W/ODS铁素体钢功能梯度材料热应力分析

作者：王浩楠; 李争显^*; 华云峰; 姬寿长; 王彦峰

来源：表面技术, 2019, 48(08): 257-262.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.08.034

• 功能梯度材料
• 钨
• 氧化物弥散强化铁素体钢
• 有限元分析
• 热应力

目的研究W/ODS铁素体钢功能梯度材料(W/ODS FGM)服役条件下的热应力,期望获得较合理的W/ODS FGM材料设计,以达到热应力优化的效果。方法采用有限元分析方法,结合偏滤器的服役条件,通过改变W/ODS FGM材料梯度层成分分布指数p、梯度层厚度HFGM以及金属W涂层厚度HW,探索各参量的变化对热应力大小及分布的影响。结果梯度层成分分布指数p值增大,梯度层的应力值会随之增大,而W层的热应力先减小后增大。当p=0.5时,最大热应力出现在梯度层的中段;当p=1、2时,最大应力由FGM层中段转移至FGM/W层的交界处。梯度层厚度HFGM增大,涂层的热应力会大幅提高。梯度层厚度较厚或较薄都会导致热应力在FGM/W交界处集中。W涂层厚度HW增大,会导致W/FGM界面的热应力增大,增添了涂层自身的不稳定性。结论梯度层成分分布指数和厚度的增大均会引起涂层热应力的增大,并导致最大热应力区的转移。W涂层的增厚会使结构的热应力增大,且最大应力值位于W/FGM界面,不利于涂层寿命的提高。HW=HODS=1 mm、HFGM=8 mm、p=0.5和HW=HODS=1 mm、HFGM=4 mm、p=1的最大热应力区位于梯度层中段,且后者的最大应力值小于前者,故HW=HODS=1 mm、HFGM=4 mm、p=1的结构较优。

• 单位
  西北有色金属研究院