Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Jankowski Krzysztof, Pawlikowski Marek, Barcz Katarzyna

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2022

|

Vol. 24, no. 3

169--177

EN

The aim of this research was to verify to what extent the shape of an indenter tip influences the final form of the constitutive equation for the trabecular bone. Methods: Trabecular bone was formulated as a non-linear viscoelastic material with Mooney–Rivlin hyperelastic model to describe the purely elastic response of the bone tissue. Tests of the mechanical properties of the trabecular bone, resected from the femoral head of a 56-year-old patient, were carried out with two types of indenter: the spherical tip of a diameter of 200 μm and pyramid Vickers tip with 136° between plane faces. Tests with both indenters included loading and unloading phases with no hold at peak force and with hold time t = 20 s and were conducted with a maximum load Pmax = 500 mN and loading/unloading rate V = 500 mN/min. Results: The formulated constitutive model describes the trabecula behaviour very well. The model curves match the experimental results in the loading phase, holding period and most of the unloading ramp. The purely viscoelastic material constants are very close in value for both considered tips, but purely elastic constants differ. Conclusions: The results indicate that the constitutive model based on the indentation with the Vickers tip does not cover the plastic residual deformation. When a viscoelastic response of bone is expected, a model with constants calibrated for the spherical tip should be used, and the other set of parameters values (Vickers tip) when trabeculae may undergo plastic deformation.

2

Relation between geometry of FSW tools and formation of nano- dispersed zones in macrostructure EN AW 6082-T6 alloy welded joints

Krasnowski Krzysztof, Khokhlova Julia, Khokhlov Maksym, Kostin Valery

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2021

|

Vol. 65, No. 5

7--16

EN

An article present the result of macrostructure formation with distribution of mechanical properties in cross-sections of 8 mm-thick one-sided butt-welded FSW joints of EN AW 6082-T6 alloy which were obtained using three types of specially designed tools: C-type – conventional tool consisting of a housing, cylindrical threaded probe and a shoulder with a grooved spiral, T-type – Triflute-type tool consisting of a housing, cylindrical threaded probe with three grooves and a shoulder with a grooved spiral, S-type – simple tool consisting of a housing, smooth cylindrical probe without a thread and a flat shoulder. Friction stir welding was performed using equipment of the Institute of Welding in Gliwice of Poland, and mechanical tests in the E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine. Mechanical test by indentation was performed using Micron-gamma device, which allows experimental identification of structural state of metal and determination of the strain hardening presence by limiting values of ratio of hardness to Young’s modulus of elasticity. It was found that for all three specimens the HAZ hardness decreases, and in the zone of thermomechanical effect the hardness increases. Maximum hardness values are inherent to the central part of welded joint nugget, as well as to light-coloured oval concentrated fragments of structure in the nugget upper and lower part. Judging by the presence of nanosized hardened structure and uniformity of its distribution in the nugget, as well as good dispersion of oxide films and absence of discontinuities, the friction stir welding with C-type tool can be regarded as the optimum variant. An assumption was made that formation of a uniform structure in welds can be achieved at three–four revolutions of the tool in friction stir welding in one place. The model of thermal fields distribution in Al-plate during FSW using a C-type tool visualized the metal’s thermal condition when formated hardened nano-dispersed weld zones.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad tworzeniem się nanostruktury z rozkładem właściwości mechanicznych w przekrojach poprzecznych złączy FSW o grubości 8 mm ze stopu EN AW 6082-T6 zgrzewanych jednostronnie doczołowo. Połączenia uzyskano przy użyciu trzech rodzajów specjalnie zaprojektowanych narzędzi. Stwierdzono, że dla wszystkich próbek twardość w SWC zmniejsza się, a w strefie oddziaływania termomechanicznego wzrasta. Maksymalne wartości twardości są charakterystyczne dla środkowej części jądra zgrzeiny, a także dla jasno zabarwionych, owalnych fragmentów w strukturze części górnej i dolnej jądra zgrzeiny. Oceniając obecność utwardzonej struktury nanometrycznej i równomierność jej rozmieszczenia w strefie zmieszania oraz dobre rozproszenie warstewek tlenkowych i brak nieciągłości, zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem narzędziem konwencjonalnym można uznać za wariant optymalny. Można przypuścić, że podczas zgrzewania tarciowego z mieszaniem zgrzeiny uzyskuje się jednorodną strukturę zgrzein przy czterech i więcej obrotach narzędzia FSW w jednym miejscu. Model rozkładu pól termicznych w płycie aluminiowej podczas FSW, przy użyciu narzędzia konwencjonalnego, zwizualizował stan termiczny metalu podczas formowania utwardzonych stref nanodyspersyjnych w zgrzeinach.

