Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Electrodynamic treatment of structural elements made of aluminium and magnesium alloys

Lobanov Leonid M., Pashchin Nikolaj A., Kondratenko Igor P., Sidorenko Yuriy M., Ustimenko Pawel R.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2021

|

Vol. 65, No. 2

17--30

EN

The article discusses the electrodynamic treatment (EDT) of thinwalled welded structures and EDT equipment, presents results of mathematical modelling concerning the effect of EDT on stresses in welded sheets made of aluminium alloy AMg6 as well as discusses the effect of EDT on the plastic strain mechanism. In addition, the article presents tests results concerning the effect of EDT during the welding of ship structures made of AMg6 plates and discusses the role of EDT in bulge formation. In addition, the article discusses the application of EDT during the repair welding of aero-engine nacelles made of magnesium alloy ML10 and the effect of EDT on openings in an airplane wing stinger in relation to its service life.

PL

Omówiono zasadę obróbki elektrodynamicznej (EDT) cienkościennych konstrukcji spawanych i opracowaną aparaturę do EDT. Przedstawiono wyniki modelowania matematycznego wpływu EDT na stan naprężenia spawanej płyty ze stopu AMg6 oraz badań wpływu elektrodynamicznych oddziaływań na mechanizm odkształcenia plastycznego. Podano wyniki wpływu EDT na odkształcenia typu wybrzuszenie powstające podczas spawania konstrukcji okrętowych z blach AMg6. Omówiono przykład zastosowania EDT podczas spawania naprawczego gondoli silnika lotniczego z stopu magnezu ML10 oraz wpływ EDT otworów podłużnicy skrzydła samolotu na trwałość zmęczeniową.

2

Wpływ dokładności wykonania elementów połączenia zatrzaskowego na przebieg montażu

Kuczmaszewski J., Pieśko P., Zawada-Michałowska M., Sadowski T., Łogin W.

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2017

|

nr 4

27--31

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu dokładności wykonania elementów połączenia zatrzaskowego na przebieg montażu, a w szczególności na wartości sił zamykających. Jednym z najbardziej efektywnych i łatwych sposobów łączenia elementów jest połączenie zatrzaskowe, które jest stosowane do montażu struktur wielkogabarytowych. W ramach pracy opracowano i przebadano przebieg montażu w aspekcie dokładności wykonania elementów mechanicznego połączenia, które wykonano z dwóch materiałów tj.: stopu aluminium EN AW-2024 (pokrywa) oraz kompozytu polimerowego (podstawa) na osnowie żywicy epoksydowej wzmacnianej włóknem szklanym (TSE). Na podstawie przeprowadzonych badań zauważono, że w aluminiowej pokrywie występują plastyczne deformacje elementów zatrzasku, objawiające się zwiększeniem jego średnicy w górnej części. Może to wynikać z zalegania naprężeń własnych powstałych zarówno w procesie wytwarzania półfabrykatu (efekt historii technologicznej), jak i wygenerowanych podczas obróbki skrawaniem. Dodatkowo w trakcie zamykania połączenia zauważono charakterystyczny podział na trzy etapy: w pierwszym zaobserwowano wyraźny wzrost siły niezbędnej do uzyskania wymaganego odkształcenia sprężystego, następnie stabilizację siły wciskania oraz ostatecznie gwałtowny wzrost wynikający z całościowego odkształcania konstrukcji. Początkowe rozbieżności w wartościach siły zamykającej są prawdopodobnie rezultatem różnic w wartościach odchyłek wykonania otworów w podstawie. Wykonana analiza pozwala stwierdzić, iż mierzone wartości odchyłek wymiarów mieszczą się w założonych tolerancjach, co oznacza, że mechaniczne połączenie zatrzaskowe zostało zaprojektowane i wykonane poprawnie.

EN

The paper presents an analysis of influence of machining accuracy of snap fit joint elements on assembly process, in particular on values of closing forces. One of the most effective and easy ways to bind elements is a snap fit joint which is used for the assembly of large-size structures. As a part of experimental study assembly process was developed and studied in aspect of machining accuracy of elements of mechanical joint. They are made of two materials i.e.: aluminum alloy EN AW-2024 (cover) and polymer composite (base). It has an epoxy resin matrix and is reinforced with glass fibres (TSE). Based on the conducted study, it has been noted that in aluminum cover are plastic deformations of snap elements, showing by increasing its diameter at the upper part. It can be result of internal stresses created in both blank manufacturing process (effect of technological history), and generated during machining. Additionally, du ring binding characteristic division into three phases has been observed: at first, clear increase of force necessary to achieve the required elastic deformation, then force stabilization and finally a sharp increase due to deformation of overall structure. Initial differences in the values of closing force are probably the result of differences in deviation values of performed holes in the base. The conducted analysis leads to the conclusion that the measured deviation values of dimensions fit in the established tolerances, which means that the mechanical snap fit joint was designed and manufactured properly.

