冶金温压成形过程的有限元分析

为了生产出密度更高、性能更好的冶金零件,提出冶金温压成形过程的有限元分析。先确立冶金温压成形制造平台整体结构,包括物流、能量流、信息流三个子系统;然后探究温压成形过程中的关键技术,综合分析润滑剂的选取要素,确保有限元分析过程不受制造工艺因素影响。为减少摩擦力的影响,利用牛顿定律构建颗粒接触模型,描述颗粒间运动过程,以减少摩擦。最后分别从温度场和电磁场两个角度研究温压过程中产生的热效应,通过拉格朗日算法建立热-机耦合有限元模型,该模型在满足能量守恒的基础上描述出整体增量应变和材料应变。有限元分析结果表明,零件的压坯密度与半径大小无关,但温度越高、摩擦因数越低,密度分布越均匀,生产的零件质量越好。

温压成形技术的研究进展

主要介绍了温压技术研究概况 ,对其关键技术 (包括粉末、润滑剂、温压温度和温压系统 )、致密化机理、温压材料、数值模拟及其工业化应用的最新研究进展进行了较全面的综述 .目前 ,国外粉末冶金温压技术绝大部分受到专利保护 ,国内研究时间较短 .因而 ,研究开发出我国拥有自主知识产权的温压技术 ,具有重要的现实意义 .在不久的将来 ,高性能铁基粉末冶金零件在汽车、机械工业中的应用将不断扩大 。

TATB颗粒温压成形PBX的初始细观损伤

用X射线微层析成像(X-μCT)技术无损研究了TATB造型颗粒经单、双向钢模温压(UWDC和BWDC)法和软模温等静压(IWSC)法成形的高聚物粘结炸药(PBX)三维微细结构特征。结果表明,单向、双向压法压成的PBX内部存在初始细小裂纹和一些残余孔隙。初始损伤尺度范围从百微米至毫米。在相同温度(85℃)和压力(90 MPa)下,UWDC和BWDC法可产生初始细观损伤,但IWSC法能避免初始细观损伤。

聚合物加入方式对粉末冶金温压成形的影响

用温压成形技术制备了高密度、高性能铁基粉末冶金材料 ,试验研究了聚合物对合金粉末的抗氧化性和脱气率的影响 ,对比分析了干混和湿混两种聚合物加入方式对温压成形过程中聚合物的润滑机理和对生坯与烧结体性能的影响。试验结果表明 :干混条件下聚合物的流动性起主要作用 。

高压扭转对铜粉锥形件温压成形的改善

以薄壁锥形件为研究对象,在300℃下将高压扭转工艺应用于铜粉锥形件成形,研究其致密性、显微组织和显微硬度规律,并与相同条件下成形的温压锥形件进行比较。结果表明:温压扭锥形件的相对密度达到0.9605,比温压锥形件提高了5.06%;高压扭转工艺对锥形件的晶粒细化程度在52%～66%之间,明显高于压制工艺的36%;温压扭锥形件口部、中部和锥部的平均显微硬度较温压锥形件分别提高了223%、9%和6%;温压锥形件显微硬度分布规律为中部最高,口部最低,且同一位置内壁高于外壁;温压扭锥形件的显微硬度分布为从锥部到口部逐渐升高,其锥部的显微硬度分布规律与温压锥形件一致,口部和中部的显微硬度分布规律则与温压锥形件刚好相反。

Wood/Cu复合材料的温压成形与表征

应用木材科学与技术、粉末冶金等交叉学科材料成形理论开发的木质粉末温压成形新技术,以芦苇秆(简称Wood)粉末为基材,在不添加任何可能造成环境污染的胶粘剂的前提下,制备的Wood/Cu复合材料的静曲强度、内结合强度分别高达85.55MPa、6.75MPa,磨耗量≤0.05g/100r、吸水率<0.50%,且具有韧性断裂特征;采用Wood/Cu复合材料制备的滑动轴承的压溃强度、表观硬度分别高达100MPa、50HB,可望用于替代粉末冶金烧结青铜生产轻载滑动轴承,从而在节约有色金属的同时,为农林木质剩余物的高质清洁利用开辟一条新途径。

