噴射成形雙金屬復合板準熱等靜壓研究
發(fā)布時間：2021-07-30 07:15
與傳統(tǒng)鑄造工藝相比,噴射沉積技術不僅可以制備新型的高性能金屬及金屬基復合材料,而且噴射坯錠的組織細小,能夠大幅提升傳統(tǒng)鑄造工藝下材料的綜合性能,但是噴射沉積制件中含有少量的孔隙,使用性能較差,因此必須進行后續(xù)的致密化工藝,從而得到讓人滿意的綜合性能。然而對板材采取常規(guī)化致密化工藝,如熱擠壓、鍛造、軋制及楔壓法等技術,可能會由于壓力設備的限制或壓后坯件成分分布被破壞等通常難以實現(xiàn)噴射沉積板材的致密化加工。因此本文設計并驗證新的致密化方法——準熱等靜壓工藝,與常規(guī)致密化工藝相比,其操作簡單,成本低,致密化效果良好,對于大規(guī)模的工業(yè)生產也有重要的意義。本文開展了對應用噴射沉積技術制備的雙金屬復合板用準熱等靜壓工藝進行后續(xù)致密化的基礎研究。在廣義塑性力學材料模型的基礎上建模,建立適用于粉末介質變形的材料模型,即修正的Drucker-Prager Cap模型和硬化曲線,對于應用噴射沉積技術所制備出的金屬材料相對密度基本保持在80%90%之間,因此將本論文中由噴射沉積技術制備的雙金屬復合板歸為多孔材料,在模擬過程中應用多孔材料模型。基于彈塑性變形理論,應用有限元模擬軟件ABA...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：80 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
種復合材料結構圖
噴射沉積原理射沉積(spray deposition)，又稱噴射成形(spray forming)，在商業(yè)上一斯普瑞工藝(osprey process)[19, 20]。噴射沉積技術概念最初由英國 Sw A·Singer 教授于 1968年最先提出[21]，即把熔融金屬液霧化成小液滴到一旋轉沉積輥上，并直接將沉積坯料旋轉到軋機加工成板材。作金三大前沿技術：近終形加工、熔融還原和半固態(tài)加工技術，噴射沉一種半固態(tài)近終形加工技術，成為了大量研究者的主要目標。噴射沉究起因是為了解決粉末冶金(RS/PM)工藝中存在的一些問題，如無法超大型的構件、粉末冶金工藝固有的材料含氧高、成本高的缺點[22]。為噴射沉積技術原理示意圖。首先將熔融金屬液倒入預熱好的坩堝中流出，金屬液在口徑處被霧化噴嘴出口的高速惰性氣流打碎，霧化為的細小熔滴，并在氣流帶動下加速；到達沉積板或沉積輥以前，小于熔滴則凝固成小顆粒，尺寸較大的仍處于液態(tài)，而中間尺寸的熔滴則粒[13]。所有被霧化的顆粒及液滴高速撞擊沉積表面，并在沉積表面附熔合形成一個大塊實體，之后在順序凝固結晶，最終成型。
圖 1-3 梯度板坯雙工位一步式噴射成型示意圖[27]a) 雙工位噴射理論圖，b) 雙工位噴射工作圖料致密化特點材料一般可以視為多孔材料，因為它是由大量的幾何尺寸大射半固態(tài)小液滴沉積而成，噴射過程中坯料內部必然會存在下落過程形成的氧化膜，導致坯料不能達到理想的冶金狀態(tài)理性質介于松散材料和致密材料之間[28]。文獻 29、30 中將定義在 65%~88%之間[29, 30]，文獻 31 中將多孔材料的相對密%之間[31]。當控制好噴射沉積的工藝參數，所制備出的金屬材在 80%~90%之間，因此在本論文中由噴射沉積技術制備的孔材料。由于噴射過程由惰性氣體進行霧化，沉積過程金屬孔隙，不能直接應用于工業(yè)生產中，需要進行后續(xù)的塑性加理，使噴射坯錠獲得優(yōu)良的組織及性能，達到工業(yè)使用的標有一定量的孔隙，多孔材料進行致密化過程中的塑性變形與變形理論并不相同，多孔材料變形存在孔隙縮小及閉合的過
【參考文獻】：
期刊論文
[1]陶瓷增強功能梯度材料等效特性細觀力學模型發(fā)展與分析[J]. 鄭恒偉,彭向和,田祖安,鄭安節(jié). 中國陶瓷. 2016(10)
[2]噴射沉積及后續(xù)加工探究[J]. 張俊一,尹建成,李昊,張超,鐘毅. 熱加工工藝. 2016(08)
[3]噴射沉積連續(xù)擠壓Al-20Si合金的微觀組織及磨損性能[J]. 李昊,尹建成,王宇鋒,張俊一,張超,鐘毅. 材料科學與工程學報. 2016(02)
[4]SiC顆粒預處理對SiCp/Al-Si復合材料組織及性能的影響[J]. 王榮旗,謝敬佩,吳文杰,王愛琴. 粉末冶金工業(yè). 2014(06)
[5]航空航天復合材料結構非接觸無損檢測技術的進展及發(fā)展趨勢[J]. 馬保全,周正干. 航空學報. 2014(07)
[6]基于修正Drucker-Prager Cap模型的片劑粉末壓縮有限元分析[J]. 佀國寧,陳嵐,施昊韞,謝蘊輝,衡瑞林. 中國醫(yī)藥工業(yè)雜志. 2013(01)
[7]噴射沉積電子封裝用高硅鋁合金的研究進展[J]. 劉文水,王日初,彭超群,莫靜貽,朱學衛(wèi),彭健. 中國有色金屬學報. 2012(12)
[8]功能梯度材料的制備與應用[J]. 訾克明,陳勁松. 熱加工工藝. 2012(22)
