Modelowanie numeryczne wybranych zagadnień natryskiwania cieplnego Tomasz Chmielewski

Spis treści książki

SPIS TREŚCI

Wykaz oznaczeń i skrótów 11

Przedmowa 13

Wstęp 17

1. Natryskiwanie cieplne powłok 19

1.1. Metody nanoszenia warstw i powłok 20

1.2. Natryskiwanie łukowe 23

1.3. Natryskiwanie plazmowe 25

1.4. Natryskiwanie płomieniowe 28

1.4.1. Natryskiwanie płomieniowe z prędkością poddźwiękową 28

1.4.2. Natryskiwanie płomieniowe z prędkością naddźwiękową HVOF 31

1.5. Natryskiwanie laserowe 39

1.6. Natryskiwanie na zimno (Cold Spray) 40

1.7. Stopowanie i przetapianie laserowe 43

1.7.1. Stopowanie laserowe 43

1.7.2. Przetapianie laserowe powłok 46

1.8. Porównanie metod natryskiwania 46

2. Wybrane właściwości powłok natryskiwanych 50

2.1. Proces tworzenia się powłoki 50

2.2. Przyczepność powłoki do podłoża 52

2.2.1. Wpływ przygotowania powierzchni 53

2.2.2. Wpływ temperatury 54

2.2.3. Wpływ energii kinetycznej 54

2.2.4. Wpływ fizykochemicznych własności materiałów 55

2.3. Naprężenia własne w warstwach powierzchniowych 57

2.4. Naprężenia własne wywołane niedopasowaniem cieplnym 61

3. Materiały powłokowe do natryskiwania 66

3.1. Materiały metalowe 66

3.1.1. Stopy na osnowie żelaza 66

3.1.2. Stopy na osnowie kobaltu 67

3.1.3. Stopy na osnowie niklu 67

3.1.4. Stopy na osnowie miedzi 68

3.2. Czyste metale 68

3.3. Kompozyty ceramiczno-metalowe 69

3.4. Materiały ceramiczne 69

3.5. Tworzywa sztuczne 70

4. Badania powłok nanoszonych termicznie metodą płomieniową i detonacyjną 71

4.1. Badania wstępne powłok nanoszonych termicznie metodą płomieniową i detonacyjną73

4.2. Charakterystyka materiałów powłokowych 73

4.3. Naprężenia w układzie powłoka–podłoże 75

4.4. Budowa przyrządu do badania wygięcia podłoża z powłoką po procesie natryskiwania 78

4.5. Natryskiwanie powłok tytanowych na podłoża ceramiczne 79

4.6. Wyznaczanie naprężeń własnych w natryskiwanych powłokach 80

4.6.1. Powłoki tytanowe 80

4.6.2. Powłoki kompozytowe Ti+Al2O3 82

4.7. Analiza numeryczna naprężeń własnych w powłokach tytanowych i kompozytowych 83

4.7.1. Wyniki obliczeń 84

4.8. Pole temperatury w czasie chłodzenia układu powłoka–podłoże 88

4.8.1. Przedmiot badań 89

4.8.2. Założenia do obliczeń numerycznych 90

4.8.3. Wyniki obliczeń 91

4.8.4. Analiza porównawcza wyników obliczeń rozkładu temperatury 96

4.9. Badania naprężeń w powłokach Ti oraz Ti+Al2O3 natryskiwanych metodą detonacyj­ną na podłoże Al2O3 103

4.9.1. Materiały powłokowe 103

4.9.2. Parametry natryskiwania detonacyjnego 104

4.9.3. Pomiary krzywizny wygięcia w próbkach po natryskiwaniu detonacyjnym 105

4.9.4. Naprężenia w natryskanej powłoce na podstawie krzywizny wygięcia próbki 106

4.10. Podsumowanie 111

5. Modelowanie naprężeń własnych w procesie natryskiwania termicznego 114

5.1. Wstęp – modelowanie fizyczne procesu i generowania naprężeń własnych 114

5.2. Metodologia przyjęta do modelowania naprężeń własnych w termicznie nakładanych powłokach 117

5.3. Modelowanie uderzenia cząstek przy użyciu programu ANSYS-AUTODYN 120

5.4. Wybrane wyniki obliczeń 125

5.5. Modelowanie uderzenia cząstek w podłoże 128

5.6. Uderzenie cząstek Ti w podłoże Al2O3 i cząstek w podwarstwę w procesie natrysku detonacyjnego 129

5.6.1. Wpływ temperatury początkowej cząstki 132

5.7. Model termomechaniczny procesu termicznego natryskiwania135

5.7.1. Rozkłady temperatury w układzie powłoka Ti–podłoże Al2O3 podczas natryski­wania

detonacyjnego 140

5.7.2. Rozkłady naprężeń w układzie powłoka Ti–podłoże Al2O3, natrysk detonacyjny 142

5.7.3. Wpływ temperatury podgrzania podłoża na naprężenia w układzie powłoka Ti– podłoże Al2O3 143

5.8. Wpływ prędkości uderzenia na naprężenia własne w układzie powłoka (Ti)–podłoże (Al2O3) 154

