WC-Co硬质合金微观结构参数化建模及性能研究

发布时间：2017-07-21 01:23

  本文关键词：WC-Co硬质合金微观结构参数化建模及性能研究

  更多相关文章： WC-Co硬质合金 参数化模型 有限元法 残余热应力 梯度结构

【摘要】：目前国内外对硬质合金的传统研究方法主要集中在实验的基础上,实验需要花费大量的人力与物力,并受材料本身复杂性的影响难以准确得出材料内部微观结构对其宏观性能的影响。而通过各种算法可实现材料的微观结构参数化并结合有限元法进行合金力学性能模拟,可有效节约材料成本,缩短材料开发周期。提出了基于WC-Co硬质合金真实微观结构,开发“自适应“建立二维微观结构参数化模型的方法,统计真实微观结构的WC平均晶粒尺寸及其分布,WC晶粒长短径、形心位置及Co含量等特征参数。并提出根据“长方形和椭圆等效”法进行晶粒长短径的统计。基于CAD二次开发,进行WC颗粒投放,最终建立了反映真实微观组织的参数化模型。结果表明WC-Co硬质合金微观参数化模型的参数设计值与实验测得值基本吻合,验证了参数化模型的可靠性。基于自适应参数化建模法生成不同Co含量的WC-Co硬质微观结构自适应参数化模型。并建立微观结构有限元模型,定量研究Co含量的变化对合金力学性能的影响,以及进行微观各相变形机理分析。研究表明合金内Co含量越低则合金强度越高,并发现微观结构内部应力主要集中于WC与WC界面较小邻接处。基于自适应参数化建模法生成两种不同晶粒尺寸(纳米晶与亚微晶)的不同分布方差的WC-Co硬质合金微观结构参数模型。并建立微观结构有限元模型,研究WC晶粒粒度对合金力学性能的影响,结果表明未考虑晶粒界面及晶粒尺度效应则晶粒分布方差对纳米合金的力学性能影响不大;晶粒分布方差越小亚微合金力学性能越好;一定范围内的晶粒尺寸差异对合金力学性能影响较小。基于自适应参数化建模法生成不同梯度层(Co含量不同)的Ti C涂层梯度结构微观结构参数化模型。并建立预测残余热应力的微观结构有限元模型,研究梯度层Co含量的变化对涂层残余热应力包括径向应力,剪切应力以及等效Mises应力的影响。研究表明富Co梯度层有助于降低合金涂层内残余热应力,但梯度层Co含量也并非越高越好。
【关键词】：WC-Co硬质合金 参数化模型 有限元法 残余热应力 梯度结构
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG135.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 硬质合金材料简介12-15
• 1.2.1 硬质合金材料概述12-13
• 1.2.2 硬质合金材料的发展历程13
• 1.2.3 硬质合金材料的发展现状13-15
• 1.3 材料计算机模拟的简介15-17
• 1.3.1 材料计算机模拟技术概述15-16
• 1.3.2 有限元法概述16-17
• 1.4 硬质合金刀具材料计算机模拟研究17-19
• 1.4.1 硬质合金刀具材料计算机模拟研究概况17-18
• 1.4.2 硬质合金参数化建模研究现状18-19
• 1.5 本课题研究的目的、意义及主要内容19-21
• 1.5.1 本课题研究的目的、意义19-20
• 1.5.2 本课题研究的主要内容20-21
• 第2章 WC-Co硬质合金微观结构自适应参数化建模21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 WC-Co硬质合金自适应参数化组织模拟方法21-26
• 2.2.1 WC-Co硬质合金微观结构特征参数统计21-23
• 2.2.2 WC晶粒等效表征23-24
• 2.2.3 自适应参数化建模24-26
• 2.3 参数化模拟结果分析与讨论26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 Co含量变化的组织和力学性能的模拟分析30-37
• 3.1 引言30
• 3.2 Co含量变化的组织和力学性能模拟方法30-31
• 3.2.1 Co含量变化的组织模拟30-31
• 3.2.2 基于不同Co含量的有限元模型31
• 3.2.3 边界条件31
• 3.3 Co含量变化的组织与力学性能模拟结果分析与讨论31-36
• 3.3.1 Co含量变化的组织模拟结果分析与讨论31-33
• 3.3.2 Co含量变化的力学性能数值模拟结果分析与讨论33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 WC晶粒粒度对合金力学性能影响的数值模拟分析37-48
• 4.1 引言37
• 4.2 不同WC晶粒粒度的组织和力学性能模拟方法37-39
• 4.2.1 不同WC晶粒粒度的组织模拟37-38
• 4.2.2 基于不同WC晶粒粒度的有限元模型38-39
• 4.2.3 边界条件39
• 4.3 不同WC晶粒粒度的组织与力学性能模拟结果分析与讨论39-47
• 4.3.1 不同WC晶粒粒度的组织模拟结果分析与讨论39-42
• 4.3.2 不同WC晶粒粒度的力学性能数值模拟结果分析与讨论42-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 TiC涂层梯度结构残余热应力的数值模拟分析48-63
• 5.1 引言48
• 5.2 TiC涂层梯度结构参数化建模和残余热应力数值模拟方法48-50
• 5.2.1 TiC涂层梯度结构参数化建模48-49
• 5.2.2 基于TiC涂层梯度结构的有限元模型49
• 5.2.3 边界条件49-50
• 5.3 参数化建模与残余热应力数值模拟结果分析与讨论50-62
• 5.3.1 参数化建模结果分析与讨论50-51
• 5.3.2 梯度层不同Co含量对涂层X径向应力S11影响51-56
• 5.3.3 梯度层不同Co含量对涂层剪切应力S12影响56-59
• 5.3.4 梯度层不同Co含量对涂层等效Mises应力影响59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果69-70
• 致谢70-71

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本文编号：570892