PIM充模过程的边界层效应及机理分析

通过对注射坯进行局部密度测试及采用SEM方法观察注射坯截面上粉末-粘结剂的分布状态,揭示了PIM充模过程的边界层效应.将边界层及两相流理论应用于PIM充模过程的研究,分析表明:普通的边界层效应及粉末、粘结剂粘度和密度的差异带来的偏析现象是产生PIM边界层效应的原因.凡是影响模壁吸引熔体分子及影响熔融注射料粘度的因素均会对PIM的边界层效应产生影响.模拟结果表明:随着注射温度由430K升高到450K,PIM的边界层效应变得明显;而入口的注射料流量由60cm3/s增加到80cm3/s,这种效应反而略有减轻.     

工业CT在粉末注射成形中的应用

利用工业CT(ICT)研究粉末注射成形坯内部的密度分布,并重点研究注射坯内气孔的形成规律.研究表明,注射坯中沿着喂料的流动方向,中间的密度较高:而在垂直于喂料的流动方向,两边的密度高于中间的密度.注射坯内部气孔的出现与注射参数关系密切:当注射压力小于50 MPa、注射温度高于180℃、体积流率高于70cm<'3>/s时...     

综采工作面采空区封闭与惰化防灭火技术的数值模拟

为了验证综采工作面采空区封闭与惰化过程中相关技术参数的合理性,了解注惰过程中各组分气体体积分数分布及扩散规律,掌握其随时间变化特点,依据气流渗透及扩散理论,运用Fluent软件对采空区封闭后惰化过程进行数值模拟,并采用现场取样化验分析的方法对采空区封闭后注惰过程中气体体积分数进行监测.通过对比发现,模拟结果与监测数据基本吻合,验证了模拟结果的准确性.由模拟结果可知:双"U"型通风系统的存在使得采空区内部空间具有较为均匀的风流流场分布;在正常通风情况下,O₂、CO₂及N₂体积分数随距工作面距离的增加而逐步降低,CH₄体积分数以下隅角为中心径向逐步增大;随着注惰进程的推移,O₂和N₂体积分数随着注惰时间的累积逐步升高,CH₄和CO₂体积分数则反之.      

SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响

选用4种不同粒度的SiC分别与平均粒度为14 μm的SiC粉末混合,混炼后得到4种不同粉末装载量(体积分数)的喂料,采用粉末注射成形方法制备成SiC坯体,再无压熔渗Al～12%Si～8%Mg合金,获得高体积分数SiCp/Al复合材料,研究SiC粉末粒度及SiCp/Al复合材料中SiC的体积分数(即注射成形喂料中SiC粉...     

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%。     

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.     

碳酸铈反应结晶过程数值模拟

为深入了解反应结晶过程中碳酸铈颗粒的分散特性,采用CFD软件模拟DTB结晶器内固-液两相和液-液两相混合过程。考察固-液两相混合过程中,碳酸铈颗粒的剪切速率分布和浓度分布,对反应结晶器进行优化,最终选取了两个进料口位置在桨叶上方附近、桨叶距离底面高度为H/3、离底悬浮搅拌转速为425 r/min的最佳操作条件。进而分析液-液两相混合反应生成碳酸铈的过程,模拟结果表明,适当增加搅拌速度可以增大反应区域、增加颗粒粒度的均匀性;反应物料CeCl_3质量分数为0.3,NH_3HCO_3质量分数为0.4时,生成的碳酸铈颗粒粒度分布较均匀。     

Al粉添加量对汽车用热压注成形Al2O3粉末组织和性能的影响

选择Al粉作为Al₂O₃粉末材料的改性剂, 采用热压注工艺制备汽车用Al₂O₃粉末材料试样, 研究不同Al粉添加量(质量分数)对Al₂O₃粉末材料组织结构和力学性能的影响。结果表明: Al₂O₃粉末热压注试样最大收缩率出现在长度方向, 最小收缩率出现于高度方向。随着Al粉质量分数的增加, Al₂O₃粉末热压注试样收缩率表现出先减小, 后稳定增加, 最后再减小的变化规律, 弯曲强度和体积密度降低, 气孔率显著升高, 试样挠度增高, 浇注得到更大孔径的结构, 同时试样中大尺寸孔径数量也显著增多。随着Al粉质量分数的增加, 试样中Al₂O₃衍射峰不断上升, 玻璃相的变化不大。加入质量分数8%的Al粉后, 试样断口区域生成了明显的颗粒结构, 说明试样主要发生沿晶断裂。     

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。     

表面活性剂对MIM316L不锈钢粉末制备性能的影响

采用高压水气联合雾化工艺,在雾化水中加入适量表面活性剂,制备了MIM用超细316L不锈钢粉末,研究了表面活性剂对粉末雾化制备的影响。结果表明:表面活性剂的加入会一定程度地影响粉末的振实密度、粒径和粒度分布及表面形貌等。其中,十二烷基硫酸钠(SDS)能有效降低粉末颗粒粒径和提高振实密度,当SDS用量为1%(质量分数)时,粉末颗粒的中位径由10.33μm降低到8.76μm,振实密度可由4.16 g/cm3提高到4.65 g/cm3,且得到的不锈钢粉末分散均匀,颗粒表面光滑且呈类球形。粉末制成喂料,经注射成形及脱脂烧结后,样品指标均达到美国MPIF标准,当烧结温度为1 380℃时,烧结密度和硬度分别为7.85 g/cm3、70 HRB。经此工艺制得的316L不锈钢粉末,性能达到国内先进水平。     

高性能SiCp/Al电子封装壳体的近终成形

用粒度为63μm和14μm的SiC粉末为原料,在注射温度和注射压力分别为160℃和70 MPa、粉末装载量(体积分数)为63%的条件下,获得SiCp注射坯,经过溶剂脱脂和真空热脱脂以及1 100℃/7 h的真空预烧结后,在1 000℃、N2气氛下进行Al合金熔渗,制备高体积分数63%SiCp/Al复合材料电子封装壳体。研究表明,熔渗组织均匀、致密,SiC颗粒均匀分布在Al基体中。熔渗时需要严格控制熔渗时间,熔渗时间超过10 min后会导致坯体被Al合金熔体过度熔渗,从而在复合材料表面产生Al合金层,时间越长,Al层厚度逐渐增加。最终制得的高体积分数63%SiCp/Al复合材料封装壳体的尺寸精度优于0.3%,其热物理性能优异,热膨胀系数和热导率分别为7.2×10-6K-1和180 W/m·K,密度为3.00 g/cm3,能够满足电子封装材料性能的要求。     

激光3D打印TC4球形合金粉末的制备

采用真空旋转电极气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用TC4钛合金球形粉末,利用SEM、XRD、EDS、激光粒度分析仪、霍尔流速计等分析方法对制得球形粉末的形成机制、表面微观组织、成分、相组成、粒度分布、流动性和松装密度等进行了研究,结果表明:在工艺参数为感应功率60k W,雾化气压6.0MPa条件下,EIGA法成功制备了激光3D打印用TC4钛合金球状粉末,粉末球形度达到98%以上,含氧量(质量分数)为0.09%;合金粉末中Ti、Al、V等元素分布均匀,粉末颗粒表面物相为密排六方α'-Ti单相固溶体;制得的TC4粉末表面平整、光洁,粒度分布均匀,主要粒径在1~180μm之间,粉末流动性为24.1 s/50g,松装密度为2.699 g/cm3,松装密度比为60.93%,符合激光3D打印用TC4钛合金粉末特征要求.     

射频等离子体制备球形铌粉

以不规则形状铌粉为原料,通过射频等离子体球化处理制备球形铌粉,并研究加料速率对粉末球化率的影响。采用扫描电镜、X射线衍射仪和激光粒度分析仪对球化处理前后粉末的形貌、物相和粒度分布进行测试和分析。结果表明:不同粒径的不规则形状铌粉,经等离子球化处理后均可得到表面光滑、分散性好、球化率可达100%的球形铌粉。球化处理后,粉末的粒度分布变窄。随加料速率的增加,铌粉的球化率降低。经射频等离子体处理后,铌粉的松装密度和流动性得到显著改善:松装密度由1.33 g/cm3提高到4.35 g/cm3,振实密度从1.95 g/cm3提高到5.61 g/cm3,粉末流动性提高到12.51 s/(50 g)。     

钨铜粉末轧制的有限元模拟研究

选用Drucker-Prager/Cap模型来描述钨铜粉末的轧制变形行为,建立钨铜粉末轧制有限元模拟模型。利用Abaqus有限元分析软件研究钨铜粉末轧制成形过程中轧辊辊缝、轧制速度和轧制温度等工艺参数对板材相对密度的影响,并将模拟结果与粉末轧制实验结果进行对比。结果表明:钨铜合金粉末轧制过程中,轧辊辊缝越大,轧制所得板材的相对密度越小,密度分布越均匀;轧制速度越快,板材的相对密度越小,边缘低密度区域越小,密度分布越均匀;轧制温度越高,板材的相对密度越大,粉末流动性越好。将模拟结果和实验结果对比,两者基本一致,最大误差为4.1%,表明有限元模型的可靠性。     