3

Ocena wpływu warunków badania na parametry mechaniczne miedzi wyznaczone w procesie indentacji

Makuch Anna, Grygiel Dariusz, Szczeblewski Michał, Korzeniewski Wojciech

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 1

54--60

PL

Celem pracy była ocena zjawisk na poziomie mikrostrukturalnym w procesie odkształcania popularnego w zastosowaniach medycznych materiału jakim jest miedź, a w szczególności zbadanie wpływu parametrów indentacji tj. prędkości odkształcenia, czasu przetrzymania i siły obciążania/odciążania na jej właściwości mechaniczne. Szczególną uwagę zwrócono na zależności między strukturą materiału, charakterem odkształcenia i właściwościami mechanicznymi. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że największy wpływ na parametry określone w procesie indentacji spośród badanych zmiennych ma siła, z jaką wgłębnik zagłębia się w materiał. Najwyższą twardość odnotowano przy sile 500 mN i prędkości 5000 mN/min. Również na wielkość energii odkształcenia niesprężystego największy wpływ ma siła obciążenia/odciążenia – jej wzrost o 50% powoduje dwukrotny wzrost pracy odkształcenia niesprężystego.

EN

The aim of the paper was to evaluate phenomena at the microstructural level in the deformation process of copper – a material popular in medical applications, and in particular to investigate the influence of indentation parameters, i.e. strain rate, holding time and loading / unloading force on its mechanical properties. Particular attention was paid to the relationships between the structure of the material, the nature of the deformation and the mechanical properties. As a result of the conducted tests, it was found that from the tested variables the force with which the indenter sinks into the material has the greatest influence on the parameters determined in the indentation process. The highest hardness was recorded at the force of 500 mN and the strain rate of 5000 mN/min. Also, in the inelastic, the loading/unloading force plays has the most important role greatest influence on the amount of inelastic and total work – its increase by 50% causes the twofold increase in the value of the inelastic deformation work.

4

Crystal plasticity finite element simulations of the indentation test

Frydrych Karol

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 2

41--49

EN

The goal of the paper is to report the successful simulations of the nanoindentation problem. The finite-strain isotropicelasto-plasticity and crystal elasto-plasticity models used for the simulations are described. The developed contact formulation describing the contact with rigid surface approximating pyramidal indenter is presented. Both tensile stress-strain andindentation load-penetration curves obtained with a single set of material parameters are presented to be in the satisfactoryagreement with experimental data. It seems that such a result is presented for the first time.

PL

Celem pracy jest przedstawienie pomyślnego wyniku symulacji zadania nanoindentacji. Opisano wykorzystane w symulacjach modele izotropowej sprężysto-plastyczności oraz sprężysto-plastyczności kryształów. Przedstawiono również sformułowanie kontaktu ze sztywną powierzchnią przybliżającą końcówkę indentera o kształcie ostrosłupa. Zaprezentowano zarówno krzywe naprężenie-odkształcenie uzyskane w symulacji testu rozciągania, jak i siła-zagłębienie, które otrzymano przy użyciu pojedynczego zestawu parametrów materiałowych. Uzyskano zadowalająca zgodności z eksperymentem. Wydaje się, że tego typu wyniki zostały zaprezentowane po raz pierwszy.

5

Design using special steel sheet profiles – procedures developed within the framework of Grispe and Grispe Plus projects

Maslak M., Pazdanowski M.

