收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

热—电—力耦合作用下铁基粉末成形过程的建模及数值模拟

宋毅  
【摘要】:粉末冶金技术作为一项绿色制造技术,相比于传统的制造工艺,具有低成本、高效率以及近净成形等优势。粉末冶金工艺可以更为精确地控制微观组织、密度选择及合金成分等材料性能。粉末冶金零件的大量需求也进一步促进了粉末冶金技术的推陈出新,涌现出了包括热等静压(HIP)、粉末喷射成形、放电等离子烧结(SPS)等一批先进技术。因此,采用数值模拟的方法来研究粉末成形的过程并改进粉末成形的工艺成为了该领域的一个研究热点。 本文主要针对金属粉末的压制成形过程以及放电等离子烧结过程进行了数值模拟和有限元建模,对相关实验研究进行了讨论和分析,并验证了模拟中所采用的理论模型的准确性。 基于粉末材料的椭球形屈服准则和塑性流动理论,建立了增量形式的热弹塑性本构模型;采用返回映射的算法得到了粉末材料在加载、卸载条件下的弹塑性应力、应变关系;采用岩土塑性力学的研究方法,对比了不同屈服曲面在静水应力和Mises等效应力平面上的表现形式;采用Mises等效应力和等效静水应力的比值定性地分析了粉末的剪切屈服对椭球形屈服准则所造成的误差。 运用商业有限元软件Marc开发了粉末材料本构模型的子程序,适用于复杂三维零件的粉末成形过程的模拟。通过与铁粉材料的压制实验的对比,新模型能够更好地描述铁粉在冷压工艺下的致密化过程。相比于其他模型,新模型可以更精确地计算粉末材料流动应力的变化。由于模型中采用了更为合理的粉末材料参数,所以能够很好地权衡偏应力和静水应力的影响,从而在压制的后期阶段,更准确地反映了载荷与位移的实际变化关系。 研究并分析了金属粉末材料在放电等离子烧结工艺下出现的孔洞击穿的实验现象,通过试样的微观组织分析得出结论,在SPS烧结过程中可能出现的局部烧结致密化的行为将显著改变后续烧结过程中的电能、应力及温度的分布,从而为研究烧结过程中的不均匀压坯密度分布及电流分布所导致的粉末局部致密化对SPS有限元模拟的重要性提供了有力的证据。 基于SPS实验现象的研究,提出了用于描述SPS烧结金属粉末材料一步成形工艺的多场耦合方案,实现了温度场、电场、应力场、位移场以及密度场的耦合模拟。该方案由热电耦合求解模块和热机耦合子程序求解模块组成。模拟结果表明,外部压力的提升有助于烧结温度的降低。在较大压力的作用下,压坯和模具间随位移场变化的接触热阻有效地抑制了粉末压坯的内部温差。而且,应力的综合作用极大地促进了压坯边缘位置低温区域的致密化进程。与实验结果的对比验证了SPS多场耦合模型的可靠性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 解迎芳,王兴庆,陈立东,李晓东,郭海亮;放电等离子烧结纳米硬质合金的研究[J];硬质合金;2003年03期
2 王志伟;张秀红;陈洪;;机械活化-放电等离子烧结FeAl/Al_2O_3复合材料[J];粉末冶金技术;2009年03期
3 王志伟;张秀红;陈君平;;等离子烧结法制备FeAl/Al_2O_3复合材料[J];湖北工业大学学报;2008年05期
4 马四华;宁晓山;张洁;陈克新;周和平;;SPS脉冲电流在氮化硅烧结中的作用[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期
5 全峰,傅正义,王玉成,熊焰;放电等离子烧结氮化铝透明陶瓷[J];硅酸盐通报;2004年06期
6 严有为,陈哲,傅正义;Si含量对放电等离子烧结原位Nb/Nb_5Si_3复合材料显微结构的影响[J];复合材料学报;2005年02期
7 韩颖超,王欣宇,李世普;生物陶瓷人工骨制备的新方法[J];陶瓷学报;2003年01期
8 夏阳华,丰平,胡耀波,熊惟皓;SPS技术的进展及其在硬质合金制备中的应用[J];硬质合金;2003年04期
9 宋晓艳,刘雪梅,张久兴;放电等离子烧结中显微组织演变的自调节机制[J];中国体视学与图像分析;2004年03期
10 陈哲;王世鑫;严有为;;放电等离子烧结Nb/Nb_5Si_3原位复合材料[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年12期
11 颜艳明;应鹏展;崔教林;付红;张晓军;;添加Ge的In_(10)Sb_(10)Ge三元合金热电性能(英文)[J];材料科学与工程学报;2010年02期
12 应鹏展;付红;陈东勇;;SPS法制备的三元合金Ag_(0.405)Sb_(0.532)Te的热电性能(英文)[J];稀有金属材料与工程;2010年04期
13 启明;放电等离子烧结制取的Nd-Fe-Co-V-B系交换弹簧磁体[J];金属功能材料;2000年06期
14 张忻,张久兴,路清梅,刘延秦;放电等离子烧结原位合成Ce_yFe_(1.0)Co_(3.0)Sb_(12)热电材料[J];中国有色金属学报;2005年02期
15 许坤;王志;李宏林;史国普;;放电等离子烧结钛/氧化铝的界面反应[J];硅酸盐学报;2006年02期
16 许宏伟;杜宇雷;成家林;陈光;;块体金属玻璃制备技术的研究进展[J];材料导报;2010年23期
17 朱教群,梅炳初,陈艳林;放电等离子烧结工艺合成Ti_3SiC_2的研究[J];硅酸盐学报;2002年05期
18 岳明,王公平,张久兴,周美玲,左铁镛;放电等离子烧结新型NdFeB永磁材料研究[J];稀有金属材料与工程;2003年10期
19 金松哲;梁宝岩;孙世成;;机械合金化+烧结制备TiC/Ti_3SiC_2复合材料[J];热加工工艺;2007年04期
20 郭秀艳;;碳/铜复合材料摩擦磨损性能的研究[J];热加工工艺;2007年14期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 罗锴;陈强;蔡一湘;;放电等离子烧结制备超细碳化钨材料[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
