100 degree C temperature (Fig. 6) The implantation significantly decrease hardness of the films as well as friction coefficient – from 0.28 for pure TiC film to 0.16 for films containing 8 at. % Si at room temperature and decrease to 0.03 at elevated temperature.

20

Modelowanie struktury i właściwości materiałów w procesie azotowania gazowego

Ratajski J., Tacikowski J., Suszko T., Łupicka O.

Inżynieria Powierzchni

|

2005

|

Nr 1

49-58

PL

W artykule omówiono model procesu azotowania stali średniostopowych na przykładzie stali 4340 (według AISI), umożliwiający symulacyjną analizę kinetyki wzrostu warstwy pod kątem szukania optymalnych algorytmów zmian parametrów procesu zapewniających otrzymanie żądanej budowy warstwy. Opracowany przez autorów model umożliwia analizę kinetyki wzrostu stref warstwy azotowanej w warunkach quasirównowagi w zależności od czasu procesu i potencjału azotowego. Służy także do obliczania profili stężenia azotu odwzorowujących profile twardości. W artykule rozważano również zagadnienia tworzenia bazy danych, przedstawiając badania ewolucji składu fazowego i mikrostruktury w warstwie azotków na stali 4340 i jej wpływ na wzrost warstwy dyfuzyjnej.

EN

Model of the nitriding process of midle-alloy steel on the example of 4340 steel is presented. The model makes possible to simulate the kinetics of nitrided layer growth and consequently to optimize the algorithm of process parameters modifications ensuring to obtain the desired phase compositon and layer structure. Elaborated model enables the analysis of the kinetics of nitrided layer growth in quasi-equilibrium conditions in junction of process time and nitrogen potential. It can be used also to calculate the nitrogen concentration profiles reflecting the hardness profiles. The creation of data base on the basis of presented research on the evolution of phase composition and microstructure in nitrogen layer on 4340 steel and its effect on diffusion layer growth are also discussed.