Intelligent control system for gaseous nitriding process

In the present paper, the solutions of the following research issues have been presented:• dependencies between the process parameters and the layer structure have been defined, which serve todevelop software for the control system of the process, with the view of obtaining a complex layerstructure and optimal kinetics of its creation and growth,• assumptions for the control system of the gaseous nitriding process have been developed on the basis ofa complementary cooperation of the mathematical model and the indications of the magnetic sensorregistering the nucleation and growth of the layer.These issues comprise two complementary ways towards the construction of intelligent control systems.The first one of them consists in developing innovative databases, expert systems to aid the operator indecision making regarding the choice of defined changes to the process parameters. This is connectedwith the knowledge of possibly all the factors and mechanisms which have an influence on the result ofthe process and which make it possible to design an algorithm of changes of process parameters thatcould guarantee optimal kinetics of the layer growth and its required structure. The other one additionallymakes use of specially constructed sensors, which having been placed directly in the processes react tothe growth of layers and their structure

Polioptimization of antiwear TiAlN and TiN coatings, deposited by PVD techniques on tools for wood machining

W pracy opisana została procedura polioptymalizacyjna wspomagająca proces prototypowania powłok przeciwzużyciowych, opartych na związkach tytanu TiN i TiAlN, nakładanych na narzędzia do obróbki drewna metodą PVD. Celem pracy jest określenie optymalnych grubości nakładanych powłok ze względu na stan naprężeń termicznych. Model fizyczny obiektu (warstwy + podłoże) opisujący stan naprężeń i odkształceń termicznych występujących w warstwach po procesie nakładania, został stworzony z wykorzystaniem MES. Zaproponowana została również metoda analizy zbioru rozwiązań otrzymanych na podstawie przyjętych kryteriów, bazująca na wielowymiarowych metrykach euklidesowych.In this paper polioptimization procedure assisting the architecture design process of antiwear coatings based on TiN and TiAlN, deposited by PVD techniques on tools for wood machining, is described. The goal of this paper is to determine the optimal layer thickness of deposited coatings in respect of thermal strain and stresses. For physical modelling purposes Cr, TiN and TiAlN layers were treated as a continuous medium, so the physical phenomena occurring in the coating are modelled basing on the classical theory of stiffness. There was proposed occurrence of the intermediate layer between TiAlN and TiN strips which produced continuous change of physical-chemical properties through the coating thickness. The change of material parameters in the transition layer between TiAlN and TiN was modelled using a sigmoidal transition function. A computer model of the object (coating + substrate) describing strains and thermal stresses in layers after the deposition process was created using FEM. A set of dominated and non-dominated solutions for the considered multicriteria optimization problem is shown in Fig. 6. Also a method for analysis of the set of optimal solutions basing on the multidimensional, Euclidean metric was proposed. The functional dependence of the distance values between the points from the criteria space which are the acceptable solutions and the beginning of the coordinate system as a function of decision variables (layer thickness) is shown in Fig. 7. In Tab. 2 four examples of sets of optimal solutions with the values of the tested criteria are given

Aplikacja relacyjnej bazy danych do gromadzenia informacji o procesach i efektach procesów nanoszenia warstw wierzchnich

The article presents the application of a database meant for the collection of information related to technological processes of constituting surface layers. A set-theoretical model of processes and a model-based logical structure of the database are shown. The application to retrieve the information stored in the database in case of multidimensional, variable space of parameters for layer deposition processes is presented. Some functional qualities of application for acquisition, searching and fusion of data regarding nitriding, carburizing, PVD and hybrid processes are described.W artykule zaprezentowano aplikację bazy danych przeznaczoną do gromadzenia informacji o procesach technologicznych konstytuowania się warstw wierzchnich. Przedstawiono model teoriomnogościowy procesów oraz strukturę logiczną bazy danych opracowaną na podstawie modelu. Zaprezentowano aplikację do obsługi bazy danych w przypadku wielowymiarowej, zmiennej przestrzeni parametrów procesów nanoszenia warstw. Omówiono możliwości użytkowe zastosowania opracowanej aplikacji do gromadzenia, przeszukiwania i fuzji danych o procesach azotowania, nawęglania, PVD, PAPVD oraz procesach hybrydowych

