基于Drucker-Prager/Cap模型的Ti-30Cu粉末轧制过程模拟

对钛和铜质量比为7∶3的Ti-30Cu混合粉末进行单轴压缩、巴西圆盘和模压试验,获得该粉末Drucker-Prager/Cap本构参数与相对密度的关系;利用Abaqus软件建立粉末轧制模型,研究喂料高度对板料相对密度的影响,并进行了试验验证;采用该模型研究了辊缝宽度、轧速对Ti-30Cu合金板料相对密度的影响。结果表明:在辊缝宽度为1 mm、轧速为10 mm·s^(-1)条件下,随着喂料高度由150 mm增加到300 mm,板料的相对密度增大,模拟结果与试验结果基本吻合,最大相对误差为2.15%,验证了轧制模型的有效性;随着喂料高度的增加、辊缝宽度或轧速的减小,板料的相对密度增大。

粉末轧制法制备Fe-6.5%Si硅钢片的研究

采用粉末轧制法制备了Fe-6.5%(质量分数)Si硅钢片,并对其密度、物相组成和磁性能进行了测试分析。研究表明:在一定的轧制成形和烧结条件下,所制备的Fe-6.5%Si硅钢片的饱和磁感应强度Bs为1.8T;高频铁损W2/10k为69W/kg。

不同粉末粒度的粉末轧制多孔钛板的孔隙性能研究

为满足湿法冶金、氯碱、水处理、制药等行业对多孔钛板过滤元件的需求,以粉末轧制法制备多孔钛板为出发点,开展了满足轧制工艺要求的多孔钛板粉末轧制、烧结、性能测试等研究。通过对不同性能的钛粉进行粉末轧制、真空烧结,制得了宽度为420 mm、厚度不同、组织均匀的多孔钛板,研究了不同粉末性能对其孔隙度、最大孔径和透气度的影响。结果表明:随着粉末粒度的减小,多孔钛板的密度有所增大,孔隙度、最大孔径和透气度逐渐减小。其中,多孔钛板最大孔径和透气度的变化规律与模压多孔材料的相同。在追求孔隙度最大化时,以最小的轧制压力轧制成型多孔钛板,粉末粒度越大,其厚度越大。当粉末粒度相同时,多孔钛板厚度越大,其内部孔道路径越长,孔结构越复杂,气体在透过多孔结构通道时所消耗的能量也越多,透气度则越低。

大规格粉末轧制多孔钛板的制备及拉伸性能

为满足工业生产对板状过滤元件的需求,本文开展大规模粉末轧制多孔钛板的制备,通过1 100℃真空烧结制得了组织均匀、不同厚度、宽度为420 mm的多孔钛板,并对烧结钛板的拉伸性能进行研究。实验结果表明,制备的多孔钛板孔隙度>33.0%,密度>2.90 g/cm3,最大孔径<19.0μm,透气度>150.0 m3/m2·k Pa·h,抗拉强度>60.0 MPa;随钛板厚度增加,孔隙度上升,密度降低,最大孔径增大,透气度降低,抗拉强度减小;利用数字图像相关技术并结合孔结构参数,对烧结多孔钛板的拉伸数据及断口形貌进行分析与表征,并证实其断裂方式为脆性断裂。

粉末轧制Mg-Al-Zn合金的烧结

研究用粉末轧制方法制备的Mg-3%Al-1%Zn(质量分数)合金生带坯在氩气气氛下的烧结行为,用X射线衍射、差热分析以及金相方法等分析镁合金在烧结过程中的组织变化。结果表明:粉末轧制镁合金生带材可采用"预烧结-冷轧-再烧结"工艺进行烧结,即在氩气气氛下550℃预烧结120min,然后进行大变形量的冷轧,最后在600℃下保温60min实现烧结;通过再结晶、冷变形与烧结的耦合,获得的带材组织均匀,其相对密度达到97.5%。

金属粉末轧制工艺及其数值模拟

金属粉末轧制工艺能够生产一般工艺难于或无法生产且成分精确、质地均匀、性能优良的带材,是一种制取高性能以及特殊用途材料的很有前途的粉末冶金成形工艺。粉末轧制工艺中的力学行为较难通过传统的数学模型综合准确地研究。基于有限元方法的数值模拟为研究粉末轧制过程中的力学特性提供了一种灵活高效的途径。在有限元方法中可以同时引入复杂的几何模型、材料本构模型、摩擦模型等多种信息,能够对轧制过程的相对密度、材料流动及力能参数进行预测,可以更准确地综合研究粉末轧制的力学特性。从而有效地为轧制工艺的制定、润滑方案及设备的优化设计提供帮助。

