粉末烧结体镦粗过程屈服模型的改进及验证

发布时间：2019-11-19 10:05

【摘要】：粉末镦粗技术是一种将粉末冶金工艺和金属材料精密模锻技术相结合的新成形工艺技术。这种技术能够应用于需要高要求、高精度、高抗疲劳强度与韧性的零部件制作,它还有成本低、效率高和周期短等优点。故而,广泛受到了研究学者对于这项技术的重点关注。在粉末镦粗的过程中,各项影响因素会制约着最终的产品的致密化过程和密度均匀化。复杂的成形机理使得已有的屈服模型不能好的描述粉末塑性成形过程。因此,探究更为准确的粉末体镦粗过程屈服模型,使其能更好解释粉末烧结体致密行为以及为计算机模拟粉末成形过程提供理论依据。本文主要通过理论推导、实验研究和有限元模拟相结合的方法,研究了金属粉末镦粗过程中的屈服行为。首先,理论方面上,基于粉末烧结体多孔材料塑性力学,即把粉末体看作是可以压缩的连续体,研究了粉末镦粗成形过程中塑性成形力学行为。通过考虑粉末材料因子和预成形坯的初始相对密度的影响,获得了一个新的塑性泊松比表达式,进而改进了适合于粉末烧结体镦粗过程的屈服模型。然后,实验方面,进行了铁粉、铜粉和铝粉粉末体镦粗实验。将实验所得数据分别绘制成轴向应变与相对密度、塑性泊松比与相对密度、粉末烧结体材料几何硬化系数与相对密度关系以及3,/-/平面中不同相对密度的椭球形屈服轨迹,与其它理论模型相比较,本文改进的屈服模型计算的理论值与实验值更加吻合,具有更高准确性。最后,通过有限元软件MSC.MARC模拟铁粉、铜粉和铝粉粉末体镦粗实验,探讨不同工艺条件(摩擦系数、高径比、粉末体初始相对密度、模具的加载速度)对粉末体成形规律的影响。结果表明:摩擦系数越大、高径比值越高或者越低、模具的加载速度越快,则粉末体密度梯度越大,塑性变形能梯度大且不稳定,致密效果不好且不均匀。粉末体初始相对密度对粉末体致密均匀化影响不大,但是提高初始相对密度,可以减少粉末体孔隙,有利于粉末体镦粗致密。相同工艺条件下,粉末体压坯密度分布外圆柱表面梯度最大,且靠近上下模处最高,应力应变最集中,鼓形处密度最低,致密效果最差,容易在这两处地方出现损伤裂纹,并且模拟结果通过实验得到验证。
【图文】：

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湘潭大学硕士学位论文1.2.1 模压成形传统的模压成形是将具有一定的性能的金属粉末在模具内压制成需要的预成形坯块。在模压成形过程中，通过上模施加压力，松散的粉末颗粒被压缩在粉末冶金模具的模腔内，以期形成具有需要的密度、尺寸和形状的生坯（如图 1.4所示）。这个过程时间短，具有大规模生产零件的能力，所以模压成形在粉末冶金中有巨大潜力。

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图 1.4 模压成形示意图1.2.2 温压成形温压成形是指采用传统的粉末冶金工艺基础上，在粉末压制和粉末制备工序上做了一定的变化。相比较传统粉末冶金在室温下进行，，而温压成形是采用改变粉末压制机，制作特别的粉末加热，粉末运送与粉末模具加热系统，将加入温压特有的润滑剂和粘结剂的粉末施加一定的温度进行压制，之后用传统的粉末冶金烧结工艺（温压工艺流程如图 1.5），以获得致密度很好的产品[13]。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316.11;TF124.5

【共引文献】