金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件是利用先進(jìn)涂覆層技術(shù)在基體零件上涂覆金屬陶瓷硬質(zhì)覆層而得到的新型層狀復(fù)合材料零件，可廣泛應(yīng)用于耐磨抗蝕、耐疲勞抗氧化及耐高溫場(chǎng)合。針對(duì)目前缺乏系統(tǒng)的適應(yīng)于金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件設(shè)計(jì)理論的現(xiàn)狀，本文在對(duì)金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料等效性能研究的基礎(chǔ)上，對(duì)覆層零件在典型服役條件下的設(shè)計(jì)理論及其可靠性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為進(jìn)一步擴(kuò)大該新型覆層零件的應(yīng)用領(lǐng)域奠定了理論基礎(chǔ)。 提出了金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料的等效彈性模量的概念，建立了其等效彈性模量與組成材料彈性模量、熱膨脹系數(shù)、覆層厚度等參數(shù)之間的理論關(guān)系模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。建立了金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料等效泊松比和等效剪切模量理論模型。 建立了覆層受壓和受拉兩種作用方式下金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料的等效抗彎強(qiáng)度理論模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，材料的等效抗彎強(qiáng)度隨著覆層厚度的增加而增加；覆層受壓時(shí)，材料首先在硬質(zhì)覆層的最大壓應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生破壞，而覆層受拉時(shí)，材料首先在硬質(zhì)覆層的最大拉應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生破壞。針對(duì)覆層受壓，提出了基于等效抗彎強(qiáng)度進(jìn)行硬質(zhì)覆層零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該以覆層部分材料的抗壓強(qiáng)度而不是以基體材料的抗拉強(qiáng)度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料的等效屈服強(qiáng)度、界面拉伸強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度隨覆層厚度的變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 提出了磨損載荷作用下金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即基于允許磨損量、等效最大剪切應(yīng)力和界面剪切強(qiáng)度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。建立了覆層零件磨損量、等效最大剪切應(yīng)力以及界面最大剪切應(yīng)力理論模型，并進(jìn)行了實(shí)例和有限元研究。結(jié)果表明，當(dāng)零件總厚度不變時(shí)，硬質(zhì)覆層零件的等效最大剪切應(yīng)力和界面最大剪切應(yīng)力均隨著覆層厚度的增大而減小、隨著磨損載荷的增大而增大、并與摩擦副材料有關(guān)。 對(duì)基于裂紋擴(kuò)展的金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了研究，提出了一個(gè)適應(yīng)于硬質(zhì)覆層零件的、用于判斷界面裂紋擴(kuò)展方向的新參數(shù)，即界面裂紋擴(kuò)展方向的相對(duì)擴(kuò)展性能參數(shù)CP。 對(duì)基于平行并位于界面的裂紋擴(kuò)展的金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行了理論和實(shí)例研究。理論分析了該界面裂紋分別向硬質(zhì)覆層內(nèi)偏折、向基體內(nèi)偏折、沿界面三個(gè)方向擴(kuò)展的相對(duì)擴(kuò)展性能參數(shù)。提出了平行并位于界面的裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則，根據(jù)該準(zhǔn)則，實(shí)例分析了該界面裂紋分別沿三個(gè)方向擴(kuò)展的最大能量釋放率、相對(duì)擴(kuò)展性能參數(shù)及擴(kuò)展角與載荷作用角ψ、覆層厚度比h_1/h、載荷Q大小及零件組成
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：TH122
【部分圖文】：

00.10.20.30.40.50.60.7hl(mm)圖2一7等效彈性模量凡與覆層厚度h，之間的關(guān)系圖2一6是覆層試樣整體斷裂前的變形形貌。由圖可見，覆層部分和基體部分在拉伸載荷作用下都是從中間向兩端伸長(zhǎng)，由于覆層的彈性模量大于基體的彈性模量，

高為h的矩形截面，價(jià)bhZ/6。圖2一17是金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料SCrZNIOSC/Q235的等效抗彎強(qiáng)度與覆層厚度比之間的關(guān)系。由圖可見，其它 0les 0.025 0.075 0.125h!/h圖2一17等效抗彎強(qiáng)度與覆層厚度比h、/h之間的關(guān)系條件不變時(shí)，隨著覆層厚度比的增加，材料的等效抗彎強(qiáng)度增加。在前面的理論分析中，由圖2一14和圖2一16可以看出，.隨著覆層厚度的增加，兩種作用方式的等效抗彎強(qiáng)度因子增大，由于等效抗彎強(qiáng)度因子的變化趨勢(shì)與覆層材料的理論等效抗彎強(qiáng)度的變化趨勢(shì)相同，所以，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。覆層材料等效抗彎強(qiáng)度隨覆層厚度增大而增加的主要原因是:覆層部分材料的彈性模量’(E

圖2一23單邊剪切實(shí)驗(yàn)裝置示意圖h一(mm)圖2一24界面剪切強(qiáng)度〔ri]與覆層厚度h!之間的關(guān)系2.4本章小結(jié)金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料是由硬質(zhì)覆層、界面層和基體組成的非均質(zhì)材料，其性能參數(shù)與其組成材料性能參數(shù)和層合結(jié)構(gòu)尺寸及制備工藝有關(guān)。為了對(duì)硬質(zhì)覆層材料進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)和表征，以及進(jìn)行硬質(zhì)覆層零件設(shè)計(jì)時(shí)正確選擇材料體系，本文提出了硬質(zhì)覆層材料等效性能的概念，并對(duì)硬質(zhì)覆層材料的主要等效物理、力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。(l)通過對(duì)金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料試樣在拉伸載荷作用下的變形特點(diǎn)分析，提出了等效彈性模量的概念，分別從考慮和不考慮材料制備過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力兩個(gè)方面，建立了硬質(zhì)覆層材料等效彈性模量與組成材料彈性模量、熱膨脹系數(shù)和覆層厚度比等參數(shù)之間的理論關(guān)系模型，并進(jìn)行了實(shí)例和實(shí)驗(yàn)研究。理論與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相符

【引證文獻(xiàn)】

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1 李文虎;劉福田;;錘刀表面硬質(zhì)合金覆層的性能及失效機(jī)理分析[J];工具技術(shù);2008年11期

本文編號(hào)：2818969