Nanostructured Multilayer Composite Coatings on Ceramic Cutting Tools for Finishing Treatment of High-Hardness Quenched Steels

The functional role of nanostructured multilayer composite coatings (NMCC) deposited on the operating surfaces of replaceable faceted cutting inserts (CI) from cutting ceramics based on aluminum oxides with additives of titanium carbides is studied. It is shown that the developed NMCC not only raise substantially the endurance of the ceramic tools under high-speed dry treatment of quenched steels but also improve the quality and accuracy of processing of the parts and the ecological parameters of the cutting process

A study of the cutting properties and wear mechanism of ceramic edge tools with nanostructure multilayer composite coatings

The paper presents the results of studies of the cutting properties and wear mechanism of the edge cutting tool equipped with replaceable indexable inserts made of cutting ceramic with nanoscale multilayer composite coatings when cutting hardened steel. It has been shown that applying the latter allows one to tune the contact processes based on the changes in friction and lengths of dense and complete contacts between the chip and the rake face of the cutting tools, thereby reducing normal contact strains and the probability of macro- and microbrittle fracture in the contact areas of the tool

Filtered cathodic vacuum Arc deposition of nano-layered composite coatings for machining hard-to-cut materials

In coated tools, the grain boundaries and coating layers are areas of intense energy dissipation, which hardens the coating material by increasing its toughness and its resistance to the formation and development of cracks. An increase in the efficiency of the coatings was achieved by applying nano-dispersed multilayer composite structure. This paper proposes using nano-scale multilayer composite coating based on TiN-CrN compound to improve thermal stability, where barrier layers based on ZrNbN have been introduced. The ZrNbN barrier does not interact with TiN and CrN at temperatures around 1000 °C. The influence of process parameters of the filtered cathodic vacuum arc deposition on the composition, structure and properties of the coatings based on variation of TiAlN-ZrNbN-CrN was analysed. The results presented here show that the hardness of the developed coatings was as high as 38 GPa. Subsequently, the carbide tools used in this study with the new coatings had an increased lifetime of 1.5–2.0 times compared to tools with commercial coatings. The coated carbide tools were tested in longitudinal turning and face milling titanium and nickel alloys

Нелінійне деформування і стійкість багатошарових елементів конструкцій з дефектами структури

