金屬粉末高致密化成形及其數(shù)值模擬研究.pdf

1、粉末冶金零部件已廣泛用于機械、汽車、電子、自動化等領(lǐng)域，市場前景非常廣闊。但孔隙的存在顯著影響著粉末冶金制品性能，也增加了精密成形的難度，而傳統(tǒng)的粉末壓制制品相對密度一般小于90％，如何獲得高密度高性能的粉末冶金制品成為目前粉末冶金行業(yè)的發(fā)展方向和研究重點。有限元數(shù)值模擬技術(shù)可以快捷、有效、詳細的對粉末成型致密化過程進行研究。故此本文就粉末高致密化成型技術(shù)致密化機理、多孔材料力學(xué)性能與密度的關(guān)系以及粉末成型有限元數(shù)值模擬進行研究：

2、>　　 （1）分析了粉末溫壓工藝關(guān)鍵要素—粉末模具控制溫度和壓制力對粉末溫壓致密化的影響，設(shè)計了電阻式加熱控溫的方法，驗證了該加熱控溫方法的有效性。研究了鐵基合金溫壓粉末在不同溫度下流動性，獲得溫壓過程中粉末控制溫度范圍。分析粉末和模具溫度以及壓制力變化對制品密度變化影響規(guī)律，得出了最佳溫壓工藝路線，分析了粉末溫壓成形致密化機理。
　　 （2）分析了電磁感應(yīng)加熱技術(shù)在粉末溫壓工藝中應(yīng)用，設(shè)計了電磁感應(yīng)溫壓加熱控溫系統(tǒng)，驗證了電

3、磁感應(yīng)加熱加熱和控制溫度的有效性。試驗結(jié)果顯示，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)可以快速、精確、有效性的控制模具溫度，成功地將電磁感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用于金屬粉末溫壓工藝，溫壓試驗結(jié)果顯示電磁感應(yīng)加熱溫壓加熱系統(tǒng)可以獲得了較高密度的粉末制品，磁化對致密化沒有影響。
　　 （3）采用沖擊錘法和分離式霍普金森高速撞擊試驗兩種方法對鐵基合金粉末(Distaloy4600A)和純鈦粉末(Ti-Dupont)高速成形變形過程進行了分析。利用National I

4、nstruments公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集模塊(SCXI-1520和SCXI-1314)和采集軟件Labview，編寫了應(yīng)變信息采集程序，研究了粉末高速成形過程模具變形特征。對于沖擊錘法，研究了沖擊錘高度和重量、粉末類型和質(zhì)量、不同壓制工藝等對高速成形制品密度的影響。對于分離式霍普金森高速撞擊試驗，分析了不同撞擊壓力下粉末致密化規(guī)律。分析了兩種方法粉末致密化規(guī)律，研究了高速成形制品密度均勻性。試驗結(jié)果顯示沖擊錘方法可以獲得較高密度且均勻性較

5、高粉末冶金制品，多次沖擊對提高制品密度的作用是有限的。對于分離式霍普金森高速撞擊試驗，試驗結(jié)果顯示應(yīng)力波對致密化沒有影響。
　　 （4）研究了鐵基合金粉末制品密度與力學(xué)性能的關(guān)系，成功的建立了相對密度與楊氏模量關(guān)，為了粉末成形有限元數(shù)值模擬建立了模型基礎(chǔ)；分析了粉末壓制過程中的摩擦行為，得到隨著粉末制品密度的增加，摩擦先增加，達到一定程度后，幾乎直線降低的規(guī)律。研究了鐵基合金粉末、純鈦粉末、鋁基合金粉末制品相對密度與維氏硬度之間

6、的關(guān)系，成功的建立了相對密度與維氏硬度關(guān)系模型，通過此方法可以簡單方便的研究制品局部密度分別規(guī)律，特別是復(fù)雜形狀制品。
　　 （5）基于粉末溫壓成形致密化研究基礎(chǔ)，建立了熱力耦合的有限元模型，考慮溫度、摩擦對壓坯變形與性能的影響，采用更新的拉格朗日方法，對粉末溫壓成型過程進行了有限元數(shù)值模擬。分析了不同加熱方式、不同摩擦狀況、不同壓坯高徑比、不同壓制方式、摩擦有利化和三軸向壓制等多種不同的壓制工藝形式對粉末溫壓工藝的致密化規(guī)律的