2 赵世贤;宋晓艳;魏崇斌;刘雪梅;张久兴;;放电等离子烧结不同粒径匹配混合粉末制备超细晶WC-Co硬质合金块体[A];2009全国粉末冶金学术会议论文集[C];2009年
3 张玉勤;黄海广;师晓莉;蒋业华;周荣;;放电等离子烧结温度对Ti-13Nb-13Zr合金微观结构的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
4 姜庆辉;;放电等离子烧结制备纳米铁酸铋(BiFeO3)基陶瓷[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
5 张久兴;刘科高;周美玲;;放电等离子烧结的发展和应用[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 方珍意;潘伟;房明皓;石随林;潘紫宵;王瑞刚;;用放电等离子烧结制备ZnS及其性能研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
7 许刚;潘利军;李杨超;张东涛;岳明;张久兴;;放电等离子烧结制备块状纳米晶SmCo_5烧结磁体[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(3)[C];2007年
8 田猛;姜涛;刘卫强;杨芳;岳明;张久兴;;放电等离子烧结纳米晶ZrO_2陶瓷研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
9 吕鑫;宁晓山;徐伟;陈克新;周和平;;放电等离子烧结氮化硅陶瓷的组织与性能[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
10 靳喜海;高濂;孙静;;放电等离子烧结制备Cr_(1-x)Ti_xN纳米陶瓷及其性能研究[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋毅;热—电—力耦合作用下铁基粉末成形过程的建模及数值模拟[D];华南理工大学;2011年
2 朱教群;三元层状碳化物Ti_3SiC_2的制备及性能研究[D];武汉理工大学;2003年
3 周身林;多晶稀土六硼化物阴极的制备、结构与性能研究[D];北京工业大学;2011年
4 洪小林;可加工三元层状碳化物Ti_2AlC的合成研究[D];武汉理工大学;2004年
5 计三有;散体变形理论及挖掘过程动态仿真的研究[D];武汉理工大学;2002年
6 孙志刚;复合材料高精度宏-细观统一本构模型及其应用研究[D];南京航空航天大学;2005年
7 袁纳新;中密度纤维板粘弹性研究[D];华南农业大学;2004年
8 王登科;含瓦斯煤岩本构模型与失稳规律研究[D];重庆大学;2009年
9 金旭;非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究[D];北京交通大学;2010年
10 徐成宇;放电等离子烧结高强度铝合金的组织与性能[D];吉林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙燕;放电等离子烧结工艺温度场分布规律热电耦合分析[D];燕山大学;2012年
2 黄海广;放电等离子烧结Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的组织及力学与电化学性能研究[D];昆明理工大学;2012年
3 尹祥国;放电等离子烧结制备超硬颗粒/氧化铝复合材料[D];燕山大学;2012年
4 辛红伟;高密度W-9.8Ni-4.2Fe合金的放电等离子烧结(SPS)技术研究[D];华南理工大学;2010年
5 周鹏飞;铜及钛合金TB6粉体放电等离子烧结过程及模具影响的数值分析[D];燕山大学;2011年
6 陈灿坤;放电等离子烧结制备非化学计量碳化钛块材研究[D];燕山大学;2012年
7 王娟;放电等离子烧结制备Ti-43Al-9V合金的显微组织及力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 南开岭;放电等离子烧结Ti_3AlC_2陶瓷结构表征及干摩擦性能[D];燕山大学;2012年
9 张寅;W-20Cu-0.5Co复合材料的放电等离子烧结制备技术与性能研究[D];华南理工大学;2011年
10 李明;放电等离子烧结合成TiC复合材料过程的数值模拟[D];南昌航空大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 鞠文;中新自贸协定SPS联合管委会召开第一次会议[N];中国国门时报;2009年
2 吴珊珊 记者 罗莎;中新自贸协定SPS联合管理委员会召开第二次会议[N];中国国门时报;2010年
3 菊文;中新SPS联合管理委员会召开第一次会议[N];中国质量报;2009年
4 刘广俊 邹月明 记者 肖萌;十家非法金属粉末加工企业被关停[N];锦州日报;2008年
5 记者 彭华 采写;建安公司顺利通过SPS评检[N];雅安日报;2009年
6 鞠文;中国—东盟SPS合作协调员研修班取得成功[N];中国国门时报;2008年
7 菊文;中国—东盟SPS合作协调员研修班成功举办[N];中国质量报;2008年
8 何环;锦州太和区关停非法金属粉末加工企业[N];友报;2008年
9 罗莎;魏传忠出席中美商贸联委会SPS工作组会议[N];中国质量报;2009年
10 记者关景奎;中欧食品安全和SPS联合委员会第四次全会在京召开[N];中国食品报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978