Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Miziołek M., Olik R., Ratajski J., Hermanowicz P.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

63--75

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.

2

Wybrane aspekty regulowanego azotowania gazowego (RAG) oraz azotowania w obniżonym ciśnieniu (LPN)

Michalski J., Wołowiec-Korecka E., Ratajski J., Wach P., Kucharska B., Kula P., Olik R.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

444--448

PL

W artykule porównano efekty azotowania w procesie regulowanego azotowania gazowego (RAG), stosując atmosfery amoniaku rozcieńczane zdysocjowanym amoniakiem lub azotem, z procesem azotowania w warunkach obniżonego ciśnienia (LPN). Procesom azotowania poddano konstrukcyjne stale stopowe 41CrAlMo7 (38HMJ), 42CrMo4 (40HM), niskowęglowe stale niestopowe (stale 10 i 20) oraz żelazo Armco. Próbki poddano procesom regulowanego azotowania gazowego (RAG) w dwóch wariantach, RAG-1: NH3/NH3zd./N2 = 35/65/0 i RAG-2: NH3/NH3zd./N2 = 5/0/95 oraz zastosowano jeden wariant azotowania pod obniżonym ciśnieniem (LPN). Wspólnym parametrem charakteryzującym analizowane procesy był stopień dysocjacji amoniaku. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że w procesie RAG-1 można uzyskać monofazową warstwę azotków żelaza γ′ w dość szerokim zakresie stopni dysocjacji amoniaku. W procesach RAG-2 oraz LPN obszar trwałości fazy γ′ jest znacznie węższy i w związku z tym uzyskanie monofazowej warstwy azotków żelaza γ′ jest znacznie trudniejsze. W procesach LPN ograniczeniu obszaru trwałości fazy γ′ towarzyszy zwiększenie obszaru trwałości fazy α. Warunki kinetyczne w tych procesach sprzyjają wytwarzaniu warstw azotowanych bez przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza. Z kolei w procesach azotowania w atmosferach azotujących uzyskanych z atmosfery dwuskładnikowej rozcieńczanej azotem (RAG-2) zwiększa się obszar trwałości fazy ε. Warunki kinetyczne w tych procesach sprzyjają wytwarzaniu warstw azotowanych z warstwami azotków będących mieszaniną faz γ′ i ε.

EN

In the article the effects of nitriding in the process of regulated gas nitriding (RAG) using ammonia atmosphere diluted by dissociated ammonia or by nitrogen with a nitriding process under low pressure (LPN) was compared. In studies 41CrAlMo7 (38HMJ), 42CrMo4 (40HM) alloy steels, low-carbon steels (steels 10 and 20) and Armco iron have been used. Nitriding of specimens was performed in regulated gas nitriding processes (RAG) in two variants, RAG-1: NH3/NH3zd./N2 = 35/65/0 and RAG-2: NH3/NH3zd./N2 = 5/0/95 and applied one variant of a nitriding under low pressure (LPN). Common parameter characterizing the processes was the degree of dissociation of ammonia. On the basis of studies have demonstrated that in the RAG-1 process can be obtained monophase layer of iron nitride γ′ in relatively wide range of dissociation of ammonia. In the RAG-2 and LPN processes γ′ phase stability region is much narrower and thus obtain a monophase layer of iron nitride γ′ is much more difficult. In the LPN processes reduce of area stability of the γ′ phase is accompanied by an increase in α phase stability region. Kinetic conditions in these processes conducive to the production of the nitrided layer without the subsurface layers of the nitrides iron. In turn, in the RAG-2 processes increase the area of ε phase stability. Kinetic conditions in these processes conducive to the production of nitrided layers with the subsurface layers of iron nitrides being a mixture of γ′ and ε phases.

