电弧喷涂沉积钢基模具过程的计算模拟

为了分析电弧喷涂制备钢基模具过程中的残余应力和变形,运用有限元计算分析了喷涂沉积层的温度场和应力场。在计算过程中首先分析了金属液滴的扁平化过程和传热问题;然后采用温度场与应力场耦合计算,模拟了钢基模具的喷涂制备过程,获得了不同时刻喷涂层内温度和应力的分布情况。并在此计算的基础上,分析了温度的分布对沉积层内残余应力和最终变形的影响,为模具尺寸设计和喷涂工艺制订提供了依据。     

电弧喷涂层温度场数值模拟

详细介绍了电弧喷涂层沉积过程中三维温度场有限元模拟技术 ,采用有限元分析软件计算了不同工艺、不同时刻以及不同位置涂层内的温度场 ,在建立传热模型过程中考虑了金属液滴束向涂层的传热与传质以及涂层向系统外的热量散失。采用在厚度方向以微小层叠加来模拟涂层的增厚 ,以此为基础构造涂层有限元计算几何模型 ,逐层激活层单元参与计算过程 ,实现移动边界以充分模拟真实的喷涂沉积过程。以实验验证计算结果 ,并详细讨论了喷涂沉积速率、界面传热系数以及间歇喷涂对涂层温度场的影响     

反应火焰喷涂TiC-Ni功能梯度涂层温度场和残余应力场数值模拟

详细介绍了利用自蔓延反应火焰喷涂技术在钢板表面制备TiC-Ni功能梯度涂层工艺.建立了计算TiC-Ni功能梯度涂层温度场及应力场的数学模型和反应喷涂涂层结构的物理模型.采用有限元分析软件分析了自蔓延反应喷涂层沉积过程中温度场及残余应力场的分布,深入分析了实验条件对涂层温度场的影响.同时,对沿涂层厚度方向残余应力变化规律进行了模拟,并通过模拟检验了利用该方法制备的功能梯度涂层的残余应力的连续性和缓和性,并对不同喷涂速度条件下涂层残余应力场进行了模拟与比较.结果表明,不同喷涂速度对残余应力场的分布影响不大.     

电热爆喷涂层温度场的数值模拟

分析了电热爆喷涂层的温度场特点,建立了三维温度场模型,并对温度场进行了有限元数值模拟。给出了涂层和基体在不同时刻的温度场分布和变化规律。结果表明：涂层温度在沿基体法线方向在前10μs急剧变化,涂层温度变化率高达10^7数量级,具有快速凝固的特性,界面附近的温度急剧上升。而在沿另2个方向的温度变化均匀;基体与涂层界面处的温度梯度最大。而后随着时间的延长,温度变化率和温度梯度逐渐降低,涂层温度逐渐下降,基体温度逐步上升,到100μs时,涂层温度与基体温度趋于一致。     

基于电弧喷涂技术的钢基模具快速制造方法

在由快速原形技术得到的3D模型上采用热喷涂方法进行逐层喷涂,最终沉积为具有预定内部型腔尺寸和外观形状的钢基汽车拉延模具.这些模具采用高强钢丝材喷涂而成,能够满足模具使用寿命的要求.通过喷涂丝材选择和喷涂层冷速的控制来保证在沉积层中形成马氏体组织,使沉积层具有足够的硬度和耐磨性,并具有良好的抗裂性.还通过有限元方法分析了沉积层的温度和应力,以保证模具的尺寸精度.采用这种工艺制作了实际生产应用的钢基拉延模具,其尺寸精度和力学性能可以满足要求,并已经在生产中试用.     

