激光直接烧结成形多层金属薄壁件的温度场有限元模拟

为掌握多层粉末烧结过程中激光熔池的加热冷却规律以及各烧结层之间的相互影响,综合考虑热传导、热辐射和热对流以及材料的高度非线性,基于ANSYS平台建立了多层金属薄壁件的三维温度场有限元模型,利用APDL语言编程实现模拟中激光热源的移动,采用"单元生死"技术描述粉末材料动态增长过程。模拟结果表明:在现有工艺参数下,烧结获得的熔深在0.15mm以上,熔宽在0.61mm左右,烧结成形件与基体以及层层之间搭接牢固;成形件中,与x方向的热梯度相比,z方向热梯度占绝对优势,这说明成形件在冷却过程中热量的散失以堆积方向为主。将模拟结果与实验结果进行了对比,实验结果较好地验证了模拟结果。     

Mn-Zn铁氧体粉末压坯微波烧结致密性研究

采用频率为2.45 GHz的微波对Mn-Zn铁氧体粉末压坯进行烧结,研究微波加热过程样品的吸波性能和致密化特性,并探讨压坯在微波场中的加热机理,用扫描电镜对烧结样品的形貌进行观察。结果表明,Mn-Zn铁氧体粉末压坯在微波加热的初期(温度低于500)吸波性能较好,样品温度上升比较快,平均为15 ℃/min.;当温度高于500 ℃,加热速度逐渐下降,温度到800 ℃左右必须加大微波功率,样品温度才会继续上升;温度高于1 400 ℃,样品发生“热失控”;烧结温度对烧结密度的影响比较显著,密度随烧结温度的升高而增大,从1 250 的4.20 g/cm增大到1 400 ℃的4.93 g/cm;Mn-Zn铁氧体可在微波场中快速烧结致密,在1 400 微波烧结(保温时间为零)Mn-Zn铁氧体粉末样品组织致密、均匀。     

多组元金属粉末激光选区烧结热力耦合有限元应力场分析

根据金属粉末激光选区烧结的特点，采用ANSYS有限元软件中的间接热力耦合方法，建立了多组元金属粉末激光选区烧结应力场分析模型。利用生死单元技术，模拟了烧结材料由粉末态转变为高温液态继而转变为连续实体的过程。通过该计算模型，可以掌握激光选区烧结成形过程以及冷却过程中应力场随时间的变化规律，探索烧结件翘曲变形的机理及其影响因素。结果表明，烧结件与基板结合层处σz、τzx、τxy的过大是造成烧结件翘曲变形的主要原因。通过实验验证，模拟分析结果与实际相吻合。经过讨论，提出了通过改善烧结件散热状况、提高基板预热温度、精选基板材质等措施可以有效避免金属粉末激光选区烧结件翘曲变形。     

微波烧结金属陶瓷材料的工艺研究

采用微波烧结新技术研究了纳米金属陶瓷材料的烧结工艺与性能。结果表明 ,微波烧结Al2 O3 TiCN Mo Ni纳米金属陶瓷在 14 0 0℃的温度下保温 10分钟时 ,可达到 99%的相对密度 ;烧结温度降低 ,烧结时间大幅度缩短 ,且烧结前后晶粒尺寸变化很小。与设计的助热保温结构相结合 ,成功地对金属陶瓷进行了烧结 ,建立的加热系统加热效率高、结构简单 ,操作方便     

MIM零件烧结过程中收缩和变形的数值模拟

为描述金属粉末注射成形坯件在烧结过程中的收缩和变形行为,基于连续介质力学原理建立了符合粘塑性本构关系的宏观烧结模型。该模型通过有限元软件Abaqus的用户子程序实现,进行烧结过程的数值模拟。分析了由于坯件重力、非均匀初始密度分布以及坯件支承体之间的摩擦力等因素而引起的非均匀收缩和变形。通过与试验结果的比较,验证了烧结模型和数值方法的正确性。     

微波加热Mn-Zn铁氧体粉末压坯的微观机制及特点分析

采用频率为2.45 GHz的微波对Mn-Zn铁氧体粉末压坯进行加热,详细探讨微波加热过程微波场与电介质作用的微观机制以及软磁铁氧体在微波场中的电、磁损耗机理;探讨Mn-Zn氧体粉末压坯在微波场中加热的特点以及微波场E、磁导率μi、介电常数εr等对微波加热温度的影响。Mn-Zn铁氧体是磁性混合介质,在微波场中被加热的根本原因是Mn-Zn铁氧体粉末压坯在微波场作用下,微波电磁能以损耗的方式转化为热能对材料进行加热,这种损耗主要是介电损耗、磁损耗;影响损耗的主要电场因素包括微波电磁场的强度和频率,在特定频率(2.45 GHz)的微波场中,微波功率是Mn-Zn铁氧体加热烧结温度的主要影响因素,功率改变,加热烧结曲线随着变化;影响损耗的材料因素主要是磁导率μi、介电常数εr,两者随温度、频率变化。     

粉末材料激光烧结过程温度场的测试系统

介绍了粉末材料的激光烧结成型技术,对粉末材料激光烧结成型的加热过程进行了分析,在此基础上研制了一种适合于粉末材料激光烧结成型过程温度场的测试系统,利用红外测温仪测量粉末表层温度,利用热电偶测量粉末内部温度,测量结果由计算机打印输出.     

粉末材料激光烧结成型过程温度场的测量

介绍了粉末材料的激光烧结成型技术,研制开发了测温系统对粉末材料激光烧结过程温度场进行了测量,利用红外测温仪测量粉末表面温度,热电偶测量粉末内部温度,测量结果由计算机处理.最后将温度场测量结果与数值模拟结果进行了比较,二者吻合较好.     

粉末流动温压过程中粉末堆积数值模拟与优化

基于离散元法,综合考虑重力、接触力、阻尼、摩擦、范德华力等多种作用力的影响,建立了粉末流动温压过程中粉末堆积的数学模型,对相同材料不同粒径的二元颗粒粉末和相同粒径不同材料的二元粉末颗粒的混粉过程进行了研究。通过实验研究和数值模拟的结合,得到了一个不同数量比的二元堆积的密度规律:在大小粒子直径比为10,当小粒子是大粒子数量的300倍时,获得的最大堆积密度为0.824。通过实验验证了相同粒径不同密度的二元粉末颗粒的填充模拟过程,得到了一致的实验结果。研究结果有效地验证了离散元数学模型的正确性及相关数值模拟的实用性。     

金属注射成形烧结工艺的试验与数值模拟

采用粘塑性理论建立烧结过程的本构模型,以316L不锈钢粉末注射成形产品为例,设计出烧结过程中重力作用下弯曲梁试验和膨胀计中的自由烧结试验,分别用于标定本构模型中的粘度模量和烧结应力.通过用户子程序,在有限元求解器Abaqus(r)上实现数值模拟,预测产品在烧结过程中的收缩和变形.考虑了重力、摩擦以及注射阶段粉末与粘结剂的偏析效应对于烧结工艺的影响,数值模拟结果与试验结果一致.     

激光选区烧结成形机的粉末预热研究

在激光选区烧结（ＳＬＳ）快速成形技术中，粉末的预热是影响成形件性能和成形件精度的重要因素之一，对成形机工作腔的一般预热方法的预热过程进行了分析，研究了辐射预热的热流密度对粉末预热温度的影响，提出了热流密度场模型，并与试验测得的预热温度场进行了比较，该模型对于预热装置设计、ＳＬＳ成形过程控制都具有重要的意义。     

铁基合金粉末低温温压工艺研究

对铁基合金粉末低温温压工艺进行了较为系统的研究,考察了粉末温度、模具温度、润滑剂含量和压制压力对温压密度的影响。结果表明：较佳的模具、粉末温度分别为120℃和100℃;粉末中较佳的润滑剂含量为0．65％;当压力为686MPa时,Fe-1．5Cu-0．5C和Fe-1．5Ni-0．5Mo-0．5Cu-0．5C粉末压坯密度分别达到了7．42,7．41g／cm^3;两种粉末的温压坯件经过烧结后密度进一步提高,合金元素镍、钼等具有优良的烧结强化效果。     

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。     

覆膜材料激光加工快速成形三维温度场数值模拟研究

系统地分析了覆膜材料激光加工的原理，通过分析各参数对温度的影响，得到了温度场的计算模型，并对覆膜材料的选择性激光烧结成形温度场的分布变化进行了数值模拟计算，分析了烧结过程及热物性参数之间的变化关系。利用有限元方法对温度场进行模拟，建立合理的有限元模型，得到了烧结件的温度变化趋势，并用热电偶测温系统实测温度验证计算结果，从而可以提高制件的精度。     

粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金的放电等离子烧结工艺数值模拟与实验研究

选用Ti-22Al-25Nb预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺（SPS）制备组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。采用MSC.Marc有限元软件对SPS过程中粉末的致密化过程进行了数值模拟,分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对粉末致密化过程的影响,揭示了粉末相对密度随烧结温度、保温时间和烧结压力的变化规律。根据模拟结果,在950~1 200 ℃温度区间、50 MPa烧结压力和10~20 min保温时间的条件下,完成系列SPS烧结实验,制备获得Ti-22Al-25Nb合金。系统分析了50 MPa/10 min烧结条件下温度对Ti-22Al-25Nb合金的相对密度、显微组织和力学性能的影响,揭示了烧结合金的断裂机制。实验结果表明烧结合金在950 ℃/50 MPa/10 min条件下具有最优的综合力学性能,延伸率和屈服强度分别达到8.14%和691.04 MPa。     

直接金属粉末激光烧结成形过程温度场模拟

在综合考虑热传导、热辐射及对流等热现象的基础上。初步建立了用于模拟激光烧结过程中传热行为的数学模型。根据Gusarov模型求得粉床的有效导热系数，表明导热系数与铺粉过程中粉末的堆垛方式以及烧结过程中的粘结率有关。在绝热边界条件和部分热物性参数恒定的合理简化下，利用解析法求解了热传导方程。利用FORTRAN语言编写了求解结果的运算程序，并对基模高斯激光近似作用下水雾化铁粉的烧结成形温度场进行了数值模拟，模拟结果较好地验证了实验结果。     

覆膜金属粉末激光烧结成型机理实验研究

介绍了覆膜金属粉末的激光烧结成型技术,对覆膜金属粉末激光烧结成型动态过程进行了实验研究,在此基础上建立了覆膜金属粉末的激光烧结成型过程的机理模型,当加热温度(T)80℃＜T＜120℃时,粘性流动为主要的成型机理;当加热温度T＞120℃时,可以用熔化/固化机理来描述.     

复合尼龙粉末改性及激光烧结成形工艺试验研究

针对目前还不能用传统尼龙粉末材料直接烧结功能件的现状,采用溶剂沉析法合成低熔点聚酰胺粉末作为复合尼龙粉末基材,对基料添加各种无机填料进行物理共混改性。采用正交设计方法和SEM分析方法,以烧结密度和成形件综合力学性能为指标对复合尼龙粉进行烧结工艺优化试验。结果表明,通过物理共混改性能够制备出适合于选择性激光烧结用的高性能复合尼龙粉末,同时,能够大大减小复合尼龙的收缩和翘曲变形。     

钛合金粉末成形技术及数值模拟研究

对TC4粉末压制成形过程中温度和压力对压胚密度的影响进行研究。同时,研究了不同压制条件对压胚密度分布的影响。结果表明,粉体成形过程中模壁摩擦导致了相对密度分布的不同;通过对圆柱体试样压制过程的模拟验证表明,样品沿挤压轴方向上密度分布不均匀,与有限元分析结果一致。     

润滑剂含量对雾化铁粉温压行为的影响

采用水雾化铁粉,分别加入不同含量的润滑剂,以常温压制与温压两种压制方式成形,温压温度为130℃;测量了压坯、烧结坯的密度和弹性后效,并进行了对比与分析.结果表明:润滑剂的适量加入可以提高粉末的流动性以及减小其与模壁间的摩擦力,从而得到更高的压坯密度与烧结密度,加入量最佳值为0.4%(质量分数)左右;同时,温压可提高粉末的生坯密度、烧结密度,并且可以降低弹性后效和脱模力;常温压制的压坯密度和烧结坯密度最高值分别为6.89和7.10 g·cm-3,而温压的则提高至7.06和7.26 g·cm-3.