Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Structure And Properties Of PVD Coatings Deposited On Cermets

Żukowska L., Mikuła J., Staszuk M., Musztyfaga-Staszuk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

727--733

EN

The main aim of the research is the investigation of the structure and properties of single-layer and gradient coatings of the type (Ti,Al)N and Ti(C,N) deposited by physical vapour deposition technology (PVD) on the cermets substrate. The structural investigations include the metallographic analysis on the transmission and scanning electron microscope. Examinations of the chemical compositions of the deposited coatings were carried out using the X-ray energy dispersive spectrograph EDS, and using the X-ray diffractometer. The investigations include also analysis of the mechanical and functional properties of the materials: substrate hardness tests and microhardness tests of the deposited coatings, surface roughness tests, evaluation of the adhesion of the deposited coatings as well as cutting properties. The results of the investigations carried out confirm the advantages of PVD coatings deposited onto cermets substrate especially in case of (Ti,Al)N. Coatings deposited onto the investigated substrates are characterised by good adhesion, high microhardness, taking effect in very high increasing of wear resistance. Deposition of hard, thin, gradient coatings on materials surface by PVD method features one of the most intensely developed directions of improvement of the working properties of materials. Equally important is the development of tool materials with respect to the fabrication of thin coatings resistant to wear in PVD process. It is of considerable importance, since through the selection of appropriate components, we can obtain a tool material of better properties. This area of tool material development is a priority nowadays, since it is the main route leading to the acquisition of machining tools of suitable properties. The results of the investigation provide useful information on microstructure, adhesion characterized in a scratch test, wear resistant properties of the gradient and single-layer coatings deposited onto cermet.

PL

Celem artykułu było zbadanie struktury i właściwości jednowarstwowych i gradientowych powłok typu (Ti,Al)N oraz Ti(C,N) naniesionych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) na podłożu z cermetali narzędziowych. Badania strukturalne obejmują transmisyjną i skaningową mikroskopię elektronową. Analizę składu chemicznego i fazowego badanych powłok wykonano metodą spektroskopii energii rozproszonego promieniowania rentgenowskiego (EDS) oraz metodą dyfrakcji rentgenowskiej za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego. Badania obejmują również analizę właściwości mechanicznych i funkcjonalnych badanych materiałów: badanie twardości podłoża z cermetalu i testy mikrotwardości naniesionych powłok, badania chropowatości powierzchni, ocena przyczepności naniesionych powłok, jak również właściwości skrawne. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają zalety powłok PVD osadzanych na podłożu z cermetalu, zwłaszcza w przypadku powłok typu (Ti,Al)N. Powłoki osadzone na badanych podłożach charakteryzują się dobrą przyczepnością, wykazują wysoką mikrotwardość, co wpływa na wzrost odporności ściernej. Istoty jest rozwój materiałów narzędziowych w zakresie wytwarzania cienkich powłok odpornych na zużycie w procesie PVD. Ma to duże znaczenie, ponieważ wykorzystując cechy odpowiednio dobranych składników można uzyskać materiał narzędziowy o lepszych własnościach. Ta dziedzina rozwoju materiałów narzędziowych stanowi w obecnych czasach priorytet, ponieważ jest główną drogą, wiodącą do uzyskania narzędzi skrawających o odpowiednich własnościach. Wyniki przeprowadzonych badań dostarczają przydatnych informacji na temat mikrostruktury oraz adhezji, odpornych na zużycie gradientowych i jednowarstwowych powłok naniesionych na podłoże z cermetalu.

