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

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

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