喷射成形双金属复合板准热等静压研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangsong1st
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与传统铸造工艺相比,喷射沉积技术不仅可以制备新型的高性能金属及金属基复合材料,而且喷射坯锭的组织细小,能够大幅提升传统铸造工艺下材料的综合性能,但是喷射沉积制件中含有少量的孔隙,使用性能较差,因此必须进行后续的致密化工艺,从而得到让人满意的综合性能。然而对板材采取常规化致密化工艺,如热挤压、锻造、轧制及楔压法等技术,可能会由于压力设备的限制或压后坯件成分分布被破坏等通常难以实现喷射沉积板材的致密化加工。因此本文设计并验证新的致密化方法——准热等静压工艺,与常规致密化工艺相比,其操作简单,成本低,致密化效果良好,对于大规模的工业生产也有重要的意义。本文开展了对应用喷射沉积技术制备的双金属复合板用准热等静压工艺进行后续致密化的基础研究。在广义塑性力学材料模型的基础上建模,建立适用于粉末介质变形的材料模型,即修正的Drucker-Prager Cap模型和硬化曲线,对于应用喷射沉积技术所制备出的金属材料相对密度基本保持在80%~90%之间,因此将本论文中由喷射沉积技术制备的双金属复合板归为多孔材料,在模拟过程中应用多孔材料模型。基于弹塑性变形理论,应用有限元模拟软件ABAQUS实现准热等静压制工艺模拟,分析了结构参数:粉末介质高径比和不同压制方式对圆柱形压坯压制过程中应力应变及密度分布状况的影响。结果表明粉末高度为100mm,采用双向压制方式时,坯件的致密化效果更好。对准热等静压制过程中工艺参数对坯件致密化过程的影响进行模拟分析,即对比不同温度和不同压力下坯件的应力应变及密度变化规律,从而得到准热等静压工艺的最佳参数。结果表明在温度为380℃、压力采用150MPa的工艺参数下进行后续致密化基本使喷射坯件致密,模拟结果中整体致密度可达到97.5%左右。最后,根据前期的模拟结果,从喷射复合板取圆柱形沉积态原料,应用准热等静压工艺进行致密化试验,并与模拟结果进行对比验证分析,结果显示采用粉末高度为100mm,双向压制方式,温度380℃、压力150MPa的后续致密化的工艺基本可以使喷射沉积坯件致密,坯件组织孔隙基本闭合,致密度可达到99%左右,硬度值得到有效提升,材料的硬度值由压制前59.9kgf/mm~2提升至84.5 kgf/mm~2,实验结果和模拟结果吻合,准热等静压工艺可行。
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