2

Carbon effect in the sintered high-speed steels matrix composites - HSSMC

Matula G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 55, nr 1

90--107

EN

Goal: The goal of this monograph is development of the tool materials being the outcome of the concept of merging the surface engineering as the domain of knowledge with technology which is the powder metallurgy. The result are the fabricated materials with the gradient, high-speed steels matrix composites (HSSMC) surface layers on steel substrate, combining the mutually exclusive mechanical properties like the high surface hardness and ductility of a tool. Project/methodology/approach: Modern powder forming technologies were used for fabrication of the developed tool materials, e.g., powder injection moulding, pressureless forming, and classic compacting. Sintering was carried out in the vacuum or protective atmosphere conditions, which makes direct material hardening possible from the sintering temperature. Testing of mechanical properties encompassed hardness testing, bending strength testing, and determining the abrasion wear resistance. Detailed structural examinations were carried out to determine the effect of temperature and atmosphere during sintering on type and size of the carbide- and carbonitride precipitations. Moreover, retained austenite portion was determined after hardening and tempering. Achievements: The original achievement is development of the method of the polymer-powder slurry moulding for fabrication of coatings which, because of the binding agent degradation and sintering, form the homogeneous or gradient HSSMC surface layers on the steel substrate - completed or fabricated in the same technological process. Tool materials fabricated with this method are characteristic of high ductility of the steel core and high hardness of the surface layer. Limitations of research/applications: The assumption of the powder injection moulding technique is forming of the small elements with complex shapes and, therefore, this technology is not designed for fabrication of tools with the big overall dimensions. In case of the pressureless forming of the surface layers from HSSMC on the steel core or in case of regeneration of the tool worn out, the limitations come only from the heating device chamber size and the necessity to heat up the entire treated element. Practical applications: It is anticipated that the worked out and fabricated tool materials of the new generation will fill a gap in respect of the mechanical properties between the relatively ductile high-speed steels and the brittle sintered carbides. The newly developed method may be used in the mass- or piece production conditions making, e.g., regeneration possible of the costly tools’ surfaces. Originality/value: Employment of the modern powders forming techniques, and especially of the pressureless forming and sintering in the flowing nitrogen-hydrogen mixture atmosphere, makes it possible to fabricate tool materials with the layered or gradient structure with the multidirectional growing portion of the hard carbide- or carbonitride phases.

3

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne złączy lutowanych spieków ceramiczno-metalicznych i stali na dużych powierzchniach

Nowacki J., Kawiak M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 1

54-61

PL

Przeprowadzono badania odpornej na ścieranie warstwy na dużej powierzchni pokrytej płytkami spieków WC-Co i węglikostali Ferro Titanit Nicro 128. Płytki zostały przylutowane prożniowo do stali nierdzewnej utwardzanej wydzieleniowo X5CrNiMoCuNb14-5. Takie warstwy znajdują zastosowanie np. w elementach tnących granulatora polietylenu, gdzie muszą spełnić wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości połączenia, ciągliwości i od- porności na zużycie ścierne. Analizowano wpływ parametrów geometrycznych spojenia na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne Rt i Rm. Główną przyczyną ograniczającą możliwość wytworzenia wysokiej jakości złącza w procesie lutowania próżniowego spieków WC-Co i węglikostali Ferro Tita- nit Nicro 128 ze stalą X5CrNiMoCuNb14-5 jest oddziaływanie dyfuzyjne składników spieków, stali i lutu. Prowadzi to do tworzenia się faz zmniejszających ciągliwość złącza. Określono również wpływ parametrów lutowania na jakość złącza.

EN

Study of properties of considerable surfaces vacuum brazed joints of WC-Co and Ferro Titanit Nicro 128 sinters and precipitation hardened stainless steel of 14-5 PH (X5CrNiMoCuNb14-5) using copper and silver - copper as the brazing filler metal has been presented. They are used in large dimension spinning nozzles of a die for polyethylene granulation, in that considerable strength, ductility and friction resistance of them are required. Microstructure and mechanical properties of joints have been described. Shear strength and tensile strength Rm Rt of the joints have been measured. It have been state, that the basic factors decreasing quality of the joint, which can occur during vacuum brazing of the WC-Co ISO K05 sinter - Cu or Ag-Cu brazing filler metal - 14-5 PH steel joints are diffusive processes leading to exchange of elements of cermets and the brazing filler metal and creation of phases in the joint. It can have an unfavourable influence on ductility of sinters and quality of joint. As a result of brazing tests the influence of way and parameters of the brazing on quality of a joint were determined.

