基体表面粗糙度对HVOF粒子沉积行为的影响

目的 研究超音速火焰喷涂时,45#碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响.方法 基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析.结果 不同45#碳钢基体表面粗糙度下,WC-12Co粒子的沉积行为存在明显差异,波峰高度与波谷深度的差异造成粒子不同程度的不规则变形.当基体表面粗糙度Ra=10.26μm时,粒子沉积位置不同将引起粒子最终沉积形貌不同,但粒子的冲击均引起波峰偏移变形,且粒子不同程度地填充弥补波谷.粒子沉积过程中,粒子中下部与粒子先接触基体处的屈服应力、等效塑性应变与温升均高于粒子顶部以及粒子后接触基体处.Ra=0μm时,粒子等效塑性程度最大,等于2.03,此时粒子温度峰值最高为1562 K,粒子-基体结合界面局部区域屈服应力迅速下降为0,但基体变形程度较低,二者结合面积有限,粒子-基体结合强度较弱.Ra=5.34μm时,粒子的屈服应力在非理想平面状态下最为稳定,且等效塑性应变与温升幅度最大,分别为1.83以及1496 K.结论 理想表面状态下,粒子屈服应力、等效塑性应变以及温度变化最佳,但粒子-基体结合面积较低,并不利于粒子沉积.非理想表面状态下,一定程度增加Ra,可促进粒子塑性变形,提升粒子温度,增大结合面积,降低粒子屈服应力,但粒子沉积形貌相比理想表面沉积形貌更加多样复杂.此外,过度增加Ra将引起波峰变形偏移,消耗大量粒子动能,粒子主要用于填充弥补波谷,等效塑性变形程度与温升幅度下降,屈服应力增加,不利于粒子沉积.