3

Odporność na zużycie i korozję powłok wielowarstwowych CrCN/CrN wytworzonych na azotowanej stali 42CrMo4 metodą katodowego odparowania łukowego

Gilewicz A., Murzyński D., Dobruchowska E., Olik R., Ratajski J., Warcholiński B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

286--290

PL

Azotki metali przejściowych formowane metodami PVD charakteryzują się właściwościami będącymi przedmiotem wielu zastosowań. Powłoki z azotku chromu wykazują dobrą odporność na utlenianie, zużycie i korozję. Można ją poprawić przez formowanie struktury wielowarstwowej, w której przerywana jest mikrostruktura kolumnowa (typowa dla powłok jednowarstwowych PVD), co znacznie zmniejsza potencjalne źródło korozji zachodzącej wzdłuż kolumn. Dodatkowo wprowadzenie węgla do azotku chromu powoduje rozdrobnienie mikrostruktury, odpowiadające zarówno za poprawę właściwości mechanicznych powłoki, jak i zwiększenie odporności na korozję. Celem pracy było wytworzenie powłoki wielowarstwowej CrCN/CrN metodą katodowego odparowania łukowego na azotowanych podłożach ze stali 42CrMo4, charakteryzujących się różnym składem azotków żelaza w ich strefie przypowierzchniowej oraz ocena odporności na zużycie i korozję w 3% roztworze NaCl. Stwierdzono, że ograniczenie wydzieleń azotkowych ε (Fe2-3N) i γ′ (Fe4N) na zewnętrznej powierzchni podłoża ma decydujące znaczenie dla przyczepności powłok CrCN/CrN oraz odporności na korozję. Podłoża azotowane w potencjale azotowym KN = 1,1 nie wykazywały w badaniach rentgenowskich faz ε i γ′. Skutkowało to mniejszym wskaźnikiem zużycia powłoki, większą przyczepnością powłoki do podłoża, a także wyższym potencjałem korozyjnym i mniejszą gęstością prądu korozyjnego w porównaniu z powłoką naniesioną na podłoże nieazotowane lub azotowane w wyższym potencjale azotowym.

EN

Transition metal nitrides formed by PVD methods are characterized by properties which are subject to many applications. Chromium nitride coatings show good resistance to oxidation, wear and corrosion. It can be improved through the formation of a multilayer structure, wherein the columnar microstructure (typical for monolayer coating PVD) is interrupted, which significantly reduces a potential source of corrosion occurring along the columns. In addition, the introduction of carbon to chromium nitride causes refinement of microstructure, corresponding to both the improvement of the mechanical properties of the coating and increased resistance to corrosion. The aim of the work was to produce CrCN/CrN multilayer coating by cathodic arc evaporation on a not nitrided and nitrided 42CrMo4 steel substrates. The nitriding was characterized by varying the composition of iron nitrides in the surface zone. The samples were tested for adhesion, resistance wear and corrosion resistance in 3% NaCl solution. It has been found that the reduction of nitride precipitates of ε (Fe2-3N) and γ′ (Fe4N) on the outer surface of the substrate is critical for the adhesion of CrCN/CrN coatings and corrosion resistance. Substrates nitrided in nitrogen potential KN = 1.1 did not show in X-ray studies ε and γ′ phases. This resulted in a lower wear rate of the coating, a higher adhesion of the coating to the substrate, higher corrosion potential and lower corrosion current density compared to the coating deposited on not nitrided or nitrided in higher nitrogen potential.

4

The properties of multi-module and gradient coatings base on CrN/CrCN deposited on nitrided 4140 steel

Gilewicz P., Olik R., Szparaga Ł., Ratajski J.

Problemy Eksploatacji

|

2014

|

no. 3

27--43

EN

In the present study, samples made of AISI 4140 steel pre-treated with gas nitriding and coated with different PVD coatings (multimodule CrN/CrCN coatings and gradient CrN/CrCN coatings) were investigated in terms of adhesion and wear resistance. Wear tests, in which duplex-treated pins were mated to hardened ball bearing steel discs, were performed with a pin-on-disc machine. To examine the influence of the nitrided layer on the performance of the coating–substrate composite, coatings were deposited on hardened as well as on nitrided samples, which were prepared under different nitriding conditions. The results of the investigation showed improved wear properties of the nitrided hardcoated specimens compared to the non-nitrided ones, especially when the nitrided layer consists of a solely diffusion zone. In the scratch test among investigated samples, the greatest value of LC1 and LC2 were obtained for coatings deposited on the nitrided substrate without a subsurface zone of nitrides (without compound layer). For the gradient coatings, the best adhesion of the coating to the substrate, characterized by LC1 and LC2 factors, was observed for the coating with the parabolic change of carbon concentration in the CrCN layer.

PL

Celem przedstawionych badań była ocena adhezji oraz odporności na zużycie kompozytów powłoka PVD/azotowane podłoże ze stali 4140 w zależności od rodzaju powłoki i budowy warstwy azotowanej. Brano pod uwagę powłoki wielomodułowe o dwuwarstwowym module CrN/CrCN oraz powłoki gradientowe ze zmiennym stężeniem węgla ukształtowanym w formie parabolicznej oraz pierwiastkowej. Rezultaty badań wskazują na wzrost odporności na zużycie badanego kompozytu w przypadku azotowanego podłoża w porównaniu z nienaazotowanym. Jest on szczególnie wysoki w przypadku kiedy powłoki są nanoszone na warstwę azotowana zbudowaną wyłącznie ze strefy dyfuzyjnej, bez przypowierzchniowej strefy azotków. W badaniach adhezji metodą zarysowania najwyższe wartości wskaźników Lc1 oraz Lc2 obserwuje się również dla tego przypadku. W przypadku powłok gradientowych najwyższe wartości tych wskaźników otrzymano dla parabolicznej zmiany stężenia węgla w warstwie CrCN.

5

Modelowanie MES procesu azotowania części maszyn

Ratajski J., Olik R., Szparaga Ł.

Inżynieria Powierzchni

|

2013

|

nr 2

3--11

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.

6

Dylatometryczna metoda detekcji efektów termomechanicznych w powłokach gradientowych CrCN/CrN

Myśliński P., Szparaga Ł., Gilewicz A., Olik R., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

773--776

PL

W pracy rozwinięte zostały zagadnienia dotyczące wykorzystania metod termodylatometrycznych do celów projektowania i diagnostyki wielowarstwowych gradientowych powłok przeciwzużyciowych. Obiektem prowadzonych badań były powłoki gradientowe CrCN/CrN osadzone na podłożu ze stali szybkotnącej SW7M techniką PVD – metodą katodowego odparowania łukowego. Zakres badań obejmował analizę wpływu pobudzeń termicznych w systemach podłoże/powłoka gradientowa, prowadzonych na podstawie utworzonych termogramów diagnostycznych. W szczególności określony został związek pomiędzy zmianami wartości wprowadzonego ekwiwalentnego współczynnika rozszerzalności cieplnej po zadanych cyklach pobudzeń termicznych dla badanego systemu podłoże/powłoka gradientowa a poszczególnymi etapami wyżarzania. Ponadto określono wartości przemieszczeń liniowych podłoża wraz z osadzoną powłoką, będących wynikiem zadanych cyklów pobudzeń termicznych. Przeprowadzone badania wskazują na silny związek pomiędzy typem warstwy przejściowej a stanami naprężeń wewnętrznych w badanych systemach oraz stanowią informację o stanie przylegania powłoki do podłoża. Opracowana technika badań stanowi efektywną metodę diagnostyczną umożliwiającą ocenę stabilności termicznej w systemach podłoże/powłoka.

EN

The theme of paper are the issues concerning the use of thermodilatometric methods for the design and diagnostics of gradient multilayer antiwear coatings. The object of research were gradient coatings CrCN/CrN deposited by PVD technique on a high-speed steel HSS using cathodic arc evaporation method. Range of investigation included analysis of the influence of thermal loads on substrate/gradient coating systems, carried out under the created diagnostic thermograms. In particular, the dependence of changes of system’s relative equivalent thermal expansion coefficient as a function of annealing stages using created thermogram (graph of temperature changes) was determinated. In addition, the relationship between changes in the value of system’s substrate elongation as a function of annealing stages was also obtained. Research has indicated a strong correlation between the type of the transition layer, and the states of internal stress in the studied systems, and provide information about the state of adhesion of the coating to the substrate. The developed method is an effective diagnostic method that allows assessment of the thermal stability of the substrate/coating system.

7

Zastosowanie metody Taguchi do optymalizacji parametrów procesu azotowania gazowego

Olik R., Warcholiński B., Ratajski J., Michalski J.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 4

3-7

PL

Istniejące modele umożliwiające przewidywanie rezultatu procesu azotowania (symulacja składu fazowego warstwy azotków żelaza, ich grubości oraz grubości strefy roztworowej) nie pozwalają na uzyskanie zadowalających wyników w odniesieniu do azotowania realizowanego wg modernizowanych procedur (w szerokim obszarze zmian parametrów). Rodzi to konieczność przeprowadzenia wielu procesów, które uzupełniłyby bazę danych, umożliwiając stosowanie wspomnianych modeli azotowania. Jedną z metod umożliwiających określenie wpływu parametrów procesu technologicznego na kontrolowany proces, jest metoda Taguchi. Metoda ta pozwala na ograniczenie ilości koniecznych procesów testowych do uzyskania żądanych rezultatów, zmniejszając równocześnie koszt i czas ich przeprowadzenia. Określony tą metodą wskaźnik sygnał/szum (S/N) pozwala na ocenę istotności wpływu poszczególnych parametrów na przebieg procesu, który wciąż nie jest wystarczająco dobrze poznany.

EN

Existing models for predicting the effect of the nitriding process by simulating the phase composition and thickness of the layer of iron nitrides are often insufficient in the case of nitriding of new materials and the introduction of new procedures. Hence there is the need for supplying the database with multiple processes to allow the use of above mentioned models of nitriding. One of the approaches to determine the effect of technological process parameters on the controlled process is Taguchi method. This method allows to restrict the amount of required testing processes to achieve desired results, reducing both their costs and time. Determined by this method signal/noise ratio (S/N) allows the assessment of the significance of the impact of various parameters on the process, which is still not well enough understood.

8

Podwyższanie trwałości eksploatacyjnej narzędzi do obróbki drewna

Warcholiński B., Gilewicz A., Szymański W., Pinkowski G., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 2

73-80

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok wielowarstwowych CrCN/CrN o grubości modułu 400 nm i równym podziale grubości warstw CrCN i CrN w module, nanoszonych metodą katodowego odparowania łukowego. Powłoki nakładano na noże, wykonane ze stali SW7M i węglików spiekanych HM, do głowic strugarskich stosowane w obróbce drewna. Powłoki charakteryzują się wysoką twardością, 25 GPa, wysoką przyczepnością do podłoża, około 105 N i stosunkowo niskim współczynnikiem tarcia – 0,5. Wyniki półprzemysłowych badań eksploatacyjnych wskazują na poprawę trwałości narzędzi z powłokami, a także poprawę jakości obrabianego materiału. Badania laboratoryjne właściwości tribologicznych powłok CrN osadzanych na podłożach: ze stali SW7M oraz poddanej azotowaniu stali SW7M wskazują na wyższość kompozytu powłoka-stal azotowana.

EN

The paper presents the results of the tests of CrCN/CrN multilayer coatings with a thickness of module of 400 nm and an equal thickness of the CrN and CrCN layers in a module deposited by cathodic arc evaporation. The coatings were deposited on planer knives from SW7M steel and HM carbide, used in the woodworking. Coatings are characterized by high hardness, 25 GPa, high adhesion to the substrate, about 105 N and a relatively low coefficient of friction - 0.5. Results of semi-industrial tests show an improvement in durability of coated tools, as well as improving the quality of the workpiece. Laboratory studies of tribological properties of CrN coatings deposited on substrates: HS6-5-2 steel and nitrided HS6-5-2 steel show the superiority of the composite system coating PVD-nitrided steel.

