Contact modeling of CVD coatings for cutting tools

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit(peer-reviewed)

Organisationseinheiten

Abstract

Der Zweck dieser Arbeit war es, eine Strategie zur Optimierung von CVD Beschichtungen für Wendeschneidplatten zu finden. Der Ansatz, der verwendet wurde, basiert auf einer Kombination von Indentation-Experimenten, um die mechanischen Eigenschaften, d.h. Elastizitätsmodul und Härte der Schichten, festzustellen und dem kommerziellen analytischen Simulationspaket ELASTICA, um die Spannungen zu berechnen, die durch externe mechanische Lasten innerhalb der einzelnen Schichten eingebracht werden. Das untersuchte System besteht aus einem WC-Co Substrat, einer TiCN Basisschicht, einer TiCO Verbindungsschicht und einer α- oder κ-Al2O3 Deckschicht. Die Simulationen wurden zuerst auf Einschicht-Systemen und danach auf dem Dreischicht-System unter bestimmten Last- und Indenterradius-Situationen und mit interner Druckspannung durchgeführt. In allen Untersuchungen konnten ähnliche Ergebnisse in Bezug auf den Einfluss von Kraft, Indenterradius, Schichtstärke, E-Modul und interne Druckspannung erreicht werden. Je höher die Kraft und der Indenterradius sind, umso kleiner ist aufgrund der geringeren Flächenpressung die von Mises Spannung. Das Maximum ist bei höheren Kräften tiefer im System zu finden. Der Einfluss der Schichtdicke hängt von den unterschiedlichen E-Moduli von Substrat und Schicht, ab. Wenn der E-Modul des Substrates viel höher ist, das heißt dass es steifer ist, ist sein Einfluss bei dünneren Schichten größer und die Schicht wirkt steifer, was in einer höheren von Mises Spannung resultiert. Generell führt ein höherer E-Modul zu einer höheren von Mises Spannung aufgrund der höheren Steifigkeit. Wegen der unterschiedlichen E-Moduli des Substrates und der einzelnen Schichten können Stufen an den unterschiedlichen Interfaces beobachtet werden. Das Einbringen von Druckspannungen in die Al2O3 Schicht führt zu einem Ansteigen der von Mises Spannung und der Stufe beim Interface Al2O3/TiCO. Zusammenfassend ermöglichen die durchgeführten Modellierungen es, die Verteilung der Spannungen innerhalb des Schichtsystems zu berechnen und das Maximum zu finden. So können die kritischen Bereiche bestimmt werden und durch Variieren der unterschiedlichen Parameter, d.h. Schichtdicke, E-Modul oder Druckspannungen, ist es möglich die Position der maximalen von Mises Spannung entsprechend zu beeinflussen.

Details

Titel in ÜbersetzungKontaktsimulationen an CVD Beschichtungen für Zerspannungswerkzeuge
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung8 Apr. 2011
StatusVeröffentlicht - 2011