Inżynieria mechaniczna

Dyscyplina naukowa: Inżynieria mechaniczna

Temat: Wpływ nagniatania strumieniowego dynamicznego i kawitacyjnego na właściwości warstwy wierzchniej powłok napawanych plazmowo

Topic: Effect of shot peening and cavitation peening on the surface layer properties of plasma transferred arc paddings

Promotor: dr hab. inż. Mariusz Walczak

Email: m.walczak@pollub.pl

Opis

Jedną z tradycyjnych metod stosowanych w celu poprawy właściwości zmęczeniowych materiałów metalowych jest kulkowanie. W ostatnim czasie w literaturze obserwuje się doniesienia, że zwiększenie trwałości zmęczeniowej i wytrzymałości materiałów mechanicznych można uzyskać w wyniku zabiegów, w którym powierzchnia jest poddawana obróbce uderzeniem kawitacyjnym (tzw. cavitation peening). Dlatego też przedmiotem badań będą próbki ze stopu Inconel 617 z powłokami proszkowymi napawanymi plazmowo. Powierzchnie próbek zostaną poddane kombinacyjnym (hybrydowym) procesom nagniatania: strumieniowego i kawitacyjnego. Zestaw badań obejmuję:

- analizę powierzchni rozwinięcia (pomiary chropowatości - Taylor Hobson),

- analizę SEM powierzchni połączoną z analizą EDS składu chemicznego w mikroobszarach w celu określenia stanu warstwy wierzchniej po procesach nagniatania (mikroskop skaningowy FEI NOVA NanoSem 450), 

- optyczną mikroskopową analizę na przekrojach próbek w celu określenia grubości warstwy umocnionej  i stopnia porowatości powłok (mikroskop Nikon MA200), 

- wytrzymałościowe testy zmęczeniowe (maszyna wytrzymałościowa Instron 100kN), 

analizę stanu naprężęń i wielkości krystalitów w warstwie wierzchniej (dyfraktometr XRD) 

- badania mikrotwardości na powierzchni i na przekrojach próbek celem określenia stopnia umocnienia (Vickers FM800),

-  testy zużycia (tribotester CSM).

Odpowiednio dobrany program badań powinien dać odpowiedź jaki sposób modyfikacji warstwy wierzchniej jest najbardziej korzystny.

Słowa kluczowe: proszkowe napawanie plazmowe, nagniatanie strumieniowe, nagniatanie kawitacyjne, zużycie

Description:

One of the fundamental technologies for the improvement of fatigue properties of metallic materials is shot peening.  Literature survey confirms the beneficial influence of the application of the cavitation peening process on both the fatigue performance and mechanical properties of the metal alloys. Therefore, the object of this study is to improve the performance of nickel-based alloy, namely Inconel 617, surfaced by the plasma transferred arc overlaying. Then, the deposited coatings are being treated by the combination of the conventional shot peening and cavitation peening processes (“hybrid surface treatment”). The research plan includes:

-   surface morphology analysis  (Taylor Hobson profilometer),

-  SEM and SEM-EDS microstructure analysis to investigate the effect of hybrid treatment on the Surface layer development (scanning electron microscope FEI NOVA NanoSem 450), 

- light optical microscopy analysis to state the thickness and microstructural development of the surface layer after the peening processes (Nikon MA200 microscope), 

- effect of peeing on the fatigue strength (Instron 100kN fatigue-tensile machine), 

- analysis of surface layer stresses, the crystallite size of the processed surface layer (XRD diffractometer) 

- hardening rate investigation by using the microhardness testing on the samples cross-sections (Vickers FM800),

-  sliding wear testing (CSM tribotester).

The elaborated research programme should explain which of the investigated processes gives the superior properties of the surface layer.

Keywords: plasma transferred-arc, shot peening, cavitation peening, wear