粉末注射成形坯体在烧结过程中的应力演化（英文）

研究金属粉末注射成形坯体在烧结过程中由于不均匀性导致的应力演化过程。基于连续介质模型和热弹粘塑性本构关系,建立描述孔体材料烧结致密化过程的模型。通过热膨胀试验得到模型中的材料参数,通过CT断层成像技术得到坯体的真实断面密度分布,并以此作为烧结模型的粉体含量初始分布。在有限元软件Abaqus中调用用户材料子程序(UMAT)子程序实现上述模型的数值计算。计算结果表明:烧结过程中低密度区域的烧结收缩速率大于高密度区域的收缩速率,从而导致产生内应力;高密度区域存在压应力,低密度区域存在拉应力;局部区域的致密化状态不仅与初始粉体含量相关,而且与烧结过程中的应力演化有关系。     

纯钼粉末多孔烧结材料ECAP的数值模拟及实验

采用DEFORM-3D软件对纯钼粉末多孔烧结材料等径角挤压过程进行单道次三维有限元模拟和实验研究,获得变形过程中试样的应力、应变、致密行为等相关场量变化规律.模拟结果表明:等径角挤压工艺对粉末材料具有强烈的致密效果,整个变形过程可分为3个阶段,即初始变形、过渡变形及稳定变形;试样纵横截面上,等效应变均存在不均匀分布现象,靠近模具内角和上表面处试样所获应变较大,相对密度也较高.试样不同部位所处应力状态及应变速率分布状态的不一致是导致其应变分布不均匀的根本原因.单道次挤压实验结果与模拟结果具有较好的一致性,证明了所建立有限元模型的可靠性.     

Fabrication of Ultra-fine Grain Tungsten by Combining Spark Plasma Sintering with Resistance Sintering under Ultra High Pressure

采用放电等离子烧结(SPS)和超高压力通电烧结(RSUHP)2种快速烧结新方法,对纳米钨粉的致密化行为进行研究。结果表明,采用SPS工艺于1600℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度达97.8%的试样,但晶粒粗化明显;而采用RSUHP方法获得的试样,烧结过程中晶粒几乎不长大,但致密度较低,颗粒间结合较差。将2种方法结合,充分利用SPS的清洁效应和RSUHP的晶粒细化效果,先用SPS在1400℃下预烧结,再由RSUHP二次烧结完成最终致密化,获得平均晶粒尺寸小于400nm,相对密度大于99%的超细晶粒的钨块体材料。烧结过程无需添加任何晶粒长大抑制剂。     

不锈钢金属多孔材料固相烧结热变形特性研究

烧结工艺对多孔材料性能有很大的影响,为了获得最佳的力学性能和需要的零件形状,有必要对烧结的热变形过程进行研究。基于SVOS粘塑性本构模型,采用热力耦合计算不锈钢多孔材料在烧结过程中宏观变形。通过自由烧结实验和弯曲实验,使用4阶Gauss函数对烧结应力、体积和剪切粘度等模型参数进行了拟合。讨论了相对密度、线性收缩率等随烧结时间和温度的变化规律。结果表明：模拟过程与实验符合得较好,验证了模型的合理性。不同升温速率下,材料的线性收缩曲线变化不大,因此,升温速率对烧结过程影响较小。升温速率对计算时间影响比较大,升温速率很慢或很快时,计算不容易收敛,计算时间比较长。对模压生坯零件的烧结模拟结果表明,由于初始密度分布不均匀性导致最终密度分布的不均匀,但是密度变化范围不大。     

稀土对高合金铁基凸轮烧结材料组织与性能的影响

研究了在铁基凸轮烧结材料中添加稀土后,稀土对材料的组织及力学性能的影响.结果表明,加入一定量的稀土可以提高烧结密度,促进材料致密化,细化试样晶粒,改善碳化物形状,提高材料的硬度和冲击韧度,改善试样的耐磨性.当稀土添加量为0.2％时,试样的综合力学性能最好,与未添加稀土试样相比,硬度提高了11％,冲击韧度提高了48％,耐磨性明显提高.     