4

Microstructure and characteristics of high dimension brazed joints of cermets and steel

Nowacki J., Kawiak M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

448-457

EN

Purpose: In the article a state of the question concerning stresses in brazing joints of different physical and mechanical properties was appraised as well as possibility of their decrease due to use of different techniques from technological experiments to numerical methods. Evaluation of microstructure and mechanical properties of large dimensional vacuum brazed joints of WC – Co and Ferro Titanit Nicro 128 sinters and precipitation hardened stainless steel of 14 –5 PH (X5CrNiMoCuNb14-5) using copper and silver – copper as the brazing filler metal. Design/methodology/approach: Microscopic examinations with the use of scanning electron microscope (SEM) were performed to establish microstructure and diffusion influences on creation of intermetallic phases in the joint. Shear strength Rt and tensile strength Rm of the joints have been defined. It have been state, that the basic factors decreasing quality of the joint, which can occur during vacuum brazing of the WC - Co ISO K05 sinter – Cu or Ag - Cu brazing filler metal – 14 -5 PH steel joints are diffusive processes leading to exchange of the cermets and brazing filler metal elements and creation of intermetallic in the joint. It can have an unfavourable influence on ductility and quality of the joint. Findings: Results of numerical calculations of two-dimensional models of brazed joints for different sizes of surfaces brazed at a constant width of solder gap are presented. Particular attention was paid to stresses occurring in joints of large brazing surfaces. Results of the investigate proved that joints microstructure and mechanical properties depend on filler and parent materials, diffusion process during brazing, leading to exchange of the cermets components and filler metal as well as joint geometry (mainly gap thickness). Practical implications: The results have been applied in surfaces are used in large dimension spinning nozzles of a die for polyethylene granulation, in that considerable strength, ductility and friction resistance of them are required. Originality/value: The effect of joint geometry (soldering clearance size, inter-plate distance, plate geometric parameters) on its microstructure and the status of stresses and deformations as well as on the process of plate cracking has been determined.

5

Multilayer and gradient PVD coatings on the sintered tool materials

Dobrzański L., Gołombek K., Mikuła J., Pakuła D.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2008

|

Vol. 31, nr 2

170-190

EN

Purpose: The paper presents investigation results of structure and properties of the multilayer and gradient TiN+(Ti,Al,Si)N+TiN nanocrystalline coatings deposited with the PVD method (CAE -Cathodic Arc Evaporation process) and in the combination of Al2O3 and TiN coatings in the CVD process on the substrate of cemented carbides,cermets, Al2O3+ZrO2, Al2O3+TiC, Al2O3+SiC(w) oxide ceramics and Si3N4 nitride ceramics. Design/methodology/approach: The structural investigation includes the metallographic analysis on thetransmission and scanning electron microscope, confocal microscope. Examinations of the chemicalcompositions of the deposited coatings were carried out using the X-ray energy dispersive spectrograph EDS, glow-discharge optical emission spectroscope GDOS, and using the X-ray diffractometer. The investigation includes also analysis of the mechanical and functional properties of the material: substrate hardness tests and microhardness tests of the deposited coatings, surface roughness tests, evaluation of the adhesion of the deposited coatings, cutting properties of the investigated materials. Findings: Deposition of the multicomponent gradient coatings with the PVD method, based on the Al and Si solid secondary solution in the TiN titanium nitride, isomorphous with the alternating pure titanium nitride TiN, on tools made from oxide, nitride ceramics and tool cermets, results in the increase of mechanical properties in comparison with uncoated tool materials, deciding thus the improvement of their working properties. Practical implications: Deposition of (Ti,Al,Si)N nanocrystalline coatings by the use of PVD method causes the increase of cutting properties of tools made of cermets for ca. 300% and of Al2O3+ZrO2 for ca. 100% comparing to adequately uncoated tools. Originality/value: Comparison of the wide range of modern sintered tool materials with wide unique set of PVD coatings.