钨基高密度合金粉末的温压成形行为研究

研究了 93W 5Ni 2Cu和 93W 4 9Ni 2 1Fe在不同温度下的温压成形行为。结果表明 :与常温成形相比 ,温压能够明显地提高压坯密度 ,在 1 5 0℃时 93W 4.9Ni 2 .1Fe和 93W 5Ni 2Cu压坯的密度分别提高 0 2 6g/cm3 和 0 97g/cm3 ;温压成形能显著的降低压坯的弹性后效 ;W Ni Cu粉末温压压坯在脱模过程中 ,脱模力发生波动 ,在压坯运动瞬间达到最大后迅速降低 ;W Ni Cu粉末在相同载荷作用、温压条件下的位移大于常温下 ;压坯经烧结后 ,温压坯件的径向收缩小于常温坯件 ;

木质粉末高密度滑动轴承无胶温压成形结合机理研究

按照木质粉末高密度滑动轴承制备工艺(160℃,70 MPa,保温、保压30 min),对小于350μm的杨木粉末的三级抽提物纤维素-木质素-半纤维素复合体、纤维素-木质素复合体和纤维素实施无胶温压成形,分析温压前后各样粉的微观结构、物相、官能团、纤维素结晶度等的变化情况。结果表明,木质粉末中的纤维素、半纤维素、木质素在无胶温压成形过程中均发生了化学反应,产生了化学链接。温压成形可改善各级抽提物的化学结构,提高其化学结合程度与纤维素结晶度,使其一体化、致密化、塑化程度与热稳定性明显提高。综合温压成形工艺成本与温压材料特性表征,以杨木粉末为基材制备生物质功能材料(如滑动轴承)宜采用一级抽提物或原粉。

芦苇秆粉末高密度材料无胶温压成形与表征

为寻求高质清洁利用农林木质剩余物的新途径,运用响应面实验设计与分析方法对芦苇秆粉末实施无胶温压成形,制备高密度木质材料,用三维立体数码显微镜、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、核磁共振光谱、热重分析和热解析-气相色谱/质谱联用分析技术对试件的微观结构、物相、纤维素结晶度、热脱附挥发物进行研究。结果表明,芦苇秆粉末粒度对试件性能的影响不明显;芦苇秆粉末在压力、温度、时间的复合作用下,木质素发生软化与流展,纤维素的结晶度得以提高,粉末颗粒间发生化学反应并产生化学链接;芦苇秆粉末的最优无胶温压工艺条件:成形压力为70 MPa,成形温度为160℃,保温保压时间为30 min;在最优工艺条件下制备的木质材料塑化明显,质硬而耐磨,具有韧性断裂特征,且在40、60、90、160℃环境温度下的挥发物中,有益、有害成分的种类和芦苇杆原粉相当,但有益成分的总含量远高于原粉,表明温压成形工艺具有环境友好性,无胶温压成形可以获得高品质人工木质材料。

C-stalk/Cu复合材料的温压成形与表征

应用粉末冶金、木材科学与技术等交叉学科材料成形理论自主开发的木质粉末温压成形新技术,以棉梗粉末为基材,以电解紫铜粉末等为强化因子,在不添加任何可能造成环境污染的胶粘剂的前提下,制备的温压复合材料C-stal/Cu的静曲强度、内结合强度分别高达85.30 MPa、7.13 MPa,磨耗量<0.05 g/100 r、吸水率<0.5%,且具有韧性断裂特征;采用C-stalk/Cu复合材料制备的滑动轴承的压溃强度、表观硬分别高达103.7MPa、53.1 HB,可望替代烧结青铜用于生产轻载滑动轴承,替代天然铁梨木、红木等珍贵木材用于生产高档工艺品,从而在节约有色金属与珍贵木材的同时为农林木质剩余物的高质清洁利用开辟一条新途径。

