Numerical Analysis of Residual Stress and Crack Networks in CVD Multilayer Coated Cutting Tools

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

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Abstract

Das Ziel dieser Studie ist die Untersuchung von Eigenspannungen und Risssystemen in mehrlagig beschichteten Schneidwerkzeugen. Die untersuchten Wendeschneidplatten bestehen aus einem Hartmetall Wolfram Karbid Substrat mit Kobalt Bindephase, welches in einem pulvermetallurgischen Prozess hergestellt wird. Die aufgebrachten Schichtsysteme bestehen aus einer einlagigen TiCN Beschichtung oder aus einer TiCN Grundschicht und einer Al2O3 Deckschicht. Diese werden mithilfe des CVD Prozesses aufgebracht. Während des Abkühlvorganges entstehen Eigenspannungen, die zur Entwicklung von Risssystemen führen. Dies ist auf die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schichten und des Substrates zurückzuführen. Ein 2D Abaqus Standard Finite Elemente Modell wurde verwendet, um den Prozess nachzubilden und um zu klären wie diese Risssysteme vermieden oder minimiert werden können. Die Oberflächenrauigkeit der Schichten und des Substrates ist ein weiterer wichtiger Parameter, der in die Simulation inkludiert wurde. Dazu wurde ein charakteristisches Rauhigkeitsprofil aus REM Querschnittsbildern entnommen, digitalisiert und in der Simulation vorgegeben. Eine Parameterstudie untersucht den Einfluss von Schichtdicke, Rissabstand und Kobalt-Gehalt des Substrates auf die errechneten Eigenspannungen. Die Spannungsentwicklung während der Abkühlung wird als Funktion der Temperatur dargestellt und verglichen. Des Weiteren wurden die errechneten Eigenspannungswerte mit experimentell bestimmten Werten verglichen und die Simulation verifiziert. Als mögliche Verbesserung wird ein Drei-Schicht System bestehend aus einer TiCN Grundschicht, einer Al2O3 Mittelschicht und einer TiN Deckschicht untersucht.

Details

Titel in ÜbersetzungNumerische Analyse von Eigenspannungen und Risssystemen in mehrlagig CVD beschichteten Schneidwerkzeugen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung14 Dez 2018
StatusVeröffentlicht - 2018