温度与保温时间对半固态粉末轧制AA2024带材性能与显微组织的影响

采用半固态粉末轧制法制备2024铝合金带材,研究粉末加热温度和保温时间对轧制力、带材的相对密度及显微组织的影响。结果表明:2024铝合金带材的相对密度随粉末温度升高而增大,随保温时间延长而提高。粉末在585℃保温40 min后轧制,可获得形貌规整、无表观缺陷且晶粒细小均匀的等轴晶带材,带材相对密度达到93.28%。半固态粉末轧制力仅为室温下固态粉末轧制力的33.5%。半固态粉末轧制带材组织内仍存在少量孔隙,进一步热轧后可达到近全致密,显微硬度提高77.8%。因此,半固态粉末轧制对于缩短工艺流程,减小轧制力,制备高致密度的2024铝合金带材具有明显的优势。

一种基于数值模拟的金属粉末轧制力能参数计算方法

对金属粉末轧制的成形特点进行分析。基于可压缩连续体力学对金属粉末轧制的有限变形弹塑性本构模型进行推导,并编制了计算模块,利用该模块对铝粉轧制过程进行数值模拟。分析成形区域的特征,结果表明压实区所对应的等效应力、等效应变与相对密度都达到最大值,进入稳定轧制阶段后轧制力趋于平稳。结合对轧制变形的区域划分,根据应力、应变及密度等参数的分布,确定咬入角和中性角的位置。对轧制力和相对密度的实验和模拟结果进行对比分析,表明所提出的理论模型及计算模块稳定可靠。

粉末轧制-叠层烧结法制备较厚93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金片材的研究

利用粉末轧制-叠层烧结法制备了较厚93W-4.9Ni-2.1Fe高密度钨合金片材,对比了单片烧结坯和叠烧坯(即较厚钨合金片材)的组织与性能,并研究了冷轧加工后叠烧坯组织与性能的变化。结果表明:粉末轧制-叠层烧结法所制备较厚高密度钨合金片材的组织均匀,片层之间结合良好,无缝隙或镍铁过渡层等缺陷,其相对密度、硬度和抗拉强度均与单片烧结坯相当;冷轧加工后,叠烧坯力学性能明显提高,故粉末轧制-叠层烧结法是制备较厚高密度钨合金片材的有效方法。

轧制方向对粉末轧制多孔钛板力学性能的影响

以氢化脱氢钛粉为原料,采用粉末轧制和真空烧结工艺制备出两种不同厚度的多孔钛板。利用孔径及孔径分布分析、扫描电镜观察、拉伸实验、三点弯曲实验、剪切强度测试等手段,对垂直于轧制方向和平行于轧制方向的板材力学性能进行了研究,并从孔径分布和烧结颈发育方面对其进行了解释。结果表明,1.96 mm厚的多孔钛板比1.32 mm厚多孔钛板的最大孔径小,且其孔径分布相对均匀;对于厚度相同的粉末轧制多孔钛板,垂直于轧制方向的板材平均抗拉强度比平行于轧制方向的增大25%、弯曲强度增大45%;随着轧制多孔钛板厚度的增加,其抗拉强度、弯曲强度、剪切强度等均显著增大,粉末轧制多孔钛板力学性能的方向差异与轧制致密板材的方向差异完全相反。

粉末轧制大尺寸多孔钛板制备工艺研究

以氢化脱氢钛粉为原料,采用粉末轧制和真空烧结技术,通过对喂料和烧结制备工艺的优化改进,制备出了过滤性能均匀,且宽度>400 mm的大尺寸多孔钛板。实验结果表明:限制式喂粉方式可实现定量喂料,能保证喂料的均匀性;加压限位烧结可以有效防止生料坯在高温烧结过程中发生翘曲变形;轧制多孔钛板过滤性能良好,其密度为2.85 g/cm^(3),最大孔径为37μm,透气度为150 m^(3)/(h·k Pa·m^(2)),同时对于5μm以上的气体粉尘过滤效率>99.99%,满足了过滤行业对大尺寸多孔钛板的需求。

金属粉末轧制

金属粉末轧制机理与传统的致密金属轧制机理不同 ,在这里适用的是粉末轧制前后粉末重量相等原理。粉末轧制变形区可简单地化分为粉末供料区和压实区。影响带材性能的主要因素有原始金属粉末的工艺性能和轧制工艺条件。

以MSC.Marc为基的极片粉末轧制有限元模拟

粉末轧制工艺中的力学行为较难通过传统的数学模型综合准确地研究。但是基于有限元方法的数值模拟为研究粉末轧制过程中的力学特性提供了一种灵活高效的途径。在有限元方法中可以同时引入复杂的几何模型、材料本构模型和摩擦模型等多种信息,能够对轧制过程的材料流动及力能参数进行预测,可以更准确地综合研究粉末轧制的力学特性。