Wybrane aspekty modelowania kinetyki wzrostu przypowierzchniowej warstwy (węglo)azotków żelaza

An example of the experimental-theoretical model of the nitriding process of steel is presented. The model makes it possible to simulate kinetics of the nitrided layer growth and consequently to optimize the algorithm of the process parameters change, obtaining desired phase composition and layer structure. Attention has been paid to the analysis of the growth of the surface layer of iron (carbon) nitrides (compound layer) on 4340 (AISI, PN: 40HMN) alloy steel. The basis of the experimental-theoretical model is constituted by the mathematical description of the layer growth previously presented [24], in which experiential data from the database later developed [25] were taken into account.Zaprezentowano przykład eksperymentalno-teoretycznego modelu procesu azotowania stali. Model umożliwia symulacje kinetyki wzrostu warstwy azotowanej i w konsekwencji optymalizację algorytmu zmian parametrów procesu zapewniającego otrzymanie warstwy o założonym składzie fazowym i budowie. Skoncentrowano się na analizie wzrostu przypowierzchniowej warstwy (węglo)azotków żelaza na przykładzie stali stopowej 4340 (AISI, PN: 40HNM). Podstawę modelu stanowi matematyczny opis wzrostu warstwy zaprezentowany w pracy [24], w którym uwzględniono dane eksperymentalne z opracowanej bazy danych [25]

Regulowane azotowanie gazowe stali 40HM, 38HMJ z wytwarzaniem warstw azotowanych z i bez powierzchniowej warstwy azotków żelaza

The article describes the results of investigations of controlled gas nitriding processes of alloyed structural steel grades 40HM and 38HMJ, used for machine components exposed to corrosion, wear and contact fatigue in service. Examples are given of the process design enabling the formation of nitrided cases on alloyed steels with an iron nitride compound layer at the surface, designated for fatigue applications and as substrate for duplex processes.W artykule omówiono wyniki badań procesów regulowanego azotowania gazowego konstrukcyjnych stali stopowych gatunków 40HM i 38HMJ, używanych na części maszyn, narażone w eksploatacji na korozję, zużycie przez tarcie i zmęczenie stykowe. Do azotowania stosowano piec wgłębny z automatycznym sterowaniem komputerowym procesem, wyposażony w dysocjator amoniaku i system przyspieszonego chłodzenia wsadu. Procesy azotowania prowadzono w zakresie temperatur: 470-580°C i czasów 4-28 h, w atmosferach z NH3 bądź z NH3 - NH3zdys. z regulowaniem ich składu i potencjału azotowego w okresie nagrzewania i w temperaturze procesu. Podano przykłady rozwiązań procesu umożliwiające wytwarzanie warstw azotowanych na stalach stopowych, z warstwą azotków żelaza przy powierzchni, przeznaczone do narażeń korozyjnych i bez warstwy azotków żelaza, przeznaczone do narażeń zmęczeniowych i procesów podwójnych typu duplex

Numerical simulations of nitriding potential and two-component dissociated ammonia-ammonia atmosphere exchange in planning gas nitriding processes

W artykule przedstawiono zastosowanie metod numerycznych do symulacji zmian potencjału azotowego i wydatku dwuskładnikowej atmosfery azotującej. Zaprezentowano modele i algorytmy zastosowane do symulacji. Dokonano porównania jakości uzyskiwanych wyników symulacji na podstawie zrealizowanych procesów azotowania gazowego. Wskazano kierunki rozwoju opracowanych metod symulacyjnych w kontekście ich zastosowań w projektowaniu i sterowaniu przemysłowymi instalacjami azotowania gazowego.The article presents the application of numerical methods for simulating nitriding potential changes as well as a discharge of two-component nitriding atmosphere. Models and algorithms used for simulations are also described. The comparison of the simulation results on the basis of the gas nitriding processes has been made. Development trends of elaborated simulation methods in the context of their application in designing and controlling industrial gas nitriding systems are also described