3

Static analysis of rear suspension beam loading in a polish combine harvester

Bartoszuk M., Winiarski P., Nosol A.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2017

|

Vol. 62, nr 2

7--11

EN

This article shows the static analysis of rear suspension beam loading in a combine harvester manufactured by New Holland Bizon Sp. z o.o. The model of the examined machine with thresher rotor (Z110 model) was being manufactured until 2001, and further modifications of combine harvesters with the mentioned threshing system are being made so far [1]. The research conducted with the use of programs: Inventor 2017 for generating the digital model and Nastran In-CAD 2017 for simulation calculations. The aim of this article is to analyze and evaluate the accuracy of the combine harvester Bizon Z110 construction. The findings of the study suggest a possibility of stress accumulation in welded joints of construction. In result, solutions to the described problems were provided.

PL

Niniejszy artykuł przedstawia analizę statyczną belki nośnej wózka tylnego kombajnu zbożowego produkowanego przez New Holland Bizon Sp. z o.o. Model analizowanej maszyny o omłocie rotorowym (wersji Z110) był produkowany do 2001 roku, a kolejne modyfikacje kombajnów zbożowych o wspomnianym systemie omłotowym produkowane są do chwili obecnej [1]. Do badań wykorzystano: pakiet Inventor 2017 dla wygenerowania modelu numerycznego, natomiast do obliczeń symulacyjnych - Nastran in Cad 2017. Celem artykułu jest analiza i ocena prawidłowości konstrukcji ramy kombajnu zbożowego Bizon Z110. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość kumulowania się naprężeń w węzłach spawanych ramy. W konsekwencji zaproponowano możliwość rozwiązania opisywanych problemów.

4

Application of the Mathar method to identify internal stress variation in steel as a welding process result

Kowalski D.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2017

|

No. 25(2)

125--136

EN

The paper deals with the method to identify internal stresses in two-dimensional steel members. Steel members were investigated in the delivery stage and after assembly, by means of electric-arc welding. In order to perform the member assessment two methods to identify the stress variation were applied. The first is a non-destructive measurement method employing local external magnetic field and to detecting the induced voltage, including Barkhausen noise The analysis of the latter allows to assess internal stresses in a surface layer of the material. The second method, essential in the paper, is a semi-trepanation Mathar method of tensometric strain variation measurement in the course of a controlled void-making in the material. Variation of internal stress distribution in the material led to the choice of welding technology to join. The assembly process altered the actual stresses and made up new stresses, triggering post-welding stresses as a response for the excessive stress variation.

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie metod identyfikacji stanu naprężeń wewnętrznych występujących w płaskich materiałach stalowych. Materiał stalowy blachy badany był w stanie dostawy oraz po procesie jego łączenia za pomocą elektrycznego spawania łukowego. Do oceny stanu naprężeń wewnętrznych w badanych elementach wykorzystano dwie metody identyfikacji zamiany tego stanu. Pierwszą, była nieniszcząca metoda badawcza oparta na pomiarach z wykorzystaniem lokalnego, zewnętrznego pola magnetycznego i pomiarze wyindukowanego napięcia, które zawiera szum Barkhausena. Na podstawie jego analizy można określić stan naprężeń wewnętrznych materiału jaki występuje w jego przypowierzchniowej warstwie. Drugą była opisana w niniejszym artykule, metoda półtrepanacyjna Mathara, polegająca na tensometrycznym pomiarze zmiany odkształceń badanego materiału w trakcie powstawania kontrolowanego ubytku materiału w postaci wierconego otworu nieprzelotowego. Fakt zmiany rozkładu naprężeń wewnętrznych w badanym materiale wynikał zastosowanego sposobu połączenia elementów poprzez spawanie. Proces łączenia elementów płaskich spowodował powstanie nowego oraz zmianę istniejącego rozkładu naprężeń wewnętrznych. Proces spawalniczy wygenerował również odkształcenia pospawalnicze w łączonych elementach, które są odpowiedzią na nadmierną ich zmianę naprężeń wewnętrznych.

5

Finite Element Prediction for the Internal Stresses of (Ti,Al)N Coatings

Żukowska L. W., Śliwa A., Mikuła J., Bonek M., Kwaśny W., Sroka M., Pakuła D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

149--152

EN

The general topic of this paper is the computer simulation with use of finite element method (FEM) for determining the internal stresses of selected gradient and single-layer PVD coatings deposited on the sintered tool materials, including cemented carbides, cermets and Al2O3+TiC type oxide tool ceramics by cathodic arc evaporation CAE-PVD method. Developing an appropriate model allows the prediction of properties of PVD coatings, which are also the criterion of their selection for specific items, based on the parameters of technological processes. In addition, developed model can to a large extent eliminate the need for expensive and time-consuming experimental studies for the computer simulation. Developed models of internal stresses were performed with use of finite element method in ANSYS environment. The experimental values of stresses were calculated using the X-ray sin2ψ technique. The computer simulation results were compared with the experimental results. Microhardness and adhesion as well as wear range were measured to investigate the influence of stress distribution on the mechanical and functional properties of coatings. It was stated that occurrence of compressive stresses on the surface of gradient coating has advantageous influence on their mechanical properties, especially on microhardness. Absolute value reduction of internal stresses in the connection zone in case of the gradient coatings takes profitably effects on improvement the adhesion of coatings. It can be one of the most important reasons of increase the wear resistance of gradient coatings in comparison to single-layer coatings.

