超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的高速磨削机理试验研究

针对超音速火焰喷涂WC-17Co高硬涂层的加工难题,对WC-17Co涂层进行了高速/超高速磨削试验。通过考察不同金刚石砂轮和磨削工艺参数对磨削力、磨削温度和表面残余应力、表面/亚表面微观形貌和表面粗糙度的影响,讨论了最大未变形切屑厚度与比磨削能的内在关系,分析了磨削温度对表面残余应力的作用规律,探讨了法向磨削力对涂层亚表面损伤的作用规律。结果表明：WC-17Co涂层磨削去除是脆性和延性去除并存;提高砂轮线速度将使磨削力先快速减小后缓慢增大,磨削温度持续升高,涂层磨削从脆性去除转为延性去除的趋势也逐渐增强,表面残余应力由压应力逐渐转变为拉应力,而磨削高温引起涂层热塑性变形是表面残余应力状态转变的根本原因。涂层亚表面磨削损伤层平均深度随法向磨削力的增大而变大。提高砂轮线速度、降低工作台速度和减小磨削深度均能增大涂层磨削塑性去除的比例。     

WC-10Co-4Cr涂层高温微动磨损特性

为研究WC-10Co-4Cr涂层的高温微动磨损性能和微动磨损机制,采用超音速火焰喷涂技术在Inconel690合金表面制备WC-10Co-4Cr涂层。使用PLINT电液伺服高温微动试验机,在室温25℃至高温300℃大气气氛条件下,选择法向载荷100 N、位移幅值200μm、频率2 Hz、循环次数3×10~4次,进行微动磨损特性试验,通过扫描电子显微镜、双模式轮廓仪和三维共聚焦显微镜等仪器对磨痕进行分析研究。结果表明:涂层组织呈层状叠加的两相分布,致密、孔隙率低,涂层与基体结合紧密,显微硬度为HV810.82,是基体的3.3倍;在法向载荷和位移幅值一定时,随着试验温度的升高WC-10Co-4Cr涂层的摩擦因数增大,且磨损加剧;温度高于250℃条件下,WC-10Co-4Cr涂层发生严重磨损;WC-10Co-4Cr涂层的高温微动磨损机制主要表现为黏着磨损、氧化和剥层的共同作用。     

电弧喷涂涂层温度场的数值模拟

运用有限元方法,建立了电弧喷涂涂层横断面的二维有限元模型,模拟涂层逐层叠加的生成过程,对涂层进行了热和结构的耦合分析。在分析中同时考虑了热传导、热对流和热辐射对涂层和基体综合作用的影响,得出了在不同的基体预热温度下涂层的温度场,并找出了涂层的变形规律。     

超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性研究

为提高Inconel690合金管的耐磨性,在Inconel690合金管外表面,采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备WC-10Co-4Cr和Co Cr W两种涂层,管状试样与1Cr13圆柱体配副件以"十"字交叉接触方式,位移幅值为100~200μm;法向载荷为30~90 N;频率为2 Hz;循环次数为3×104次;环境温度为室温,在PLINT微动磨损试验机上进行微动磨损试验。试验结果表明:载荷一定时,涂层的摩擦系数随着位移的增加而变大。两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金;WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性略优于Co Cr W涂层。清洗后的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,两种涂层的磨损机制主要是剥层和磨粒磨损为主。     

热喷涂过程涂层钢板的温度场和应力场分析

建立涂层钢板模型,采用单元生死技术,利用有限元软件分析热喷涂过程涂层钢板的温度场和应力场分布,为预测和分析涂层显微组织,优化喷涂工艺,提高喷涂层与基体结合的稳定性提供依据.     

超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层工艺参数的优化

采用超音速火焰喷涂(HVOF)系统在Q235钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用正交试验方法研究了喷涂距离、氧气流量、煤油流量等工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:氧气流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,煤油流量和喷涂距离的影响较小;最佳工艺参数为氧气流量897L·min-1、煤油流量0.38L·min-1、喷涂距离300mm,在此工艺参数下制备涂层的孔隙率为0.31%,显微硬度为1 323HV。     

磨削淬硬温度场的数值模拟

根据磨削比能、传热学等理论建立了磨削淬硬温度场的有限元模型,借助有限元软件Ansys对40Cr钢磨削温度场及工件的冷却速度进行了研究,得出了工件磨削温度场。最后通过不同工艺参数下的工艺试验与Ansys计算值进行了对比。结果表明,使用Ansys和试验值是吻合的,说明使用有限元方法模拟工件表面温度场是可靠和可行的。     

