FGH4097合金热等静压成形数值模拟

基于连续介质理论,应用Shima模型描述FGH4097合金粉末热等静压的致密化变形规律,采用有限元分析软件MSC.marc对装FGH4097合金粉末圆柱包套的热等静压过程进行了数值模拟和试验验证,分析了包套的变形规律以及温度场对坯料致密化过程的影响。结果表明:在热等静压过程中,Shima模型对描述FGH4097合金粉末的致密化过程具有较高的精度,圆柱包套的数值模拟结果和试验结果的尺寸误差控制在2%以内;包套的厚度以及边角效应对热等静压过程中坯料的收缩变形有着显著的影响;热等静压过程中坯料内温度梯度所导致的应力状态差异使得坯料的收缩偏离各向同性。

光学用铍材冷、热等静压成形数值模拟

利用多孔铍实测Shima型屈服准则,运行于MSC.Marc有限元平台,对光学用金属铍冷等静压(CIP)、热等静压(HIP)过程分别进行数值仿真和分析。数值结果与实测值进行了对比。研究表明:(1)基于实测屈服准则对铍粉末冶金过程的仿真精度完全可以满足工程要求,对CIP过程,铍坯压实密度的误差低于0.9%,最大尺寸误差约为4%;对HIP过程,铍坯压实密度与实测相同,最大尺寸误差低于2%。(2)CIP过程中铍坯的致密化一直持续进行到降压段前期;而在HIP过程中铍坯的致密化则在升温段基本完成。(3)CIP完成后铍体的残余应力水平非常低,仅在数兆帕量级;HIP过程在铍体内形成的残余应力为温度应力,高值区主要分布在铍体尖角、棱边等处,最大值超过400 MPa。(4)CIP,HIP过程中铍坯的等效应变与相对密度间具有显著的线性关联性。

多孔铍的屈服准则

通过对不同初始密度铍试样进行单轴压缩试验,研究了多孔铍的宏观屈服特性,并首次给出了多孔铍Shima模型形式的屈服准则。结果表明:应力修正因子(表观应力与基体应力的比值)f’与相对密度R呈幂函数关联,幂指数为2. 8866,系数为1. 0;静水压影响因子f与孔洞率1-R也呈幂函数关联,幂指数为-0. 3862,系数为1/2. 8997;利用本屈服准则对铍热等静压成型的有限元仿真可实现的最高压制相对密度达0. 98;对比计算显示,f’,f的准确性对仿真结果的可靠性影响甚大。结果还表明:由本屈服准则可以获得泊松比v关于R的显性函数,v随R单调增加,计算结果与实测值相符;由v可以确定屈服准则的适用范围,是f≥21/2/3,表达成相对密度,对铍而言R≥0. 5548。进一步分析表明,等静压工艺可以显著降低屈服应力,更容易实现铍的成型和致密化。