Naslov
Statističko modeliranje i optimiranje trošenja tvrdih toplinski naštrcanih prevlaka u masi abraziva
(Statistical modelling and optimization of wear by abrasive particles of hard thermally sprayed coatings)

Autori
Vidaković, Ivan

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu

Mjesto
Slavonski Brod

Datum
10.09

Godina
2021

Stranica
278

Mentor
Šimunović, Katica

Ključne riječi
NiCrBSi ; NiCrBSi-WC ; NiBSi-WC ; CrC-NiCr ; WC-CoCr ; naštrcavanje pomoću plinskog plamena s istovremenim utaljivanjem ; naštrcavanje plazmom prenesenim lukom ; plinsko naštrcavanje velikim brzinama čestica ; trošenje u masi abraziva ; metalografska analiza ; modeliranje ; optimiranje
(NiCrBSi ; NiCrBSi-WC ; NiBSi-WC ; CrC-NiCr ; WC-CoCr ; flame spraying with simultaneous fusing ; plasma transferred arc ; high velocity oxygen fuel ; wear in abrasive mass ; metallographic analysis ; modelling ; optimization)

Sažetak
U disertaciji su prikazani rezultati istraživanja trošenja u masi abraziva toplinski naštrcanih prevlaka na bazi nikla, krom karbida i volfram karbida nanesenih na podlogu od prethodno toplinski obrađenog čelika 42CrMo4+QT. Prevlake na bazi nikla nanesene su postupkom naštrcavanja pomoću plinskog plamena s istovremenim utaljivanjem (NiCrBSi i NiCrBSi-WC) i postupkom naštrcavanja plazmom prenesenim lukom (NiBSi-WC), dok su postupkom plinskog naštrcavanja velikim brzinama čestica nanesene prevlake na bazi krom karbida (CrC-NiCr) i prevlake na bazi volfram karbida (WC-CoCr). Navedene prevlake primjenjuju se u uvjetima gdje se traži visoka otpornost na trošenje i koroziju. Prije glavnih istraživanja, provedena su prethodna ispitivanja koja su se odnosila na istraživanje mikrostrukture i trošenja u masi abraziva s ciljem testiranja ispitnog uređaja i mjerne opreme te određivanja razina ulaznih varijabli za glavna istraživanja. Analiza mikrostrukture prevlaka provedena je primjenom svjetlosnog optičkog mikroskopa, elektronskog pretražnog (SEM) mikroskopa uz energijsko- disperzivnu spektrometriju (EDS) i primjenom rendgenske difrakcijske (XRD) analize. Glavna istraživanja trošenja u masi abraziva provedena su primjenom potpunog faktorskog plana pokusa uz uvažavanje načela randomizacije, blokova i ponavljanja, s ciljem dobivanja statističkih modela za predviđanje ovisnosti izlazne varijable, odziva (gubitak mase nakon trošenja) o ulaznim varijablama i njihovoj međusobnoj interakciji. U postupku modeliranja primijenjene su četiri ulazne varijable, brzina uzorka (mijenjana na tri razine: 1, 1, 75 i 2, 5 m/s), kut sudara abraziva i trošene površine (mijenjana na dvije razine: 30° i 60°), granulacija abraziva (mijenjana na dvije razine: manja 0, 1 - 0, 8 mm i veća 0, 5 - 1, 5 mm) i vrsta prevlake (primijenjeno je pet različitih vrsta prevlake). Na temelju razvijenih statističkih modela utvrđeno je da najveći utjecaj na gubitak mase imaju brzina uzorka i kut sudara abraziva i trošene površine, kao i njihova međusobna interakcija. Sve istraživane prevlake imale su za oba abraziva najveći gubitak mase pri najvećoj brzini uzorka (2, 5 m/s) i manjem kutu sudara (30°), dok su najmanji gubitak mase sve istraživane prevlake imale pri najmanjoj brzini uzorka (1 m/s) i većem kutu sudara (60°). Ovakav rezultat posljedica je mehanizma trošenja, promatranog na razini jediničnog događaja, kod kojega pri manjem kutu sudara, čestice abraziva nakon sudara s trošenom površinom nastavljaju kliziti po površini te je kontakt čestica abraziva i trošene površine duži, dok je kod većeg kuta sudara to klizanje kraće jer se čestice odbijaju od trošene površine. Povećanjem brzine uzorka kod oba kuta sudara dolazi do porasta gubitka mase što je posljedica veće udarne energije pri većoj brzini uzorka. Razvijeni statistički modeli predstavljali su i podlogu za provedeni postupak