Archives of Civil Engineering

|

2019

|

Vol. 65, nr 4

249--261

EN

New computational procedures developed within the framework of international research projects „Grispe” and „Grispe Plus” are briefly presented and characterised here. Considered algorithms pertain to the verification of bearing capacity and serviceability of selected bearing structure components erected with especially shaped thinwalled sheet metal panels. Structural components of this type are so far rather absent from the codes, and as a result the unequivocal design requirements have not been developed for them. Key problems related to the detailed analysis of the following element classes: steel decks with embossments, indentations and/or outwards stiffeners; liner trays; corrugated sheeting; curved profiles; cladding and roof profile assemblies; perforated and holed profiles; external interlocking planks and their assemblies are indicated in the text. The procedures formulated as a part of the projects indicated above have been delivered to CEN as an official proposal of amendments and/or additions submitted for introduction to the new generation of Eurocodes currently under preparation, and especially as an extension to the code EN 1993-1-3.

PL

Na tle krótkiej charakterystyki zakończonego z końcem 2018 roku międzynarodowego projektu badawczego “Grispe Plus”, w którym czynny udział brała Politechnika Krakowska, a także poprzedzającego ten projekt projektu “Grispe”, przedstawiono podstawowe założenia nowo opracowanych procedur obliczeniowych dotyczących siedmiu klas cienkościennych elementów konstrukcyjnych wykonanych z użyciem specjalnie kształtowanych paneli stalowych blach profilowanych. Tego typu elementy są jak dotąd słabo obecne w normalizacji, co sprawia że nie opracowano odniesionych do nich jednoznacznych zasad i wymogów projektowania. Są one jednak w nowoczesnym budownictwie powszechnie stosowane w praktyce, zwłaszcza przy kształtowaniu coraz bardziej udoskonalanych zestawów lekkiej obudowy, a ich wykorzystanie wymuszają nie tylko względy estetyczne i użytkowe ale także, a może przede wszystkim, kalkulacja ekonomiczna. Prezentowane założenia oraz opracowane na ich podstawie algorytmy obliczeniowe dotyczą kolejno: paneli wykonanych z blach profilowanych, o ściankach lokalnie usztywnionych przetłoczeniami, podłużnymi lub okrągłymi; analogicznych paneli z zewnętrznym podłużnym usztywnieniem pasów kształtowanym w formie jaskółczego ogona; kaset ściennych z szerszym niż to zastrzeżono w dotychczasowej wersji normy EN 1993-1-3 rozstawem mocowania kołnierzy; przekryć dachowych wykonanych z blachy falistej o sinusoidalnie formowanej fałdzie; paneli łukowych skonstruowanych z blach profilowanych wzdłuż długości łuku; połączeń blach profilowanych wykonanych z zastosowaniem jednostronnej lub dwustronnej zakładki lub też takich, które zrealizowano z użyciem wprowadzonej dodatkowo wkładki wzmacniającej; przekryć z blach profilowanych z perforacją środnika i/lub pasów, zrealizowaną na regularnej siatce kwadratu; przekryć z blach profilowanych z pojedynczymi lub co najwyżej podwojonymi otworami w ściskanym pasie, okrągłych albo o kształcie kwadratu, oraz paneli linearnych lekkiej obudowy, łączonych ze sobą na samozazębiające się zamki typu szewron – klip. Każda z proponowanych procedur została opracowana w formie oficjalnego zgłoszenia wysłanego do CEN z sugestią wprowadzenia odpowiednich korekt lub też ewentualnego uzupełnienia dotychczasowego zakresu obecnie stosowanej normy EN 1993-1-3. Działanie to wpisuje się w szerszą akcję opracowywania nowej generacji eurokodów, wspieraną i finansowaną ze środków Unii Europejskiej.

6

The assessment of the applicability of shear wave elastography in modelling of the mechanical parameters of the liver

Żmudzińska M., Inglot M., Zaleska-Dorobisz U., Jankowski L., Świątek-Najwer E.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2018

|

Vol. 20, no. 4

59--64

EN

The development of haptic technology in laparoscopic simulations indicates a demand of constant upgrade of tactile feedback, which is currently considered to be unsatisfactory. Presumably, one of its causes may be insufficiently examined and described mechanical parameters of soft tissues in vivo, including liver tissue. The aim of the following work was the attempt at assessing the applicability of data from shear wave elastography in organ modelling by correlating the mechanical parameters of the liver obtained by this noninvasive method, with the mechanical parameters obtained by indentation. Methods: Each one out of 12 porcine livers, was subjected to elastography and subsequently to the indentation test. The mean Young’s modulus for each liver lobe was obtained using elastography, while in indentation Young’s moduli in three different strain ranges and maximum load were calculated. Results: Differences between mechanical parameters of lobes were not found but the parameters were calculated for different methods and strain ranges. Conclusions: The limitations of both methods prevent the unambiguous assessment of the applicability of elastography in liver modelling for laparoscopic simulations, at the presented stage of research. Nevertheless, the presented study provides a valuable introduction to the development of a methodology for testing the mechanical parameters of liver tissue.

7

Human cancellous bone mechanical properties and penetrator geometry in nanoindentation tests

Makuch A. M., Skalski K. R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2018

|

Vol. 20, no. 3

153--164

EN

The goal of the study was to determine the influence of the penetrator geometry on the human cancellous bone mechanical properties in indentation tests. The aim of this research was also the assessment of the material properties of bone structures, having in mind the energy aspects of the curve obtained in the cycle: inelastic loading and elastic unloading. Methods: The samples were resected from a femoral heads of patients qualified for a hip replacement surgery. During the Depth Sensing Indentation tests, hardness and elastic modulus of the cancellous bone tissue were measured using the spherical and Vickers penetrators. Measurements were made in a node and in a trabecula for each sample. Results: The analysis of the measurement results and the calculations of total energy, i.e., elastic and inelastic, and those of the parameters of hardness and elasticity made it possible to assess the influence of the penetrator geometry on the mechanical properties of bone structures at a microscopic level. Conclusions: It was found, with respect to the methodology of indentation, that without determining the shape of the penetrator and the site of the indentation, an objective assessment of the micro mechanical properties of the tested material is not possible.

8

Analysis of fracture and wear resistance of ZrN coatings

Chronowska-Przywara K., Kot M.

Tribologia

|

2017

|

nr 3

39--45

EN

The article presents the results of mechanical and tribological studies of ZrN coatings that allowed the determination of their hardness, elasticity modulus, and scratch and wear resistance. Tests were carried out for 1, 1.4, and 2 μm thick ZrN coatings deposited on X5CrNi18-10 austenitic steel substrates by PVD technology. Hardness and Young's modulus of coatings, evaluated by nanoindentation, were within the 26–32 GPa, and 330–360 GPa ranges, respectively. Analysis of the adhesion of the coating to the substrate was carried out based on the results of the scratch test. The highest critical load values of LC1 and LC2 were measured for the 1.4 μm thick coating. Tribological tests performed using a ball-on-disc tribotester showed that the wear resistance increases with coating thickness. This was accompanied by a reduction of the coefficient of friction from 0.22 to 0.17.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych powłok ZrN pozwalające określić ich wytrzymałość i odporność na zużycie. Badania przeprowadzono dla powłok ZrN o grubościach 1, 1,4 i 2 μm osadzonych na podłożach ze stali austenitycznej X5CrNi18-10 metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD. Metodą nanoindentacji określono twardość i moduł sprężystości powłok wynoszące odpowiednio 26–32 GPa oraz 330–360 GPa. Analizę wytrzymałości połączenia powłok z podłożem oparto o wyniki testu zarysowania. Najwyższe wartości obciążeń krytycznych LC1 i LC2 zmierzono dla powłoki o grubości 1,4 μm. Testy tribologiczne wykonane w styku kula-tarcza wykazały, że odporność na zużycie powłok rośnie wraz z grubością. Towarzyszy temu zmniejszenie wartości współczynnika tarcia z 0,22 do 0,17.

