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激光熔覆梯度涂层低应力多碰形变研究

激光熔覆梯度涂层低应力多碰形变研究

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作者：沈玲琳苏州大学

学位级别：硕士

工程领域中，很多重要零构件在工作时承受着低应力多碰载荷。研究表明，零构件受多碰失效的起因可归结为材料的塑性变形，且以往的激光熔覆单质涂层变形规律表现出“趋表效应”，即形变随碰撞次数的增加而减小，而形变程度从涂层到基体... 详细信息

工程领域中，很多重要零构件在工作时承受着低应力多碰载荷。研究表明，零构件受多碰失效的起因可归结为材料的塑性变形，且以往的激光熔覆单质涂层变形规律表现出“趋表效应”，即形变随碰撞次数的增加而减小，而形变程度从涂层到基体由表及里呈衰减趋势。针对此现象，本文采用激光熔覆方法制备梯度涂层来抵抗减弱这一影响，对其进行低应力多碰试验，分析其形变规律，并在一定假设条件下建立梯度涂层和基体的应变率数学模型。本文设计以每层涂层Ni含量的梯度变化，采用预置粉末方式激光熔覆制备了均匀分布梯度涂层和指数分布梯度涂层。经XRD成分分析检测，所制备的每一层涂层Ni含量与设计值基本一致。经显微硬度测试，涂层硬度由表及里逐渐降低，呈梯度分布，符合期望。对两种试件进行坐标网格分层，采用分层塑性响应方法，在相同的多碰条件下（碰撞应力σ=100MPa，碰撞行程h=22mm，碰撞频率p=2Hz），对均匀分布梯度试件和指数分布梯度试件进行了多碰试验，按照既定的实验步骤间歇的采集了数据。分析处理两类梯度试件的数据，发现梯度涂层受多碰后的变形也符合“趋表效应”。但其变形与激光熔覆单质涂层相比，变形更小，有明显抗多碰形变效果。对比分析多碰前后试件梯度涂层硬度，发现均匀分布梯度试件存在形变硬化现象，表层硬度差最大，硬化深度与变形深度一致;指数分布梯度试件靠近表面的三层梯度涂层没有发生硬化现象，在靠近基体的第一层涂层和基体结合面向下2mm段发生形变硬化。比较多碰前后指数分布梯度涂层各层的组织变化，在靠近表层处组织有模糊混乱现象，其变形主要表现为晶粒碎化，距表层越远处组织变化越不明显。分析表明：当冲击次数一定时，应变率与深度呈指数关系;当试件深度一定时，应变率与冲击次数成幂函数关系。在一定的假设条件下，初步建立涂层和基体的应变率数学模型，通过Excel软件对该模型进行回归分析和检验，得到了涂层和基体的线性回归方程和非线性回归方程。

关键词：梯度涂层低应力多碰塑性变形应变率数学模型

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