喷涂制备钢基模具工艺及材料

采用电弧喷涂与快速原形技术相结合,成功地制备了钢基拉延模具。在该模具的制备工艺过程中,陶瓷模型的制备为关键环节。在模具喷涂时,采用马氏体不锈钢或高碳钢丝材可以获得符合该模具使用要求的沉积层,其硬度和耐磨性均能够满足使用要求。所制备的模具沉积层中的马氏体相变可以导致体积膨胀,补偿了冷却收缩,提高了模具的尺寸精度。     

304不锈钢热处理过程温度场和应力场数值模拟

以304不锈钢为研究对象,分别测量了304不锈钢试样经淬火和空冷后的残余应力场。建立有限元模型,模拟了上述试样的温度场和应力场,并将模拟的残余应力场和测量结果进行了比较,二者吻合较好,证明所建立的模型是有效的。在此基础上,分析了淬火和空冷过程中温度场和应力场的变化规律。     

激光粉末沉积温度场和应力场的有限元数值模拟

基于激光粉末沉积的特点,建立了激光粉末沉积过程的有限元数学模型和物理模型,使用ANSYS有限元软件对激光粉末沉积过程的温度场和应力场进行模拟,获得了沉积过程中温度和应力在时间和空间的分布和变化规律.采用X射线衍射方法对残余应力进行测试,结果表明数值模拟结果和实验结果相吻合.     

铝合金压铸模具温度场、热应力场数值模拟及模具寿命预测

为了提高模具寿命,基于PROCAST软件对铝合金压铸模具的温度场及热应力场进行了数值模拟;选取了实际生产中容易出现裂纹的部位进行了模拟分析,得出了此区域在不同压铸工艺条件下热应力及应变的变化情况;采用数学模型预测了压铸模具的寿命,提出了最佳的压铸工艺参数.     

Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟

采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言模拟计算了Monel-400合金环焊温度场.绘制出焊缝熔合线及其附近的热循环曲线,将热分析得到的节点温度作为体载荷进行应力场的数值模拟计算.结果表明:外表面节点x方向的应力刚开始时为拉应力,12s后转变为压应力,而中间节点和内表面节点x方向的应力始终为压应力,并大于...     

电弧喷涂316L不锈钢涂层的结构与性能

采用电弧喷涂优化工艺制备316L不锈钢涂层,利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪等对涂层的组织及物相进行分析,同时对涂层的硬度、结合强度进行了测定。结果表明：涂层具有典型的层状形貌,涂层截面较为致密,局部区域出现粗大孔洞;涂层与基体之间主要为机械结合,结合强度较高;涂层硬度的最大值出现在涂层中部,靠近界面的基体组织发生加工硬化。     

温度场对电弧喷涂热应力的影响

基于热力学热传导原理和材料力学力和力矩的平衡原理,提出了考虑温度场的电弧快速成形涂层和基体热应力分析方法,能计算涂层成形后,由于自身温度降低以及向基体热传导产生温度场变化引起涂层和基体的热应力.借助广义热传导方程并赋予给定初始和边界条件,推导了基体厚度方向各位置温度分布函数,将推导的温度分布函数结合温度应变方程、力和力矩平衡方程推导了涂层和基体由于温度场变化产生的热应力理论计算方法.结果表明,热应力理论计算方法较好反映喷涂成形后涂层和基体间热应力分布规律,能较好控制涂层的质量,实现厚成形.     

高速电弧喷涂FeCrBSiMo涂层抗高温氧化性能

采用高速电弧喷涂工艺在20钢基体上制备铁基FeCrBSiMo涂层,孔隙率为3.64%,显微维氏硬度为9 002.5 MPa,结合强度达52 MPa;采用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与锅炉管道常用20钢的相关性能进行了比较.结果表明,FeCrBSiMo涂层组织结构致密,在450~750℃下氧化80 h后其氧化增重均明显低于锅炉管道用20钢增重,其中750℃时的氧化增重仅是20钢的1/25.高温氧化时,涂层表面生成连续致密的铁,铬氧化物膜,能阻碍O元素从涂层表面扩散渗入涂层内部,防止涂层的进一步氧化,具有很好的保护性.     