6

Lutowanie próżniowe w produkcji zaawansowanych elementów maszyn

Nowacki J.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2004

|

Vol. 24, nr 2 sp

217-228

PL

Przedstawiono wyniki prób lutowania próżniowego zaawansowanych konstrukcyjnie i technologicznie elementów maszyn. Analizę przeprowadzono na przykładzie wdrożonych w przemyśle technologii lutowania próżniowego kół wirników sprężarek promieniowych i filler do granulacji polietylenu wytwarzanych ze stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo. Lutowano stal OH14N5MCuNb z użyciem lutu 82Aul8Ni podczas lutowania stali ze stalą oraz lutu BNi2 w przypadku spajania stali z węglikostalą Ferro-Titanit Nicro 128. Rozważano wpływ sposobu przygotowania powierzchni do lutowania i parametrów technologicznych lutowania na strukturę i właściwości mechaniczne spojenia.

EN

Vacuum brazing tests were carried out on the age-hardened steel of the 14-5PH type using the 82Aul8Ni solder and on se steel with cermets F. The method was used in production of centrifugal compressor impellers and spinning nozzles of a dies for polyethylene granulation as the advanced machine parts. The influence of roughness of the surfaces to be joined and the distance between them as well as duration of the brazing on the joint structure and properties have been determined. It has been found that structure of the joint consisted different kinds solid solutions and intermediate phases. The maximum tensile strength was obtained for the joints of polished surfaces without any distances elements.

7

Multiphase sintering of iron-copper-iron boride cermets.

Nowacki J., Wysiecki M.

Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń

|

1998

|

vol. 22, nr 2

89-98

EN

Multiphase sintering of a mixture of iron, copper and boron powder of a concentration of 5-15 wt. of copper and 9 wt. of boron has been analyzed. The powder mixture was milled, pressed and sintered in a vacuum at temperature of 1100 stopni C (1373 K) and time of 30-180 min. Multiphase sintering process leads to the formation of the iron-copper boride (FeCu)2B grains of hardness of 1700 HV0.1 seated in the eutectic mixture Cu-B (alpha +beta) of hardness 600-700 HV0.1, and a porosity of 0.5-3%, depending on the sintering conditions. The combination of such components results in promising mechanical properties of sinters: high hardness and satisfactory ductility.

PL

Analizowano proces spiekania reakcyjnego mieszaniny proszku żelaza z domieszką 5-15% miedzi i 9% boru. Wytworzono cermetale żelazo-borek żelaza Fe-Cu-(FeCu)2B, w których borek (FeCu)2B, o twardości około 1700 HV, jest osadzony w mieszaninie eutektycznej Cu-B (alfa + beta) o twardości 600-700 HV. Skład ten zadecydował o dużej twardości (1450 HV), stałej w całym przekroju spieku, i dobrej ciągliwości. W czasie spiekania występują procesy cząstkowe: dyfuzja boru do żelaza w fazie stałej, utworzenie się fazy ciekłej - eutektyki Cu-B (alfa + beta), dyfuzja boru i żelaza do fazy ciekłej oraz boru i miedzi z fazy ciekłej do żelaza.

8

Mikrostruktura i właściwości spiekanych reakcyjnie cermetali Fe-Fe2B.

