硬质合金粉末注射成形偏析现象的数值模拟

基于粉末-粘结剂的双流体模型,采用CFX商业软件对硬质合金粉末注射成形(PIM)过程进行了数值模拟,分析了充模过程产生的偏析现象.研究表明,PIM中的偏析有两类:一类是由于粉末与粘结剂密度及粘度的差异引起的普通偏析,密度的差异主要引起浇口附近粘结剂的轻微聚集,而粘度的差异引起允模前沿粘结剂体积分数的增加;另一类是由于边界层的存在及普通偏析共同作用形成的边界偏析,这种偏析使靠近模壁的粘结剂体积分数大于其平均值.局部密度测试证明了基于双流体模型模拟PIM过程偏析现象的可靠性.     

PIM粉末-粘结剂固液两相流的动力学基本方程

假设PIM颗粒－粘结剂两相流动中，粉末颗粒为大小不一的球形，粉末颗粒与气体分子具有类似的物理及动力学特性。利用类似于气体分子动力论的方法来研究PIM两相流动中粉末颗粒相的运动。将PIM注射充模过程中粉末颗粒的运动与气体分子运动进行比较，从Boltzmann方程出发分析了粉末颗粒的物理及动力学参数，建立行数值模拟和分析粉末－粘结剂两相分离现象奠定了理论基础。     

表面改性对氧化锆陶瓷注射成形的影响

采用改性剂对ZrO2粉末进行表面改性处理制备出了有机/无机包覆的氧化锆陶瓷粉末.用红外光谱表征了粉末颗粒表面官能团的变化,讨论了表面改性对粉末的极性、粒度、安息角、松装密度和振实密度以及对注射成形工艺的影响.研究结果表明:改性剂分子与粉末颗粒表面吸附的羟基发生了Lewis酸碱反应,并形成了包覆吸附;通过表面改性,粉末由极性粉末变为非极性粉末,在环己烷溶液中的粒度由4.88μm减小到0.64μm,团聚系数由41降到5,团聚明显降低,粉末安息角由68°降低到45°,松装密度由0.8g/cm3增加到1.32g/cm3,振实密度由1.45g/cm3增加到2.52g/cm3;表面改性降低了氧化锆注射料的粘度、混料温度、注射温度和注射压力,改善了成形性,装载量从53%提高到58%.     

粉末注射成形模拟分析的研究现状与发展

粉末注射成形(PIM)是集塑料成形与传统粉末冶金工艺优势而产生的一种新型零部件近净成形技术。叙述了粉末注射成形的优点和有待解决的难题,利用模拟软件可以有效地避免或减少PIM各个阶段的缺陷,重点介绍了国内外在PIM喂料充模模拟技术上已经取得的成果和待解决的问题,依据目前的PIM喂料充模模拟研究现状,对PIM模拟的发展进行了展望,认为以Burracuda软件为基础的粉末颗粒模拟研究将成为PIM喂料充模模拟的主要发展趋势,并为粉末注射成形喂料模拟技术的进一步发展提供参考。     

Fe-0.5Mn-0.5C预混合钢粉性能及粘结剂作用机制

设计4种不同有机粘结剂,分别对合金元素Mn、石墨进行粘结处理,制备Fe-0.5Mn-0.5C预混合钢粉。研究4种粘结剂对预混合钢粉合金元素与石墨的粘结率、预混合钢粉的流动性、松装密度、压坯密度的影响。并通过对粉末表面基团的表征,研究高分子粘结剂与铁基体间的相互作用方式。结果表明:以丙烯酸类树脂制备的预混合钢粉工艺性能最好,其流动速率为24.3 s/50 g松装密度为24.3 s/50 g,在600 MPa压力下的压坯密度为3.03~3.23 g/cm3粘结剂中的极性基团与铁基粉末通过氢键作用相吸附。     

聚乙二醇基粘结剂铁基粉末温压行为的研究

以水雾化铁粉和合金钢粉为原料,聚乙二醇和少量添加剂为粘结剂进行了温压成形试验.对加入粘结剂的两种粉末的松装密度和流动性进行了测定,重点考察了粘结剂含量、温压温度和压力等对温压压坯密度的影响.实验结果表明,原料铁粉的性质、温压温度和粘结剂加入量等对温压压坯的密度都有影响,在温压温度和压力分别为75℃和600 MPa时,填加0.4%(质量分数)粘结剂的水雾水铁粉和合金钢粉压坯的生坯密度分别可达7.29 g/cm3和7.20 g/cm3;结合实验结果,对温压压坯密度和压制压力的关系进行了解析,以探讨温压成形的致密化规律.     

