Vliv vrstev nanesených technologiemi studeného, středně-teplotního a plazmového nanášení na vysokocyklové únavové vlastnosti ocelových vzorků

Influence of Cold, Warm and Plasma Sprayed Layers on High-Cycle Fatigue Properties of Steel Specimens

conference paper

en

In the presented study, the influence of thermally sprayed coatings on fatigue behavior of coated bodies was studied. Commercial-grade titanium powder was deposited onto steel specimens using four thermal spray technologies: plasma spray, low-pressure and portable cold spray, respectively, and warm spray. The specimens were then subjected to strain controlled cyclic bending test in a dedicated in-house built device. The crack propagation was monitored by observing the changes in the resonance frequency of the samples. A stop-condition corresponding to approximately 40-60% specimen cross-section damage was used to define the fatigue performance of the specimen. The corresponding number of cycles was considered the main performance indicator. It was found that the grit-blasting procedure did not alter the fatigue properties of the steel specimens considerably (5% increase), while deposition of the coatings via all technologies significantly increased the measured fatigue lives. The three high-velocity technologies led to a relative lives of 202% (low-pressure cold spray), 220% (portable cold spray), and 383% (warm spray) and the deposition using plasma spray led to an increase of relative lives to 316%. The increase could probably be attributed to a combination of the presence of a homogeneous fatigue resistant coating and induction of peening stresses into the substrates via the impingement of the high-kinetic energy particles (cold sprays and warm spray). Given the intrinsic character of the plasma jet (low-velocity impact of semi/molten particles), the influence needs to be attributed to a different mechanism.

V tomto experimentu byl studován vliv žárově nanesených vrstev na únavové chování těles. Titanový prášek komerční čistoty byl nanesen na ocelové substráty pomocí čtyř technologií: plazmovým nanášením, nízkotlakým a přenosným studeným kinetickým nanášením a středně-teplotním nanášením. Vzorky byly posléze podrobeny únavovému testování cyklickým ohybem s kontrolovanou výchylkou volného konce na vlastnoručně sestaveném zařízení. Pomocí změn v rezonanční frekvenci těles byl sledován průběh šíření trhlin. Konec testu představoval zhruba 40-60% porušení průřezu vzorku a počet cyklů při dosažení této stop-podmínky byl hodnocen jako ukazatel únavové odolnosti. Bylo zjištěno, že u ocelových substrátů nemá otryskání povrchu významný vliv na únavovou životnost vzorků (nárůst pouze 5%), zatímco nanesení nástřiků všemi technologiemi způsobilo její významný nárůst. Tři vysokorychlostní technologie vedly ke zvýšení životnosti o 202% (nízkotlaké kinetické nanášení), 220% (přenosné kinetické nanášení) a 383% (středně-teplotní nanášení) a depozice za použití plazmového nanášení vedla ke zvýšení relativní životnosti o 316%. Nárůst je pravděpodobně způsoben přítomností relativně homogenních únavově odolných vrstev a u vysokorychlostních metod též vznikem kompresivních napětí v substrátech. Vzhledem k typickému charakteru vrstev nanesených plazmovým hořákem (tj. nízkorychlostní dopad částečně nebo zcela natavených částic), uplatňuje se u této série vliv jiných mechanismů.

In the presented study, the influence of thermally sprayed coatings on fatigue behavior of coated bodies was studied. Commercial-grade titanium powder was deposited onto steel specimens using four thermal spray technologies: plasma spray, low-pressure and portable cold spray, respectively, and warm spray. The specimens were then subjected to strain controlled cyclic bending test in a dedicated in-house built device. The crack propagation was monitored by observing the changes in the resonance frequency of the samples. A stop-condition corresponding to approximately 40-60% specimen cross-section damage was used to define the fatigue performance of the specimen. The corresponding number of cycles was considered the main performance indicator. It was found that the grit-blasting procedure did not alter the fatigue properties of the steel specimens considerably (5% increase), while deposition of the coatings via all technologies significantly increased the measured fatigue lives. The three high-velocity technologies led to a relative lives of 202% (low-pressure cold spray), 220% (portable cold spray), and 383% (warm spray) and the deposition using plasma spray led to an increase of relative lives to 316%. The increase could probably be attributed to a combination of the presence of a homogeneous fatigue resistant coating and induction of peening stresses into the substrates via the impingement of the high-kinetic energy particles (cold sprays and warm spray). Given the intrinsic character of the plasma jet (low-velocity impact of semi/molten particles), the influence needs to be attributed to a different mechanism.

Studené nanášení, středně-teplotní nanášení, plazmové nanášení, únava, ohyb

Cold spray, warm spray, plasma spray, fatigue, bending

2014

21.05.2014

DVS Media GmbH

Barcelona, Španělsko

978-3-87155-574-9

International Thermal Spray Conference 2014 Proceedings

577–581

5