金属粉末轧制的力学模型及数值模拟研究

金属粉末轧制工艺能够生产一般工艺难于或无法生产且成分精确、性能优良的板带材,是制取高性能以及特殊用途材料的粉末冶金成形工艺。在粉末轧制工艺的力学行为研究中,传统的数学模型被证明所提供的作用有限,基于有限元方法的数值模拟为此提供了一种灵活高效的途径。基于把粉末体看作是可压缩连续体的假设,根据椭球面屈服准则推导了金属粉末体变形的弹塑性本构关系。采用了合适的本构关系积分算法,并对摩擦模型进行了分析。基于MSC.Marc平台的二次开发工具编制了相关的用户子程序,对铁基粉末的轧制过程进行了三维弹塑性有限元数值模拟。该程序的准确性已在对粉末闭模压制的数值模拟及实验对比中得到了验证。此外,分析了轧制速度、摩擦系数等对轧制力和相对密度分布的影响。

相分解控制的80K铋基高温超导粉末轧制带的制备

研究了110K铋基高温超导轧制带相分解的规律。通过控制加热温度、升温速度,发展了一种由110K相分解得到80K取向组织的方法。该方法克服了不易制备80K取向轧制带的困难。

金属带材粉末轧制的研究

金属带材粉末轧制技术设计简单、加工成本低廉,融合了粉末冶金和带材轧制工艺的优点,受到了广泛关注。综述了金属粉末直接轧制带材的技术,分析了直接粉末轧制工艺对金属粉末的要求、轧制变形区的形成、生带材的制备和致密化工艺,提出了今后的研究方向。

基于Drucker-Prager/Cap模型的W–Cu20粉末轧制数值模拟

将Drucker-Prager/Cap塑性模型引入到高硬度W–Cu20粉末轧制有限元分析中,利用巴西圆盘试验、单轴压缩试验以及模压试验得到Drucker-Prager/Cap塑性模型参数,借助商业有限元软件ABAQUS以及Fortran自编的VUSDFLD子程序,建立粉末轧制的有限元模型,并与实际试验进行了比对。结果表明:模拟结果中的板料相对密度和板料厚度与实际实验结果吻合较好,最大误差为4.47%,说明Drucker-Prager/Cap塑性模型对粉末轧制工艺研究有参考意义。

半固态粉末轧制法制备10%B_4C-AA2024复合材料带材的致密化过程（英文）

半固态粉末轧制法是一种制备带材的新型工艺方法,既包含有粉末轧制技术的优点,也包含有半固态轧制技术的优点。研究B4C与AA2024混合粉末颗粒在存在液相情况下的致密化过程和变形规律,同时分析相对密度与轧制力的关系。结果表明,液相分数对半固态粉末轧制带材的致密化过程有着重要的影响。致密化过程可分为3个阶段。当液相分数低于20%时,轧制变形成为主要的致密机制;当液相分数高于20%时,液相的流动与填充成为带材的致密机制。随着轧制力的增加,材料相对密度增大。在550°C和585°C条件下得到的相对密度与轧制力曲线变化趋势相一致。而605°C和625°C得到的相对密度与轧制力曲线趋势明显不一致。

钨铜粉末轧制的数值模拟研究

采用Deform、MSC.Marc和Abaqus三款善于处理非线性问题的有限元软件对钨铜粉末轧制成形过程进行数值模拟,确定一款较为合适的模拟软件,为钨铜粉末轧制成形工艺及其参数的确定提供依据。结果表明:Abaqus软件处理非线性问题的能力较强,能够计算出粉末轧制过程中板材的相对密度、应力应变场和温度场的变化与分布。模拟结果与实验结果具有较好的一致性。

半固态粉末轧制法制备SiC_p/AA2024复合带材的显微组织与力学性能

以组合雾化法制备的2024铝合金粉末和SiC颗粒为原材料,采用半固态粉末轧制法,在575~635℃温度下制备10%SiC_p/AA2024复合带材,研究粉末加热温度对带材显微组织与力学性能的影响,并与相同条件下制备的AA2024铝合金带材进行对比。结果表明:升高粉末加热温度可促进AA2024粉末变形或破碎,所得10%SiC_p/AA2024复合带材具有半固态特征的球状或近球状显微组织。与AA2024合金带材相比,SiC_p/AA2024复合带材的基体晶粒更加细小。SiC颗粒与液相Al没有发生显著的界面反应,未生成对体系有害的Al4C3物质。SiC_p/AA2024复合带材和AA2024合金带材的屈服强度、抗拉强度及伸长率都随粉末加热温度适当升高而提高,SiC_p/AA2024带材的屈服强度和抗拉强度分别在366~412 MPa和425~514 MPa之间,均明显高于AA2024合金带材,伸长率为3.1%~4.9%,断裂方式主要为脆性断裂。AA2024带材的屈服强度在265~348 MPa范围内,抗拉强度为362~423 MPa,拉伸断裂方式随加热温度升高由脆性断裂向韧性断裂转变。