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高速钢上TiN涂层残余应力的曲率测试和有限元分析
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB125[理学—力学;理学—工程力学;一般工业技术] TB302.1[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]西北工业大学超高温结构复合材料国家重点实验室,西安710072, [2]湛江师范学院机电工程系,湛江524048, [3]乌克兰国家科学院强度问题研究所 基辅 01014 乌克兰
  • 相关基金:国家自然科学基金(50772089)和高等学校学科创新引智计划(B08040)资助项目.
中文摘要:

采用多弧离子镀在W6M05Cr4V2高速钢上沉积五种不同厚度TiN涂层,用曲率法和有限元法研究TiN涂层残余应力和构成。结果表明涂层厚度对其残余应力有很大影响,特别是对本征应力。当涂层厚度从3μm变化到11μm时,TiN涂层总残余应力分布在-3.12~-2.29GPa之间;热应力分布在-1.96~-1.92GPa之间;本征应力分布在-1.17~-0.37GPa之间。其中热应力所占的比例较大,约占62%-68%。当膜基比ξ〈0.017时,总残余应力随ξ的增加呈非线性增加:当ξ=0.017时,该值达到最大值-3.12GPa;当ξ〉0.017时,该值随掌的增加而下降。造成这种变化的主要原因是涂层本征应力受涂层结构影响较大,随着涂层厚度的增加,涂层中孔洞、过冷液滴以及界面微裂纹等缺陷也随之增加,导致涂层中本征应力得到有效释放。

英文摘要:

Multi-arc ion plating technique is adopted to deposite five different thickness TiN coatings on W6Mo5Cr4V2 high speed steel.A curvature method and a finite element method are used to study the TiN coatings residual stresses.Results show that TiN coatings thickness affects greatly on residual stresses,especially on intrinsic stresses.When the coatings thickness changes from 3 μm to 11 μm,the total residual stresses of TiN coatings change from-3.12 GPa to-2.29 GPa,the intrinsic stresses from-1.17 GPa to-0.37 GPa,the thermal stresses from-1.96 GPa to-1.92 GPa.The proportion of thermal stresses in the total residual stresses is about 62%~68%.The TiN residual stresses increase nonlinearly with the increasing coatings thickness,when the ratio of TiN coatings thickness to substrate thickness ξ is 0.017,the total residual stresses reach to the maximum value-3.12 GPa,then decrease with the increasing ξ value.These changes are ascribed to the intrinsic stresses,which are greatly affected by the defects in the TiN coatings,such as the micro-holes,supercooled liquid drops and micro-cracks in the interface between the coatings and the substrate,increase with the increasing TiN coatings thickness,which causes the intrinsic stresses in TiN coatings to release effectively.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603