9

Eksploatacyjne aspekty stosowania cienkich powłok na narzędzia do obróbki drewna

Warcholiński B., Półrolniczak A., Gilewicz A., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 2

81-89

PL

W referacie omówiono ogólnie zagadnienia związane z kierunkami rozwoju przemysłu obróbki drewna, materiały narzędziowe dla potrzeb przemysłu drzewnego, technologie zwiększające odporność na zużycie narzędzi, rodzaje powłok nanoszonych na narzędzia do obróbki drewna, czynniki techniczne i ekonomiczne uzasadniające stosowanie cienkich i twardych powłok, koszt narzędzi do obróbki drewna oraz przedstawiono wyniki badan własnych dotyczących trwałości eksploatacyjnej narzędzi do obróbki drewna i materiałów drewnopodobnych.

EN

There is discussion on such issues as: main directions of developing of wood industry, materials for wood engineering tools, technologies improving their wear resistant properties, types of coatings deposited on woodworking tools, technical and economical factors determining applications of thin and hard coatings and cost estimations for woodworking tools. Investigations have been done by own and the results of durability of tools for wood and wood like materials are presented.

10

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.

11

Wpływ chromu na właściwości powłok TiAlCrN

Warcholiński B., Gilewicz A., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2010

|

Nr 4

48-54

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu chromu na właściwości mechaniczne i eksploatacyjne powłok przeciwzużyciowych PVD. Powłoki jedno- i wielowarstwowe TiAlN z dodatkiem chromu oraz powłoki odniesienia TiAlN i TiAlN/TiN nanoszono metodą katodowego odparowania łukowego. Powłoki wielowarstwowe składały się z 8 modułów o grubości około 250 nm każdy i stosunku podziału grubości warstw w module (TiAlN:CrN oraz TiAlN:TiN) jak 1:1. Skład chemiczny określano metodą EDS a skład fazowy metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Wyznaczono twardość, adhezję, współczynnik tarcia i wskaźnik zużycia powłok. Badane powłoki charakteryzują się dobrą adhezją, powłoki z dodatkiem chromu wykazują niższy współczynnik tarcia w porównaniu z pozostałymi badanymi powłokami, a także znacząco niższy wskaźnik zużycia.

EN

The article presents the results of the effect of chromium on the mechanical and operating properties PVD coatings. A mono- and multilayer TiAlN coatings with the addition of chromium and also reference coatings, TiAlN and TiAlN/TiN, were deposited using cathodic arc evaporation. The multilayer coatings were composed of 8 bilayers, each of them with alternating TiAlN and CrN (TiAlN and TiN) layers. The thickness of the bilayer was about 250 nm and the ratio of layer thickness partition (TiAlN:CrN and TiAlN:TiN) as 1:1. The chemical composition was determined by EDS method and phase composition using X-ray diffraction technique. The hardness, adhesion, friction coefficient and wear rate of the coatings were also evaluated. All investigated coatings are characterized by good adhesion. The coatings with chromium show a lower coefficient of friction when compared to other tested coatings and have significantly lower wear rate.

12

Wpływ zawartości węgla w powłokach CrCN na zużycie cierne - próba optymalizacji

Warcholiński B., Gilewicz A., Olik R., Lipiński D.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1280-1282

PL

Powłoki CrCN charakteryzują się dobrymi właściwościami przeciwzużyciowymi. Zależą one od zawartości węgla w powłoce. W artykule przedstawiono wynik optymalizacji (metodą analityczną) zawartości węgla w powłoce CrCN, przeprowadzonej dla uzyskania minimalnego zużycia powłoki. Wynik optymalizacji weryfikowano z pomiarami wskaźnika zużycia (wyznaczanego w standardowej metodzie pin-on-disc) powłok jednowarstwowych i wielowarstwowych CrCN/CrN o stałej grubości modułu CrCN+CrN i stosunku podziału warstw w module. Wynikiem optymalizacji jest wyznaczenie przedziału zawartości węgla 9÷14% at. Doświadczalnie potwierdzono, że powłoka CrCN z zawartością węgla w zakresie 10÷13% at. Wykazuje najmniejsze zużycie. Wskaźnik zużycia powłoki jednowarstwowej CrCN wynosi wowczas 4,4.10-7 mm3/Nm. Powłoka wielowarstwowa wykazuje minimum zużycia w podobnym zakresie zawartości węgla (7÷10% at.), a wskaźnik zużycia ma wartość 1,0.10-7 mm3/Nm.

EN

Chromium base coatings, eg. CrCN are excellent protective candidate for wear protection applications due to their high hardness, good wear and oxidation resistance. These properties are dependent on carbon content in the coatings. In this paper the description of carbon content optimization method from the point of view of wear determined in standard pin-on-disc method. The optimization result was verified with wear rate measurements of mono- and multilayer coatings. The multilayer CrCN/CrN coatings architecture were: constant bilayer CrCN+CrN thickness and constant thickness CrCN:CrN ratio and variable carbon content in CrCN layer. It was determined from optimization that the coatings with 10÷13 at. % of carbon content shows minimum wear. It was confirmed by wear tests; the wear rate for monolayer coating is about 4,4.10-7 mm3/Nm. The multilayer coating shows, in this range of carbon content, lower wear rate - 1,0.10-7 mm3/Nm.

13

Przeciwzużyciowa, dwustopniowa obróbka powierzchniowa narzędzi stosowanych w przemyśle drzewnym

Ratajski J., Olik R., Warcholiński B., Gilewicz A., Michalski J., Kwiatkowski J., Szparaga Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1177-1182

PL

Zastosowano technologię duplex, tj. sekwencyjne połączenie azotowania gazowego i procesu nanoszenia jednowarstwowej powłoki CrN techniką PVD na noże do maszynowej obróbki drewna wykonane ze stali SW7M. Stosując duże spektrum metod badawczych: mikroskopię skaningową i świetlną do badania mikrostruktury układu powłoka-warstwa azotowana, metodę kalotest do pomiaru grubości powłoki, metodę Vickersa do pomiaru twardości, test Daimlera-Benza oraz metodę scratch do badania adhezji wykazano, że wytworzenie modelowej budowy warstwy azotowanej, charakteryzującej się brakiem zewnętrznej strefy (węglo)azotków żelaza oraz brakiem wydzieleń węglików żelaza na granicach ziaren gwarantuje istotny wzrost adhezji powłoki do podłoża.

EN

Duplex technology was applied, i.e the sequential combination of gas nitriding and the process of deposition a monolayer coating CrN by PVD technique, to knife (made with SW7M steel) used in industrial wood machining. Using a large spectrum of research methods: light and scanning electron microscopy to examine the microstructure of system nitrided layer-coating, the ball cratering method (calotest) to the film thickness measurement, a method Vickers to measure the hardness, Daimler-Benz test and the scratch method to adhesion examination, showed that the formation of the nitrided layer model characterized by the absence of an external zone of iron (carbo)nitrides and the lack of iron carbides on the grain boundaries in diffusion zone provides a significant increase in adhesion of the coating to the substrate.

14

Modelowanie i symulacja numeryczna stanu naprężeń i odkształceń w warstwie wierzchniej noża strugarki do obróbki drewna pokrytego powłoką przeciwzużyciową

Szparaga Ł., Ratajski J., Olik R.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1249-1254

PL

Artykuł poświęcony jest zagadnieniu naprężeń i odkształceń, powstających w trakcie pracy wewnątrz noża pokrytego przeciwzużyciową powłoką wielowarstwową, z uwzględnieniem termicznych naprężeń własnych. Rozważano narzędzie ze stali SW7M pokryte powłoką dwuwarstwową TiN/TiAlN w trakcie quasi statycznej pracy. Pola naprężeń i odkształceń zostały określone na drodze symulacji komputerowych za pomocą metody elementów skończonych (MES). Na podstawie przyjętych założeń, dotyczących modelowanego obiektu, rozważono płaski stan odkształceń i przestrzenny stan naprężeń. Wyniki symulacji zostały przedstawione dla narzędzia o zredukowanych wymiarach, co było możliwe przez odpowiednią modyfikację warunków brzegowych w modelu oraz dobór obszaru zgodności wyników symulacji otrzymanych dla noża o wymiarach rzeczywistych i zredukowanych.

