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Simulation of mechanical properties of Zr/ZrN and TiN/ZrN multilayers using the finite elements method Simulación de propiedades mecánicas demulticapas de Zr/ZrN y TiN/ZrNempleando el método de elementos finitos

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Author(s): H. D. Aristizábal–Soto | L. C. Agudelo | C. M. Bedoya Hincapié | E. Restrepo Parra

Journal: Ingeniería y Ciencia
ISSN 1794-9165

Volume: 6;
Issue: 11;
Start page: 91;
Date: 2010;
Original page

Keywords: Zr/ZrN | TiN/ZrN | ANSYS | propiedades mecánicas | elementos finitos

ABSTRACT
In this work mechanical properties of Zr/ZrN and TiN/ZrN multilayers varying the bilayerd number in 1, 2, 5 and 10, that is, multilayer periods of 2, 1, 0.4 y 0.2 μm, with thickness constant of 2 μm in a ratio 1:1 y 1:3 were studied. For the simulation the ANSYS software was employed, based on the finite elements method. Strain–stress curves, the hardness and Young’s Modulus were obtained as function of the bilayer numbers. According, the analysis carried out, the TiN/ZrN bilayers with 1:3 ratio presented the highest hardness (31±1 GPa) regarding the others and a Young’s modulus approximately of 460 GPa. Results obtained from the mechanical properties simulations of materials |based on Ti and Zr, by using methods like finite elements are promising in the new materials field, in order to predict their performance in industrial and technological applications as hard coatings grown on several tools and machine pieces and from this way reducing the production costs. Moreover, simulations presented in this work can be extended to systems composed by other materials with great utilization.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.
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