6

Badania struktury i naprężeń własnych w grzybkach zaworów silników spalinowych

Samolczyk J., Pachutko B., Gralak E., Woźniak H.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 3

219--228

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na talerzykach zaworów w stanie przed nałożeniem i po nałożeniu powłoki chromowej na trzonek zaworu silnika spalinowego. Badane zawory silnikowe wykonano w całości ze stali zaworowej X45CrSi9-3 (1.4718) w procesie elektrospęczania i procesie kucia na gorąco. Fazowany pręt jest nagrzewany indukcyjnie i spęczany, a po tym zabiegu umieszczany jest w matrycy i odkuty. Tak przygotowany zawór trafia do pieca, gdzie jest wygrzewany w temperaturze 800oC w celu usunięcia naprężeń, jakie powstały podczas procesu kucia. Ostatnią z operacji jest proces indukcyjnego hartowania przylgni talerzyka, który ma na celu zwiększenie twardości tego elementu [1–3]. Kształtowanie zaworów z wykorzystaniem procesu elektrospęczania i kucia na gorąco mimo, że od dawna jest powszechnie stosowane, to często nastręcza producentom silników wiele trudności technologicznych. Przeprowadzono pomiary naprężeń własnych metodą rentgenowską, badania mikro-struktury za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz pomiary twardości. Uzyskano informacje, czy proces technologiczny wpływa na powstawanie dużych dodatnich naprężeń własnych; odkształcanie na gorąco i prędkość odkształcenia wywołują niejednorodność mikrostruktury i są źródłem naprężeń własnych w przekroju poprzecznym talerzyka zaworu. Stwierdzono, że nie ma istotnych różnic w stanie naprężeń własnych, powstałych na skutek zmian strukturalnych w talerzyku zaworu, w stanie przed nałożeniem i po nałożeniu powłoki chromowej na trzonek zaworu.

EN

The present paper presents the results of studies conducted on valve disks before and after deposition of a chromium coat onto the stem of an ICE poppet valve. Studied poppet valves were made entirely of X45CrSi9-3 valve steel (1.4718) in the process of electro-upsetting and in the process of hot forging. A chamfered rod is heated by induction and upset forged, and after this process, it is placed in a die and forged. A valve prepared in this way is placed in a furnace, where it is held at a temperature of 800oC in order to remove stresses created during the forging process. The final operation is the process of quenching the seat face of the disk by induction, which has the purpose of increasing the hardness of this component [1–3]. Despite the fact that valve shaping using the electro-upsetting and hot forging process has been universally applied for a long time, it often poses many technological difficulties for engine manufacturers. Measurements of internal stresses were conducted using the X-ray method, microstructure investigations were carried out using a scanning electron microscope, and hardness measurements were conducted. Information was obtained on whether the technological process has an impact on the creation of large positive internal stresses; hot deformation and strain rate cause heterogeneity of the microstructure and are the source of internal stresses in the valve disk’s cross-section. It was stated that there are not significant differences in the state of internal stresses created as a result of structural changes in the valve disk, in a state before and after deposition of a chromium coat onto the valve stem.

7

Metoda identyfikacji naprężeń wewnętrznych w półfabrykacie osiowosymetrycznym do obróbki ubytkowej

Otko T.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 8-9CD2

63--70

PL

Półfabrykaty przedmiotów przeznaczonych do dokładnego kształtowania metodą obróbki ubytkowej częstokroć mają naprężenia wewnętrzne pozostałe po wcześniej prowadzonych zabiegach cięcia i obróbki plastycznej. Naprężenia te rezydują, w ustalonym stanie równowagi, w całej objętości materiału surówki. Usunięcie naddatku obróbkowego wiąże się ze zmianą tego stanu równowagi i odkształceniami przedmiotu, które zaburzają dokładność wymiarowo-kształtową nadaną w procesie dokładnej obróbki ubytkowej. W pracy podjęto próbę identyfikacji naprężeń wewnętrznych w półfabrykacie, polegającą na beznaprężeniowym usunięciu naddatków obróbkowych i określeniu wpływu tego zabiegu na odkształcenia powierzchni istotnych z punktu widzenia tolerancji wymiarowo-kształtowych przedmiotu.