5.8.1. Wyniki dynamicznych obliczeń uderzenia cząstki materiału powłokowego w podłoże ceramiczne 156

5.8.2. Uderzenie cząstek materiału powłokowego Ti w podwarstwę powłoki Ti 161

5.8.3. Wyniki obliczeń rozkładów temperatury dla różnych prędkości natryskiwania 165

5.8.4. Wyniki obliczeń ugięć płyty i rozkładów naprężeń dla różnych prędkości natry­skiwania 168

5.9. Podsumowanie 173

6. Modelowanie uderzenia pojedynczej cząstki w podłoże 175

6.1. Opis modelu 175

6.2. Model Steinberga-Guinana 178

6.3. Model Johnsona-Holmquista 180

6.4. Model pomocniczy Cu-Cu 183

6.4.1. Budowa geometryczna i numeryczna 183

6.4.2. Symulacja komputerowa 184

6.5. Założenia do modelu cząstka Ti natryskiwana na podłoże ceramiczne i metalowe 188

6.5.1. Wyniki modelowania natryskiwania cząstki Ti na podłoże ceramiczne Al2O3 (V = 500 m/s) 189

6.5.2. Model natryskiwania cząstki Ti na podłoże ceramiczne Al2O3 (V = 800 m/s) 196

6.6. Analiza porównawcza symulacji uderzenia cząstek w podłoże ceramiczne i metalowe 201

6.6.1. Cząstka tytanowa 201

6.6.2. Cząstka miedziana 207

6.6.3. Geometria cząstki po uderzeniu w podłoże 215

6.7. Modelowanie uderzenia rozgrzanej cząstki Ti w podłoże ceramiczne 216

6.7.1. Model geometryczny 216

6.7.2. Wyniki symulacji deformacji modeli 218

6.7.3. Rozkład temperatury w układzie cząstka Ti–podłoże Al2O3 223

6.7.4. Rozkład naprężeń zredukowanych w układzie cząstka Ti–podłoże Al2O3 224

6.8. Podsumowanie 228

7. Badania strukturalne i modelowanie naprężeń własnych w powłokach metalowych natryskiwanych metodą HVOF na ceramikę 231

7.1. Stanowisko do natryskiwania 231

7.2. Badania strukturalne 236

7.3. Badania zwilżalności powłok 241

7.3.1. Badania zwilżalności w argonie 243

7.3.2. Badania zwilżalności w próżni 244

7.3.3. Podsumowanie 245

7.4. Badania naprężeń własnych w układzie powłoka–podłoże 245

7.4.1. Wyznaczanie naprężeń własnych w oparciu o krzywiznę wygięcia próbki 246

7.4.2. Badania naprężeń własnych w powłokach metodą rentgenowską (X-ray) 251

7.5. Podsumowanie 256

7.6. Numeryczna i eksperymentalna analiza naprężeń własnych generowanych w metalicz­nych powłokach nanoszonych metodą HVOF na podłoże Al2O3 257

7.6.1. Uderzenie cząstek Ti w podłoże Al2O3 257

7.6.2. Rozkłady temperatury w układzie powłoka Ti, Cu, Ni 260

7.6.3. Rozkłady naprężeń w układzie powłoka Ti (Cu; Ni)–podłożeAl2O3 263

7.6.4. Podsumowanie 267

8. Badania odkształceń i naprężeń w natryskiwanych powłokach Ti i Cu metodą interfe­rometrii siatkowej 269

8.1. Metoda interferometrii siatkowej 269

8.2. Technologia siatek dyfrakcyjnych 272

8.3. Automatyczna analiza obrazów prążkowych 272

8.4. Stanowisko pomiarowe 273

8.5. Procedura pomiarowa 275

8.6. Pomiary na powłoce tytanowej natryskanej na podłożu Al2O3 276

8.6.1. Pomiar przemieszczeń w polu pomiarowym 14,3×14,3 mm przed wykonaniem nacięcia 277

8.6.2. Pomiar przemieszczeń w polu pomiarowym 14,3×14,3 mm po wykonaniu na­cięcia 278

8.6.3. Pomiar przemieszczeń w polu pomiarowym 14,3×14,3 mm po wykonaniu dru­giego nacięcia 281

8.6.4. Pomiary w małym polu pomiarowym (3,7×3,7 mm) 284

8.7. Pomiary na powłoce miedzianej natryskanej na podłożu Al2O3 286

8.7.1. Pomiar przemieszczeń w polu pomiarowym 14,3×14,3 mm przed wykonaniem nacięcia 287

8.7.2. Pomiar przemieszczeń w polu pomiarowym 14,3×14,3 mm po wykonaniu na­cięcia 288

8.7.3. Pomiary w małym polu pomiarowym (3,7×3,7 mm) 291

8.8. Porównanie odkształceń dla próbek z powłoką Cu i Ti 293

8.9. Modelowanie ugięcia i naprężeń własnych w układach Cu/Al2O3 i Ti/Al2O3 przed i po przecięciu płyty 296

8.9.1. Model powłoka Cu–podłoże Al2O3 297

8.9.2. Model powłoka Ti–podłoże Al2O3 299

8.10. Porównanie wyznaczonych naprężeń własnych 302

8.11. Podsumowanie 302

9. Podsumowanie i wnioski końcowe 305

Bibliografia 314

pokaż cały spis treści

ukryj recenzje