Оценка распределения остаточных механических напряжений в плазменных покрытиях

Abstract

RU: Цель работы состоит в повышении работоспособности плазменных покрытий путем поиска условий снижения остаточных напряжений. Для достижения цели выполнена разработка метода определения остаточных напряжений в зависимости от характеристик прочности и толщины покрытия. Методы исследования. Измерения механических свойств покрытий при испытании на изгиб. Анализ результатов измерений прочности покрытий. Полученные результаты. Предложен метод определения остаточных напряжений путем использования результатов измерений механических характеристик плазменного покрытия. Исследованы механические характеристики порошкового хромоникелевого покрытия при испытании на изгиб. Обнаружено отличие когезионной прочности внешних и внутренних слоев покрытия. Для расчета остаточных напряжений использовались полученные значения когезионной прочности отслоенного покрытия и несущей способности покрытия сцепленного с подложкой. Показано, что для покрытия сцепленного с подложкой, несущая способность меньше когезионной прочности. Обосновано предположение о том, что остаточное напряжение определяется разностью между когезионной прочностью и несущей способностью покрытия. Найдено распределение остаточных напряжений по толщине плазменного покрытия и величину остаточного напряжения в зоне контакта с подложкой. Научна новизна. Показано, что когезионная прочность превосходит прочность покрытия сцепленного с подложкой на величину остаточного напряжения. Найдена зависимость остаточного напряжения и несущей способности от толщины покрытия. Практическая ценность. Полученные результаты измерений когезионной прочности и остаточного напряжения позволяют обосновать надежность применения плазменных покрытий и анализировать данные измерений прочности с целью определения работоспособности деталей. UK: Мета роботи. Підвищення працездатності плазмових покриттів шляхом пошуку умов зниження залишкових напружень. Для досягнення мети виконано розроблено метод визначення залишкових напружень залежно від характеристик міцності і товщини покриття. Методи дослідження. Вимірювання механічних властивостей покриттів при випробуванні на вигин. Аналіз результатів вимірювань міцності покриттів. Отримані результати. Запропоновано метод визначення залишкових напружень шляхом використання результатів вимірювань механічних характеристик плазмового покриття. Досліджено механічні характеристики порошкового хромонікелевого покриття при випробуванні на вигин. Виявлено відмінність когезійної міцності зовнішніх і внутрішніх шарів покриття. Для розрахунку залишкових напружень використовувалися отримані значення когезійної міцності відшарованого покриття і несучої здатності покриття зчепленого з підкладкою. Показано, що для покриття зчепленого з підкладкою, несуча здатність менш за когезійну міцність. Обґрунтовано припущення про те, що залишкове напруження визначається різницею між когезійною міцністю і несучою здатністю покриття. Знайдено розподіл залишкових напружень по товщині плазмового покриття і величину залишкового напруження в зоні контакту з підкладкою. Наукова новизна. Показано, що когезійна міцність перевищує міцність покриття, зчепленого з підкладкою, на величину залишкового напруження. Знайдено розподіл залишкового напруження та несучої здатності від зміни товщини покриття. Практична цінність. Отримані результати вимірювань когезионной міцності і залишкового напруження дозволяють обґрунтувати надійність застосування плазмових покриттів і аналізувати дані вимірювань міцності з метою визначення працездатності деталей. EN: Purpose. To improve the performance of plasma coatings by searching for conditions for reducing the residual stresses. To achieve the goal, a method has been developed for determining residual stresses depending on the strength characteristics and the coating thickness. Research methods. Measurements of the mechanical properties of coatings during bending testing. Analysis of the measurement results of coatings strength. Results. A method is proposed for determining residual stresses by using the results of measurements of the mechanical characteristics of a plasma coating. The mechanical characteristics of the chromium-nickel powder coating during bending tests are investigated. A difference in the cohesive strength of the outer and inner layers of the coating was found. To calculate the residual stresses, we used the obtained values of the cohesive strength of the peeled coating and the bearing capacity of the coating adhered to the substrate. It is shown that for coating adhered to the substrate, the bearing capacity is less than the cohesive strength. The assumption that the residual stresses is determined by the difference between the cohesive strength and the bearing capacity of the coating is substantiated. The distribution of residual stresses across the plasma coating thickness and the residual stresses in the zone of contact with the substrate are found. Scientific novelty. It is shown that the cohesive strength exceeds the strength of the coating adhered to the substrate by the amount of residual stress. The distribution of residual stress and bearing capacity from changing coating thickness is found. Practical value. The results of measurements of cohesive strength and residual voltage make it possible to justify the reliability of the use of plasma coatings and analyze the data of strength measurements in order to determine the performance of parts.