Nowacki J., Klimek L.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 1

4-9

PL

Analizowano proces spiekania reakcyjnego proszków żelaza i boru amorficznego w próżni, w wyniku którego wytworzono cermetale żelazo-borek żelaza Fe-Fe2B. Przeprowadzono próby spiekania w fazie stałej oraz z udziałem fazy ciekłej, którą była eutektyka Fe-F2B. W wyniku analizy metalograficznej jakościowej i ilościowej, rentgenowskiej analizy strukturalnej, określono mikrostrukturę spieków, jak również opisano kinetykę zmian mikrostruktury w funkcji parametrów spiekania. Stwierdzono, że struktura spieków zmienia się w bardzo szerokim przedziale ich składu chemicznego i parametrów spiekania. Przeprowadzone pomiary twardości i badania zużycia cermetali metodą trzpień-tarcza w procesie tarcia ślizgowego suchego wykazały korzystne właściwości analizowanych cermetali jako nowoczesnych tworzyw konstrukcyjnych. Twardość cermetali Fe-Fe2B zmienia się w szerokim zakresie i w zależności od ich składu chemicznego wynosi: !50-1500 HV, a ich odporność na zużycie cierne jest porównywalna z właściwościami dyfuzyjnie borowanych warstw na stalach. Cermetale Fe-Fe2B stanowią spiekany kompozyt, w którym borek żelaza Fe2B, o twardości około 1800 HV, pełni rolę fazy zbrojącej, a mieszanina eutektyczna Fe-Fe2B o twardości około 500 HV - rolę osnowy. Mieszanina eutektyczna złożona jest z płytek stałego roztworu boru w żelazie alfa o twardości około 250 HV i płytek borku żelaza o twardości około 1800 HV i wypełnia przestrzenie pomiędzy ziarnami borku żelaza. Połączenie komponentów o tak różnych właściwościach: twardego zbrojenia i stosunkowo ciągłej osnowy, decyduje o wysokich właściwościach mechanicznych, wysokiej twardości (1500 HV), stałej w całym przekroju spieku, wysokiej odporności na zużycie cierne i zadowalającej ciągliwości. Mikrostruktura spieków oraz charakter zmian składu fazowego spieków w funkcji temperatury i czasu spiekania proszków żelaza i boru wskazują na obecność w czasie spiekania szeregu procesów cząstkowych: dyfuzji boru do żelaza w fazie stałej poprzedzającej utworzenie się fazy ciekłej, utworzenia się na powierzchni naborowanych cząstek żelaza fazy ciekłej - eutektyki Fe-Fe2B, rozpuszczania się boru i żelaza w fazie ciekłej krystalizacji borku żelaza Fe2B z fazy ciekłej. Budowa cermetali Fe-Fe2B ich właściwości mechaniczne, możliwość zmiany tych właściwości w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego i parametrów spiekania oraz możliwość wytworzenia spieków nieporowatych i porowatych wytycza możliwe kierunki zastosowań tych spieków na elementy wysoko obciążonych łożysk ślizgowych i elementy maszyn podlegające silnemu zużyciu ciernemu.

EN

The process of the multiphase sintering of iron and boron in the vacuum has been analysed. As a result of the process iron-iron boride cermets have been produced. Fe-Fe2B cermets were obtained as a result of sintering of the Fe and B pure elements in the vacuum. Attempts at sintering in the solid phase and with the participation of the liquid phase, the Fe-Fe2B eutectic, have been made. Metallographic qualitative and quantitative studies, X-ray structural qualitative and quantitative analysis allowed to determine of the structure of Fe2B cermets, as well as a description of the kinetics of quantitative changes in phase proportions in the course of sintering. It has been found that their structure varies widely depending on sintering parameters and the composition of the sinters. Measurements of Fe-Fe2B cermets hardness and measurements on wear during dry friction by the pin-on-disc method have shown distinct advantages of the cermets as a modern constructional materials. The hardness of Fe-Fe2B cermets, depending on their chemical composition and sintering parameters, ranges widely from 150 to 1500 HV, and their resistance to wear is comparable to that of diffusively boronized steels. Fe-Fe2B cermets are a composite material in which iron boride, Fe2B, with a hardness of about 1800 HV plays the role of the reinforcement, while iron-iron boride, Fe-Fe2B, with a hardness of about 500 HV plays the role of matrix. The eutectic in the spaces between iron boride grains is composed of boron solid solution plates in iron with a hardness of around 250 HV, and iron boride, Fe2B, plates with a hardness of approximately 1800 HV. The combination of such different materials, a hard reinforcement and a relatively plastic matrix produces favourable properties of the cermet thus produced: high hardness (1500 HV), constant over the whole cross section of the material, resistance to abrasive wear and acceptable ductility. The properties mentioned above, resulting from the cermet structure, depend (apart of their chemical composition) on the phenomena occuring while sintering: diffusion of boron in iron in the solid phase, formation of the liquid phase - the eutectic mixture Fe-Fe2B dissolution of iron and boron in the liquid phase and crystallisation of iron boride, Fe2B from the liquid phase. It determines the unique character of multiphase sintering of iron and boron. The mechanism of this process is suggested. The properties as well as the possibility of obtaining required porosity and considerable chemical resistance point to the perspective trend of their use in the construction of elements of highly loaded side bearings.