9

Badanie wpływu kulowania na właściwości mechaniczne kompozytu polimer-grafen

Makuch A., Mońka G., Grzelak K., Trzaska M., Skalski K., Torzewski J.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 4

19--27

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych wpływu parametrów kulowania kompozytu poliamid-grafen (1% wag.) wytwarzanego w technice szybkiego prototypowania – Selective Laser Sintering – na właściwości mechaniczne warstwy wierzchniej materiału kompozytowego na poziomie mikrostrukturalnym. Ich oceny dokonywano metodą nanoindentacji. W przeprowadzonym eksperymencie stosowano różne wielkości śrutu (0,4; 0,8 i 1,2 mm), ciśnienia powietrza (0,1; 0,25 i 0,35 MPa), a także czasy śrutowania (180 i 240 s). Badania prowadzono przy stałej odległości dyszy od powierzchni. Dzięki przeprowadzeniu procesu kulowania śrutem o średnicy 0,4 mm przy ciśnieniu p = 0,35 MPa przez 180 s uzyskano największą poprawę twardości w stosunku do materiału tylko po procesie selektywnego spiekania laserowego.

EN

The article presents the results of the experimental studies concerning the effect of the shot peening parameters of the polyamide-graphene composite (1% by weight), manufactured by the rapid prototyping technique – Selective Laser Sintering – on the mechanical properties of the top layer of the composite material at the level of microstructure. Their evaluation was carried out using the nanoindentation method. In the experiment, different shot sizes (0.4, 0.8 and 1.2 mm), air pressure (0.1, 0.25 and 0.35 MPa) and also shot peening times (180 and 240 s) were used. The tests were carried out at a constant nozzle distance from the surface. Due to conducting the process of shot peening with the 0.4 mm-diameter shot, at the pressure p = 0.35 MPa, for 180 s, the greatest improvement of hardness in relation to the material was obtained only after the process of selective laser sintering.

10

The influence of the cumulated deformation energy in the measurement by the DSI method on the selected mechanical properties of bone tissues

Makuch A. M., Skalski K. R., Pawlikowski M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 2

89--91

EN

Purpose: The goal of the study was to determine the influence of DSI test conditions, i.e. loading/ unloading rates, hold time, the value of the maximum loading force on selected mechanical properties of trabecular bone tissue. Methods: The test samples were resected from a femoral head of a patient qualified for a hip replacement surgery. During the DSI tests hardness (HV, HM, HIT) and elastic modulus (EIT) of trabecular bone tissue were measured using the Micro Hardness Tester (MHT, CSEM). Results: The analysis of the results of measurements and the calculations of total energy, i.e. elastic and inelastic (Wtotal,Welastic,Winelastic) and those of the parameters of hardness and elasticity made it possible to assess the impact of the process parameters (loading velocity, force and hold time) on mechanical properties of bone structures at a microscopic level. Conclusions: The coefficient k dependent on the ratio EIT / HIT and on the stored energy (ΔW = Wtotal- Welastic) is a measure of the material reaction to the loading and the deformation of tissue.

11

Analysis of the possibility of assessing the ability to strengthen of the selected materials in the study indentation

Makuch A., Grygiel D.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

nr 3

39--44

EN

This work undertakes the problem of the possibility of assessing the ability to strengthen of the materials with very different hardness, i.e. copper, ordinary steel, silicon carbide and zirconium oxide. Measurements of parameters of hardness and elasticity by means of the DSI method were conducted under constant conditions of the indentation process of Vickers indenter into the sample material. On the basis of the curves of power P-h (loading/unloading power as the function of depth) the work of elastic, inelastic and total deformation was determined, and then the coefficient k, which is postulated in Oliver Pharr's works as a measure of the ability of materials to strengthen, was determined.

PL

W pracy podjęto problem możliwości oceny zdolności do umocnienia materiałów o bardzo zróżnicowanej twardości, tj. miedzi, stali zwyklej, węglika krzemu i tlenku cyrkonu. Wykonano pomiary parametrów twardości i sprężystości metodą DSI przy stałych warunkach procesu zagłębiania się wgłębnika Vickersa w próbki materiału. Na podstawie krzywych energetycznych P-h (silą obciążania/odciążania w funkcji głębokości) wyznaczono pracę odkształcenia sprężystego, niesprężystego, całkowitego, a następnie wyznaczono wskaźnik k, który jest postulowany w pracach Oliviera-Pharra jako miara zdolności do umocnienia materiałów.

