本文關(guān)鍵詞：電火花沉積Ni201修復(fù)層應(yīng)力場數(shù)值模擬及界面行為的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電火花沉積作為一種表面強(qiáng)化修復(fù)技術(shù),其實(shí)質(zhì)是一種微弧焊接工藝,對受損機(jī)械零部件的修復(fù)強(qiáng)化具有重要意義。本文采用DHD-6000型電火花沉積設(shè)備在Q235基體表面制備了Ni201修復(fù)改性層,對Ni201修復(fù)層的界面行為進(jìn)行了深入研究。并通過建立有限元分析模型,對電火花沉積溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了模擬分析。利用有限元分析軟件ANSYS對電火花沉積溫度場和應(yīng)力場分布規(guī)律進(jìn)行了研究。選取Gauss熱源模型,施加合理的熱邊界條件和位移約束條件,先模擬計(jì)算溫度場,然后再模擬分析應(yīng)力場。分析結(jié)果顯示,基體的溫度隨著沉積熱源的移動而發(fā)生劇烈的變化,熱應(yīng)力主要分布在溫度梯度較大的區(qū)域,沿沉積中心線方向上的縱向殘余應(yīng)力均表現(xiàn)為拉應(yīng)力,最大值約為245MPa,橫向殘余應(yīng)力在沉積起始和結(jié)束的兩個區(qū)域均呈現(xiàn)出壓應(yīng)力,壓應(yīng)力最大為227.5MPa,與經(jīng)典理論的結(jié)果基本吻合。選取弧比、能量輸出幅度、頻率等不同工藝參數(shù),進(jìn)行電火花沉積實(shí)驗(yàn),利用電子掃描顯微鏡、能譜儀、X射線衍射等檢測方法,研究了修復(fù)層與基體結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu)、元素分布、相組成以及修復(fù)層表面殘余應(yīng)力。研究結(jié)果表明,Ni201修復(fù)層組織均勻致密,修復(fù)層界面主要由Fe10.8Ni、(Fe,Ni)、CoFe15.7等新相組成,基體元素與修復(fù)層元素之間相互擴(kuò)散形成冶金結(jié)合方式,說明電火花沉積的修復(fù)層與基體不是簡單的機(jī)械結(jié)合。經(jīng)X射線衍射儀器檢測,修復(fù)層表面殘余應(yīng)力隨著能量輸出幅度和弧比的增加而增大,但均未超出材料的屈服極限。根據(jù)電火花沉積實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果,通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)來對比分析頻率、能量輸出幅度和弧比三個因素對修復(fù)層表面殘余應(yīng)力的影響程度,優(yōu)化電火花沉積工藝,為降低修復(fù)層表面殘余應(yīng)力提供理論參考。結(jié)果表明,這三個因素對表面殘余應(yīng)力影響的程度由強(qiáng)到弱的順序依次為弧比、能量輸出幅度、頻率。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及修復(fù)層界面結(jié)合的情況進(jìn)行綜合分析,得到電火花沉積修復(fù)層較好的工藝參數(shù)為:頻率1000 Hz、弧比35%、能量輸出幅度40%。
【關(guān)鍵詞】：電火花沉積 修復(fù)層 界面行為 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題背景和意義10-11
• 1.3 電火花沉積技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3.1 電火花沉積技術(shù)概況11-13
• 1.3.2 電火花沉積層結(jié)合強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀13
• 1.3.3 電火花沉積層耐磨性能的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.4 電火花沉積有限元模擬的研究概述15-16
• 1.3.5 電火花沉積技術(shù)的發(fā)展趨勢16
• 1.4 電火花沉積技術(shù)的應(yīng)用16-17
• 1.4.1 電火花沉積在電力行業(yè)的應(yīng)用16-17
• 1.4.2 電火花沉積在模具修復(fù)中的應(yīng)用17
• 1.4.3 電火花沉積在航空領(lǐng)域的應(yīng)用17
• 1.5 研究目的及內(nèi)容17-18
• 1.5.1 研究目的17-18
• 1.5.2 研究內(nèi)容18
• 1.6 本文結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 電火花沉積有限元分析的理論基礎(chǔ)20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 電火花沉積有限元模型的簡化20-21
• 2.3 電火花沉積溫度場理論分析21-26
• 2.3.1 溫度場的基本方程21-22
• 2.3.2 熱源模型22-26
• 2.4 電火花沉積應(yīng)力場理論分析26-30
• 2.4.1 屈服準(zhǔn)則26-27
• 2.4.2 流動準(zhǔn)則27
• 2.4.3 強(qiáng)化準(zhǔn)則27-28
• 2.4.4 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系28-29
• 2.4.5 平衡方程29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 電火花沉積溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬31-46
• 3.1 模型假設(shè)31-32
• 3.2 溫度場數(shù)值模擬32-40
• 3.2.1 建模及網(wǎng)格劃分前處理32-34
• 3.2.2 加載計(jì)算34-36
• 3.2.3 溫度場的分布36-37
• 3.2.4 基體上各節(jié)點(diǎn)溫度變化分析37-40
• 3.3 應(yīng)力場數(shù)值模擬40-44
• 3.3.1 分析單元轉(zhuǎn)化40
• 3.3.2 定義材料屬性40
• 3.3.3 施加約束40
• 3.3.4 沉積過程應(yīng)力結(jié)果分析40-43
• 3.3.5 沉積殘余應(yīng)力結(jié)果分析43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第四章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法46-51
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料46
• 4.1.1 基體材料46
• 4.1.2 電極材料46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及檢測儀器46-48
• 4.2.1 沉積設(shè)備46-48
• 4.2.2 檢測設(shè)備48
• 4.3 實(shí)驗(yàn)過程48-50
• 4.3.1 電極極性選擇48-49
• 4.3.2 修復(fù)層制備49
• 4.3.3 檢測試樣制備49-50
• 4.4 檢測方法50-51
• 4.4.1 修復(fù)層形貌及金相顯微組織觀察50
• 4.4.2 修復(fù)層界面微觀組織50
• 4.4.3 修復(fù)層界面物相及表面殘余應(yīng)力分析50-51
• 第五章 電火花沉積Ni201修復(fù)層界面行為研究51-64
• 5.1 引言51
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法51-52
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析52-60
• 5.3.1 修復(fù)層界面微觀形貌52-55
• 5.3.2 修復(fù)層界面元素分布55-58
• 5.3.3 修復(fù)層界面物相結(jié)構(gòu)分析58-59
• 5.3.4 修復(fù)層表面殘余應(yīng)力分析59-60
• 5.4 界面結(jié)合機(jī)理分析60
• 5.5 電火花沉積工藝優(yōu)化60-62
• 5.5.1 正交試驗(yàn)方案61
• 5.5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析61-62
• 5.6 本章小結(jié)62-64
• 第六章 全文總結(jié)與展望64-66
• 6.1 全文總結(jié)64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69-70
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果70-71

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本文編號：406157