Skip to main content
SUPERVISOR
خسرو فرمنش (استاد مشاور) سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Iman Ebrahimzadeh
ایمان ابراهیم زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of plasma nitriding and TiN-TiAlN or TiN-TiAlN-CrAlN duplex treatments on performance of brass forging die
Duplex treatments (plasma nitriding – PVD coating) are a new generation of surface engineering methods with two practical approaches; increase the die life and replacement of lubricant by coating in the forging process. The aim of this study was to evaluate the performance of the new generation of duplex coatings on improvement of forging die life for two phase brass alloy and fundamental study of lubricating properties of PVD coatings. In this research, pin-on- disc tests were carried out at a range of temperatures to evaluate the influence of plasma nitriding and duplex treatment (plasma nitriding-physical vapour deposition), including TiN-TiAlN and TiN-TiAlN-CrAlN coatings, on the tribological properties of AISI H13 steel. Also, the influence of temperature on the tribological behavior of duplex-coated die steel rubbing against forging brass was investigated. Performance tests were conducted under real working conditions by hot forging of a two phase brass alloy. In order to evaluate the possibility of using PVD coatingfor lubrication, non-isothermal compression tests were designed. PVD coatings were deposited by a cathodic arc technique on the surface of steel pins. The mechanical properties, surface roughness and composition of the coatings were determined by microhardness, nanoindentaion, scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and x-ray diffraction (XRD). The results of pin-on-disc tests at 250 o C revealed minor adhesion of brass alloy on the surface of duplex TiN-TiAlN coating. At 700 o C, this coating was relatively more resistant to oxidation and thus, it performed better than other coatings. The performance tests indicated improvement of 200% in die life compared to H13 hot work tool steel dies. Applied duplex treatment on the surface of dies decreased heat transfer coefficient between die and sample in non-isothermal compression tests. Friction factor of contact surface decreased about 36% in PN+TiN-TiAlN coating and 30% in PN+TiN-TiAlN-CrAlN coating at strain rate of 0.01 s -1 .
عملیات دوگانه مهندسی سطح (نیتروژن دهی پلاسمایی _ رسوب فیزیکی بخار) نسل نوینی را تشکیل می دهند که کارایی آنها از دو دیدگاه در فرایندهای آهنگری مطرح است. دیدگاه اول استفاده از این پوشش ها با هدف افزایش عمر قالب های آهنگری است و دیدگاه دوم مربوط به قابلیت جایگزینی این پوشش ها با روانکار است تا از اثرات مخرب زیست محیطی روانکارها جلوگیری شود. هدف از این پژوهش بررسی کارایی نسل نوین پوشش های با عملیات دوگانه بر افزایش عمر قالب های آهنگری آلیاژ برنج دوفازی و مطالعه پایه ای در زمینه قابلیت روانکاری پوشش در فرایند شکل دهی سبز این آلیاژ است. در این راستا، بعد از اعمال پوشش ها جهت مشخصه یابی آنها از ریزسختی سنجی، نانوسختی سنجی، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. به منظور بررسی کارایی پوشش ها بر افزایش عمر قالب، آزمون سایش در دمای اتاق، o C 250 و o C 700 روی پین های فولاد H13 کوئنچ و تمپر شده، فولاد H13 نیتروژن دهی پلاسمایی شده، فولاد H13 با عملیات دوگانه نیتروژن دهی پلاسمایی و پوشش TiN-TiAlN یا پوشش TiN-TiAlN-CrAlN در تماس با دیسک آلیاژ برنج دوفازی انجام گرفت. آزمون عملکرد در شرایط واقعی تولید با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN روی قالب های صنعتی و مقایسه آن با قالب های بدون پوشش انجام پذیرفت. در ادامه به منظور بررسی اثر اعمال پوشش در شکل دهی سبز آلیاژ برنج دوفازی، فک هایی با قابلیت تغییر در سطح آنها طراحی گردید. آزمون های فشارغیرهم دما با شرایط سطحی فولاد H13 بدون پوشش، با عملیات دوگانه TiN-TiAlN و TiN-TiAlN-CrAlN در سه نرخ کرنشs -1 01/0، s -1 13/0 و s -1 3/0 انجام شد. با استفاده از آنالیز المان محدود ضریب انتقال حرارت سطوح تماس در شرایط فشار محدود و در حین تغییرشکل تعیین گردید. فاکتور اصطکاک سطوح تماس با تغییر در نرخ کرنش از روش آزمون فشار بشکه ای شدن محاسبه شد. جهت تطابق نتایج فاکتور اصطکاک حاصل از روش فشار بشکه ای شدن و روش المان محدود تغییرات زبری سطوح تماس (R a و R sm ) در مدل المان محدود اعمال گردید. از سوی دیگر، اعتبار سنجی مدل المان محدود اصلاح شده با اعمال زبری سطوح با مقایسه ی نتایج تنش-کرنش حقیقی حاصل از تغییرشکل نمونه ها و مدل شبیه سازی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که پین با پوشش PN+TiN-TiAlN لایه انتقالی کمتر و مقاومت سایش بالاتر نسبت به بقیه پین ها به ترتیب در دماهای o C 250 و o C 700 از خود نشان داده است. نتایج آزمون عملکرد نیز نشانگر افزایش عمر قالب به میزان 200% با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN نسبت به قالب بدون پوشش است. در آزمون فشار با اعمال فشار محدود، اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN روی فک باعث کاهش 23% و اعمال پوششPN+TiN-TiAlN-CrAlN باعث کاهش 63% در ضریب انتقال حرارت نسبت به شرایط سطحی بدون پوشش گردید. تغییر قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت سطوح تماس در آزمون فشار در شرایط فشار محدود نسبت به شرایط تغییرشکل نمونه مشاهده شد. نتایج نشانگر آن است که با افزایش نرخ کرنش از -1 01/0 تاs -1 3/0 ضریب انتقال حرارت بین 19% تا 28% افزایش داشته است. فاکتور اصطکاک سطوح تماس فک و نمونه نشانگر کاهش در فاکتور اصطکاک به میزان 36% با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN و 30% با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN-CrAlN در نرخ کرنش s -1 01/0 است. بررسی ها نشان داد که تأثیر پارامتر زبری در شرایط فشار محدود و اصلاح مدل المان محدود به صورت نسبت قابل اعمال است. کلمات کلیدی: عملیات پوشش دهی دوگانه، پوششTiN-TiAlN ، پوششTiN-TiAlN-CrAlN ، سایش دمای بالا، آزمون فشار غیر هم دما، انتقال حرارت پوشش، شبیه سازی المان محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی