论文摘要
本文针对激光熔覆涂层在低应力多碰载荷下的塑性变形规律进行了研究,并对其微观机理进行了探讨,建立了相关的数学模型。利用自制多冲碰撞试验机,选取2种试件进行多碰形变试验。通过对多碰试样碰撞前后进行对比,发现在碰撞面力为100MPa～300MPa（此值约为涂层材料的静压屈服强度的1/10,基体材料静屈服强度的1/2～1/3）,冲击行程为20mm,冲击频率为4Hz的情况下,2种试件的基体和涂层均发生了明显的宏观累积塑性变形。这种常温、低应力多碰载荷作用下的累积塑性变形行为,本文定义为“多碰蠕变”。数据分析表明,激光熔覆涂层试件多碰蠕变具有“趋表效应”、时间非线性和空间非线性等特点。即涂层表面应变率最大,随碰撞次数和层深增加,应变率呈指数态递减,直至为零;基体应变率随碰撞次数和距结合面距离增加而减小,其变化趋势与涂层相同。二者累积变形量增长率随碰撞次数增加呈递减趋势,碰撞到一定次数后累积变形量不再增加,达到蠕变稳定。多碰载荷增大可使累积蠕变量增加,但到达蠕变稳定的时间不会延长,一般在碰撞1525万次后,达到蠕变稳定。多碰前后激光熔覆涂层试件TEM和X-射线分析表明,低应力多碰载荷下材料发生了晶界的滑动和迁移;金相图表明低应力多碰载荷下涂层试件微观组织发生了改变,产生的亚结构和孪晶进一步促进了多碰蠕变的进程。碰撞能量驱动是低应力多碰蠕变产生的主要原因。碰撞能量不断输入,使振动质点越过势能峰,促进扭折形成,晶体产生滑移,进而形成累积塑性变形。多碰蠕变发生的必要条件是应力达到了使材料发生微小变形的最小应力和外界输入了使质点发生有效扰动的能量。给出了多碰蠕变当量应力阈值的概念和蠕变模型构架,认为在多碰变形分析中,能量的输入也是其本质之一,不能忽视。对多碰后激光熔覆涂层试件的主要损伤失效进行了分析。多碰载荷下涂层试件产生了形变硬化和软化现象,存在碰撞质量损失,其表面损伤表现为开裂、剥落、蚀坑、墩粗、凹陷等,这些损伤失效产生的主要原因大都可归结为材料反复弹塑性变形。
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中文提要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题的来源及意义1.2 多次冲击问题研究历史及现状1.2.1 小能量多次冲击1.2.2 表面强化技术1.2.3 涂层抗冲击性能研究1.3 形变理论研究1.3.1 经典变形理论1.3.2 低应力变形理论1.4 本文的主要研究内容第二章 涂层材料多碰变形理论及比较分析2.1 低应力多碰载荷定义及特点2.1.1 低应力多碰载荷的定义2.1.2 低应力多碰载荷的特点2.2 多碰变形理论2.2.1 涂层试件在多碰载荷下的动态响应2.2.2 基本假设及方程2.2.3 多碰载荷下涂层试件中应力波的传播2.3 低应力多碰形变与其它低应力形变理论比较第三章 低应力多碰试验设计3.1 试件材料3.1.1 基体材料的选择3.1.2 涂层材料的选择3.2 激光熔覆涂层3.2.1 激光熔覆涂层制备3.2.3 激光涂层性能检验3.3 试验装置3.3.1 多冲碰撞试验机3.3.2 实验数据的采集系统3.3.3 在线观测系统3.3.4 其他仪器3.4 试验方案设计3.5 本章小结第四章 低应力多碰塑性变形研究4.1 试样多碰前后对比4.2 多碰试样累积变形分析4.2.1 累积变形数据4.2.2 累积形变分布曲线4.2.3 变形分布曲线4.3 涂层的多碰蠕变4.3.1 蠕变与多碰蠕变4.3.2 涂层多碰蠕变数据4.3.3 涂层多碰蠕变规律4.4 涂层多碰蠕变特点4.5 本章小结第五章 多碰蠕变微观分析及建模5.1 碰撞前后试件TEM 和X-射线衍射分析5.1.1 试件多碰前后TEM 分析5.1.2 X-射线衍射分析5.2 多碰蠕变的能动机理及温升蠕变效应5.2.1 多碰蠕变的能动机理5.2.2 碰撞温升蠕变效应5.3 多碰蠕变微观组织结构变化5.3.1 涂层碰撞前后组织变化特点5.3.2 晶界滑动和迁移5.3.3 亚结构5.3.4 孪晶5.4 涂层零件多碰蠕变模型5.4.1 多碰蠕变棘齿效应5.4.2 多碰蠕变的条件5.4.3 蠕变模型的构建5.5 本章小结第六章 多碰载荷下激光涂层试件损伤失效分析6.1 涂层与基体材料形变硬化（软化）及特点6.2 多碰表面损伤失效6.2.1 开裂6.2.2 凹陷与墩粗6.2.3 表面蚀坑6.3 多碰表面冲击磨损（质量损失）6.4 本章小结第七章 结论与展望7.1 主要结论7.2 展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文致谢详细摘要
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