基于冷喷涂工艺发展而来的超音速激光沉积技术,通过激光对基体材料加热软化作用,克服了冷喷涂对高硬度材料和脆性材料较难沉积的缺点,实现了高硬度Stellite 6合金在中碳钢基体上的有效沉积,但其涂层形成机制尚不明确。因此,对复合沉积过程中Stellite 6颗粒碰撞行为的数值模拟研究,为探索超音速激光沉积高硬度合金涂层形成机制提供了参考。目前,由于Stellite 6材料本构模型参数尚不完善,针对超音速激光沉积Stellite 6颗粒的数值模拟研究所采用的材料模型主要集中于双线性各向同性硬化模型,而材料模型的准确性对分析碰撞过程中粒子与基体的变形行为至关重要。为此,本文通过采用准静态下Stellite 6铸件的MTS拉伸实验,在实验数据的基础上拟合Stellite 6颗粒的Johnson-Cook本构关系材料参数;使用实验分析与数值模拟相结合的方法,对比分析不同碰撞速度、沉积点温度、碰撞倾角等因素下,Johnson-Cook模型与双线性各向同性硬化模型对单个Stellite 6颗粒与中碳钢基体碰撞结合过程的数值模拟计算结果;基于Johnson-Cook材料模型建立多个Stellite 6颗粒沉积模型,通过多颗粒三维沉积模型预测不同工艺参数下颗粒的沉积过程及涂层微观形貌。结果表明:(1)采用Johnson-Cook材料模型模拟单个Stellite 6颗粒撞击基体结合过程,其获得的粒子沉积形貌及粒子和基体的变形特征与实验结果吻合较好,模拟结果优于双线性各向同性硬化材料模型。(2)颗粒有效沉积到基体表面存在临界速度和有效沉积速度上限,当基体温度为1100℃时,粒子的初速度在450-500 m/s范围内,沉积效果较好。(3)当碰撞速度为430m/s时,沉积点温度在1000℃-1100℃,粒子沉积效果较好,碰撞过程中没有发生金属射流现象,因此,颗粒与基体的结合方式主要为机械咬合。(4)基体表面凹坑深度随粒子入射角度的增大而减小,当颗粒的入射角度在0o～10o范围内时,颗粒与基体可以形成较好的结合。(5)多颗粒沉积过程中,后续粒子的夯实作用增大了先前沉积粒子及基体的塑性变形,碰撞速度的增加和沉积点温度的升高有利于增大粒子与基体的接触面积,粒子与基体的结合强度逐渐增强。