粉末温压成形过程中的力学行为

利用MSC/Marc有限元仿真软件,采用基于更新拉格朗日方法的热-机耦合分析方法,模拟了铁基粉末温压工艺过程,研究了压制成形过程中的力学行为。结果表明:对于圆柱形粉末冶金制品,在获得同等压坯密度的情况下,随着润滑条件的改善,压制力、侧压力、脱模力均有所降低,同时压坯应力分布更加均匀,压坯边角处应力集中现象有所缓解,这对于提高压坯性能特别是力学性能十分有利。

杨木粉无胶温压成形复合材料环境友好性评价

在运用热脱附-气相色谱/质谱(TD-GC/MS)联机技术分析杨木粉末无胶温压成形复合材料在4,60,90和160℃等4个环境温度点的挥发物总离子流图的基础上,采用色谱峰面积归一化法鉴定出杨木粉末基复合材料在各温度下的保留时间及峰面积,进而评价杨木粉末基复合材料的环境友好性。结果表明:在不同温度下,杨木粉末基复合材料挥发物中的有益成分含量明显多于有害成分,在40,60和160℃时,有益成分含量为有害成分含量的6倍以上,90℃时有益成分为有害成分的29倍,环境友好性良好;杨木粉末基复合材料总挥发物种类及有益成分种类、有害成分种类与杨木原粉相应种类大致相当,但有益成分明显增多,有害成分减少,增减幅度较大。说明这类杨木粉末基复合材料不仅无胶温压成形工艺具有环境友好性,且其制品的制备和使用过程都具有环境友好性。

钼粉末温压成形过程的数值模拟研究

运用MSC. MARC有限元分析软件,采用热-机耦合方法,对钼粉末温压成形过程进行了有限元数值模拟,获得了粉末体形变、应力场和相对密度分布等相关数据,为改善钼粉温压成形工艺及优化工艺参数提供了理论依据。

温压成形法制备C-stalk/Cu复合材料的结构与性能

以棉梗粉末(C-stalk)为基材、电解紫铜粉末为强化因子,添加聚乙烯(PE)作为分散剂,采用温压成形法制备C-stalk/Cu复合材料标准试件和滑动轴承,测定该复合材料的静曲强度、内结合强度、吸水率、表面耐磨性、以及轴承的压溃强度与表观硬度,并观察试件的断口形貌。结果表明:C-stalk/Cu复合材料塑化充分、吸水率低,其静曲强度、内结合强度分别高达92.67 MPa和7.55 MPa,磨耗量仅为优等实木地板漆膜的1/2(<0.05 g/100 r),优于相对密度为80%的6-6-3青铜烧结材料;C-stalk/Cu复合材料制备的滑动轴承,其压溃强度、表观硬度分别高达105.2 MPa和55 HB,可望用来替代烧结青铜生产轻载滑动轴承。

流动温压成形W70Cu异形件

尝试采用含量较高的粘结剂利用流动温压成形结合熔渗制备W70Cu杯状异形件。通过改变钨骨架中Cu粉类型(包括雾化Cu粉,电解Cu粉和超细Cu粉)、粘结剂添加量和成形温度,考察不同工艺参数对杯状试样的密度分布影响,以获得流动温压成形异形钨骨架的最佳工艺。结果表明:添加体积分数35%的粘结剂时提高压制温度会明显改善钨骨架孔隙度分布的均匀性;同时,由于不同Cu粉具有不同的表面形貌及粒度,对于钨骨架的孔隙度分布均匀性也有较大的影响。压制温度55℃时添加表面光滑形状规则的超细Cu粉和35%(体积分数)粘结剂的混合粉末成形的钨骨架的孔隙分布最均匀,该骨架在1 200℃熔渗30 min后,密度分布均匀,整体密度达到14.2 g/cm3(相对密度为99.0%)。

