高能率粉末壓制成形的瞬態(tài)熱分析研究.pdf

1、本文對高能率粉末壓制成形過程中的瞬態(tài)熱產(chǎn)生及影響因素進行了分析研究，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瞬態(tài)熱的影響，同時還對粉末顆粒間碰撞焊接發(fā)生的條件、區(qū)域以及影響進行了分析。最后，對高能率粉末壓制的有限元仿真模型進行了優(yōu)化。
　?。?）基于Johnson-cook本構(gòu)，通過MSC.MARC對金屬粉末建立離散密排球堆積簡化模型，來描述粉末的微觀變形及瞬態(tài)熱的產(chǎn)生，對金屬粉末溫升機理進行研究。

2、通過對比不同摩擦系數(shù)下壓制速度對溫升的影響，發(fā)現(xiàn)提高壓制速度引起的溫升主要由摩擦力變大導致，而與塑性變形功轉(zhuǎn)化而來的熱量關(guān)系不大。對不同參數(shù)Johnson-cook模型模擬發(fā)現(xiàn)，材料的屈服應力和應變硬化模量對高能率壓制過程的溫升有較大的影響，其中屈服應力影響最大。對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)的同步進行是可實現(xiàn)的，以鋁粉為例，在摩擦系數(shù)0.3，壓制速度80m/s時，局部表面最高溫度為678℃，達到熔點

3、以上。
　?。?）通過ABAQUS對鋁粉建立離散密排球堆積簡化模型，對壓制過程中孔隙氣體的作用進行了研究。研究表明，在目前常見的高能率壓制中（V≤100m/s），粉末中孔隙氣體對壓制起阻礙作用，這主要是因為部分氣體滯留在壓坯內(nèi)，形成孔洞，降低了壓坯的強度和密度。當壓制速度進一步增加（V≥100m/s）時，孔隙氣體的溫升隨著壓制速度的增加而急劇上升，該溫度甚至能遠高于材料的熔點，如鋁粉在200m/s的速度下進行壓制，孔隙氣體溫度能達

4、到2033K，遠高于其熔點877K。這時，這些高溫高壓的氣體通過粉末表面，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。
　?。?）通過MSC.MARC對鋁粉建立離散密排球堆積簡化模型，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，當壓制速度達到碰撞焊接下限時，顆粒間就會發(fā)生碰撞焊接。同時還發(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、的橫向碰撞才會發(fā)生碰撞焊接。
　?。?）基于SHPB實驗，通過ABAQUS對鋁粉建立密排球堆積簡化模型，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)量與實際壓制中沖模質(zhì)量的相對關(guān)系，進而構(gòu)建模型中顆粒數(shù)與模型中沖模相對質(zhì)量之間關(guān)系。對比實驗，建立了模型縱向和橫向顆粒排數(shù)與沖模相對質(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質(zhì)量：0.0814；通過與銅粉沖擊壓實實驗結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)所建立的模型顆粒數(shù)與沖