论文部分内容阅读
油套管是涉及石油天然气开采利用与国家能源安全的战略产品。目前，国际通行的油套管管螺纹加工工艺是采用石油管螺纹梳刀成型加工，在其加工过程中，梳刀多齿同时切削，受力工况复杂，梳刀往往由于膜基界面应力不匹配，容易发生涂层脱落现象，导致其使用寿命缩短，严重影响管螺纹加工质量。因此，开展石油管螺纹梳刀膜基界面应力匹配特性的研究具有重要意义。 本文针对成型加工过程中石油管螺纹梳刀膜基界面应力不匹配的问题，提出利用激光冲击波调控涂层刀具膜基系统残余应力状态的新方法。以WC硬质合金为基体，TiAlN为涂层，通过激光冲击波技术、XRD技术、激光离散划痕法和压痕法，开展激光冲击调控TiAlN/WC膜基系统应力匹配特性与界面结合强度的实验研究，主要研究内容如下: 首先，开展了激光冲击波技术调控WC硬质合金残余应力状态的实验研究。WC硬质合金激光冲击处理前后，采用洛式硬度计测量了基体硬度值，并用X射线衍射仪测量了基体三个方向的残余应力和衍射峰半高宽，通过二向应力状态解析法推导的残余主应力计算公式，计算出基体残余主应力，分析了激光冲击对基体残余应力、显微硬度和衍射锋半高宽的影响，以及在不同激光工艺参数作用下基体残余应力状态的变化规律。研究表明:激光冲击使WC硬质合金残余应力和显微硬度明显增大，衍射锋半高宽也增加，有效提高了WC硬质合金力学性能，并且激光冲击波技术能有效调控WC硬质合金残余应力状态。 其次，开展了刀具基体激光冲击区域TiAlN涂层残余应力变化规律的实验研究。用PVD法对不同工艺参数激光冲击的刀具基体进行了TiAlN涂层制备，并用X射线衍射仪测量了涂层三个方向残余应力，根据主应力公式计算出残余主应力，分析了涂层残余主应力与刀具基体残余主应力之间的关系。研究表明:TiAlN涂层残余主应力随着刀具基体残余主应力的增大而减小，成一定的反比关系，激光冲击处理刀具基体是降低TiAlN涂层残余应力的一种有效途径。 最后，在激光冲击调控膜基系统应力状态的基础上，开展了TiAlN/WC膜基界面结合强度的实验研究。对比了激光离散划痕法与压痕法检测TiAlN/WC膜基界面结合强度的结果，分析了膜基界面应力匹配特性和结合强度随膜基系统残余应力状态的变化规律。研究表明:当激光功率密度为11.3GW/cm2，单次冲击时，TiAlN/WC膜基界面应力匹配特性最佳，界面结合强度最高，表明激光冲击波技术能有效调控膜基界面应力匹配特性，达到提高膜基界面结合强度的目的。