12

A minimal gradient-enhancement of the classical continuum theory of crystal plasticity. Part II: Size effects

Stupkiewicz S., Petryk H.

Archives of Mechanics

|

2016

|

Vol. 68, nr 6

487--513

EN

In our previous paper, a simple gradient-enhancement of the classical continuum theory of plasticity of single crystals deformed by multislip has been proposed for incorporating size effects. A single internal length scale has been derived as an explicit function of the flow stress defined as the isotropic part of critical resolved shear stresses. The present work is focused on verification whether the simplifications involved are not too severe and allow satisfactory predictions of size effects. The model has been implemented in a finite element code and applied to three-dimensional simulations of fcc single crystals. We have found that the experimentally observed indentation size effect in a Cu single crystal is captured correctly in spite of the absence of any adjustable length-scale parameter. The finite element treatment relies on introducing non-local slip rates that average and smoothen on an element scale the corresponding local quantities. Convergence of the finite element solution to the analytical one is also verified for the one-dimensional problem of a boundary layer formed at a constrained interface.

13

A numerical study on indentation properties of cortical bone tissue : Influence of anisotropy

Demiral M., Abdel-Wahab A., Silberschmidt V.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 2

3--14

EN

Purpose: The purpose of this study is to investigate the effect of anisotropy of cortical bone tissue on measurement of properties such as direction-dependent moduli and hardness. Methods: An advanced three-dimensional finite element model of microindentation was developed. Different modelling schemes were considered to account for anisotropy of elastic or/and plastic regimes. The elastic anisotropic behaviour was modelled employing an elasticity tensor, and Hill’s criteria were used to represent the direction-dependent post-yield behaviour. The Oliver–Pharr method was used in the data analysis. Results: A decrease in the value of the transverse elasticity modulus resulted in the increased material’s indentation modulus measured in the longitudinal direction and a decreased one in the transverse direction, while they were insensitive to the anisotropy in post-elastic regime. On the other hand, an increase in plastic anisotropy led to a decrease in measured hardness for both directions, but by a larger amount in the transverse one. The size effect phenomenon was found to be also sensitive to anisotropy. Conclusions: The undertaken analysis suggests that the Oliver–Pharr method is a useful tool for first-order approximations in the analysis of mechanical properties of anisotropic materials similar to cortical bone, but not necessarily for the materials with low hardening reserves in the plastic regime.

14

Influence of the welding process on martensitic high strength steel

Hanus P., Konecny M.

Production Engineering Archives

|

2014

|

Vol. 3, No. 2

31--34

EN

The subject of the study is martensitic 22MnB5 steels, which are used in the automotive industry. The main purpose of the performed analyses is a study of strength differences in heat affected zones of the spot welding. For the needs of the strength decrease assessment, the critical layer of the heat affected area was experimentally simulated. The aim of the work is to determine the most suitable methodology for evaluating the local changes of the elastic-plastic material response. The aim of this work is to determine the optimal methods for the determination of the yield strength and to find a firming trend in these zones.

15

Characterization of composite laminates subjected to repeated indentation

Kumar M. A., Prasad A. M. K., Ravishankar D. V., Giridhar G.

Advances in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, nr 2(40)

46--56

EN

The effect of the fiber orientation in a laminate is investigated experimentally when subjected repeated quasistatic indentation. All the laminates with different fiber orientation are subjected to indentation with a stainless steel spherical indenter of diameter 8.0mm on a universal testing machine for a maximum indenter displacement of 4mm. The rate of indenter displacement was 0.5mm/minute. Different parameters like load bearing capacity, indentation diameter, area of surface damage, etc., were recorded after 4mm of indenter displacement. All the parameters were studied and compared to evaluate the laminate with high strength.

16

Classification of internal damages of the sample with a layer based on acoustic emission and microscopic observations

Piątkowska A., Kucharski S.

