冷喷涂镁合金基体残余应力的数值研究

摘要

目的研究冷喷涂Mg-alloy基体过程残余应力的变化趋势。方法采用ABAQUS/Explicit有限元分析软件,以AZ31作为基体材料、Al-7075作为颗粒材料进行碰撞模拟,并添加无限元素层以增强数值稳定性,同时考虑多颗粒沉积对颗粒沉积基体时产生的残余应力的影响。结果经有限元模拟,颗粒的残余应力随着冲击速度的增加,呈现先增大后减小,最后逐渐增大的趋势。应力分布相对于中心轴对称,同时产生明显的金属射流现象。改变入射角后发现,当沉积速度为800m/s、入射角度为90°时,颗粒残余应力达到最大,为-2742.72 MPa,但在结合过程中,基体残余应力的变化相对颗粒较为稳定。通过对多颗粒沉积的研究发现,颗粒2在23 ns左右沉积到颗粒1后,将颗粒1的最小残余应力从-1577.66 MPa松弛到-1099.06 MPa;颗粒3在53 ns左右沉积到颗粒2后,颗粒3的最小残余应力为-1152 MPa,与颗粒2相差不大。后续颗粒也将遵循该规律。结论单颗粒沉积时,瞬态喷丸过程残余应力的变化较为剧烈,热冷却过程中趋于稳定,对残余应力的进一步缓解影响不大。多颗粒沉积时,后一颗粒对前一颗粒起到松弛作用,同时也能起到夯实作用,增强涂层的结合强度,有利于形成较好的涂层。