Skip to main content
SUPERVISOR
خسرو فرمنش (استاد مشاور) سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Iman Ebrahimzadeh
ايمان ابراهيم 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 .
چکيده عمليات دوگانه مهندسي سطح (نيتروژن دهي پلاسمايي _ رسوب فيزيکي بخار) نسل نويني را تشکيل مي دهند که کارايي آنها از دو ديدگاه در فرايندهاي آهنگري مطرح است. ديدگاه اول استفاده از اين پوشش ها با هدف افزايش عمر قالب هاي آهنگري است و ديدگاه دوم مربوط به قابليت جايگزيني اين پوشش ها با روانکار است تا از اثرات مخرب زيست محيطي روانکارها جلوگيري شود. هدف از اين پژوهش بررسي کارايي نسل نوين پوشش هاي با عمليات دوگانه بر افزايش عمر قالب هاي آهنگري آلياژ برنج دوفازي و مطالعه پايه اي در زمينه قابليت روانکاري پوشش در فرايند شکل دهي سبز اين آلياژ است. در اين راستا، بعد از اعمال پوشش ها جهت مشخصه يابي آنها از ريزسختي سنجي، نانوسختي سنجي، پراش پرتو ايکس (XRD) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) استفاده شد. به منظور بررسي کارايي پوشش ها بر افزايش عمر قالب، آزمون سايش در دماي اتاق، o C 250 و o C 700 روي پين هاي فولاد H13 کوئنچ و تمپر شده، فولاد H13 نيتروژن دهي پلاسمايي شده، فولاد H13 با عمليات دوگانه نيتروژن دهي پلاسمايي و پوشش TiN-TiAlN يا پوشش TiN-TiAlN-CrAlN در تماس با ديسک آلياژ برنج دوفازي انجام گرفت. آزمون عملکرد در شرايط واقعي توليد با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN روي قالب هاي صنعتي و مقايسه آن با قالب هاي بدون پوشش انجام پذيرفت. در ادامه به منظور بررسي اثر اعمال پوشش در شکل دهي سبز آلياژ برنج دوفازي، فک هايي با قابليت تغيير در سطح آنها طراحي گرديد. آزمون هاي فشارغيرهم دما با شرايط سطحي فولاد H13 بدون پوشش، با عمليات 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 آناليز المان محدود ضريب انتقال حرارت سطوح تماس در شرايط فشار محدود و در حين تغييرشکل تعيين گرديد. فاکتور اصطکاک سطوح تماس با تغيير در نرخ کرنش از روش آزمون فشار بشکه اي شدن محاسبه شد. جهت تطابق نتايج فاکتور اصطکاک حاصل از روش فشار بشکه اي شدن و روش المان محدود تغييرات زبري سطوح تماس (R a و R sm ) در مدل المان محدود اعمال گرديد. از سوي ديگر، اعتبار سنجي مدل المان محدود اصلاح شده با اعمال زبري سطوح با مقايسه ي نتايج تنش-کرنش حقيقي حاصل از تغييرشکل نمونه ها و مدل شبيه سازي صورت پذيرفت. نتايج نشان داد که پين با پوشش PN+TiN-TiAlN لايه انتقالي کمتر و مقاومت سايش بالاتر نسبت به بقيه پين ها به ترتيب در دماهاي o C 250 و o C 700 از خود نشان داده است. نتايج آزمون عملکرد نيز نشانگر افزايش عمر قالب به ميزان 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 روي فک باعث کاهش 23% و اعمال پوششPN+TiN-TiAlN-CrAlN باعث کاهش 63% در ضريب انتقال حرارت نسبت به شرايط سطحي بدون پوشش گرديد. تغيير قابل توجهي در ضريب انتقال حرارت سطوح تماس در آزمون فشار در شرايط فشار محدود نسبت به شرايط تغييرشکل نمونه مشاهده شد. نتايج نشانگر آن است که با افزايش نرخ کرنش از -1 01/0 تاs -1 3/0 ضريب انتقال حرارت بين 19% تا 28% افزايش داشته است. فاکتور اصطکاک سطوح تماس فک و نمونه نشانگر کاهش در فاکتور اصطکاک به ميزان 36% با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN و 30% با اعمال پوشش PN+TiN-TiAlN-CrAlN در نرخ کرنش s -1 01/0 است. بررسي ها نشان داد که تأثير پارامتر زبري در شرايط فشار محدود و اصلاح مدل المان محدود به صورت نسبت قابل اعمال است. کلمات کليدي: عمليات پوشش دهي دوگانه، پوششTiN-TiAlN ، پوششTiN-TiAlN-CrAlN ، سايش دماي بالا، آزمون فشار غير هم دما، انتقال حرارت پوشش، شبيه سازي المان محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی