Machine Translated by Google
DOI: 10.1051/matecconf/2017950200 1
MATEC Web of Conferences 95, 02001 (2017)
ИКММЕ 2016
Влияние воздуха на высокоскоростное уплотнение металлического порошка
Цзюнь Лю, Хайфэн Ху и Сяолун Луо
Факультет машиностроения и механики, Университет Нинбо, Нинбо 315211, Китай
Аннотация: В процессе высокоскоростного ударного прессования металлического порошка воздух резко сжимается и часть
его остается в прессовках. Для изучения влияний с использованием ABAQUS была создана модель накопления волейбола
дискретной плотности для алюминиевого порошка. Исследование показало, что воздух пористости порошка препятствует
процессу прессования, поскольку оставшийся воздух снижает прочность и плотность прессовок при текущем высокоскоростном
прессовании (Vİ100 м/с). При дальнейшем увеличении скорости (V×100 м/с) температура воздуха резко возрастала и даже была
намного выше температуры плавления материала. При сжатии алюминиевого порошка со скоростью 200 м/с температура
воздуха могла достигать 2033 К, что значительно превышало температуру плавления 877 К. Повышенная плотность порошков
была результатом местного размягчения и даже плавления клея при наличии воздуха между частицами с высокая температура
и давление протекали мимо.
1. Введение
Порошковая металлургия представляет собой технологию почти
чистой формы, которая имеет огромное преимущество при обработке
некоторых материалов, которые трудно получить традиционным
способом [1]. Пороховая динамическая репрессия проводилась
десятилетиями, скорость прессования 200 метров в секунду и более,
вес молота также колебался от нескольких граммов до нескольких тонн.
В процессе высокоскоростного ударного уплотнения HVC˅
скорость влияет не только на состояние трения и твердение порошка,
но и на выход воздуха из зазора частиц порошка. При изучении
высокоскоростного прессования многие ученые считают, что
повышенная плотность является результатом исключения воздуха
из пороха после многократного гашения. Ван Цзяньчжун [2] считает,
2 Настройка модели и параметров
Существует множество форм частиц, и метод тумана может
обеспечить лучшее распыление сферических частиц [7]. Для удобства
частицы порошка были установлены в виде диска диаметром 100 м.
Модель показана на рис. 1, а модель с вогнутой кромкой был показан
на рис. 2. Пуансон находился сверху, и было установлено поле
воздушного потока, затем разделили размер сетки Эйлера и полость
матрицы на эквиваленты рис. 3 и придали поле потока в отверстии,
так что удар частиц порошка и воздух можно было одновременно
анализировать в одно и то же время, кроме того, воздух считался
идеальным воздухом.
что плотность должна быть выше из-за меньшего количества
воздуха, остающегося после удержания давления в процессе HIP
˄Горячего изостатического прессования˅. Однако некоторые
установили, что давление воздуха в прессовках было ниже давления
прессования в пределах двух порядков в процессе ВВК [3]. Chen Jin
[4] обнаружил, что плотность была ниже благодаря экспериментам,
в которых порошок подвергался высокоскоростному подавлению
после предварительного прессования. Ма Бинбин [5] считает, что
при определенной скорости прессования и коэффициенте трения
уплотнение порошка и синхронизация спекания достижимы для
большинства металлических порошков.
ABAQUS — одно из самых передовых программ для конечноэлементного анализа в мире [6]. Для моделирования
высокоскоростного процесса прессования алюминиевого порошка
с помощью ABAQUS использовался подход жидкостно-твердого
соединения, а режим выхода воздуха был проанализирован и
Рисунок 1. Модель уплотнения порошка
обсуждено влияние воздуха во время процесса.
© Авторы, опубликовано EDP Sciences. Это статья в открытом доступе, распространяемая на условиях Creative Commons Attribution .
Лицензия 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Machine Translated by Google
DOI: 10.1051/matecconf/20179502001
MATEC Web of Conferences 95, 02001 (2017)
ИКММЕ 2016
поле напряжений и поле температуры пересекаются друг с другом при уплотнении
порошка.
3 Результаты моделирования и анализ
С рис. 4 по рис. 6 температура прессования составляла 298 К, а скорость
прессования 10 м/с, причем круглые частицы представляли собой металлический
порошок, а белые — воздух.
Из результатов следует, что повышение температуры частиц порошка происходило
в основном за счет пластической деформации частиц, поскольку трение не
определялось. В результате температура на контактах зерен была выше, чем в
центре, что коррелировало со степенью деформации частиц. А воздух в моделях с
репрессией осуществляется перфоратором. В конечном итоге между частицами и
Рисунок 2. Модель матрицы для уплотнения порошка
частицами, заключенными в апертуре, осталась лишь небольшая часть воздуха.
Рисунок 3. Модель воздушного потока при прессовании порошка.
Для изучения был выбран алюминий, как обычно вид материала с низкой
Рис. 4. При 0 мкс
температурой плавления. Между тем модель Джонсона-Кука может хорошо описать
упрочнение металлических материалов, эффект скорости деформации и эффект
размягчения как определяющее соотношение частиц порошка. 8]. В общем виде:
$
%
&
Вопрос
OQ
7
˄2-1˅
˄2-2˅
Рис. 5. При 4,44 мкс
7
7
7
7
7
п
U
(2-3)
U
А — материал в квазистатическом пределе текучести; B – модуль упрочнения;
n – показатель деформационного упрочнения; C – индекс чувствительности к
скорости деформации; m – температурный коэффициент размягчения;
эквивалентная пластическая деформация; скорость деформации; эталонная
7
скорость деформации;
температурный материал;
7
U
комнатная температура;
7п
является
является
является
материалы с температурой плавления.
Процесс был адиабатическим из-за очень короткого промежутка времени;
Метод динамического отображения используется потому, что
Рис. 6. При 7,4 мкс
2
Machine Translated by Google
DOI: 10.1051/matecconf/20179502001
MATEC Web of Conferences 95, 02001 (2017)
ИКММЕ 2016
Повышение температуры воздуха при прессовании
алюминиевого порошка с различными скоростями показано
на рис. 7-10. Можно видеть, что температура воздуха
постепенно повышалась с увеличением скорости прессования.
В то же время повышение температуры воздуха контраста
межчастичной пористости при скорости 50 м/с было
незначительным до 10 м/с, а температура была еще намного
ниже точки плавления материала даже при скорости 100 м/с.
температура резко повысится, когда скорость достигнет 200 м/
с, а самая высокая температура будет достигнута при 2033 К.
На рис. 11 показана температура воздуха при разных
скоростях. Температура воздуха резко повышалась только
при скорости более 100 м/с. Потому что воздух не мог
оставаться в порошках, и большая часть воздуха уходила бы
за пределы модели со скоростью десятки метров в секунду.
Воздух слишком поздно вырвался из-за резко деформированного
Рис. 10. Температура между воздухом при скорости 200 м/с
пространства между частицами при скорости более ста метров
Т
в секунду и случае быстрого роста температуры с ростом
2200
давления для уменьшения объема.
2000 г.
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
50
100
150
200
В (м/с)
Рис. 7. Температура между воздухом при скорости 10 м/с
Рисунок 11. Максимальное повышение температуры воздуха при различных
скоростях
Скорость повышения температуры воздушной пористости
при различных начальных температурах частиц порошка со
скоростью 10 м/с показана на рис. 12 и рис. 13. Температура
прессования мало влияла на начальную пористость при
повышении температуры, а конечная температура составила
около 100 К.
Рис. 8. Температура между воздухом при скорости 50 м/с
Рис. 12. Рост температуры при начальной температуре пористости воздуха 298
К
Рис. 9. Температура между воздухом при скорости 100 м/с
3
Machine Translated by Google
DOI: 10.1051/matecconf/20179502001
MATEC Web of Conferences 95, 02001 (2017)
ИКММЕ 2016
4. Вывод
(1) В процессе высокоскоростного ударного прессования
металлического порошка температура воздуха при репрессии
повышается, но мало влияет на консолидацию расплава частиц
порошка при скорости прессования порядка десятков метров в
секунду. Между тем, образовались бы отверстия с частью воздуха,
оставшейся на конце. Следовательно, воздух препятствует
процессу прессования на обычных скоростях.
(2) Температура воздуха резко возрастает при скорости
прессования более 100 м/с и даже намного превышает температуру
плавления материала. Поверхность соседних частиц порошка
будет частично размягчаться даже расплавленным клеем в
результате дальнейшего повышения температуры на границе
Рис. 13. Рост температуры при начальной температуре пористости
раздела порошка высокого давления. Таким образом, воздушная
воздуха 498 К
пористость играет каталитическую роль при прессовании.
Как видно из рисунка 14, давление воздуха, наконец, снова
(3) Начальная температура не влияет на повышение
возрастает после первого, а затем снижается. Причина может
температуры воздуха при обычном прессовании порошка,
заключаться в том, что давление воздуха низкое на начальном
поскольку большое количество воздуха не может оставаться в
этапе прессования, а скорость прессования выше, в результате
порошке из-за низкой скорости.
чего давление воздуха увеличивается с ростом давления. Давление
уменьшалось с увеличением скорости выделения воздуха.
Благодарности
Как видно из рис. 15, температура воздуха на начальном этапе
быстро растет, практически не меняясь.
Это исследование было поддержано Национальным фондом
естественных наук Китая (№ 11372148).
п
16
использованная литература
14
12
1. Qu XH, Yi H Q. Materials China .J. 29, 45-49 (2010).
2. Ван Дж. З. Исследование механизма уплотнения порошка при
10
высокоскоростном уплотнении (докторская диссертация).
8
Пекин: Пекинский университет науки и технологий, 2009 г.
Р
(МПа)
6
3. Сано Ю., Мияги К. Междунар. Дж. Порошковый металл. Пудра
4
Technol.J.20,115-118 (1984).
2
4. Чен Дж. Исследование разработки оборудования и механизма
0
уплотнения теплого порошка при высокоскоростном
40
50
60
70
80
уплотнении (докторская диссертация). Гуанчжоу: Южно-
т (нас)
Китайский технологический университет, 2011.
5. Ma BB, Hu XP, Liu J. Технология горячей обработки .J.01
Рисунок 14. Давление воздуха
91-95(2016)
6. Ши Ю.П., Чжоу И. Р.АБАКУС Анализ методом конечных элементов
Т
[M]. Пекин: China Machine Press, 2006.
7. Сан Л. Мезоскопическое моделирование процесса деформации
400
сжатия частиц порошка (докторская диссертация). Хэфэй:
Хэфэйский технологический университет (2013 г.)
380
8. Джонсон.Г.Р., Кук. WH Конструктивная модель и данные для
360
металлов, подвергающихся большим деформациям, высокой
Т
(К)
340
скорости деформации и высоким температурам[C]//7-й
Международный симпозиум по баллистике. Нидерланды:
Гаага, 1983. 541–547.
320
300
280
0
10
20
30
40
50
60
70
80
т (нас)
Рисунок 15. Температура воздуха
4