高温钎焊金刚石残余应力的基础研究

论文摘要

研究高温钎焊金刚石的应力场及其分布特征,对于调控钎焊工艺以进一步提高工具的加工性能水平均有重要意义。本文提出使用有限元模拟的方法对钎焊金刚石工具的应力场进行研究。通过合理的简化假设,仅只考虑材料的热物理特性的差异,对真空炉中钎焊和高频感应钎焊两种工艺方式进行分析,建立有限元模型。探讨了钎焊过程中温度场与应力场的变化情况,对金刚石磨料的残余应力进行了具体的分析。并使用激光拉曼光谱法测得焊后金刚石的残余应力。本文完成的有创意的主要工作可以归纳如下:1.分别完成了真空炉中钎焊和高频感应钎焊两种工艺方式中降温条件下金刚石试样的建模分析工作,分析结果表明:①由于基体、钎料和金刚石热膨胀系数的差异导致了试样内部产生较大的热应力,特别是与金刚石结合的钎料层附近热应力很大。在试样中,金刚石的热膨胀系数最小,金刚石内部产生了较大的热应力,但是还不至于使得金刚石破碎。②把高频感应钎焊与真空钎焊的应力场进行比较,发现焊后的金刚石试样的应力分布与真空钎焊中相似,但是焊后残余应力值增大了很多。说明不同的钎焊工艺对于残余应力场有很大影响。2.完成了用激光拉曼光谱法测定真空钎焊和高频感应钎焊焊后金刚石磨粒残余应力的实验研究工作,实际测得的残余应力分析的规律与模拟结果基本吻合。3.改变钎料体系和钎料爬升高度,进行建模分析,分析结果表明:①不同的钎料体系对金刚石钎焊试样的应力场影响很大。②钎料爬升高度的增加,可以减小最大应力值,但金刚石应力影响区却增加了。因此应根据实际情况合理选用钎料和控制钎料的爬升高度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钎焊金刚石工具的现状及存在的问题
• 1.2 钎焊残余应力的理论分析
• 1.2.1 钎焊残余应力的有限元分析
• 1.2.2 钎焊残余应力的测试方法
• 1.3 钎焊金刚石残余应力研究构想
• 1.4 本文拟开展的主要工作
• 第二章 钎焊温度场及应力场的分析理论
• 2.1 温度场问题的基本理论
• 2.1.1 热量传递的基本方式
• 2.1.2 热传导问题的基本公式
• 2.2 应力场问题的基本理论
• 2.3 钎焊温度场和应力场有限元分析特点
• 2.4 ABAQUS 软件简介
• 2.5 本章小结
• 第三章 不同钎焊工艺下金刚石试样的应力场分析
• 3.1 真空炉中钎焊金刚石试样的应力场分析
• 3.1.1 真空炉中钎焊金刚石试样的数值模拟
• 3.1.2 真空炉中钎焊金刚石试样的残余应力试验
• 3.2 高频感应钎焊金刚石试样的应力场分析
• 3.2.1 高频感应钎焊金刚石试样的数值模拟
• 3.2.2 高频感应钎焊金刚石的残余应力试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 钎料种类和钎料爬升高度对金刚石试样应力场的影响
• 4.1 钎料种类对金刚石试样应力场的影响
• 4.2 钎料爬升高度对金刚石试样应力场的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文