真空钎涂金刚石残余应力的数值模拟及试验研究

李爱国; 朱宏涛; 赵赫

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.012

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真空钎涂金刚石残余应力的数值模拟及试验研究

更新时间：2025-09-22

- 真空钎涂金刚石残余应力的数值模拟及试验研究
- Numerical simulation and test research on residual stress of diamond coated by vacuum brazing
- 机械强度 2025年47卷第9期页码：130-137
- 作者机构：
  
  1.中国机械科学研究总院集团有限公司，北京 100044
  2.中国机械总院集团郑州机械研究所有限公司，郑州 450001
- 作者简介：
  
  李爱国，男，1981年生，山西吕梁人，硕士，研究员；主要研究方向为异质材料连接；E-mail：Liag@zrime.com.cn。
- 基金信息：
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.012
  中图分类号：
- 收稿日期：2025-05-30，
  
  修回日期：2025-06-24，
  
  纸质出版日期：2025-09-15
- 稿件说明：
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李爱国，朱宏涛，赵赫. 真空钎涂金刚石残余应力的数值模拟及试验研究［J］. 机械强度，2025，47（9）：130-137.

LI Aiguo，ZHU Hongtao，ZHAO He. Numerical simulation and test research on residual stress of diamond coated by vacuum brazing［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：130-137.
李爱国，朱宏涛，赵赫. 真空钎涂金刚石残余应力的数值模拟及试验研究［J］. 机械强度，2025，47（9）：130-137. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.012.

LI Aiguo，ZHU Hongtao，ZHAO He. Numerical simulation and test research on residual stress of diamond coated by vacuum brazing［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：130-137. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.012.

摘要

残余应力是影响钎涂金刚石工具加工性能和使用寿命的主要因素。目前模型中的金刚石常被简化为球形，这导致了接头处结构约束度的改变，计算结果与实际存在较大差异。针对真空钎涂金刚石残余应力的演化规律及分布特征、残余应力对耐磨性能的影响开展研究。首先，基于宏观形貌优化了金刚石涂层的几何模型，基于热弹塑性力学方法建立了真空钎涂金刚石应力场的有限元模型，得到了金刚石涂层的应力场分布规律。其次，开展了金刚石与Ni-Cr合金钎料涂层的残余应力测量试验以验证模型的可靠性。最后，结合耐磨失重试验探究了残余应力对金刚石涂层耐磨性能的影响。结果表明，金刚石工具耐磨失效的主要形式是因为涂层对金刚石磨粒把持力不足导致的金刚石脱落。被钎料层包裹的金刚石主要受到残余压应力的影响，残余压应力提高了涂层对金刚石的把持力，Ni-Cr合金钎料涂层内部较高的残余应力也可以有效抑制涂层剥落的耐磨失效形式。

Abstract

Residual stress is the main factor affecting the machining performance and service life of brazed diamond tools. At present

in simulations

diamond is often simplified as a spherical shape

which leads to changes in the degree of structural constraint at the joint

resulting in significant differences between the calculated results and the actual situation. The evolution law and distribution characteristics of residual stress in vacuum-brazed diamonds

as well as the influence of residual stress on wear resistance

were investigated. Firstly

the geometric model of the diamond coating was optimized based on macroscopic morphology. Then

a finite element model of the stress field of vacuum brazed diamond coating was established using thermal elastoplastic mechanics

and the stress field distribution law of the diamond coating was obtained. Subsequently

residual stress measurement experiments were conducted on diamond and nickel based coatings to verify the reliability of the model. Finally

the influence of residual stress on the wear resistance of diamond coatings was explored through wear-resistant weight loss experiments. The main form of wear failure of diamond tools is diamond detachment caused by insufficient grip of the coating on diamond abrasive particles. The diamond wrapped by the brazing material layer is mainly affected by residual compressive stress

which increases the coating’s grip on the diamond. The higher residual stress inside the nickel based coating can also effectively suppress the wear-resistant failure mode of coating peeling.

关键词

Keywords

references

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