Simulation of mechanical properties of Zr/ZrN and TiN/ZrN multilayers using the finite elements method
Fecha
2010-06-01
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Descripción
This paper presents the study of mechanical properties of multilayers of Zr / ZrN and TiN / ZrN by varying the number of bilayers in 1, 2, 5 and 10, that is, periods of 2, 1, 0.4 and 0.2 μm, with a constant thickness of 2 μm in a ratio of 1: 1 and 1: 3. For this simulation, the ANSYS software was used, which is based on the finite element method. Effort curves were obtained - Deformation, hardness and Young's modulus depending on the number of bilayers. According to the analysis performed, the TiN / ZrN bilayers with a 1: 3 ratio have greater hardness (31 ± 1 GPa) in relation to the other systems and a Young's modulus of approximately 460 GPa. The results of the simulations of the mechanical properties of Ti and Zr-based materials, using methods such as finite elements, are promising in the field of new materials to predict their performance in technological and industrial applications such as hard coatings on different tools and pieces of machinery and thus reduce production costs. In addition, the simulations presented in this work can be extended to systems composed of other useful materials.
En este trabajo se presenta el estudio de propiedades mecánicas de multicapas de Zr/ZrN y TiN/ZrN variando el número de bicapas en 1, 2, 5 y 10, es decir, períodos de 2, 1, 0,4 y 0,2 μm, con espesor constante de 2 μm en una relación de 1:1 y 1:3. Para esta simulación se empleó el software ANSYS, el cual se basa en el método de elementos finitos. Se obtuvieron curvas de Esfuerzo– Deformación, dureza y módulo de Young en función del número de bicapas. De acuerdo al análisis realizado, las bicapas de TiN/ZrN con relación 1:3 presentan mayor dureza (31±1 GPa) en relación a los demás sistemas y un módulo de Young de aproximadamente 460 GPa. Los resultados de las simulaciones de las propiedades mecánicas de materiales basados en Ti y Zr, empleando métodos como el de elementos finitos, son prometedores en el campo de los nuevos materiales para predecir su desempeño en aplicaciones tecnológicas e industriales como recubrimientos duros sobre diferentes herramientas y piezas de maquinaria y así disminuir costos de producción. Además, las simulaciones presentadas en este trabajo pueden extenderse a sistemas compuestos de otros materiales de gran utilidad.
En este trabajo se presenta el estudio de propiedades mecánicas de multicapas de Zr/ZrN y TiN/ZrN variando el número de bicapas en 1, 2, 5 y 10, es decir, períodos de 2, 1, 0,4 y 0,2 μm, con espesor constante de 2 μm en una relación de 1:1 y 1:3. Para esta simulación se empleó el software ANSYS, el cual se basa en el método de elementos finitos. Se obtuvieron curvas de Esfuerzo– Deformación, dureza y módulo de Young en función del número de bicapas. De acuerdo al análisis realizado, las bicapas de TiN/ZrN con relación 1:3 presentan mayor dureza (31±1 GPa) en relación a los demás sistemas y un módulo de Young de aproximadamente 460 GPa. Los resultados de las simulaciones de las propiedades mecánicas de materiales basados en Ti y Zr, empleando métodos como el de elementos finitos, son prometedores en el campo de los nuevos materiales para predecir su desempeño en aplicaciones tecnológicas e industriales como recubrimientos duros sobre diferentes herramientas y piezas de maquinaria y así disminuir costos de producción. Además, las simulaciones presentadas en este trabajo pueden extenderse a sistemas compuestos de otros materiales de gran utilidad.