На основі дискретно-структурної теорії розроблений єдиний підхід до розв’язання задач міцності й стійкості багатошарових тонкостінних елементів конструкцій з міжшаровими дефектами структури. Запропоновано варіаційну постановку геометрично нелінійних контактних задач при розрахунках анізотропних тонкостінних елементів з урахуванням як ідеальних, так і однобічних зв`язків контактних поверхонь армованих шарів з різними фізико-механічними характеристиками. Побудовані рівняння змішаної задачі для анізотропного шару, що включають деформації поперечного зсуву та стиснення; надані кінематичні й статичні умови контакту на лицьових поверхнях. Отримані лінеаризовані рівняння стійкості багатошарових тонкостінних елементів конструкцій з міжшаровими дефектами структури. Розроблено нову дискретно-сруктурну модель деформування багатошарових тонкостінних елементів з неідеальним міжшаровим контактом; прийнято, що, коли умови неперервності переміщень і напружень (ідеального контакту) при переході від одного сусіднього армованого шару до іншого не виконуються, припускається пружне проковзування на контактних поверхнях. Вивчено вплив структурної неоднорідності шаруватого матеріалу на макрорівні із застосуванням алгоритму поетапного навантаження і використання того або іншого варіанта запропонованих розрахункових моделей багатошарової конструкції. Перехід від одного варіанта розрахункової моделі до іншого визначається умовами міцності композита в точках контактних поверхонь найбільш навантажених шарів конструкції. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3497На основе дискретно-структурной теории разработан единый подход к решению задач прочности и устойчивости многослойных тонкостенных элементов конструкций с межслойными дефектами структуры. Предложена вариационная постановка геометрически нелинейных контактных задач при расчете анизотропных тонкостенных элементов с учетом как идеальных, так и односторонних связей по сопряженным поверхностям жестких армированных слоев с различными физико-механическими характеристиками. Построены разрешающие уравнения смешанной задачи для анизотропного слоя, включающие деформации поперечного сдвига и обжатия; дан вывод кинематических и статических условий контакта на лицевых поверхностях. Получены линеаризованные уравнения устойчивости многослойных тонкостенных элементов конструкций с межслойными дефектами структуры. Разработана новая дискретно-структурная модель деформирования многослойных тонкостенных элементов с ослабленным межфазным контактом; принято, что напряжения поперечного сдвига и обжатия на границе контакта равны между собой и при этом допускается упругое проскальзывание по поверхности контакта смежных слоев. Дано теоретическое обоснование двух подходов по моделированию контактного взаимодействия слоев оболочки из композиционного материала. В первом из них ослабленная межфазная граница представляет собой дополнительный контактный слой, например клеевой, ненулевой толщины с заданными физико-механическими свойствами. При втором подходе в дефектной области (непроклей или расслоение) возможное контактное давление между слоями принимается пропорционально разности нормальных перемещений сопряженных поверхностей смежных слоев. Разработана и апробирована экспериментальная методика оценки достоверности основных положений и результатов работы, кроме того, получено численное решение большого количества тестовых задач. Создано программное обеспечение для ПЭВМ, позволяющее решать широкий класс одномерных и двухмерных контактных задач, выявлены основные закономерности изменения напряженного состояния и контактного давления в зоне локальных участков непроклея или расслоений. Изучено влияние структурной неоднородности слоистого материала на макроуровне с применением алгоритма поэтапного нагружения и использованием того или иного варианта предлагаемых расчетных моделей многослойной конструкции. Переход от одного варианта расчетной модели к другому определяется условиями прочности композита в точках поверхности сопряжения наиболее нагруженных слоев конструкции. Предложена новая конструкция комбинированного баллона высокого давления, которая состоит из набора тороидальных сегментов из стеклопластика, защищенных с внешней стороны металлической обшивкой, методом вариантного сравнения проведен анализ несущей способности такого баллона. Исследовано влияние межфазных дефектов структуры материала на величину несущей способности и параметры критической нагрузки целого ряда тонкостенных элементов конструкций из композиционных материалов. Даны рекомендации относительно оптимальных схем армирования отдельных слоев и эффективных вариантов их закрепления по контуру, которые позволяют увеличить несущую способность конструкции и создают условия равнопрочной работы материала слоистых элементов без увеличения массы. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3497Based on a discrete - structural theory, a single approach to the solution of strength and stability problems of multi-layer thin-walled structure elements with interlayer defects in the structure material is worked out. The variational formulation of the geometrically nonlinear contact tasks while calculation of anisotropic thin-walled elements with taking into consideration of both ideal and unilateral constraints on the conjugate surfaces of rigid reinforced layers with various physical and mechanical characteristics was suggested. Physically and mathematically correct resolving equations of mixed task for anisotropic layer including deformations of cross-shift and reduction are defined; deduction of kinematic and static conditions of the contact on the surfaces is given. Linearized stability equations of multi-layer thin-walled elements of structure with interlayer defects in material’s structure are received. A new discrete-structural model of deformation of multi-layer thin-walled elements with weakened interphase contact is worked out; it is accepted that the tensions of cross shift and reduction on the contact’s edge are equal and at that elastic slipping on the surface of contact’s adjacent layers is assumed. Theoretical basis of two approaches for modeling contact interaction of composite material’s shell layers is given. The influence of structural heterogeneity of the laminated material at the macro level has been studied with using the algorithm of stepwise loading and application of one or another variant of proposed calculation models of multi-layer structure. The transition from one variant of calculation model to another is defined by the conditions of the composite’s strength in the surface’s junction points of the most loaded struction’s layers. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/349

Effect of composite materials used in the manufacture of aircraft parts on environmental pollution and the economy

We have investigated and compared energy use and production of emissions when various aerospace materials are used in aircraft. Computer-based models were prepared to compare lightweight composites with the traditional heavier aluminum over their whole lifetime which is termed a “lifecycle assessment”. This included raw materials, production, useful life in the aircraft and disposal at the end of the material’s useful life. The information provided by this work is independent of industrial influence and so provides an objective view of potential savings in energy and emissions. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/836

Development of wear-resistant coatings compounds for high-speed steel tool using a combined cathodic vacuum arc deposition

This article presents the work on wear-resistance coatings (WRC), formed on the working surfaces of HSS tools, in order to increase their efficiency. The wear-resistant complex includes nitride layer, which increases the plastic strength of the HSS tool cutting wedge and cutting tool wear resistance, as well as a three-layer nano-structured composite coating that increases tool life. The equipment for the processes of ion nitriding in the gas plasma and the formation of nano-structured multi-layer composite coatings in the filtered metal-gas plasma cathode vacuum arc discharge has been developed. Particular attention was paid to the regularities in the formation of the nitride layer and optimization of its parameters and structure, together with the study of the properties and structure of functional coating layers, depending on the parameters of the deposition process. The parameters of the combined cathodic vacuum arc processing (CCVAP), provides minimum intensity of tool wear during the cutting tests. Sample of coated tools were used to conduct a certification of the developed WRC. This allowed determining the optimal parameters WRC that provided the maximum increase in tool life for a variety of cutting conditions. The outcomes are compared with uncoated HSS tool and standard commercial coatings

Термопружний напружений стан багатошарової труби

На основі класичної теорії пружності анізотропного тіла визначається напружено-деформований стан багатошарового товстостінного циліндра кінцевої довжини при дії внутрішнього тиску і температури. Захисний шар циліндра виконаний з дюралюмінію та вуглепластика. Кінематичні і статичні умови контакту по сполучених поверхнях сусідніх шарів вважаються ідеальними. Рішення задачи отримане у вісесиметричній постановці. При цьому внутрішній тиск і температурне навантаження змінюються за синусоїдальним законом по довжині циліндра