Modelling of the post-treatment of coating/substrate architectures

Titel in Übersetzung: Modellierung der Nachbehandlung von Schicht-/Substrataufbauten

Lukas Faksa

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die Dissertation behandelt die Simulation der Nachbehandlung von WC-Co Wendeschneidplatten, die durch “chemical vapour deposition” (CVD) beschichtet wurden. Die am häufigsten verwendeten Beschichtungen aus beispielweise TiN, TiCN oder Al2O3, zeigen oft ein Rissnetzwerk und Zugspannungen in den einzelnen Schichten. Diese wirken sich ungünstig auf die Leistung und Lebensdauer der Werkzeuge aus. Die Arbeit unterteilt sich in drei Themengebiete mit den Titeln: - Risswachstumbewertung während der Abkühlung von Beschichtungstemperatur (Crack growth assessment during cooling from deposition temperature), Kugelstrahlbehandlung und ihr Einfluss auf die Eigenspannungen und Risse (Shot peening and its influence on residual stresses and cracks) und Untersuchung des Einflusses der Abkühlung/Aufheizung und Kugelstrahlbehandlung auf die Mikrostruktur von Hartmetall (Investigation of the influence of cooling/heating and shot peening treatment on hard metal microstructure). Ziel ist es, die Ursache für die Risse zu finden und Möglichkeiten aufzuzeigen ihnen vorzubeugen. Das erste Thema beschäftigt sich mit der Untersuchung des Risswachstums in den Schichten der Wendeschneidplatten. Dazu wird die Methode der Finiten Elemente (FE) verwendet. Die Risse entstehen während der Abkühlung von der Beschichtungstemperatur auf Raumtemperatur. Die Spannungen in den Schichten werden während und nach der Abkühlung in den Al2O3/TiCN Schichten und dem WC-Co Substrat berechnet. Es wird ein minimaler Anfangsriss angenommen, der am Anfang des Abkühlungsprozesses im Werkzeug vorhanden ist. Davon ausgehend kann dann die kritische Spannung berechnet werden, die zu einem Risswachstum durch die Schichten führt. Die finale Risslänge ergibt sich, wenn die kritische Spannungsintensität unterschritten wird. Die Berechnungen werden mit Eigenspannungsmessungen und dem metallographischen Befund verglichen und damit verifiziert. Das zweite Thema beschäftigt sich mit FE Simulationen des Kugelstrahlens von CVD (Al2O3/TiCN) beschichteten Hartmetall-Werkzeugen. Die Partikelstrahlnachbehandlung kann Druckspannungen in die Strukturen von Wendeschneidplatten einbringen. Idealerweise werden die ursprünglich geöffneten Risse, die durch Abkühlung von Beschichtungstemperatur auf Raumtemperatur entstanden sind, wieder geschlossen. Der Einfluss der Strahlparameter auf die Eigenspannungen wird untersucht und die Ergebnisse mit Literaturergebnissen verglichen. Es werden Empfehlungen für die Strahlparameter angegeben. Ziel ist es den Prozess so einzustellen, dass im Werkzeug Druckspannungen eingebracht werden, welche die Risse soweit schließen, dass sie im Einsatz geschlossen bleiben und ein Risswachstum verhindert oder verzögert wird. Der Rissschließeffekt wird über die Höhe der Zugspannung quantifiziert, welche die Risse wieder öffnet. Im dritten Teil wird mittels der FE Methode der Einfluss des Beschichtungsverfahrens und der Partikelstrahlung auf die Spannungen in den Gefügeanteilen WC und Co im Hartmetall untersucht. Die Spannungen werden mit Hilfe einer Mikrostruktursimulation ermittelt. Die notwendigen Materialdaten basieren auf Literaturangaben und Messungen. Eine zusätzliche experimentelle Untersuchung zeigt, dass sich WC Körner auch bei Raumtemperatur unter Druck verformen und die Plastifizierung nicht auf den Co-Binder beschränkt bleibt. Die Experimente zeigte außerdem Plastifizierung innerhalb der WC Körner, wie sie auch von der Mikrogefügesimulationen vorhergesagt werden.
Titel in ÜbersetzungModellierung der Nachbehandlung von Schicht-/Substrataufbauten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Beurteiler B (intern)
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 20-05-2024

Schlagwörter

  • WC-Co Hartmetall
  • Beschichtungen
  • Kugelstrahlen
  • Wendeschneidplatte
  • Eigenspannungen
  • Risse

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