不銹鋼金屬粉末零部件燒結(jié)過程的熱力耦合有限元分析.pdf

1、燒結(jié)工藝對燒結(jié)零部件的安全性和壽命評價非常重要，已引起國內(nèi)外學者的廣泛重視。為達到所需的最佳力學性能，一些高性能的粉末材料廣泛應用于燒結(jié)過程，如牌號為304L，316L，430L，440A，440C，17-4PH的不銹鋼粉末。這些高性能材料通常價格高昂，為避免在試錯階段的時間和精力的浪費，有必要利用數(shù)值模擬來設計和規(guī)劃材料的燒結(jié)過程。隨著對金屬粉末燒結(jié)過程研究的不斷深入，已有的文獻得到了部分金屬材料燒結(jié)過程的物理模型以及控制粘塑性行為及

2、致密化進程的本構方程，但是17-4PH不銹鋼粉末的燒結(jié)過程在已有的研究中卻不多見。作為當下越來越廣泛應用于PIM行業(yè)的原料粉末，有必要對17-4PH試件的燒結(jié)過程行為做進一步的研究。本文開展了如下研究工作：
　　 (1)基于宋久鵬編寫的適用于316L不銹鋼粉末的粘-彈塑性本構關系，修改了程序中的平均粒度、單軸粘度、粘性泊松比等參數(shù)的數(shù)值大小，得到能夠合理描述17-4PH粉末及410L不銹鋼粉末的UMAT子程序。首先對17-4PH

3、不銹鋼粉末的拉伸燒結(jié)件進行了有限元模擬，討論了燒結(jié)溫度、保溫時間等對粉末燒結(jié)過程的影響。與已有文獻試驗結(jié)果進行對比，確定復雜零部件成型模擬過程中的工藝參數(shù)。
　　 (2)在MSC.Patran中建立了復雜形狀的17-4PH不銹鋼粉末燒結(jié)試件模型，對模型的熱-粘彈塑性燒結(jié)過程進行了分析，討論了燒結(jié)應力、相對密度、伸長率等隨時間和溫度的變化特征及演變規(guī)律。通過與試驗數(shù)據(jù)進行比較討論了分析方法的合理性。結(jié)果表明：燒結(jié)應力的大小主要取決

4、于晶粒和孔隙的形狀及尺寸等因素；相對密度隨溫度的升高而增大，在1360℃時致密化程度最高，1340℃及1380℃時分別出現(xiàn)欠燒結(jié)和過燒結(jié)現(xiàn)象。適當?shù)难娱L保溫時間可加速試件的致密化，當過分延長反而導致晶粒的二次增長。
　　 (3)建立了蜂窩金屬載體模型，調(diào)用UMAT對其燒結(jié)過程進行了分析，并與也有文獻中的體積收縮率進行了比較。
　　 (4)通過與試驗數(shù)據(jù)進行比較討論了分析方法的合理性。燒結(jié)工藝參數(shù)為燒結(jié)溫度1360℃，保溫