Diagnostyka

|

2012

|

nr 4(64)

49-53

EN

An acoustic emission (AE) method was used to detect internal damages of diamond-likecarbon (DLC) thin layer deposited on silicon substrate. The AE signals were recorded during the entire indentation test using a broadband piezoelectric microsensor with measuring range 80Hz-1950kHz. Depending on the indenter's load, observations of surface by scanning electron microscopy (SEM) did not reveal any damage or showed single small cracks in the Vickers impression area. Therefore, it was assumed that the majority of the AE pulses originate from internal damages. Using the method of Focused Ion Beam (FIB) ion milling, indenter impression cross sections were performed. In this way, internal damages caused by indentation, such as decohesion of DLC-layer, DLC-layer cracking and the Si-substrate cracking, were revealed. As a result of microscopic and AE signal data comparison, it was possible to identify the type of failure and to describe the progress of damage during indentation. The results will be helpful in the selection of parameters during hardness tests of layered materials and in the analysis of the strength properties of the samples with layers.

PL

W niniejszej pracy metoda pomiarów emisji akustycznej (EA) została zastosowana do detektowania wewnętrznych uszkodzeń cienkiej warstwy DLC nałożonej na krzemowe podłoże. Uszkodzenia realizowane były w teście indentacji, a rejestracji sygnałów EA dokonywano podczas całego procesu obciążania i odciążania wgłębnika Vickersa. W zależności od wielkości maksymalnego obciążenia na powierzchni odcisków obserwowano za pomocą mikroskopu skaningowego brak bądź występowanie małych pęknięć warstwy DLC. Zarejestrowane sygnały EA pochodziły głównie z uszkodzeń wewnętrznych, które były ujawnianie za pomocą trawienia wiązką jonów. Zaobserwowano uszkodzenia różnego rodzaju, takie jak dekohezja i pęknięcia lateralne warstwy i/lub podłoża. Za pomocą parametrów sygnału EA możliwe było określenie rodzaju oraz zasięgu wewnętrznych uszkodzeń.

17

Determination of mechanical properties of the weld zone in tailor-welded blanks

Rojek J., Hyrcza-Michalska M., Bokota A., Piekarska W.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 2

156--162

EN

Mechanical properties of the weld zone are necessary for accurate modeling of forming processes involving tailor-welded blanks (TWB). Tailored blanks are usually produced by laser welding. Due to small size of the weld cross-section it is not possible to use standard tests to determine mechanical properties of the weld zone in tailor-welded blanks. Special testing procedures must be employed. This paper presents different methods which can be used to determine mechanical properties of the weld zone in tailor-welded blanks. Methods based on experimental tests as well as those combining experimental procedures with numerical studies are described. The presented methods include uniaxial tension tests, microhardness tests and indentation tests combined with inverse numerical analysis. The stress–strain relationships for the weld zone in a steel laser welded blank obtained using different methods have been compared with one another.

18

Modelowanie i badania eksperymentalne pękania cienkich powłok ceramicznych i węglowych

Kot M., Rakowski W., Major Ł., Indyka P.

Tribologia

|

2011

|

nr 5

101-108

PL

Praca zawiera analizę deformacji i naprężeń prowadzących do niszczenia układów powłoka–podłoże przez odkształcenia plastyczne podłoża i pękanie twardych powłok. Do analizy wykorzystano obliczenia numeryczne metodą elementów skończonych oraz wyniki testów indentacyjnych. Badano powłoki ceramiczne TiN oraz węglowe a-C:H nałożone na stalowe podłoża. Określono obciążenia prowadzące do powstawania charakterystycznych form niszczenia oraz towarzyszący im stan naprężeń. Wpływ mikrostruktury powłok na powstawanie i propagację pęknięć badano z użyciem mikroskopii SEM i TEM.

EN

In article consideration about deformations and failure of coating-substrate system by plastic deformation of substrate and coatings fracture were presented. Analysis were based on FEM modelling and spherical microindentation results. Such complex analysis allow to determine critical loads and corresponding stress distribution leading to coatings fracture. Ceramic TiN and carbon a-C:H coatings deposited on X10CrNi 18-8 steel substrates were under consideration. It was found that tensile stress on the coatings surfaces, caused formation of first annular cracks, is ?R = 6.5 i 2.4 GPa for TiN and a-C:H coatings respectively. SEM and TEM microscopic investigations have shown great impact of coating microstructure on trough thickness crack propagation.

