金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件是利用先進涂覆層技術(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合。針對目前缺乏系統(tǒng)的適應(yīng)于金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件設(shè)計理論的現(xiàn)狀，本文在對金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料等效性能研究的基礎(chǔ)上，對覆層零件在典型服役條件下的設(shè)計理論及其可靠性進行了系統(tǒng)研究，為進一步擴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，并進行了實驗研究。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度理論模型，并進行了實驗研究。結(jié)果表明，材料的等效抗彎強度隨著覆層厚度的增加而增加；覆層受壓時，材料首先在硬質(zhì)覆層的最大壓應(yīng)力點發(fā)生破壞，而覆層受拉時，材料首先在硬質(zhì)覆層的最大拉應(yīng)力點發(fā)生破壞。針對覆層受壓，提出了基于等效抗彎強度進行硬質(zhì)覆層零件設(shè)計時，應(yīng)該以覆層部分材料的抗壓強度而不是以基體材料的抗拉強度為設(shè)計準則。對金屬陶瓷硬質(zhì)覆層材料的等效屈服強度、界面拉伸強度和界面剪切強度隨覆層厚度的變化規(guī)律進行了實驗研究。 提出了磨損載荷作用下金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件的設(shè)計準則，即基于允許磨損量、等效最大剪切應(yīng)力和界面剪切強度的設(shè)計準則。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，并進行了實例和有限元研究。結(jié)果表明，當零件總厚度不變時，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)。 對基于裂紋擴展的金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件的設(shè)計理論進行了研究，提出了一個適應(yīng)于硬質(zhì)覆層零件的、用于判斷界面裂紋擴展方向的新參數(shù)，即界面裂紋擴展方向的相對擴展性能參數(shù)CP。 對基于平行并位于界面的裂紋擴展的金屬陶瓷硬質(zhì)覆層零件設(shè)計準則進行了理論和實例研究。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、沿界面三個方向擴展的相對擴展性能參數(shù)。提出了平行并位于界面的裂紋擴展準則，根據(jù)該準則，實例分析了該界面裂紋分別沿三個方向擴展的最大能量釋放率、相對擴展性能參數(shù)及擴展角與載荷作用角ψ、覆層厚度比h_1/h、載荷Q大小及零件組成
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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，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等效抗彎強度與覆層厚度比h、/h之間的關(guān)系條件不變時，隨著覆層厚度比的增加，材料的等效抗彎強度增加。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度因子增大，由于等效抗彎強度因子的變化趨勢與覆層材料的理論等效抗彎強度的變化趨勢相同，所以，實驗研究結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。覆層材料等效抗彎強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單邊剪切實驗裝置示意圖h一(mm)圖2一24界面剪切強度〔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)。為了對硬質(zhì)覆層材料進行正確的評價和表征，以及進行硬質(zhì)覆層零件設(shè)計時正確選擇材料體系，本文提出了硬質(zhì)覆層材料等效性能的概念，并對硬質(zhì)覆層材料的主要等效物理、力學性能參數(shù)進行了理論和實驗研究。(l)通過對金屬陶瓷硬質(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，并進行了實例和實驗研究。理論與實驗研究結(jié)果相符

【引證文獻】

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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理分析[J];工具技術(shù);2008年11期

本文編號：2818969