粘结化铁基粉末的高速压制成形与烧结行为研究

研究了采用粉末改性处理和高速压制相结合的技术制备高密度铁基粉末冶金材料的工艺。所用的粘结化铁基粉末的名义成分(质量分数)为Fe-1.5Ni-0.5Cu-0.5C;重点研究了压制能量和粉末塑化改性对压坯密度的影响,以及高密度压坯的烧结致密化行为。结果表明:粘结化铁基粉末具有较高的流动性(25.1s/50g)和松装密度(3.2～3.4g/cm3)。未经塑化改性处理的粉末随着压制速度的增加,压坯密度提高缓慢,在8.7m/s高压制速度下,压坯密度为7.37g/cm3。塑化改性处理粉末具有优异的塑性变形能力,压坯密度随着冲击能量的增加而迅速增大,在6.2～8.7m/s的压制速度范围内,压坯密度为7.07～7.62g/cm3。经过8.7m/s高速压制和1 150℃烧结后,烧结体密度达到7.51g/cm3,相对密度为96.5%。     

新型PEG基粘结剂的注射料性能研究

研究了金属粉末注射成形新型PEG基热塑性粘结剂的注射料性能。结果表明：新型PEG基粘结剂与Fe-2Ni粉具有较强的相互作用,混合均匀性好,且粉末装载量高,注射料注射成形性好。 用新型PEG基粘结剂和Fe-2Ni粉所制备的注射是一种假塑性流体,具有良好的流变性能,粘结剂各组元用量及粉末装载量使注射料的粘度、非牛顿指数、粘流活化能发生变化,影响注射料流变性能。     

粉末注射成形充模过程中粉体分布的数值模拟

以316L不锈钢为喂料的注射过程为研究对象,使用双流体模型模拟注射过程中坯体内粉末体积分数的分布,得到出现严重两相分离区域的直观三维分布图,并应用工业CT(industrial computed tomography)对模拟结果进行验证。结果表明:该方法可以得到注射成形零件中任意区域粉体的分布;注射试样在浇口的下方区域,以及模壁、顶点区域,易出现较严重的两相分离,导致后续的烧结过程中出现收缩不均匀,是应该重点关注的区域;随注射速率从30 cm3/s提高到90 cm3/s,两相分布合理区域的体积呈先增大后减小的趋势,在70 cm3/s时达到最大;模拟结果中粉末体积分数分布曲线的变化趋势和变化幅度都与CT检测结果相符,实验验证了模拟结果的可靠性。     

基于有限元仿真分析高速压实粉末时模壁摩擦因数对压制效果的影响

为研究粉末在高速压实下模壁摩擦因数的影响,分别选择Cu、Fe作为压制粉末,在MARC中建立微观的粉末模型,视冲头为刚体以计算得到的加载速度模拟压制粉末体。通过设定不同的边界摩擦因素,发现与传统静力压制相比,电磁脉冲高速压制时并非模壁的摩擦因数越小,压制件的密度越均匀,当速度超过60 m/s时,由于应力波叠加的作用,使得摩擦因数小于一定值以后,铜粉压坯在压制中期从下端先开始压实,最终导致粉末坯体的密度由下往上递减。分析发现当金属粉末颗粒密度大于4 g/cm3,同时应变敏感性指数C小于0.09时会出现最佳摩擦因数使得压制的毛坯密度均匀性最好,同时最佳摩擦因数在4~9 g/cm3密度范围内与密度成正比,在0.005~0.01的应变敏感性指数范围内与应变敏感性指数成反比。