连续梯度不锈钢多孔材料烧结变形分析

采用模压成形工艺制备连续梯度不锈钢多孔材料。试验对所制备的不同厚度连续梯度不锈钢多孔试样的收缩率及微观形貌进行了分析。结果表明：通过烧结试样的几何轮廓证实连续梯度多孔试样烧结后发生变形——相邻梯度层烧结应力的不同造成圆柱状试样烧结后变成圆台状;烧结过程中连续梯度多孔试样相邻梯度层间力的作用能够促进粉末烧结,对试样的烧结收缩产生影响,并且,粉末粒度越小,这种影响越明显;选择合适的级配粉末以及梯度层间合理的粉末体积或质量搭配,通过不同梯度层间烧结应力的相互抑制作用,可以实现同步收缩烧结,有效解决连续梯度不锈钢多孔材料烧结过程中出现的变形、开裂问题。     

纯钼烧结体弹/塑性力学行为研究

采用真空烧结技术制备了不同密度的钼试样,通过在MTS810试验机上进行室温准静态单向压缩试验,研究了在不同的初始密度下,纯钼烧结体压缩变形流变应力的变化规律。建立了流变应力的数学模型以及弹/塑性参数的计算模型。基于可压缩连续体的屈服准则和塑性本构关系,确定了纯钼烧结材料压缩变形的屈服条件及其弹/塑性本构关系。     

用高岭土合成Sialon粉末的无压烧结

概述了Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料制备方面的研究。以高岭土为主要原料,采用碳热还原氮化法合成的Ｓｉａｌｏｎ粉末为主要原料,分别添加Ｙ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３系与Ａｌ２Ｏ３ＭｇＯ系两种烧结助剂后进行充分混合,混合物粉末在钢模中冷压成两种压坯试样ａ和ｂ,然后在Ｎ２气氛中进行无压烧结。对烧成温度与烧结体体积密度的关系,烧结助剂的作用以及Ｓｉａｌｏｎ粉末无压烧结致密化过程进行了重点讨论。实验结果表明,分别添加１０％Ｙ２Ｏ３５％Ａｌ２Ｏ３和１０％Ａｌ２Ｏ３５％ＭｇＯ（均为质量分数,％）两种烧结助剂的试样ａ和ｂ分别在１６２０℃和１５９０℃烧成温度下,获得了致密的Ｓｉａｌｏｎ陶瓷材料。并且建立了Ｓｉａｌｏｎ粉末无压烧结致密化模型,即ｌｇ（ΔＶ／Ｖ０）∝ｌｇｔ,其致密化过程分为颗粒重排与溶解析出两个阶段,且扩散为全过程的控制性步骤。     

烧结方法对(Zr_(0.8)Sn_(0.2))TiO_4介质陶瓷性能的影响

分别采用电热和微波烧结法制备了(Zr_0.8Sn_0.2)TiO_4(ZST)微波介质陶瓷,研究了不同方法中烧结工艺制度对介质陶瓷材料密度、微观结构、相组成和微波介电性能的影响.结果表明:与电热烧结相比,在所得材料密度近似的情况下,微波烧结能降低烧结温度约70 ℃、缩短烧结时间2.5 h,所获材料密度分布的标准差大大减小;微波烧结所得材料的晶粒尺寸均匀、结构致密;材料的介电常数和品质因数随着微波烧结温度的提高而增大,对应数值分别比传统烧结方式提高17.5%和14.3%左右.并对微波烧结介质陶瓷的致密化机理以及性能进行了较为系统的理论分析.     

烧结工艺对纳米WC/MgO复合材料性能的影响

利用高能球磨法和放电等离子烧结技术制备了纳米WC/MgO复合材料,研究了烧结温度和烧结压力对WC-8wt%MgO复合材料密度、硬度和断裂韧性的影响.结果表明,烧结温度过低,试样的致密度差;烧结温度过高,晶粒快速长大,使得复合材料性能降低;烧结压力越大,复合材料的致密度越高,硬度和断裂韧性越好.最佳烧结工艺是烧结温度1650℃,烧结压力70 MPa,获得了该复合块体材料的最佳性能组合.     

液相烧结对微-纳复合ZTA陶瓷组织性能的影响

在微-纳复合ZTA材料中加入少量复合助剂，材料在较低温度下实现液相烧结，促进了材料的致密化过程，提高了材料的相对密度。ZTA陶瓷发生液相烧结后，ZrO2在晶界处所形成的熔与未熔共存的独特微观结构使之在基体晶界上分布更加均匀，晶界结合较为紧密，钉扎作用增强，材料得到了强韧化。由于ZrO2与Al2O3的弹性模量不匹配，在粒子周围形成的切应力使扩展裂纹遇到未溶粒子易发生偏折，造成部分的穿晶断裂，使材料的断裂模式发生改变。并且这种结构更加有利于应力诱导相变。能够有效地提高材料的力学性能。     

Densification modelling for nanocrystalline metallic powders

A model for densification of metallic powders is proposed. It involves viscoplastic constitutive equations based on dislocation density evolution and also accounts for effects of porosity using a pressure-dependent critical density yield criterion. The model was applied to the case of cold compaction of nanocrystalline copper under uniaxial compression conditions. Densification behaviour during powder compaction was simulated using an explicit integration method as applied to the dislocation density evolution and the variation of the relative density of the compact. The model was gauged by comparing the experimental data generated by cylindrical die compaction tests on Cu powder with the simulation results. The model accounts for the grain size and the deformation rate dependence on the densification process. The proposed densification model was implemented into a finite element code. The finite element method was applied to simulating room temperature die compaction of nanocrystalline Cu powder in order to investigate the densification behaviour.     

泡沫铝合金动态弹塑性本构关系的研究(英文)

提出一个多参数的非线性弹塑性唯象本构模型,该模型能够全面地描述泡沫铝合金的典型三阶段变形特征,即线弹性阶段、应力平台阶段和密实化阶段。考虑到密度(相对密度)是泡沫铝这类多孔材料性能表征的最重要参数,在对泡沫铝合金进行各种应变率下的单向压缩实验基础上,确定模型中的参数与相对密度的函数表达式,从而,该模型能系统地描述相对密度、应变率效应对其动态力学行为的影响。模型预测结果和实验结果的对比验证了该模型的可靠性。研究结果可为吸能缓冲及防护结构的优化设计提供技术参考。     

粉末烧结体镦粗致密与成形的有限元分析

选择典型的镦粗工艺对粉末烧结坯的致密与成形行为和规律进行了研究，提出了多孔材料的致密模型并简要介绍了多孔材料的塑性理论。然后，采用有限元法模拟了不同镦粗压下量的烧结坯的致密与成形过程。密度与等效应变分布的一致性表明，烧结坯的致密强烈依赖于材料的塑性变形。     

TGO界面特征对热障涂层残余应力的影响

采用非线性有限元方法模拟计算了热障涂层中陶瓷层(TCC)及粘结层(BC)与热生长氧化物(TGO)层界面的残余应力的分布,计算过程中,考虑到了材料物性的非线性特征及界面形貌特征的影响.结果表明,形貌单元尺寸及分布密度对TGO界面应力有明显的影响,TCC/TGO界面的应力大于BC/TGO界面的应力.在锥形坑形貌中心尖点处存在应力集中现象,且呈现最大应力值,是涂层失效的危险点,并且残余应力值随着界面形貌分布密度的增加而减小.     

