Fabrication of Ti2AlC by Spark Plasma Sintcring from Elemental Powders and Thermodynamics Analysis of Ti-M-C System

A ternary-layered carbide Ti2AlC material could be synthesized by spark plasma sintering（SPS） technology using elemental powder mixture of Ti, Al and active carbon. By means of XRD and SEM, phases were identified and microscopically evaluated. The experimental results show that the main phase in the product was fully crystallized Ti2AlC with small particle size when sintered at 1200℃. The synthesis temperature of SPS was 200-400℃ lower than that of hot pressing （HP） or hot isostatic pressing （HIP）. Through thermodynamics calculations, the mechanism of Ti2AlC was studied by calculating changes of Gibbs free energy of reactions.     

Powder Extrusion Molding of Nanocrystalline WC-10Co Composite Cemented Carbide

The rods that were shaped from nanocrystalline WC- 10.21 Co-0.42 VC/ Cr3 C2 （ wt% ） composite powders by using powder extrusion molding （PEM） were investigated. The nanocrystalline WC- 10.21 Co- 0. 42 VC/ Cr3 C2 （ wt% ） composite powders were prepared by the spray thermal decomposition-continuous reduction and carburization technology. In order to improve the properties of rods shaped by using powder extrusion molding, the cold isostatic pressing （CIP） technology was used before or after debinding. Specimens were siutered by vacuum siutering and hot isostatic pressing （HIP）. The density, Rockwell A hardness, magnetic coercivity , and magnetic saturation induction of siutered specimen were measured. The microstructure of the green bodies and the siutered specimens was studied by scanning electron microscopy （SEM）. Results show that the rod formed by using powder extrusion molding after debinding and followed by cold isostatic pressing can be siutered to 99.5% density of composite cemented carbide rods with an average grain size of about 200- 300 nm, magnetic coercivity of 30.4 KA / m, Rockwell A hardness of 92.6 and magnetic saturation induction of 85% . Superfine WC- 10 Co cemented carbide rods with excellent properties were obtained.     

基于损伤-相变本构模型的高强钢热成形数值模拟分析

针对目前商用有限元分析软件在模拟高强钢热成形过程中,只能模拟相变过程而无法模拟成形损伤过程这一问题,建立了高强钢热成形损伤-相变本构模型,通过编写该力学模型的用户自定义材料子程序,将其应用于LS-DYNA软件的高强钢热成形数值模拟中,在预测相变演化的同时实现成形损伤演化的预测。对帽形件进行了热成形虚拟试验,试验中马氏体体积分数的最大值出现在帽形件的法兰部位,其均值为98.5%,而成形损伤的最大值则集中在帽形件侧壁的中部,其值达到了0.7,该试验验证了本构模型的有效性,为高强钢热成形的实际生产提供了指导。     

热等静压包套变形与粉末致密化的研究

根据粉末塑性变形理论,采用MSC.M arc软件完成了316不锈钢粉末热等净压成形过程的有限元模拟.重点分析了热等静压成形过程中致密包套沿径向和轴向的形变过程及其内部松装粉末的致密化规律.为了验证模拟结果,完成了测试样件的实物实验.为了更精确的结果比较,在样件的不同位置上选取了测试点.对比分析模拟和试验对应点的研究结果表明,径向位移的模拟结果偏小,相关点误差达到-5.33%、-13.64%;而轴向位移的模拟结果偏大,相关点的误差达到了7.43%、3.14%和4.57%;两者变形体积的相互抵消致使致密度模拟误差约为4.23%~6.45%。研究结果还表明,对于简单的柱状形包套采用有限元模拟的方法,可以形象、准确描述包套的形变以及粉末的致密化过程,此方法可以为复杂结构包套的研究提供参考,从而实现热等静压过程的精确控形.     

高强度热成形钢板冷却速率-强度-硬度预测

基于高强度钢板热成形平板模具分区冷却试验获得了淬火过程阶段冷却速度对机械强度-硬度的影响规律。采用量纲分析法建立了热成形材料冷却速率-机械强度-硬度指数模型,并验证了该模型的有效性。通过编制用户子程序将该模型引入自主开发的KMAS_HF软件平台中,实现了对典型U形热成形产品淬火后强度硬度的数值仿真预测。结果表明:该模型对热成形高强度钢淬火后机械性能仿真预测具有较好的适用性,为实现梯度硬度复合热成形工艺优化及产品性能分析提供了一种新的仿真分析流程。     

激光选区熔化关键工艺参数对热物理过程的影响

激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)采用激光束将金属粉末等分层熔融成形,在制造业中具有重要价值。然而成形过程中的热物理现象及各工艺参数对热物理过程的影响有待进一步研究。在综合考虑SLM成形过程中材料相变、粉体-实体不可逆转变等过程的基础上,建立了SLM成形316L不锈钢的多道扫描温度场数值模拟模型。研究了激光功率、扫描速率和激光束有效直径对SLM温度场、熔融时间、冷却速率和熔池尺寸等的影响,并通过实验验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明：熔融时间易受激光功率和扫描速率的影响,而最大冷却速率更易受激光束有效直径的影响。激光功率较低或扫描速率较大时,熔池尺寸较小,易形成孔穴类缺陷;激光束有效直径对熔池尺寸影响较小。随着激光功率增加,熔池稳定性先无确定变化趋势后增加;随着扫描速率增加,熔池稳定性不断降低;激光束有效直径对熔池稳定性的影响不确定。实验结果与数值模拟结果基本一致,研究结果可为SLM工艺参数调整与优化提供参考。     

粉末体成形的有限元数值模拟

根据粉末体材料的塑性理论,利用体积可压缩有限元法,对粉末体材料成形过程和致密化过程进行了数值模拟,并开发了粉末体材料成形有限元数值模拟分析系统ＰＭ－２ＤＦ．通过对粉末体镦粗过程的有限元数值模拟,说明了粉末体材料在镦粗过程的变形特性、致密化规律及粉末质点的流动规律,并与实验结果进行了对比。     

Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证

对于Ti6Al4V材料的激光选区熔化（SLM）成形工艺,基于离散元方法（DEM）建立粉末颗粒随机分布的三维介观模型.采用流体体积法（VOF）对SLM成形过程的三维自由表面进行动态追踪;考虑TC4颗粒随机分布的粉床、随温度呈非线性变化的热物性参数、熔池自由液面演化、由温度梯度引起的表面张力以及蒸发作用;通过数值模拟研究激光与粉末颗粒相互作用过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程. 结果表明,由温度梯度及表面张力梯度产生的马兰戈尼对流是影响熔池内部传热传质和熔池三维形貌的主要因素;线能量密度（LED）与马兰戈尼对流的强度呈正相关,当LED=92.9~183.0 J/m时,单道表面质量较优. 通过单道成形实验对熔池与熔道的三维尺寸与形貌进行观察分析,有效验证了数值模拟的正确性.     

模拟准脆性材料热开裂的热力耦合格构离散单元法

针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法（LDEM）提出新的热力耦合数值模型. 通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟. 以平板的热传导与热弹性应力问题、由温度梯度与热失配引起的开裂问题为例,验证所提模型. 将所提模型应用于细观混凝土温度?应力试验的数值模拟中. 结果表明,LDEM热力耦合模型能够有效模拟准脆性材料的热传导过程、在温度影响下的裂纹萌生与扩展,是研究准脆性材料热开裂过程与机理的有力工具.     

35CrMo曲轴热成形材料模型的研究

本文通过对大型曲轴用钢３５ＣｒＭｏ的热力模拟试验和数据处理,探讨了曲轴弯曲镦锻的热成形机制,研究了变形温度,应变速率等参量对３５ＣｒＭｏ钢应力应变关系和再结晶特征的影响。建立了该类钢热成形的材料模型、给有限元数值模拟曲轴弯曲镦锻热成形过程提供了基本数据,也为大型曲轴热成形力能参数和温度制度的合理确定提供了科学依据。材料模型的确定,对于研究热成形实质,预报与控制工艺质量和产品质量乃至新工艺开发都有重     

大型曲轴用钢热成形材料模型的研究

通过对大型曲轴用钢35CrMo钢的热力模拟试验和数据处理, 研究了变形温度、应变速率等参量对35CrMo钢应力、应变关系和再结晶特征的影响.建立了该钢热成形的材料模型,给有限元数值模拟该钢热成形过程提供了基本数据,也为热成形力能参数和加热温度的合理确定提供了科学依据.     

铟锡氧化物热等静压时分解氧对裂纹形成的作用

用化学共沉淀法制备的铟锡氧化物复合粉末经冷等静压成形后进行热等静压致密化所得靶村常常会产生裂纹。用电子探针分析了铟锡氧化物热等静压后裂纹外铟,锡和氧的成分分布。结果表明,裂纹处铟含量极低,锡含量极高,耐氧含理低于配比含量,这与Ｉｎ２Ｏ３和ＳｎＯ２在高温下不同的分解行为有关;     

汽车B立柱热成形性能数值模拟

高强度钢板在车身上的应用需求越来越大,针对其在冷成形工艺下容易发生破裂、起皱、回弹等现象,采用热成形工艺的方法提高高强钢板的塑性,并保证其成形后的强度.以材料为22Mn B5的汽车B立柱为例,对其热成形过程进行数值模拟分析.采用设置板料成形温度、模具初始温度、压边力大小及冲压速度大小的方法,并最终确定汽车B立柱热成形条件下最优的工艺参数配比.将热成形工艺下模拟的结果与冷成形工艺进行对比,最终验证了热成形工艺的优越性.     

热驱动形状记忆聚合物三维力学本构模型

假设形状记忆聚合物（ＳＭＰ）为各向同性材料,其体积变形是弹性的,形状变化的流变规律满 足Ｔｏｂｕｓｈｉ建立的一维本构模型的基础上,应用固体力学和热粘弹性理论建立了ＳＭＰ三维本构 模型,使其不仅能描述简单应力状态下的热力学行为,也能描述复杂应力状态下的热力学行为．然 后基于ＡＢＡＱＵＳ的二次开发平台编写了可供ＡＢＡＱＵＳ调用的ＵＭＡＴ子程序,对ＳＭＰ试样实现 形状记忆效应的热力学过程数值模拟,数值模拟结果与Ｔｏｂｕｓｈｉ等的实验结果吻合良好,表明建立的 ＳＭＰ三维本构模型能够有效的描述ＳＭＰ的热力学行为,可为ＳＭＰ的工程应用提供理论参考． 关键词：形状记忆聚合物;热驱动;三维本构模型;形状记忆效应     

盖封密封磨损-热-应力耦合模拟与优化设计

在无油润滑工况下,密封面磨损是导致密封件性能降低及寿命丧失的关键因素. 结合有限元技术,基于修正的Archard磨损模型,建立盖封（CL）密封过程中密封件和活塞杆间的磨损-热-应力耦合数值模拟方法,分析磨损过程中密封件性能与寿命的变化规律及介质压力对密封特性的影响;基于所建立的仿真模型,采用正交试验设计法,以密封件密封面上最大接触压力降幅最小及密封件寿命最长作为优化目标,对CL密封中C形密封圈关键结构参数进行优化设计,得到最优组合方案;利用斯特林发动机活塞杆密封性能试验平台对数值模拟方法进行验证,并对磨损后CL密封接触面磨损状况进行测量,检测结果与仿真模拟结果较为一致,优化后密封件密封性能及使用寿命得到了提高.     

