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等离子喷涂热喷涂层残余应力模拟分析研究

【摘要】:随着工业的高速发展,在重要零部件上,通过表面工程使零件具有更高的可靠性成为一种常用方法。等离子喷涂作为一种涂层制备的常用方法,被广泛应用在零件表面强化上。涂层中残余应力的存在是涂层失效的重要原因之一,因此研究涂层中残余应力的状态及其在工作条件下的应力变化具有重要意义。涂层沉积过程对涂层残余应力的形成起着决定性作用,但对该过程的实时监控目前无法实现,因此数值模拟成为了研究涂层沉积过程的重要方法。本文应用有限元分析软件,建立了模拟在GH4169基体上制备NiCrFeMo涂层沉积过程的有限元模型,并对沉积过程温度场和应力场进行了分析;选取了喷涂功率、扫描速度以及涂层厚度作为影响因素,分析了各因素对涂层沉积过程温度场和应力场的影响;对制备完成后的涂层在热循环下应力的变化进行了研究,并分析了蠕变的发生对涂层中应力的影响。通过对涂层沉积过程的模拟发现,在喷涂过程中,涂层系统各方向均存在温度梯度,涂层中节点温度随时间周期性波动,基体与涂层存在较大温度差;涂层节点应力在喷涂过程中周期性波动;冷却至室温后,涂层应力分布较为均匀,但边缘与结合界面处应力集中明显。对涂层应力影响因素的研究发现,涂层应力随喷涂功率和涂层厚度增大而增大,随扫描速度增大而减小。对涂层在热循环下应力变化分析发现,升温阶段和降温阶段应力变化明显,恒温阶段应力变化不大;蠕变的发生将使涂层在热循环下应力分布趋于均匀,应力值降低。

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