EN

The paper is on stresses and strains fields arising during cutting process inside knife covered with multilayer coating, with thermal internal stresses as initial conditions of the process. The knife was made of HSS and covered with multilayer coating TiN/TiAlN. The cutting process was treated as quasi stationary. Stresses and strains fields were determined using finite element method (FEM) during computer simulations. Accepted assumptions allowed to consider plane fields of strains and three dimensional state of stresses. Numerical results were presented for a knife with reduced dimensions, which was possible because of the modification of the boundary conditions in considered model and selection of the area in witch result obtained for the tool with original dimensions and with reduced ones comply to each other.

15

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.

16

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.

17

Sterowane komputerowo gniazdo do regulowanego azotowania gazowego

Dobrodziej J., Wojutyński J., Matecki K., Gospodarczyk A., Michalski J., Tacikowski J., Wach P., Ratajski J., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2009

|

Nr 2

25-33

PL

W artykule pokazano przykład nowoczesnego, rozproszonego systemu sterowania procesami regulowanego azotowania gazowego. Zaprezentowano genezę oraz możliwości techniczne systemu. Omówiono techniczne parametry poszczególnych modułów systemu, przeznaczonych do kontrolowania i regulowania parametrów atmosfery azotującej. Wskazano problemy badawcze i techniczne, które zostały rozwiązane przy opracowaniu systemu. Scharakteryzowano potencjalne możliwości systemu zarówno w warunkach przemysłowych, jak i laboratoryjnych.

EN

An exemplification of the socket for modem, dispersed system for controlling gas nitriding processes is shown. The origin and technical capabilities of the system is also presented. Technical equipment parameters of the system's modules for controlling process milieu characteristics are described. Moreover, research and technical problems solved during the system elaboration are indicated. Potential possibilities of the system applications, both in industry and laboratory, have been characterized.

18

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.

19

Możliwości zastosowania programów komputerowych do projektowania, symulacji i weryfikacji procesów regulowanego azotowania gazowego

Dobrodziej J., Gospodarczyk A., Michalski J., Tacikowski J., Wach P., Ratajski J., Olik R.

Inżynieria Powierzchni

|

2009

|

Nr 2

34-45

PL

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania informatyki stosowanej oraz metod sztucznej inteligencji do symulacji i projektowania procesów regulowanego azotowania gazowego. Omówiono model fenomenologiczny procesu azotowania i opracowane na jego bazie najważniejsze modele matematyczne, wykorzystane zarówno do symulacji, jak i do projektowania procesów. Modele te zastosowano w komputerowym, zintegrowanym systemie sterowania procesami regulowanego azotowania gazowego. Wskazano znaczenie baz danych przewidzianych do gromadzenia informacji o procesach azotowania gazowego i ich efektach, generacji baz wiedzy w zadaniach wnioskowania o właściwościach eksploatacyjnych warstw azotowanych jak również w regulacji charakterystyk atmosfery azotującej.

EN

The article presents possibilities of using applied computer science as well as methods of artificial intelligence for simulation and computer's designing of gas nitriding processes. The phenomenological model of gas nitriding process and the most significant mathematical models produced on its basis and implemented in the computer application integrated with a system of control of gas nitriding processes which are used for both simulation and designing have been described. The significance of databases intended for acquisition of data concerning gas nitriding processes and generation of knowledge bases for inferencing about maintenance properties of nitrided layers as well as for controlling dynamic characteristics of a process milieu has been indicated. Moreover, practical functions of designed software, including prediction, designing and optimization of nitriding processes which are controlled on the basis of computer simulation are shown.

20

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.