optimiranja primjenom funkcije poželjnosti, s ciljem pronalaska razina ulaznih varijabli (brzina uzorka, kut sudara i vrsta prevlake) s kojima će se postići minimalni gubitak mase s istovremenom minimalnom varijabilnošću gubitka mase tj. minimalnim širenjem pogreške, uz zadane devijacije ulaznih varijabli. Postupkom optimiranja pronađene su odgovarajuće kombinacije razina ulaznih varijabli u pokusu trošenja u masi abraziva (za obje granulacije abraziva), kojima će u dobroj ili izvrsnoj mjeri biti zadovoljena oba postavljena odziva (minimalni gubitak mase i minimalna varijabilnost gubitka mase), što dokazuju dobivene visoke vrijednosti funkcije poželjnosti. Optimiranjem je utvrđeno da bi najmanji gubitak mase uz istovremenu najmanju varijabilnost odziva imala prevlaka NiCrBSi pri brzini uzorka od 1 m/s i kutu sudara od 60° trošenjem u abrazivu manje granulacije, dok bi trošenjem u abrazivu veće granulacije optimalna kombinacija bila - prevlaka NiCrBSi-WC, brzina uzorka 1 m/s i kut sudara od 49, 61°. Najmanji gubitak mase i najmanja varijabilnost gubitka mase ostvareni bi bili pri brzini uzorka od 1 m/s i kutu sudara od 30° za CrC-NiCr prevlaku u abrazivu manje granulacije i WC-CoCr prevlaku u abrazivu veće granulacije. Usporedbom gubitka mase istraživanih prevlaka u abrazivu manje i veće granulacije pri kutu sudara od 30°, utvrđeno je da su sve istraživane prevlake pri manjim brzinama uzorka imale veći gubitak mase trošenjem u abrazivu veće granulacije, dok su pri većim brzinama uzorka imale veći gubitak mase trošenjem u abrazivu manje granulacije. Ovo ukazuje da pri manjim brzinama uzorka na gubitak mase više utječe udarna energija (koja je veća za abraziv veće granulacije), dok pri većim brzinama uzorka na gubitak mase više utječe trajanje kontakta čestica abraziva i trošene površine (koji je duži za abraziv manje granulacije). Pri kutu sudara od 60°, prevlake NiCrBSi-WC, CrC-NiCr i WC- CoCr, u pogledu vrste abraziva, imale su jednako ponašanje kao i pri kutu sudara od 30°, dok su prevlake NiCrBSi i NiBSi-WC imale veći gubitak mase u abrazivu veće granulacije pri svim brzinama uzorka. Ovakav rezultat ukazuje da kod NiCrBSi i NiBSi-WC prevlaka, trošenjem pri većem kutu sudara, snažniji utjecaj na gubitak mase ima udarna energija u odnosu na duljinu trajanja kontakta čestica abraziva i trošene površine. Usporedbom gubitka mase prevlaka i podloge trošenjem u masi abraziva, utvrđeno je da su sve istraživane prevlake imale manji gubitak mase u odnosu na podlogu pri kutu sudara od 30° u abrazivu manje granulacije, pri svim brzinama uzorka. Trošenjem u abrazivu veće granulacije, pri kutu sudara od 30°, sve istraživane prevlake imale su manji gubitak mase u odnosu na podlogu pri svim brzinama uzorka, dok je jedino pri brzinama od 1 i 1, 75 m/s prevlaka NiCrBSi-WC imala veći gubitak mase u odnosu na podlogu. Pri kutu sudara od 60°, trošenjem u abrazivu manje granulacije pri najmanjoj brzini uzorka (1 m/s) uočeno je da su sve istraživane prevlake (osim NiBSi-WC) imale veći gubitak mase u odnosu na podlogu. Pri najvećoj brzini uzorka (2, 5 m/s) i kutu sudara od 60°, sve istraživane prevlake (osim NiCrBSi-WC) imale su manji gubitak mase u odnosu na podlogu trošenjem u abrazivu manje granulacije. Usporedbom gubitka mase prevlaka i podloge pri kutu sudara od 60° trošenjem u abrazivu veće granulacije, sve istraživane prevlake imale su veći gubitak mase u odnosu na podlogu pri brzini uzorka od 1 m/s, dok su pri brzini uzorka od 2, 5 m/s sve istraživane prevlake (osim NiCrBSi prevlake) imale manji gubitak mase u odnosu na podlogu. Manji gubitak mase podloge u odnosu na prevlake, pri određenim kombinacijama razina ulaznih varijabli, posljedica je manje tvrdoće podloge koja je bolje apsorbirala udarnu energiju.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA