Simulation of pressure effects on hot isostatic pressing of stainless steel powder

To investigate the effects of pressure on the hot isostatic pressing (HIP) process of a stainless steel powder, density distribution and deformation of the powder at four different applied pressure levels were predicted and compared by using finite element method (FEM). Constitutive relations of porous compacts during HIP process were derived based on the yield criterion of porous metal materials. Thermo-mechanical coupling calculations were carried out by the MSC.Marc. Densification mechanisms were studied through evolutions of relative density, equivalent plastic strain and equivalent viscoplastic strain rate for compacts. The simulation results were also compared with experimental data. The results show that the densification rate and final density of compacts increase dramatically with the increase in the applied pressure level when it is below 100 MPa during HIP process, and the creep for compacts evolves into steady stage with the improvement of density.     

自动送钻过程安全监控系统设计与计算机仿真

现有自动送钻装置的可靠性和安全性不足,阻碍了这种装置的推广应用。鉴于此,在以往安全监控理论和研究成果的基础上,提出了自动送钻过程安全监控的原理及实现方法,给出了自动送钻过程安全监控系统的硬件和软件组成、安全监控显示电路、报警电路和无扰切换与紧急刹车原理框图,并设计研制成自动送钻过程安全监控系统。为了验证所论述的方法及硬软件的正确性,对自动送钻安全监控系统做了计算机仿真,仿真结果表明,该安全监控系统的研制是成功的,设计的软硬件可行,达到了预期要求。     

热压烧结制备石墨/铜复合材料的热性能研究

以天然鳞片石墨粉和纯铜粉为原料,通过真空热压烧结制备高导热石墨/铜复合材料,研究了石墨在复合材料中的排列以及石墨含量对该复合材料热导率和热膨胀系数的影响.结果表明:该复合材料中石墨层片状结构定向排列,x-y向与z向性能有明显各向异性.在烧结温度为900℃,热压压力为80 MPa时,该复合材料热膨胀系数随石墨含量的增加而减小;当石墨含量质量分数在40％以内时,铜与石墨结合紧密,该复合材料致密度达98％以上,x-y向热导率变化不大,z向热导率逐渐减小;当石墨质量分数为40％时,该复合材料x-y向热导率最大,达378W/(m·K).     

热等静压近净成形数值模拟研究现状与展望

热等静压是可实现大尺寸复杂高性能零件近净成形的粉末冶金技术,被广泛应用于航空航天、海洋工程等特种领域中面向严苛服役环境的关键零件的成形制造。数值模拟可为复杂高性能零件包套与型芯设计提供科学依据和热-力耦合作用下粉末致密化提供理论支撑,是实现零件形性可控的重要基石。为此,重点综述了热等静压数值模拟的基本概念、发展历程、研究进展、面临问题和发展方向。首先介绍常用有限元数值模拟本构模型类型、特点和模拟效果,概述有限元指导包套逆向设计方法,随后分析有限元模拟中忽略粉末填充密度分布非均匀性等缺点和局限性,介绍考虑粉末颗粒离散特性的离散元-有限元耦合模拟方法与研究进展,最后展望热等静压数值模拟现有方法的瓶颈与未来潜在发展方向,为从事热等静压领域学者快速了解热等静压模拟的研究动态和发展趋势提供有益参考。     

滑石粉填充尼龙12的选择性激光烧结成型

将尼龙12与滑石粉的混合粉末进行选择性激光烧结成型,研究了滑石粉对尼龙12烧结材料的性能影响.结果表明,加入滑石粉使烧结件的热变形温度大幅度提高,同时提高了烧结件的尺寸精度和外观质量,但烧结件的拉伸强度、冲击强度随滑石粉含量的增加而降低,当滑石粉用量超过30%(质量分数)时,烧结件的力学性能明显降低.     

不锈钢粉末冷等静压数值模拟与实验验证

通过冷等静压实验获得了不锈钢粉末的压力-密度关系,在模拟中用于表征材料的硬化特性。为了描述粉末的致密化行为,使用了ABAQUS有限元软件中的Cam-Clay模型,对粉末的冷等静压实验过程进行模拟,结果表明实验的尺寸与模拟的结果符合得较好,说明模拟中使用的参数设置是合理的。然后使用选择性激光烧结/冷等静压复合工艺制造球形制件,并对冷等静压过程进行模拟,结果表明制件变形比较均匀,实验的结果与模拟的结果符合得较好,密度的预测与实验结果比较吻合。通过模拟不仅为冷等静压工艺提供有益的指导,也为以后复杂试样的冷等静压尺寸设计提供了重要参考。     

Inconel625粉末盘热等静压近净成形过程模拟与验证

为一次性成形复杂结构的镍基高温合金涡轮盘零件,采用热等静压近净成形(NNS-HIP)方法,设计了随形和上下对称两种模具方案。基于连续介质塑性理论,用有限元程序MSC.Marc实现了Inconel625粉末盘NNS-HIP过程的数值模拟,选取了较优方案进行试验。模拟结果显示：薄壁软钢包套受压变形大,驱动粉末致密化,内部型芯基本不变形,达到了粉末盘内部复杂流道控形的目的;粉末体先膨胀后分段致密化,呈现非定向复杂流动规律。试验结果表明：数值模拟预测的尺寸误差在3.57%以内,主要由加工和测量误差引起;低密度区的模拟密度值较实际结果低,主要是模拟忽略了粉末颗粒的移动和重排等微观行为所致;Inconel625压坯的拉伸强度高于ASTM同质锻件标准,固溶处理后可以获得良好的塑性。研究结果说明,通过数值模拟可以为NNS-HIP模具的结构设计提供参考。     

激光选区熔化增材与机加工复合制造AISI 420不锈钢:表面粗糙度与残余应力演变规律研究

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术具备极端复杂构件制造能力,为高性能构件的材料结构一体化制造提供了技术支撑。然而,在激光与材料交互作用过程中,熔池稳定性,熔池间界面结合性,熔体与基体的润湿性等因素直接影响构件微观组织、表面精度与粗糙度。其中,SLM成形的金属表面粗糙度较高是制约其发展的重要因素,SLM技术与机加工复合是发展趋势之一。因此,采用机加工的方法对SLM样品进行表面处理,分别研究了机加工对不同致密度金属,不同铣削深度及不同铣削面对金属试样粗糙度及残余应力的影响规律。其中,试样粗糙度经过铣削后从约10μm降低到1μm以下,极大改善了制件的表面质量。同时,通过铣削使试样水平方向的残余应力由压应力变为拉应力并大幅降低。     

激光选区熔化成形Ti_(50)Ni_(20)Cu_(25)Sn_5钛基非晶合金组织与力学性能研究

采用激光选区熔化技术成形Ti_(50)Ni_(20)Cu_(25)Sn_5非晶合金,并对其致密化原理、显微组织及微观力学性能进行研究。发现随着激光能量密度的增加,试样的致密度逐渐提高,孔隙逐渐减少,但微裂纹难以消除。原粉末材料中Ti、Ni、Cu等各元素经激光熔化后相互发生反应生成金属间化合物而完全晶化。成形试样金相组织中熔池边界明晰可见并呈鱼鳞状排列,由于激光的往复作用,其显微组织可分为细晶区、粗晶区及热影响区3个区域,熔池内部元素分布均匀。在高能量密度激光作用下,样品内部的高残余应力水平既不至于导致样品的开裂,又能保证样品的硬度及刚度,试样显微硬度和杨氏模量均随激光能量密度的增加而增加。