电弧喷涂制备纳米涂层的组织结构与性能

用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备一种高非晶含量的Fe基非晶涂层,将非晶涂层在600℃中保温1h,使非晶晶化形成纳米结构涂层。采用X射线衍射、差热分析、透射电镜、湿式橡胶轮磨粒磨损试验机测量涂层的组织和性能。试验结果表明,涂层呈典型的层状组织,结构致密,孔隙率低,晶粒尺寸为10~40 nm,其平均显微硬度为1143 HV0.1,同等试验条件下,纳米结构涂层耐磨粒磨损性能约为3Cr13涂层的5倍。     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

Effect of arc distance on temperature field and weld shape during double-sided arc welding

A new high efficiency welding method, double-sided double arc welding with double powers (DSAW-D), is developed for thick plate of low alloy high strength steel in this study. It is well known that the thermal cycles have an important influence on the microstructure, shape, stress, distortion and mechanical property. The DSA W-D method can control the tempernture field on a wide range by regulating the distance between two arcs, improve the rnicrostructure and prevent hot and cold cracking of high strength steel. But at present, the effect of arc distance on the temperature field and shape is not clear. Therefore, the paper researches the effect of arc distance on the temperature field and weld pool during DSA W-D using finite element method. The transient temperature field of different arc distance in DSAW-D is calculated.To verify the numerical results, the temperature is measured by the thermo-couple and the calculated results agree approximately with experimental data. Farther, the thermal property and mutual effect of double-sided arcs are investigated. The temperature distributions and weld pool profile at different arc distances are obtained. The results show that arc distance is a very important factor to affect the heat process.     

Wear behavior of high velocity arc sprayed 3Cr13 steel coating in oil containing sand

To improve the wear resistance of the machine components serving in desert areas, the 3Cr13 stainless steel coating was produced by the high velocity arc spraying technique. The microstructure and phase constitute of the coating were analyzed by SEM and XRD. The effects of sand content on the friction and wear behaviors of the coating under the lubrication of oil containing sand were investigated on a ball-on-disk tester. SEM was used to reveal the wear mechanisms of the coating. The results show that the wear volume increases with increasing the sand content in the oil, and the sprayed coating exhibits better triobological properties compared with the 1045 steel. The predominant wear mechanisms of the sprayed coating are micro-cutting, brittle fracture and delamination.     

异质双丝电弧喷涂制备复合涂层的工艺优化

异质双丝电弧喷涂是利用两根不同材质金属丝制备复合涂层的一种工艺. 对于熔点相差较大的丝材组合,常出现高熔点材料熔化不完全、频繁断弧的现象. 为此文中提出了异步送丝的电弧喷涂方法,并对碳钢丝—铝丝双丝组合喷涂的电弧区行为展开了研究. 结果表明,异步送丝的电弧喷涂设备可有效解决熔点差别较大的异质双丝电弧喷涂时的稳定性问题. 最后使用扫描电镜和X射线衍射仪对Fe-Al复合涂层的组织进行表征,表明异质双丝电弧喷涂过程中阴阳两极材料间基本不发生冶金反应,形成的是一种铝软质颗粒和碳钢硬质颗粒交错叠加的机械混合涂层.     

Sliding wear behavior of high velocity arc sprayed Fe-Al coating

The friction and wear behavior of Fe-Al intermetallics based coating produced by high velocity are spraying technique under dry sliding at room temperature were investigated using a ball-on-disc tribotester. The effect of sliding speed on friction coefficient and wear of the coating was studied. The worn surface of the coating was analyzed by scanning electron microscope (SEM) to explore sliding friction and wear mechanism. The results show that the variations of friction coefficient can be divided into three distinct steps during the trail. Both the friction coefficient and the wear of the coating increase with increased sliding speed due to accelerated crack propagation rate and lamellar structure with poor ductility of the coating. The coating surface is subjected to alternately tensile stress and compression stress during sliding wear process, and the predominant wear mechanism of the coatings appears to be brittle fracture and delamination.