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硬质合金TiN涂层的残余热应力数值分析

Thermal Residual Stress Numerical Analysis in TiN Coatings for Cemented Carbides Substrate

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【作者】 武从海黄自谦

【Author】 WU Cong-Hai1,HUANG Zi-Qian2 (1.Science College,Henan University of Science & Technology,Luoyang 471003,China;2.State Key Laboratory for Powder Metallurgy,Central South University,Changsha 410083,China)

【机构】 河南科技大学理学院中南大学粉末冶金国家重点实验室 河南洛阳471003湖南长沙410083

【摘要】 采用有限元方法分析了硬质合金氮化钛涂层的热残余应力,试样采用圆柱体状的轴对称几何模型和自由边界条件,分析了涂层厚度、基体参数和过渡层对残余热应力的影响。计算表明:TiN涂层中出现较大的拉应力(1GPa以上),而硬质合金基体中出现较大的压应力(-0.8GPa左右)。涂层中的拉应力随硬质合金基体中钴的质量分数和涂层厚度的增加而明显减小,因此通过增加基体中的钴的质量分数和涂层厚度可以减小涂层中的拉应力。当采用TiC过渡层时,涂层应力可以减小25%,且采用TiCN梯度过渡层时效果更好。

【Abstract】 Thermal stresses in TiN coatings deposited onto cemented carbide substrates are calculated by using the finite element method.The thermo-elastic stress fields for some coating-substrate axisymmetric geometries are presented.Effect of different coating thickness and substrate properties on residual stress field is considered.The numerical results show that high tensile stress(above 1 GPa) occurs in the TiN coating and high compressive stress(about-0.8 GPa) occurs in the substrate.Tensile stress in coating layer increases with the increasing coating thickness and cobalt content of cemented carbides substrate.The tensile stress can be decreased by decreasing coating thickness and cobalt content of cemented carbides.Thermal residual stress decreases by 25% with TiC interlayer and the effect is better with graded TiCN interlayer than TiC.

【基金】 国家自然科学基金专项基金项目(50323008)
  • 【文献出处】 河南科技大学学报(自然科学版) ,Journal of Henan University of Science & Technology(Natural Science) , 编辑部邮箱 ,2008年02期
  • 【分类号】TG174.4
  • 【被引频次】6
  • 【下载频次】330
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