不锈钢粉末热等静压成形模拟与包套设计研究

发布时间：2020-05-13 21:42

【摘要】：与传统机械压力成形技术相比较,热等静压技术成形的产品性能均匀、致密性高,为生产耐酸、耐磨损、耐高温等的机械构件提供了新的途径。本文采用有限元模拟方法对不锈钢粉末热等静压成形过程的致密规律及其包套设计等展开研究。本文采用Shima屈服准则描述不锈钢粉末材料本构关系和Von-Mises屈服准则描述包套材料本构关系,利用Marc有限元软件中的热机耦合模型对圆柱体粉末热等静压成形过程进行了建模,分析确定了数值模拟模型中不锈钢粉末的参数。对多组不同温度和压力下的等静压成形过程进行了模拟,模拟结果表明,粉末体的平均相对密度随着保温温度的增加及保压压力的增加而增加。结合实际热等静压设备的条件和材料特性,对上述热等静压成形过程的工艺参数进行了优化,得到最佳工艺参数为温度1050℃和压力140MPa。在最佳工艺条件下,圆柱体样件的相对密度最高达到0.9878。密度分布的结果表明,在压力和温度的共同作用下,粉末体和包套整体发生不均匀收缩,包套顶端中心部分轴向收缩最大,包套中间部分径向收缩最大,棱角处整体收缩最小。包套材料的选择和结构的设计直接影响了热等静压成形过程的实现,因此要选择合适的包套材料和设计合理的包套结构是十分重要的。根据包套厚度的取值范围,设计了1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm不同的包套厚度,包套的材料为304不锈钢。在最佳保压压力140MPa和保温温度1050℃条件下,对粉末体热等静压成形过程进行了模拟。模拟结果表明在不同包套厚度下,粉末体的收缩量都小于13.0%。此外,模拟中发现包套棱角处应尽量避免直角而设计成圆角,可降低包套的抗变形能力,能够促使包套径向均匀收缩,提高粉末体的相对密度及其均匀分布。根据对简单柱状样件模拟后获得的理想的工艺条件和包套结构,结合整体叶盘的形状特点,设计了整体叶盘的包套结构。与简单柱状样件不同,整体叶盘结构复杂,特别是叶片比较薄,包套结构设计中添加了刚性型芯镶块,以保证叶片的形状。模拟结果表明由于型芯镶块的添加和特殊位置边界条件的设置,整体叶盘收缩不均匀,但仍保持线性收缩,未发生畸变,叶片仍能保持原来的形状,方便后期的机械加工。在型芯镶块附近,镶块阻碍了粉末体的收缩,使镶块附近粉末体相对密度较低。虽然有些部位相对密度已经达到100%,但是相对密度分布不均匀,粉末体的收缩未达到理想的尺寸,需要进一步修改包套结构以提高粉末体的相对密度分布的均匀性。本文从简单柱状件到整体叶盘复杂件,实现了从工艺条件与包套结构对不锈钢粉末热等静压成形过程的数值模拟,并对其致密规律进行了详细的分析,为复杂零件的热等静压生产中工艺条件制定及其包套结构设计提供了指导。
【图文】：

工艺流程图,工艺流程,原理,热等静压技术

第１章绪论逦逡逑的生产，另外其技术生产的构件仍需要热等静压技术方法加工才能满足实逡逑用需要。而热等静压技术集成和发展了冷等静压成形和粉末冶金的优点，逡逑产耐腐蚀、耐磨损、耐高温、耐高速的机械零件开辟了新途径Ｗ。由于热逡逑压技术在高温下对工件施加均等压力，使粉末能在很低的温度下固结而获逡逑密度和高均匀性，同时利用惰性气体作为热交换的介质，还可Ｗ提高加热逡逑，减少热等静压成形过程的循环时间。逡逑逦

致密化过程,粉末,热等静压

确的屈服准则去描述粉末的成形过程，为计算机模拟粉末热等静压成形工作带逡逑来诸多不便，因此，，为实现热等静压过程的数值模拟，可将粉末视为可压缩的逡逑连续体ｔｗｉｌ。粉末在热等静压成形中的致密化机理，如图１－３所示，其过程大致逡逑可Ｗ分为Ｈ个阶段靠近重排阶段、塑性位移阶段及扩散蠕变阶段。逡逑图１－３粉末致密化过程逡逑（１）
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF124;TF125.1

【共引文献】