Influence of PVD coatings on fatigue properties of hybrid layers in high temperatures

Thermal fatigue is one of the most important mechanism of destroying tools operating in high temperatures, such as forging dies. Cyclical changes in the temperature gradient are a source of variable thermal stresses that cause the generation and propagation of thermal cracking in forging dies. Very effective operation of increasing the thermal fatigue resistance of forging dies is to shape the properties of the surface layer using surface engineering technology. One of the most perspective directions of the development of surface engineering is related to hybrid technologies. The best-known and widely used hybrid surface treatment technology is a combination plasma nitriding process with the PVD methods. The article presents the analysis of the impact of the different PVD coatings on the mechanism and intensity of the generation and propagation of cracks in the thermal fatigue hybrid layers “nitrided layer / PVD coating.”

Zmęczenie cieplne jest jednym z najbardziej istotnych mechanizmów niszczenia narzędzi pracujących w warunkach intensywnych, cyklicznie zmiennych obciążeń cieplnych, jak np. matryce kuźnicze. Cykliczne zmiany gradientu temperatury pomiędzy powierzchnią i rdzeniem narzędzia są źródłem zmiennych naprężeń cieplnych, które są przyczyną generowania i propagacji pęknięć w matrycy kuźniczej. Bardzo skutecznym działaniem zwiększającym odporności na zmęczenie cieplne matryc kuźniczych jest kształtowanie właściwości ich warstwy wierzchniej poprzez wykorzystanie nowoczesnych metod inżynierii powierzchni. Jednym z najbardziej perspektywicznych kierunków rozwoju rozwiązań inżynierii powierzchni są technologie hybrydowe. Najlepiej dotąd poznaną technologią hybrydową jest technologia łącząca proces azotowania plazmowego oraz proces osadzania powłoki metodą PVD. W artykule przedstawiono analizę wpływu różnych powłok PVD na mechanizm oraz intensywność generowania i propagacji pęknięć w procesie zmęczenia cieplnego warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana + powłoka PVD”.