成分对温压成形Reed/Cu/PE复合材料性能的影响

为进一步改善基于农林剩余物的木基复合粉末的温压成形综合性能,开发新型复合材料,以芦苇秆粉末(Reed)为基材、紫铜粉末(Cu)为强韧化因子、聚乙烯(PE)为紫铜粉末分散助剂,运用响应面试验法、三维立体数码显微镜、扫描电镜和电子万能材料实验机等方法和手段研究PE及Cu对温压成形Reed/Cu/PE复合材料性能的影响,对试件材料的性能与结构进行表征。结果表明:Reed/Cu/PE复合材料的最优温压成形工艺条件为,PE和Cu质量分数分别为10%和17%;制备的Reed/Cu/PE复合材料的静曲强度、表观硬度(HV)、吸水率和吸水厚度膨胀率分别达到了49.26、9.267 MPa、3.32%和4.35%。

聚丙交脂-乙交酯纤维的温压成形

通过溶液沉析纺丝法制备聚丙交酯乙交酯(PLGA)纤维,观察纤维的形貌并对其进行XRD和SEM表征。采用纤维温压成形法控制压力和温度得到条形的PLGA材料结合试样断口分析,研究成型压力与温度对PLGA材料的力学性能的影响。研究结果表明:非晶多孔结构的PLGA纤维可通过溶液沉析纺丝的方法获得,其孔径为0.1～1.0μm;压制压力和压制温度对材料的力学性能影响较大,材料的抗弯强度、剪切强度和抗弯模量均随着温度和压力的增大而先增大后降低;在压制压力为105MPa,压制温度为160℃时,试样的力学性能比较理想,此时,其抗弯强度可达到187.3MPa,剪切强度达到100.1MPa,抗弯模量达到2.5GPa,可望作为非承重部位骨折愈合内固定材料。

C/CuPb复合轴承材料温压成形工艺的研究

用温压工艺制得了短碳纤维增强铜铅合金（ Ｃ／ Ｃｕ Ｐｂ）复合轴承材料，研究了温压工艺参数对温压压坯及烧结坯性能的影响，并对温压烧结与冷压烧结及二次压制烧结所得 Ｃ／ Ｃｕ Ｐｂ 复合轴承材料的性能进行了分析对比。结果表明，温压压坯比冷压压坯具有更高的生坯密度，同时，温压烧结 Ｃ／ Ｃｕ Ｐｂ 复合轴承材料的性能与二次压制烧结材料相当而明显高于冷压烧结材料。

芦苇粉无胶温压成形复合材料环境友好性评价

运用热脱附-气相色谱/质谱(TD-GC/MS)联机技术分析了芦苇秆粉末高压无胶模塑成形复合材料在40、60、90和160℃4个环境温度点的挥发物总离子流图,鉴定了芦苇秆粉末基复合材料在各温度下的保留时间及峰面积,进而评价了芦苇秆粉末基复合材料的环境友好性。结果表明,芦苇粉末基复合材料无胶温压成形工艺过程及其使用过程都具有环境友好性。

W-Cu粉末温压成形的研究

采用新型温压黏结剂对W-Cu粉末(Cu的质量分数为20%)进行了温压成形实验。研究了温压温度、压力、原料粉末粒度对温压压坯密度的影响,并将其与冷压成形压坯进行了对比。结果表明:与冷压相比,温压能明显提高W-Cu粉末压坯的密度,170℃下温压压坯的密度为10.68g/cm3,比冷压压坯的密度提高了0.55g/cm3;在相同的压制压力下,采用较细Cu粉末温压W-Cu压坯的密度明显高于使用较粗Cu粉末的压坯密度。温压W-Cu烧结体的密度高于冷压压坯烧结体的密度。温压可以改善W-Cu烧结体的性能和微观组织。