第十四届全国表面工程大会

441 / 2022-10-15 19:04:06

热喷涂WC-Ni硬质合金涂层/钢体系抗重载冲击行为研究

热喷涂；硬质合金涂层；重载冲击；有限元模拟

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涂层/钢零件中具有较低屈服强度的钢基体在1 kN以上重载冲击工况下会发生较大塑性变形，导致涂层损伤加重。目前如何调控基体变形以改善涂层在重载下的抗冲击性能缺乏系统研究。本文研究了不同厚度的WC-Ni涂层在轻重载荷下的冲击损伤行为并结合有限元分析了基体变形程度。实验结果表明：轻载下，所有涂层均未开裂失效；重载下，涂层由50 μm增至200 μm时，临界载荷由7.4 kN升至11.1 kN，损伤形式为内聚-界面混合失效，继续增加厚度至300 μm，临界载荷又降至7.4 kN，损伤形式仅为内聚失效。数值模拟表明：薄涂层承载能力有限，基体在7.4 kN下发生较大变形，涂层并不能与其发生同等变形而产生高应力，引起涂层开裂失效，厚度增加可有效增强涂层承载能力，降低基体变形对涂层抗冲击性能的影响，提高临界载荷至11.1 kN；当厚度为300 μm时，涂层承载能力进一步增强而导致其与冲击配副间的接触面积过小，引起表面应力集中，使损伤主要发生在涂层表面，而对界面影响较小。因此，利用涂层厚度可调控基体变形对涂层抗冲击性能的影响，以满足覆层零件在重载冲击工况下的应用需求。