Inconel690合金表面HVOF喷涂WC-10Co-4Cr和CoCrW涂层的微动磨损特性研究*

为了提高Inconel690合金管的耐磨性,采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在Inconel690合金管表面制备WC 10Co 4Cr和CoCrW两种涂层,在PLINT微动磨损试验机上考察其微动磨损性能。试验结果表明：载荷一定时,涂层的摩擦因数随着位移的增加而变大;相同试验条件下,在稳定阶段,WC 10Co 4Cr和CoCrW涂层的摩擦因数小于Inconel690;两种涂层的耐磨性均显著优于Inconel690合金,而WC 10Co 4Cr涂层的耐磨性略优于CoCrW涂层。磨损表面形貌分析表明,两种涂层的磨痕表面存在剥落坑和剥层现象,磨损机制以剥层和磨粒磨损为主。     

机车制动盘三维瞬态温度场与应力场仿真

基于三维循环对称有限元模型,提出了机车制动盘制动过程中温度场和应力场的计算方法。讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法,尤其是机车整个制动过程中制动盘换热系数的计算方法。同时运用有限元软件ANSYS7进行了制动盘及相关部件三维瞬态温度场和应力场的仿真与分析。仿真结果表明:在制动开始阶段,制动盘迅速升温,高温区集中在制动盘摩擦面表层,最高温度达220℃;制动过程结束后,整个制动盘有一段较长时间的降温过程;制动盘系统各部分的最大热应力-时间曲线变化规律不一致,但均满足材料强度要求。仿真结果与实验数据相符,证明了该三维有限元模型及其温度场计算方法的正确性。     

碳化钨HVOF涂层高速磨削工艺参数优化试验研究

针对碳化钨涂层加工过程中钴易析出的难题,基于加工前后涂层表面Co/Cr比值的变化,提出了碳化钨涂层专用磨削液优选的新方法,并通过试验验证了其效果;在此基础上,研究了不同砂轮参数对磨削过程的影响规律,进而开展了磨削正交试验,探究了磨削工艺参数对磨削力及表面粗糙度的影响权重。结果表明:1)分别就3种不同磨削液进行析出对比试验,试验优选出磨削液I(型号为HOCUT 795)对钴析出的抑制效果最佳; 2)砂轮粒度对于磨削过程影响最为显著,粒度越大,表面粗糙度越小,与陶瓷结合剂相比,树脂结合剂砂轮能获得更好的磨削表面质量; 3)在对磨削力以及表面粗糙度的正交试验中,磨削深度对于磨削力的影响权重最大,砂轮线速度对表面粗糙度的影响权重最大。     

添加CeO2对超音速火焰喷涂微纳米结构WC-10Co4Cr涂层组织和性能的影响

采用超音速火焰(HVOF)喷涂技术制备了微纳米结构WC-10Co4Cr涂层和质量分数1%CeO₂改性微纳米结构WC-10Co4Cr涂层,研究了CeO₂的添加对涂层显微组织、力学性能和耐磨粒磨损性能的影响。结果表明：CeO₂的添加对粉末烧结过程中Co₃W₃C相的形成有抑制作用,同时能够减少喷涂过程中W₂C相的生成;CeO₂改性涂层的孔隙率为未改性涂层的72%;CeO₂的添加会加剧涂层的铬元素聚集程度,不利于CoCr黏结相的生成;CeO₂改性涂层的力学性能和耐磨粒磨损性能均低于未改性涂层,显微硬度和断裂韧度分别降低了11%和7%,经过15 600 r磨损后,其磨损质量损失率比未改性涂层高36%。     

水泵WC-10Co4Cr微纳米复合涂层技术的研究与应用

泥沙磨蚀是影响水泵工作效率和使用寿命的关键技术问题之一,利用WC-10Co4Cr微纳米复合涂层技术可以较好的解决这一问题。采用超音速火焰热喷涂技术在水泵过流部件常用材料00Cr18Ni5Mo3Si2不锈钢上制备该涂层,并对涂层的硬度、耐磨损、耐磨蚀等性能进行了研究。结果表明:高强度、高硬度以及较好的韧性使得涂层具有远高于基材的耐磨性能,并且涂层与基材之间呈高强度结合使得涂层不易开裂和剥落,能够保证较长的使用周期。将其应用到高泥沙河流水泵过流部件表面,可以大幅提高水泵的抗磨蚀性能,延长其使用寿命。     

矿井提升机制动盘温度场与应力场的数值模拟

基于热传导理论和热弹性力学理论,对矿井提升机的制动过程进行了数值模拟。分析了制动过程中制动盘表面上边界条件的变化规律,并着重探讨了制动过程中制动盘表面对流换热系数的计算方法。在变物性的前提下,依据实际的几何尺寸,建立矿井提升机制动盘循环对称三维有限元模型,研究不同制动工况下制动盘的温度场和应力场分布。文中还对热应力的计算方法进行了探讨,并分析比较了各种方法的优劣性。研究结果表明:制动盘的温度应力分布与制动初始速度和加速度的大小密切相关。本研究为提升机提升速度和制动加速度的优化和高性能制动系统的设计开发提供了重要的参考依据。     

