基体表面粗糙度对HVOF粒子沉积行为的影响

目的 研究超音速火焰喷涂时,45#碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响.方法 基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析.结果 不同45#碳钢基体表面粗糙度下,WC-12Co粒子的沉积行为存在明显差异,波峰高度与波谷深度的差异造成粒子不同程度的不规则变形.当基体表面粗糙度Ra=10.26μm时,粒子沉积位置不同将引起粒子最终沉积形貌不同,但粒子的冲击均引起波峰偏移变形,且粒子不同程度地填充弥补波谷.粒子沉积过程中,粒子中下部与粒子先接触基体处的屈服应力、等效塑性应变与温升均高于粒子顶部以及粒子后接触基体处.Ra=0μm时,粒子等效塑性程度最大,等于2.03,此时粒子温度峰值最高为1562 K,粒子-基体结合界面局部区域屈服应力迅速下降为0,但基体变形程度较低,二者结合面积有限,粒子-基体结合强度较弱.Ra=5.34μm时,粒子的屈服应力在非理想平面状态下最为稳定,且等效塑性应变与温升幅度最大,分别为1.83以及1496 K.结论 理想表面状态下,粒子屈服应力、等效塑性应变以及温度变化最佳,但粒子-基体结合面积较低,并不利于粒子沉积.非理想表面状态下,一定程度增加Ra,可促进粒子塑性变形,提升粒子温度,增大结合面积,降低粒子屈服应力,但粒子沉积形貌相比理想表面沉积形貌更加多样复杂.此外,过度增加Ra将引起波峰变形偏移,消耗大量粒子动能,粒子主要用于填充弥补波谷,等效塑性变形程度与温升幅度下降,屈服应力增加,不利于粒子沉积.     

基于SPH的超音速火焰喷涂WC-12Co粒子速度对其沉积行为的影响

目的 以超音速火焰喷涂过程为基础,探究粒子撞击速度对粒子在基体上沉积行为的影响。方法 应用SPH方法,模拟分析WC-12Co粒子速度在400～800 m/s内,单个粒子在相同基体上的沉积行为。结果 粒子撞击速度与粒子扁平率、粒子基体结合面积、结合方式等有密切关系。随着粒子撞击速度的增加,基坑深度持续增大至最小深度的4.6倍,金属射流对提高粒子扁平化程度及粒子与基体的有效结合面积起到促进作用,总接触面积最大可达到原有效接触面积的2.7倍。撞击速度的提升使得有效塑性应变及应变区域增加,形变区域增大。同时,结合面温升总体增加,增强了粒子与基体的结合条件。沉积过程存在能量耗散,初始能量的提高有利于粒子与基体总能量的增加,强化了压实效应,进一步促进粒子与基体的结合。结论 在数值模拟选取的范围内,超音速火焰喷涂WC-12Co粒子的撞击速度越高,粒子与基体的结合状态越好。