金属粉末激光选区烧结行为的研究

介绍了用CO2和YAG两种波长激光进行选区激光烧结的方法,并对用两种激光烧结不同金属粉末的行为进行了试验研究. 结果表明,不同激光烧结同一种金属粉末,烧结效果不同. 用YAG激光烧结钴基金属粉末时,球化效应严重,很难连续烧成形,而用CO2激光烧结时,情况大为改善. 同一种激光烧结不同金属粉末,结果也不同,用CO2烧结铁粉金属比烧结铅粉更容易连续烧结成形,而用YAG激光烧结铅粉则较容易烧结成形. 同时对激光烧结钴基粉末和铅粉产生的球化效应进行了分析,认为激光与材料作用后,粉末材料和熔化状态的润湿性对球化效应起主要作用,选择低熔点金属粉末烧结有利于减少球化效应,提高金属粉末激光烧结成形的精度.     

多物理场耦合粉末成形中电热聚焦效应

为研究多物理场耦合粉末成形技术的低温超快速致密化成形机理,采用多物理场耦合粉末成形技术制备了微型铜齿轮。对铜粉末在600℃烧结过程的动力学曲线进行了分析,观察铜粉末分别在300℃、500℃和600℃烧结时试样断口的微观形貌,同时针对铜粉末烧结过程中的电流密度分布和温度场分布进行了数值模拟。研究发现,多物理场耦合粉末成形技术快速升温过程中,电场和热场在粉末颗粒中分布极不均匀,粉末颗粒接触处的电流密度和温度均远远高于颗粒其它位置的电流密度和温度,为此首次提出了“电热聚焦效应”。结果表明,电场和热场耦合并在颗粒接触点处高度聚焦产生的电热聚焦效应是多物理场耦合粉末成形过程中粉末材料实现低温超快速致密化成形的重要原因。     

风道结构对冷藏柜热环境影响的数值模拟与试验验证

送回风静压空间和风道结构的作用,可有效改善冷冻冷藏柜内部气流组织,优化其热环境性能.以冷藏柜为主要研究对象,针对上送上回送风方式,探索有无送回风静压空间对冷藏柜的热环境影响,并改变风道结构,即送风板变截面角度(θ=0°,1.5°,3°)及送风板穿孔率(φ=5%,10%,15%),建立11种模型分析比较,实测典型模型与改进模型在标准工况下的温度场和速度场,并与模拟结果进行对比.进而提出热环境性能的评价指标-垂面温度/速度均匀系数对不同风道结构模拟与实测模型进行评价分析,以反映冷藏柜热环境的理想程度,并选取最优结构模型.数值模拟和试验验证结果表明,在上送上回送风方式下且有静压空间,θ=1.5°,φ=10%时,冷藏柜气流组织合理,热环境性能较为理想.     

粉末冶金钢轴毂成本降低30%

芝加哥粉末金属产品公司用粉末冶金（P／M）疗法成型的卡车钢轴毂，比用锻造法成型成本降低30％，且性能更好。采用1650吨压力热压成型的轴毂，最小密度达7．2g/cm^3,最低拉伸强度达1070MPa，这种为福特汽车公司制造的轴毂，曾获得由金属粉末工业联合会颁发的2004年度国际粉末冶金设计竞赛金奖。     

高强度钢板热成形三维温度场数值模拟分析

基于三维温度场有限元理论,考虑高强度钢板实际热成形过程中板料和水冷模具的温度边界条件,开发了用于热成形的KMAS_HF(King mesh analysis system_Hot forming)温度场分析模块,其中分别采用壳体单元和三维四面体单元模拟板料和模具温度场,将板料相变潜热释放引入温度场分析过程中。以典型U型试件为例,对其热成形过程进行数值模拟分析,并与实际试验进行对比研究。结果表明:板料与三维实体模具温度变化的数值模拟结果与试验结果一致,该模块对于热成形温度场分析预测具有重要指导意义。