19

Analiza właściwości mechanicznych układów powłoka-podłoże z użyciem metody indentacji z wykorzystaniem wgłębników o różnej geometrii

Kot M.

Tribologia

|

2011

|

nr 2

47-60

PL

W pracy przedstawiono wyniki testów indentacyjnych wykonanych trzema wgłębnikami o różnej geometrii wraz z ich interpretacją dla powłok TiN, CrN i a-C:H nałożonych na miękkim podłożu stalowym. Wyniki badań wskazują, że największe obciążenie do zniszczenia na skutek pękania może przenieść powłoka CrN, a najmniejsze powłoka a-C:H. Natomiast najsztywniejsza powłoka TiN w największym stopniu zabezpiecza podłoże przed odkształceniami plastycznymi, co jest szczególnie widoczne dla kontaktu z wgłębnikiem o najmniejszym promieniu zaokrąglenia. Przedstawiona analiza, oparta na transformacji krzywych indentacyjnych na krzywe naprężenie-odkształcenie, umożliwia tworzenie map deformacji i niszczenia w wyniku kruchego pękania złożonych układów po włoka-podłoże.

EN

Load bearing capacity of coating-substrate systems can be found from indentation experiments using different indenter geometry by transforming the load-depth indentation diagram to stress-strain diagram. In article consideration about deformations and failure of coating-substrate system were presented using results of TiN, CrN and a-C:H coatings deposited on X10CrNi 18-8 steel substrates. Critical loads leading to plastic deformation of steel substrate and coating fracture have been evaluated. Determination of these parameters allow to make deformation and fracture map for tested system. Such a maps can be useful for optimization of coating material and thickness for selected applications.

20

Lokalny efekt pamięci kształtu w stopie NiTi przed i po implantacji jonowej

Levintant-Zayonts N., Kucharski S.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 5

855-861

PL

W pracy zastosowano metodę implantacji jonowej (jako techniki konstytuowania warstw wierzchnich) do modyfikacji własności stopu z pamięcią kształtu (SMA - Shape Memory Alloy) NiTi w postaci martenzytycznej. Przedmiotem badań było określenie zmian własności układu "warstwa implantowana + rdzeń" (rys. 2), powstałego po implantacji azotem (1×1018 j/cm2, 65 keV) stopu NiTi oraz określenie wpływu implantacji jonowej na własności lokalnego efektu pamięci kształtu (EPK). Przedstawiono badania wybranych charakterystyk funkcjonalnych: wartości charakterystycznych temperatury implantowanego stopu NiTi, a także zmian trwałych odkształceń w zależności od temperatury. Wykorzystano test mikroindentacji i profilometrii skaningowej. Metodą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) badano mikrostrukturę stopu NiTi, a pomiary RBS zastosowano do oszacowania profili koncetracji pierwiastków po implantacji jonowej. W pracy potwierdzono, że zachowanie materiału NiTi bardzo zależy od temperatury. Pokazano również, że test wgniatania wgłębnika kulistego w powierzchnię może posłużyć do identyfikacji implantowanej warstwy.

EN

Extraordinary shape memory and superelastic properties of Shape Memory Alloy (SMA) are a result of the reversible martensitic transformation effect. Problem of improving of the surface protective properties and maintenance of functional properties of SMAs is the most acute for potential applications of this material and is a subject of research and development. This paper presents a changes of selected mechanical properties of shape memory NiTi alloy surface after nitrogen ion implantation treatment with dose 1×1018 j/cm2 and beam energy 65 keV. For these investigations we used a combination of spherical microindentation and scanning profilometry tests. DSC technique was used to determine critical temperatures of phase transformation of non-implanted and ion implanted NiTi samples. In our studies we consider the "implanted layer+substrate" composites (Fig. 2). We applied the TEM and RBS techniques to investigation the depth distributions of implanted and basic atoms and microstructure of NiTi.