高能率粉末壓制成形的瞬態(tài)熱分析研究.pdf

1、本文對(duì)高能率粉末壓制成形過(guò)程中的瞬態(tài)熱產(chǎn)生及影響因素進(jìn)行了分析研究，綜合討論了材料的摩擦系數(shù)、本構(gòu)參數(shù)以及顆粒間孔隙氣體在不同的壓制速度下對(duì)瞬態(tài)熱的影響，同時(shí)還對(duì)粉末顆粒間碰撞焊接發(fā)生的條件、區(qū)域以及影響進(jìn)行了分析。最后，對(duì)高能率粉末壓制的有限元仿真模型進(jìn)行了優(yōu)化。
　　（1）基于Johnson-cook本構(gòu)，通過(guò)MSC.MARC對(duì)金屬粉末建立離散密排球堆積簡(jiǎn)化模型，來(lái)描述粉末的微觀變形及瞬態(tài)熱的產(chǎn)生，對(duì)金屬粉末溫升機(jī)理進(jìn)行研究。

2、通過(guò)對(duì)比不同摩擦系數(shù)下壓制速度對(duì)溫升的影響，發(fā)現(xiàn)提高壓制速度引起的溫升主要由摩擦力變大導(dǎo)致，而與塑性變形功轉(zhuǎn)化而來(lái)的熱量關(guān)系不大。對(duì)不同參數(shù)Johnson-cook模型模擬發(fā)現(xiàn)，材料的屈服應(yīng)力和應(yīng)變硬化模量對(duì)高能率壓制過(guò)程的溫升有較大的影響，其中屈服應(yīng)力影響最大。對(duì)大部分金屬粉末而言，在一定的壓制速度和摩擦系數(shù)下，粉末壓制和燒結(jié)的同步進(jìn)行是可實(shí)現(xiàn)的，以鋁粉為例，在摩擦系數(shù)0.3，壓制速度80m/s時(shí)，局部表面最高溫度為678℃，達(dá)到熔點(diǎn)

3、以上。
　　（2）通過(guò)ABAQUS對(duì)鋁粉建立離散密排球堆積簡(jiǎn)化模型，對(duì)壓制過(guò)程中孔隙氣體的作用進(jìn)行了研究。研究表明，在目前常見(jiàn)的高能率壓制中（V≤100m/s），粉末中孔隙氣體對(duì)壓制起阻礙作用，這主要是因?yàn)椴糠謿怏w滯留在壓坯內(nèi)，形成孔洞，降低了壓坯的強(qiáng)度和密度。當(dāng)壓制速度進(jìn)一步增加（V≥100m/s）時(shí)，孔隙氣體的溫升隨著壓制速度的增加而急劇上升，該溫度甚至能遠(yuǎn)高于材料的熔點(diǎn)，如鋁粉在200m/s的速度下進(jìn)行壓制，孔隙氣體溫度能達(dá)

4、到2033K，遠(yuǎn)高于其熔點(diǎn)877K。這時(shí)，這些高溫高壓的氣體通過(guò)粉末表面，使相鄰粉末顆粒局部表面軟化甚至熔化粘結(jié)，從而使粉末體固結(jié)并提高致密度。
　　（3）通過(guò)MSC.MARC對(duì)鋁粉建立離散密排球堆積簡(jiǎn)化模型，分析碰撞焊接可能發(fā)生的區(qū)域，以及其發(fā)生的條件。研究表明，在粉末高能率壓制中，當(dāng)壓制速度達(dá)到碰撞焊接下限時(shí)，顆粒間就會(huì)發(fā)生碰撞焊接。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，發(fā)生碰撞焊接的區(qū)域主要集中在兩顆上排顆粒和一顆下排顆粒圍成的孔隙處，且只有同排顆粒

5、的橫向碰撞才會(huì)發(fā)生碰撞焊接。
　?。?）基于SHPB實(shí)驗(yàn)，通過(guò)ABAQUS對(duì)鋁粉建立密排球堆積簡(jiǎn)化模型，有序增加模型橫向與縱向顆粒數(shù)，研究仿真模型中沖模的質(zhì)量與實(shí)際壓制中沖模質(zhì)量的相對(duì)關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建模型中顆粒數(shù)與模型中沖模相對(duì)質(zhì)量之間關(guān)系。對(duì)比實(shí)驗(yàn)，建立了模型縱向和橫向顆粒排數(shù)與沖模相對(duì)質(zhì)量的關(guān)系；確立了粉末微觀模擬壓制中最常用的密排9堆積模型的沖模相對(duì)質(zhì)量：0.0814；通過(guò)與銅粉沖擊壓實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)所建立的模型顆粒數(shù)與沖