铝粉末压制过程有限元模拟研究

根据粉末材料的塑性理论及Shima-Oyane屈服准则,利用体积可压缩有限元法,采用MARC有限元分析软件对铝粉的单向压制和双向压制过程进行了数值模拟。得到了粉末材料在压制过程中的变形特征、相对密度分布及粉末质点的流动规律,得到单向压制和双向压制的密度分布图,并对其差异进行了分析。模拟结果对揭示粉末压制过程机理,制订压制工艺都有显著意义。     

MIM溶剂脱脂型石蜡-油-聚乙烯粘结剂的研究

对传统的石蜡－聚乙烯粘结剂进行改性,开发出了用于Fe-2Ni粉末注射成形的石蜡－油－聚乙烯粘结剂,考察了油的加入对组份相容性、生坯强度、粉末装载量、注射料热容、溶剂脱脂速率的影响,并用偏光显微镜观察到了粘结剂中各相的分布。该粘结剂用于Fe-2Ni注射成形,粉末装量达60％（体积分数）,生坯强度5．5MPa,溶剂脱脂速率2mm/h以上。     

316L不锈钢粉末高速压制行为

采用自行设计制造的18m高落锤式高速压机,研究316L不锈钢粉末的高速压制行为.实验结果表明,冲击速度增大可有效提高生坯密度,对室温粉末进行高速压制,当冲击速度从10 m/s提高到18m/s时,生坯密度从7.18 g/cm3提高到7.61 g/cm3.而在同样冲击速度下,对160℃温粉末进行高速压制时,生坯密度从7.33 g/cm3提高到7.76 g/cm3.同时生坯强度随冲击速度的提高而升高,冲击速度从10 m/s提高到18m/s时,160℃压制的生坯强度从72.5 MPa提高到94.1 MPa,室温压制生坯强度从62.1MPa提高到89.3MPa.通过对生坯SEM照片的分析,得知高速压制过程中粉末会发生严重的塑性变形和碎裂现象,孔隙的形状也会发生改变.该文还对高速压制致密化机理进行了探讨,指出在较高的速度压制时,颗粒间的摩擦和绝热剪切作用使粉末颗粒界面的温度升高,有利于粉末颗粒的塑性变形和焊合,从而有效提高了生坯的密度.     

喷嘴进气方式对3D打印用GTD222高温合金粉末性能的影响

利用真空熔炼紧耦合气雾化制粉技术制备了3D打印用GTD222高温合金粉末,研究了喷嘴进气方式对粉末化学成分、粒度分布、球形度、流动性、松装密度及表面形貌等特性的影响。结果表明,采用外直内切喷嘴结构,加强了喷嘴出口处的抽吸效应,有利于提升气雾化过程的稳定性;采用切向进气方式增强了气体剪切作用效果,有利于提升细粉（15～53 μm）收得率。在过热度200 ℃、雾化压力3 MPa的工艺参数下,制备的粉末氧含量（质量分数）低于0.02%,中位径57.98 μm,球形度0.77,流动性26.15 g/(50 s),松装密度4.63 g/cm3,满足金属3D打印技术对粉末材料性能的要求。     

形变量和冷却速度对SCM435冷镦钢形变诱导铁素体相变的影响

通过热模拟试验研究了两相区轧制,研究了形变量（15%~40%）和冷却速度0.8 ℃/s和1.2 ℃/s对SCM435冷镦钢的形变诱导铁素体相变的影响。结果表明:SCM435钢在奥氏体和铁素体两相区（750~850 ℃）轧制,在0.8 ℃/s的冷速下,随形变量增加,形变诱导铁素体体积分数呈升高趋势,并存在粒状珠光体组织,硬度呈先降低再升高的趋势;在1.2 ℃/s的冷速下,随形变量增加,形变诱导铁素体体积分数呈降低趋势,并出现了粒状贝氏体组织,硬度呈升高趋势。     

热输入对海工钢板EQ47焊接热影响区组织与冲击性能的影响

 利用Gleeble热模拟研究了热输入对海工钢板EQ47热影响区组织和冲击性能的影响,并用多道次气保焊接试验加以验证。粗晶区（CGHAZ）热模拟结果表明：t8/5≤6s(17kJ/cm),该区组织为板条马氏体（LM）,其-40℃冲击功大于200J;t8/5增加到13s(25kJ/cm),CGHAZ组织中出现了上贝氏体（UB）,其冲击功下降到100J;当t8/5达到20s(30kJ/cm)时,UB开始粗大并导致其冲击韧性小于30J。临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）模拟结果表明：晶界M-A组元的出现恶化了该区冲击韧性,其冲击功将由t8/5=6s时的100J下降到13和20s时的37和21J。多道次气保焊接接头组织特征与热模拟结果吻合,接头HAZ冲击功（熔合线）由热输入17kJ/cm的134~215J下降到25kJ/cm时的39~95J。结果表明,为确保焊接接头HAZ的冲击韧性,焊接热输入应小于等于17kJ/cm。