Fe颗粒密度对Cu-Fe-P合金残余应力影响的数值模拟

采用弹塑性有限元方法建立力学模型，模拟分析微观状态下的引线框架材料Cu-Fe-P合金局部铁颗粒密集区的残余应力分布，重点分析了颗粒密度对村料残余应力的影响.结果表明，颗粒密度越大别界面附近Cu基体和铁颗粒的残余应力越大，并且在x方向Fe颗粒处于压缩．Cu基体主要处于拉伸状态；y方向则是Fe颗粒受拉伸，Cu基体由拉伸变化到压缩状态；因此在两种反向残余应力怍用下，界面两侧的应力差电越大，甚至导致界面处被撕裂，材料表面起皮，影响带材性能的发挥．     

Effect of total applied energy density on the densification of copper–titanium slabs produced by a DMLF process

The effect of process parameters (laser scan step, scan speed and furnace initial temperature) on the densification degree of copper–titanium single layer slabs produced by a DMLF process is presented here. For each parameter, varied at three levels, specimens were made. An increasing powder densification degree for increasing initial temperature and decreasing scan step and speed was found, when performed at 63 mTorr of oxygen partial pressure in an argon rich atmosphere. However, decrease in densification at large energy densities (50 J/mm³) occurred. Total applied energy density and powder densification results were fitted to an exponential asymptotic curve using least square error criterion. Reduction in densification at a high energy density plus observation of the asymptotic behavior of the fitted model, are likely because the oxidation of the material inhibits sintering/partial melting of the powder.     

UN核燃料烧结致密化过程的相场模拟EI北大核心CSCD

引入了平移和旋转等作用过程,建立了烧结致密化过程的相场模型,分析了平流通量刚体运动对烧结颈的形成、平衡二面角和烧结致密化过程的影响。模拟结果表明,引入平流通量刚体运动在烧结初期加快了烧结颈的形成,而在烧结后期作用不明显;烧结相场模型中是否引入平流通量不影响晶界平衡二面角的取值;致密化过程的气孔收缩分为3个阶段,分别是烧结初期的表面扩散主导阶段、平流通量取代表面扩散的阶段和致密化完成阶段;增大平移迁移率能加快致密化过程、增加致密化程度,但超过一定阈值后其作用达到饱和;颗粒完成致密化收缩后会形成稳定的三叉晶界(夹角120°),多晶UN烧结模拟形貌演化中三叉晶界的形成和气孔收缩致密化的行为与实验结果一致。     

Consolidation of nanoparticles—development of a micromechanistic model

A micromechanism-based model is developed for nanoparticle densification during uniaxial and hydrostatic pressing. The model takes into account the effects on densification of agglomeration, bulk and surface impurities, fewer dislocations per particle and low stability of dislocations due to fine size, and other factors unique to nanoparticle systems. The model is applicable to a general nanoparticle system, and is capable of predicting density, densification rate(s), dominant densification mechanisms, and microstructural features, as a function of consolidation parameters. The present model is the first rigorous and comprehensive attempt to extend the Helle–Easterling–Ashby model to the nanocrystalline grain-size regime. Predictions of the model were compared with experimental data on nanocrystalline copper and nanocrystalline molybdenum disilicide and observations reported in literature. A good agreement of model predictions with experimental data for a wide range of material and processing variables was observed.     

烧结温度对Micro-FAST制备钛微型齿轮致密化的影响

将新颖的多物理场活化烧结微成形技术(Micro-FAST)引入到钛微型齿轮的制备中,研究了烧结温度对Micro-FAST制备钛微型齿轮致密化的影响。结果表明,在1200℃烧结保温4 min,体系的相对密度即可达到90.5%。Micro-FAST的烧结致密化过程大致可分为4个阶段:预热阶段、低温保温阶段、快速升温阶段和烧结保温阶段,钛粉末的致密化过程主要发生在快速升温阶段。对烧结体系的收缩动力学曲线研究发现,在电场、力场和温度场的耦合作用下,粉末体系在450℃发生了塑性变形,在1032℃生成了局部液相。研究表明,与传统烧结法相比,多物理场活化烧结法是一种新型和高效的制备钛微型零件的良好方法。