EN

Semi-manufactured parts dedicated for precise machining often have internal stresses which have remained after previous cutting and plastic processing. These stresses reside in a fixed state of balance over the entire volume of the workpiece. Removal of the machining allowance is associated with a change in the state of balance and deformation of the workpiece, which affect its dimensional and shape accuracy. The study, involving non-stress removal of precisely defined volume of the machining allowance and determination of the impact of this treatment on the deformation of the workpiece surface is presented. It is important from the point of view of dimensional tolerance of the axially symmetrical workpiece, finally processed by turning.

8

Analiza stanu naprężeń własnych w odlewach segmentu aparatu kierującego turbiny silników lotniczych

Kocurek P., Nawrocki J., Kubiak K., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 3

129--133

PL

W pracy przedstawiono analizę stanu naprężeń własnych w warstwie wierzchniej odlewu segmentu aparatu kierującego turbiny silnika lotniczego. Odlew segmentu wykonano z nadstopu niklu MAR 247. Stosowano wielowarstwowe formy ceramiczne glinokrzemianowe. Pomiar naprężeń własnych metodą dyfrakcji rentgenowskiej prowadzono na dyfraktometrze umożliwiającym bezpośredni pomiar na odlewie. W warstwie wierzchniej piór segmentu stwierdzono występowanie naprężeń własnych w zakresie wartości od –11 do 82 MPa — głównie rozciągających. Strefa naprężeń własnych o największej wartości od 79 do 82 MPa występuje w pobliżu pierścienia wewnętrznego. Duże różnice wartości naprężeń własnych na poszczególnych częściach odlewu wskazują na niejednorodny przebieg procesu krystalizacji odlewu, co głównie jest związane z jego złożoną geometrią.

EN

The paper presents analysis of the residual stress distribution in the surface layer of the vane segment casting. Cast segment was made of MAR 247 nickel superalloy. Multilayer aluminosilicate ceramic forms were used. The measurement of residual stresses was carried out directly in the surface layer of vane segment by X-ray diffraction method. In the surface layer of vane segment airfoil, mainly tensile stresses were found in the range of –11 to 82 MPa. The highest values of tensile stress ranging from 79 to 82 MPa were measured in the area of internal ring. Large differences in values of residual stress indicate inhomogeneity of crystallization process mainly due to complex geometry of the casting.

9

Mechanical properties of antiwear Cr/CrN multi-module coatings

Ratajski J., Gilewicz A., Bartosik P., Szparaga Ł.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 75, nr 1

35--45

EN

Purpose: The goal of this paper is to investigate the influence of thicknesses of Cr and CrN layers in Cr/CrN module of multi-module coatings, on their mechanical properties. Design/methodology/approach: The objects of research are systems composed of steel substrate and Cr/CrN multi-module coatings, deposited using PVD (Physical Vapour Deposition) method, via CAE (Cathodic Arc Evaporation) technique. Mechanical properties of the substrate/coating systems were determined using scratch test, Vickers indentation, while wear of the systems was investigated via ball on disk method. Internal strain and stress states in substrate/coating systems, arising during indentation, were calculated using FEM (Finite Element Method) computer model. Findings: For two different geometries of Cr/CrN multi-module coatings mechanical properties (hardness, fracture toughness, wear and adhesion forces) were examined. Additionally, in Rockwell indentation test, the states of first principal stress and effective plastic strain states were calculated. Research limitations/implications: The coatings were deposited using CAE, which results in occurrence of various defects (eg. droplets) inside coatings. This fact has its consequences, ie. perturbations in layers structure, resulting in stochastic, spatial changes of physico-chemical properties of the coatings. This defects may be reduced by special modifications of CAE (eg. active filters) techniques, but the overall mechanical properties of the coatings will not be highly improved. Practical implications: Investigations of the influence of architecture and geometry of multi-module Cr/CrN coatings on their mechanical properties is crucial, because of their wide range of industry applications. Originality/value: The main value of the paper is an experimental case study of mechanical properties of Cr/CrN multi-module coatings referenced to CrN/CrCN coatings. Moreover, using FEM model of the indentation, the differences between residual stresses and strains were discussed.

10

Naprężenia własne w spawanym połączeniu przegubowym koparki

Król R.

Logistyka

|

2014

|

nr 3

3335--3345

PL

Jednym z zadań logistyki jest zapewnienie efektywnego przepływu surowców z punktu pochodzenia do punktu konsumpcji. Realizacja tych zadań wiąże się z użytkowaniem maszyn roboczych. Oprócz maszyn realizujących transport surowców użytkowane są także maszyny realizujące załadunek jak np. koparki. Wytwarzanie węzłów konstrukcyjnych maszyn roboczych wymaga zastosowania procesu spawania łukowego, które wprowadza do konstrukcji naprężenia własne mogące przekraczać granicę plastyczności. W artykule przedstawiona została metoda zmniejszania naprężeń własnych w spoinach połączeń przegubowych przez przeciążenie. Naprężenia własne po spawaniu osiągające 1.14 Re udało się zmniejszyć do 0.81 Re po przeciążeniu siłą 106 kN oraz do 0.58 Re po przeciążeniu siłą 150 kN. Przeciążenie wpływa najbardziej na zmniejszenie się składowej wzdłużnej tensora naprężeń. Obliczenia procesu spawania oraz przeciążenia wykonane zostały przy użyciu oprogramowania MSC Marc oraz MSC Patran z wykorzystaniem metody elementów skończonych.

EN

One of the tasks of logistics is to ensure the effective flow of raw materials from point of origin to point of consumption. Realization of these tasks involves the use of building machines. In addition to the machines performing transportation of raw materials, loading machines such as excavators are also used. Production of construction joints of building machines require the use of arc welding processes. Welding causes high level residual stresses which can exceed the yield stress. This article presents method of decreasing residual stresses in welds of the articulated excavator joints by overloading. Residual stresses after welding process, which reach 1.14 Re have been reduced to 0.81 Re after overloading with force 106 kN and to 0.58 Re after overloading with force 150 kN. Overloading influence the most decrease of longitudinal residual stress. Analysis of welding process and overloading has been performed using MSC Marc and MSC Patran finite element software.

11

Nieniszczące badania naprężeń własnych i grubości warstwy azotowanej w matrycy do kucia pierścieni synchronizatorów przed oraz po eksploatacji

Pachutko B., Samolczyk J., Meller G.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2013

|

T. 24, nr 1

15--29

PL

W artykule przedstawiono wyniki nieniszczących badań naprężeń własnych metodą rentgenowską sin2Ψ oraz grubości warstwy azotowanej metodą prądów wirowych w matrycy nr 682/99 do kucia pierścieni synchronizatorów, nowej i po eksploatacji. Nowa matryca charakteryzowała się naprężeniami ściskającymi o wartości na poziomie ok. 500 MPa. W wyniku procesu kucia 3500 odkuwek pierścieni nastąpiła zmiana naprężeń na rozciągające o wartości na poziomie ok. 140 MPa. Zmiana znaku i wartości naprężeń spowodowana była zużyciem powierzchni roboczej wskutek niemal całkowitego starcia warstwy azotowanej oraz zmęczenia cieplnomechanicznego materiału matrycy w badanych obszarach. Zużycie matrycy oceniono na podstawie badań metalograficznych matrycy po eksploatacji. Badania grubości warstwy azotowanej na matrycy nowej i po eksploatacji, przeprowadzone metodą prądów wirowych, potwierdziły skuteczność i selektywność układu pomiarowego przy zastosowanej częstotliwości prądu magnesującego

EN

The paper presents the results of non-destructive testing of internal stresses by the x-ray sin2Ψ method and the thickness of the nitrided layer by eddy current method in synchronizer ring forging die no.682/99, new and after exploitation. The new die was characterized by compressive stresses at the level of about 500 MPa. As a result of forging 3500 ring forgings, the stress has changed into tensile one with the value of about 140 MPa. The change of the stress sign an value was due to the wear of the working surface wear resulting from almost total tear-off of the nitrided layer and thermo-mechanical fatigue of the die material in the tested areas. The die wear has been assessed on the basis of metallographic examinations of the die after exploitation. Examination of the nitrided layer thickness before and after exploitation, performed by eddy current method has proved the effectiveness and selectiveness of the measurement system with the applied frequency of the magnetizing current.

12

Polioptymalizacja przeciwzużyciowych powłok gradientowych TiAlN/TiN

Szparaga Ł., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

547--550

PL

W pracy opisano procedurę polioptymalizacyjną wspomagającą dobór geometrii i własności materiałowych powłoki gradientowej TiAlN/TiN. W modelu matematycznym powłoka gradientowa jest reprezentowana przez tzw. funkcje przejścia, opisujące zmianę parametrów materiałowych warstwy przejściowej, takich jak moduł Younga, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz gęstość. Polioptymalizacja była prowadzona przy uprzednio zdeﬁniowanych ustalonych ciągłych obciążeniach zewnętrznych (tzw. obciążenia herzowskie), a przyjęte kryteria decyzyjne były funkcjami stanów naprężeń i odkształceń w powłoce i podłożu. Wykorzystując opracowaną procedurę polioptymalizacyjną, zostały określone optymalne wartości parametrów krzywizny funkcji przejścia pomiędzy warstwami TiAlN i TiN w powłoce gradientowej oraz zaproponowane zostały dwie metody analizy zbioru rozwiązań.

EN

In the paper polioptimization procedure of geometry and properties of TiA1N/ TiN gradient coatings was created. In the mathematical model gradient coatings were represented by transition functions. These functions are describing the change of layers materials' parameters, ie. Young's modulus, Poisson coefﬁcient, thermal expansion coefﬁcient and density. In the physical model used in polioptimization extemal loads were constant (herzian contact) and decisional criteria used in procedure were functions of the stresses and strains in the coating and substrate. Using created procedure optimal values of transition functions parameters were calculated. In addition two methods of analysis of solutions set were also described.

13

On transition functions and nonlinearity measures in gradient coatings

Ratajski J., Szparaga Ł.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 54, nr 1

83--92

EN

Purpose: In this paper the influence of the shape of transition functions between the single layers of multilayer coating on the final internal stresses states in the coating was investigated. Additionally the degree of nonlinearity and asymmetry of postulated gradient layers was calculated. Design/methodology/approach: Physical and mathematical models of the layers were created basing on classical theory of elasto-plastic materials. Computer model of the object (coating + substrate) describing internal strains and stresses states in layers, after deposition process, was created using FEM method. Findings: New concepts of nonlinearity and asymmetry measurability of transition function were introduced. Using predefined measures the dependence between internal stresses fields in postulated class of gradient layers and values of nonlinearity and asymmetry were obtained. Research limitations/implications: There are an infinite number of possible measures of heterogeneity and nonlinearity of the transition layers. Also there are infinitely many functions with the same measures of asymmetry and nonlinearity, but different mathematical forms, thus a functions of the same measures value form a kind of class of abstraction. So it is convenient to consider specific representatives of the given class and expand the obtained results to remaining representatives which is laborious and ambiguous task. Practical implications: Proposed measures of gradient layers will become a significant components of the PC software in future, which will upgrade the designing process of hard, wear resistant coatings architecture. Originality/value: A class of monotonic and asymmetric transition functions, describing continuous physico-chemical material’s parameters changes in each layer of K-layered coating was created. Also a new measures of nonlinearity and asymmetry of transition function were introduced.

14

Modelowanie stanów naprężeń w powłokach TiAlN/TiN/Cr z warstwami przejściowymi

Szparaga Ł., Ratajski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

622--625

PL

W pracy opisano wpływ zmiany właściwości elastoplastycznych warstwy TiAlN na stany naprężeń w wielowarstwowej powłoce przeciwzużyciowej TiAlN/TiN/Cr, powstające po procesie nanoszenia metodą łukową PVD. W modelu fizycznym powłoki założono ciągłą zmianę parametrów fizykochemicznych pomiędzy warstwami TiAlN/TiN. W tym celu utworzono niesymetryczną i ciągłą funkcję przejścia opisującą zmianę parametrów materiałowych warstw, takich jak moduł Younga, moduł umocnienia, współczynnik Poissona, współczynnik rozszerzalności cieplnej oraz gęstość. Określony został również ilościowy wpływ właściwości plastycznych warstwy TiAlN na stany naprężeń i odkształceń plastycznych w powłoce. Ponadto oceniono wpływ początkowego stanu naprężeń wewnętrznych w warstwie TiAlN na końcowy rozkład naprężeń w powłoce. W obliczeniach numerycznych stanów naprężeń wykorzystano metodę elementów skończonych.

EN

The influence of changes in the elasto-plastic properties of TiAlN layer on the stresses fields in the multilayer coating TiAlN/TiN/Cr, which arise after deposition via Arc-PVD method was described. Independently, in the physical model of the coating, a continuous change of physicochemical parameters between the layers of TiAlN/TiN was assumed. For this purpose, an asymmetric and continuous transitional function describing the change of material’s parameters such as Young’s modulus, tangent modulus, Poisson’s ratio, thermal expansion coefficient and density was created. Moreover the impact of plastic properties of TiAlN layer on stresses and plastic strains in the coating was estimated. What is more the influence of the initial state of internal stresses in the TiAlN layer on the final stresses in the coating was studied. The numerical calculations of the stresses fields were done via the finite element method.

15

Damage problems in glued laminated timber

Vanya C.

Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty

|

2012

|

vol. 55, nr 188

115-128

EN

On a number of occasions glued laminated timber breaks apart before the end of their service life. Examples in Germany (Frese M., Blaß H. J. [2011]) and Denmark (Hansson, Larsen [2005] ) show that this problem is real. In order to find the causes of the problem, extensive tests were conducted: 16 buildings with glued laminated timber were examined on the spot, calculations and laboratory work were carried out. These examinations told us that not only did the properties of the wooden material cause the damage, but the problems were also due to the wood used and the method of construction. In the calculations, the external load and residual stresses occurring in the glued laminated timber were included. Residual tensions in this timber were generated by climatic stresses and also due to the method of construction. These stresses also accumulated along with the stresses of the external load. Laboratory work was carried out to measure the delamination. We examined whether these analyses and calculations prove or disprove the results of the on- the- spot examinations.

PL

Wyniki obliczeń potwierdzają obserwacje dokonane w warunkach naturalnych. Naprężenia wewnętrzne spowodowane właściwościami klimatycznymi muszą być uwzględniane przy projektowaniu, w procesie produkcyjnym oraz użytkowaniu. Badania laboratoryjne potwierdzają zjawiska widoczne w rzeczywistej konstrukcji budowlanej. Badania powinny być kontynuowane w celu uzyskania większej ilości informacji na temat rozwarstwiania oraz opracowania rozwiązań dla projektantów, producentów drewna typu glulam lub właścicieli budynków.

16

Wpływ sposobu realizacji małego gniotu końcowego na naprężenia własne w drutach ze stali węglowej

Bartosiński P., Muskalski Z., Wiewiórowska S., Kucharska M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2011

|

R. 56, nr 11

614-617

PL

Mały (1-3 %) gniot końcowy, zastosowany w procesie ciągnienia drutów, wpływa w sposób znaczący na spadek niekorzystnych, rozciągających naprężeń własnych I rodzaju. Mały gniot można realizować różnymi sposobami. W artykule przeanalizowano proces ciągnienia zrealizowany według dwóch schematów, tj. ciągnienie z małym gniotem końcowym na ostatnim stopniu ciągnienia oraz ciągnienie przez dwa ciągadła w układzie tandem. Wartość naprężeń własnych wyznaczono metodą doświadczalną Sachsa-Linicusa, oraz w oparciu o analizę teoretyczną w programie Drawing 2D. Przeprowadzone badania wykazały istotny wpływ sposobu realizacji małego gniotu końcowego na naprężenia własne I rodzaju w ciągnionych drutach.

EN

The small final reductions (1-3 %) used in wire drawing process influences in significant way on the decreasing of negative tension and first kind residual stresses. The small final reductions can be realized in a different manner. In the work the wire drawing process realized in two schemes by: drawing with a small final reductions on the last stage of drawing and drawing by a system of two dies (tandem system). The values of residual stresses were determined an experimental way by Sachs-Linicus method and on the base of theoretical analysis by computer simulation with use Drawing 2D program. The way of realization small final reduction have a significant influence on first kind residua stresses steel wires.

17

Zmiany poziomu naprężeń własnych w stemplach do wyciskania przeciwbieżnego wyrobów z cynku

Samolczyk J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2011

|

T. 22, nr 4

255-268

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań naprężeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli do wyciskania przeciwbieżnego wyrobów z cynku. Pomiarów naprężeń dokonano rentgenowską metodą sin 2, która okazała się przydatną do wyznaczania naprężeń własnych w stemplach do wyciskania przeciwbieżnego metali. W przypadku stempli do wyciskania przeciwbieżnego wyrobów z cynku, czas eksploatacji narzędzi wyraźnie zależy od rodzaju naprężeń panujących w ich warstwie wierzchniej. Naprężenia ściskające przy powierzchni zapewniają bezpieczną eksploatację stempli do wyciskania. Zmiana naprężeń ściskających na naprężenia rozciągające w warstwie wierzchniej powoduje przyspieszenie zużycia narzędzi.

EN

The paper presents the results of investigation of internal stresses in the surface layer of punches for backward extrusion of zinc products. Stress measurements have been effected by the x-ray sin 2 method which proved to be suitable for the determination of internal stresses in punches for backward extrusion of metals. In the case of the punches for backward extrusion of zinc products, the tool exploitation time is clearly dependent on the kind of stresses present in their surface layer. Compressive stresses at the surface result in safe exploitation of extrusion punches. The change of compressive stresses into tensile ones accelerates the tool wear.

18

FEM modelling of internal stresses in advanced PVD coatings

Dobrzański L. A., Żukowska L. W., Śliwa A., Mikuła J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 2

259--268

EN

Purpose: The general topic of this paper is the computer simulation with use of finite element method (FEM) for determining the internal stresses of gradient and single -layer coatings (Ti,Al)N and Ti(C,N) deposited on the sintered tool materials, including cemented carbides, cermets and Al2O3+TiC type oxide tool ceramics by cathodic arc evaporation CAE-PVD method. Design/methodology/approach: Internal stresses’ models were performed with use of finite element method in ANSYS environment. The experimental values of stresses were were calculated using the X-ray sin2^ technique. The computer simulation results were compared with the experimental results. Microhardness and adhesion as well as wear range were measured to investigate the influence of stress distribution on the mechanical and functional properties of coatings. Findings: A more advantageous distribution of stresses in gradient coatings than in respective single-layer coatings yields better mechanical properties, and, in particular, the distribution of stresses on the coating surface has the influence on microhardness, and the distribution of stresses in the contact area between the coating and substrate has the influence on the adhesion of coatings. Practical implications: 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. Presently the computer simulation is very popular and it is based on the finite element method, which allows to better understand the interdependence between parameters of process and choosing optimal solution. Originality/value: Nowadays the computer simulation is very popular and it is based on the finite element method, which allows to better understand the interdependence between parameters of process and choosing optimal solution. Influence of gradient structure of coatings on the mechanical and functional properties were investigated with use of finite element method.

