金属热处理

作者：母舰, 吴和保, 张讯, 李小龙, 何寅, 李建军

单位：1.武汉工程大学 机电工程学院, 湖北 武汉 430205;；2.湖北黄石科创模具技术研究院, 湖北 黄石 435000;；3.华中科技大学 材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074

关键词：穿孔顶头,失效分析,热-力耦合,有限元模拟,表面复合处理,激光熔覆

基金：湖北省产业技术研究院项目(2021BED001);武汉工程大学研究生教育创新基金(CX2022100)

采用有限元模拟方法对穿孔顶头进行了温度场、应力场和热-力耦合场分析,确定了顶头穿孔过程中的最大热应力、最大耦合应力、表面最高温度、应力集中区域和疲劳裂纹类型,并对20Cr2Ni4钢进行激光熔覆+高温慢氧化复合处理,以提高顶头的力学性能和抗高温性能。有限元模拟结果表明,顶头的热-力耦合应力为热拉应力与机械压应力的矢量和,耦合应力比热应力峰值回落约5.7%。耦合应力的大小主要受热应力影响,变化趋势和分布则主要受机械应力的影响,顶头失效起源于热疲劳和机械疲劳共同作用下的内表面裂纹源,并沿径向向外表面扩展形成疲劳裂纹。激光表面复合处理结果表明,20Cr2Ni4钢经激光熔覆+高温慢氧化处理后,表面硬度可达494 HV0.025,表面强化层与基体结合牢固,并且氧元素在基体中的含量更少,分布更均匀,可有效提高顶头的使用周期。

来源：2024年第9期

《金属热处理》期刊编辑部

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