WC-10Co4Cr涂层高速磨削表面粗糙度预测研究

为了优选WC-10Co4Cr高速磨削参数,实现高精度加工,满足实际生产的迫切需求,研究了一种基于响应曲面法的表面粗糙度预测方法。从高速磨削工艺系统特点出发,给出面向固定工艺系统的WC-10Co4Cr高速磨削表面粗糙度预测原理。结合正交试验数据,建立表面粗糙度预测模型。运用方差分析方法,检验预测模型的拟合度。以活塞杆再制造过程中的磨削加工为例,应用上述预测模型和BP神经网络分别进行了表面粗糙度预测,并同实际加工结果进行比较。结果表明,研究的表面粗糙度预测结果与实际加工结果之间相差0.02μm,BP神经网络预测结果与实际加工结果之间相差0.04μm,证明所提出的表面粗糙度预测方法是有效的,更加满足了实际生产的需求,为WC-10Co4Cr高速磨削参数优化、高精度加工提供了技术支持。     

超音速火焰喷涂WC-17Co合金涂层修复飞机燃油接受探管导轨磨损部位

某型飞机燃油接受探管外筒导轨镀铬层发生磨损剥落,采用超音速火焰(HVOF)喷涂WC-17Co合金涂层对其进行修复,研究了HVOF涂层的微观形貌、力学性能和耐磨性能,并对导轨修复的燃油接受探管进行了20次全行程收放转换模拟试验、30次地面运行试验和50次空中飞行运行试验。结果表明:HVOF涂层的硬度高达1 041 HV,与导轨基体的结合强度大于85.4MPa,涂层韧性良好,耐磨性能优于电镀铬层的,且与化学镀镍磨轮配对时的对磨表面磨损程度很小;修复导轨组装的探管在收放转换模拟试验和运行试验后,其HVOF涂层均未见磨损现象,修复导轨的使用状态良好。     

超音速火焰喷涂微米和纳米结构WC-12Co涂层及其性能

以纳米和微米级WC-12Co粉末为原料,采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在16Mn基体上制备了两种涂层.利用X射线衍射仪对喷涂粉末及涂层进行了相结构分析,用扫描电镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察,探讨了粉末结构、涂层的组织和结构以及抗磨粒磨损的性能.结果表明:WC-12Co粉末结构对涂层的组织结构影响非常显著,微米WC-12Co粉末中的WC的分解基本上得到了抑止,而纳米结构的粉末由于出现了WC的部分分解,导致了纳米涂层的抗磨粒磨损性能相对于微米涂层提高不多,但是与基体16Mn相比,两种涂层均表现出优异的抗磨粒磨损性能.     

平面磨削温度场有限元仿真及实验

在考虑不同磨削参数对温度场的影响的情况下,根据三角形热源模型对磨削工件进行了有限元仿真,获得了工件的温度分布。采用热电偶法测量了工件的磨削温度,发现有限元仿真值与实验测量值相当吻合,仿真结果能够真实反映工件的温度场。该有限元仿真方法对磨削过程中工件温度场的研究具有实际意义,为避免磨削烧伤提供了技术支持。     

冷作磨具钢Cr12MoV磨削温度场的仿真

针对冷作磨具钢Cr12MoV进行了磨削温度场的研究,并依据建立的有限元仿真模型,对扩径头外扇形块模型进行了磨削温度场的仿真,实现了扇形块磨削温度场的预测,为研究磨削参数对磨削温度的影响提供了理论依据。     

钢水罐瞬态温度场及应力场分析

对某钢厂300t钢水罐进行瞬态温度场分析,得到了罐壁上关键节点温度随时间变化曲线和罐壁厚度方向上温度分布图。根据冶金工业部发布的《炼钢安全规程》中规定:要定期检查钢水罐,耳轴磨损大于耳轴直径的10%时应按规定进行检修或报废。故针对钢水罐的关键受力部件耳轴未磨损与磨损其直径的10%两种情况分别分析,将温度场结果作为初始条件进行热应力分析,然后将两种情况下得到的应力场对比分析。结果表明:磨损后的耳轴局部应力场最大应力值达到96.6MPa,较未磨损时应力增幅达73%。耳轴磨损其直径的10%后继续使用会对生产安全产生影响,日常维护和使用中重点关注耳轴磨损,定期检查其磨损情况并及时修复,有助于延长钢水罐寿命。     

超音速火焰喷涂工艺及涂层质量控制

超音速火焰喷涂(HVOF)WC10Co4Cr合金以其优良的耐磨性和耐蚀性及对环境的友好性等优点,在飞机起落架轴类零件上已有取代镀硬铬之势;但是,实际生产中,HVOF涂层常常出现起皮、剥落、隆起、裂纹、崩裂和有开口于表面的孔洞及不连续等缺陷,严重影响了喷涂质量,制约了产品的正常使用。通过加强对工艺辅助材料、设备及维护、制造过程、工艺和人员等环节的控制,使某型号超高强度钢轴类零件涂层质量问题的发生率从20%降低到1%以下,经过长期的实践检验,验证了其对指导生产具有一定的现实意义。