19

A new accelerated test for the evaluation of the protective properties of coatings

Wanner M., Schauer T.

Ochrona przed Korozją

|

2010

|

nr 9

427-429

EN

Weathering of coatings by natural conditions at climatically different locations provides reliable data on the protective properties of coatings, it is however very time and cost consuming and non-practical for a quick evaluation of coatings. A number of diverse short time tests are therefore in usage by the development and optimization of new protective coatings. The most important requirements on such tests are the appropriate loading conditions, a sensitive quantitative detection of the coating deterioration, a short test duration as well as a good correlation with a natural weathering and a long term performance of coatings. By the development of a new short time test, we tried to fulfil these requirements as good as possible. For the accelerated aging of coatings we used the concept of the forced internal stress, induced by a thermal cycling, combined with an electrolytic, chemical or UV loading. By this kind of aging/loading both the natural weathering conditions and the standard laboratory tests can be simulated and performed at a shorter time. For the detection of the protection loss the impedance spectroscopy and the scanning Kelvin probe were chosen. Specific parameters from this kind of detection provide quantitative criteria for the quantitative evaluation of the protective properties of coatings in the early stages of their testing.

PL

Badania odporności powłok na czynniki atmosferyczne na stacjach terenowych w różnych warunkach klimatycznych dostarczają wiarygodnych danych na temat ochronnych właściwości powłok, jest to jednak metoda czasochłonna i kosztowna, w związku z tym niepraktyczna do szybkiej oceny powłok. W przypadku optymalizacji i opracowywania nowych wyrobów lakierowych używa się więc wielu różnorodnych metod badań przyspieszonych. Najważniejsze w takich metodach badań jest zapewnienie odpowiednich warunków narażenia, czuła ilościowa metoda wykrywania zmian, krótki czas trwania, jak również dobra korelacja z metodami badań w warunkach naturalnych i z zachowaniem się powłok w długim okresie czasu. Opracowując nowy krótkotrwały test, próbowaliśmy jak najlepiej spełnić te wymagania. W celu przyspieszenia starzenia powłok stosowaliśmy wymuszone naprężenia wewnętrzne, powodowane przez cykliczne zmiany temperatury w połączeniu z działaniem elektrolitu oraz narażeniami chemicznymi i UV. Rodzaj starzenia/narażenia pozwala zarówno na modelownie badań powłok w warunkach atmosferycznych, jak i standardowych badań laboratoryjnych oraz na skrócenie czasu badań. Do wykrywania zmian w powłokach, prowadzących do zmniejszenia ich właściwości ochronnych, wybrano metodę elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) i metodę skanowania sondą Kelvina. Otrzymane tymi metodami charakterystyczne parametry umożliwiają ilościową ocenę ochronnych właściwości powłok we wczesnym etapie ich badania.

20

Numerical simulation of microstructure and internal stresses of the modified bone cement

Nowacki J., Sajek A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

728-731

EN

Microstructure of bone cement modified by an aqueous solution of an enzyme - salmon calcitionin was considered. A statistical description of the porosity of obtained cements as a result of the modification has been done. Statistical data were used to create the microstructure models in a programme being in agreement with FEM technique. Simulations were carried out on the structures of two types of pores, i.e. those containing water and empty ones. Modification with aqueous solutions of agents affects the structure and properties of the bone cements were observed. This is caused by the formation of pores filled with the aqueous solution. Microstructure simulations confirmed a manner of modified cement cracking was observed on the fractures. The formation of pore agglomerations where concentrating stresses may bring about the appearance of dangerous microfractures was proved.

PL

Analizowano mikrostrukturę cementu kostnego nowej generacji modyfikowanego wodnym roztworem enzymu - kalcytoniny łososiowej, stosowanego w aloplastyce stawu biodrowego. Wykonano statystyczny opis porowatości cementu po modyfikacji, stanowiący podstawę opracowania metodą elementów skończonych modelu mikrostruktury cementu. Wykazano, że domieszkowanie wodnymi roztworami modyfikatorów ma wpływ na mikrostrukturę i właściwości cementów kostnych. Spowodowane jest to tworzeniem porów wypełnionych wodnymi roztworami modyfikatorów i powietrzem. Pierwszy rodzaj porowatości w mniejszym stopniu niż pory wypełnione powietrzem zmniejsza właściwości mechaniczne cementów. Wykazano powstawanie aglomeracji porów, w których koncentrujące się naprężenia mogą powodować pojawianie się mikropęknięć.