[9]Deformability and microstructure transformation of PM TiAl alloy prepared by pseudo-HIP technology[J]. 張偉,劉詠,劉彬,李慧中,唐蓓. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(04)
[10]自蔓延高溫合成/準熱等靜壓法制備Ti3AlC2陶瓷的高溫氧化行為研究[J]. 李翀,赫曉東,李慶芬. 材料保護. 2008(06)
博士論文
[1]7055鋁合金及其顆粒增強復合材料噴射成形技術研究[D]. 司朝潤.西北工業(yè)大學 2015
[2]粉末冶金壓坯殘余應力與裂紋損傷研究[D]. 周蕊.天津大學 2013
[3]噴射沉積氣體流場與霧化機制研究[D]. 趙文軍.哈爾濱工業(yè)大學 2012
[4]粉末激光快速成形與等靜壓復合過程工藝與數值模擬研究[D]. 杜艷迎.華中科技大學 2011
[5]噴射沉積Al-Zn-Mg-Cu合金凝固行為及熱加工過程組織演變[D]. 郭舒.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[6]噴射沉積SiCp/Al-Si復合材料的疲勞行為研究[D]. 李微.湖南大學 2011
[7]W-Cu粉末熱擠壓致密工藝及塑性變形研究[D]. 李達人.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[8]噴射沉積鋁合金致密化技術的研究[D]. 張昊.湖南大學 2008
[9]噴射沉積材料壓縮和軋制變形規(guī)律研究[D]. 詹美燕.湖南大學 2005
碩士論文
[1]基于ABAQUS復合材料層合板漸進損傷有限元分析[D]. 施建偉.中北大學 2015
[2]Al-50%Si電子封裝合金的致密化及性能[D]. 于雷.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]基于ABAQUS的4300mm寬厚板支承輥有限元研究及疲勞壽命計算[D]. 杜征.燕山大學 2012
[4]鋁合金2A12噴射沉積熱擠壓工藝實驗研究[D]. 梁國凡.昆明理工大學 2011
[5]熱等靜壓近凈成形的模擬研究及實驗驗證[D]. 侯志強.華中科技大學 2011
[6]基于有限元模擬的環(huán)件軋制鍛透及殘余應力研究[D]. 錢東升.武漢理工大學 2006
[7]噴射沉積5A06鋁合金楔壓致密化工藝的研究[D]. 范才河.湖南大學 2006
本文編號：3310966
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：80 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
種復合材料結構圖
噴射沉積原理射沉積(spray deposition)，又稱噴射成形(spray forming)，在商業(yè)上一斯普瑞工藝(osprey process)[19, 20]。噴射沉積技術概念最初由英國 Sw A·Singer 教授于 1968年最先提出[21]，即把熔融金屬液霧化成小液滴到一旋轉沉積輥上，并直接將沉積坯料旋轉到軋機加工成板材。作金三大前沿技術：近終形加工、熔融還原和半固態(tài)加工技術，噴射沉一種半固態(tài)近終形加工技術，成為了大量研究者的主要目標。噴射沉究起因是為了解決粉末冶金(RS/PM)工藝中存在的一些問題，如無法超大型的構件、粉末冶金工藝固有的材料含氧高、成本高的缺點[22]。為噴射沉積技術原理示意圖。首先將熔融金屬液倒入預熱好的坩堝中流出，金屬液在口徑處被霧化噴嘴出口的高速惰性氣流打碎，霧化為的細小熔滴，并在氣流帶動下加速；到達沉積板或沉積輥以前，小于熔滴則凝固成小顆粒，尺寸較大的仍處于液態(tài)，而中間尺寸的熔滴則粒[13]。所有被霧化的顆粒及液滴高速撞擊沉積表面，并在沉積表面附熔合形成一個大塊實體，之后在順序凝固結晶，最終成型。
圖 1-3 梯度板坯雙工位一步式噴射成型示意圖[27]a) 雙工位噴射理論圖，b) 雙工位噴射工作圖料致密化特點材料一般可以視為多孔材料，因為它是由大量的幾何尺寸大射半固態(tài)小液滴沉積而成，噴射過程中坯料內部必然會存在下落過程形成的氧化膜，導致坯料不能達到理想的冶金狀態(tài)理性質介于松散材料和致密材料之間[28]。文獻 29、30 中將定義在 65%~88%之間[29, 30]，文獻 31 中將多孔材料的相對密%之間[31]。當控制好噴射沉積的工藝參數，所制備出的金屬材在 80%~90%之間，因此在本論文中由噴射沉積技術制備的孔材料。由于噴射過程由惰性氣體進行霧化，沉積過程金屬孔隙，不能直接應用于工業(yè)生產中，需要進行后續(xù)的塑性加理，使噴射坯錠獲得優(yōu)良的組織及性能，達到工業(yè)使用的標有一定量的孔隙，多孔材料進行致密化過程中的塑性變形與變形理論并不相同，多孔材料變形存在孔隙縮小及閉合的過
【參考文獻】：
期刊論文
[1]陶瓷增強功能梯度材料等效特性細觀力學模型發(fā)展與分析[J]. 鄭恒偉,彭向和,田祖安,鄭安節(jié). 中國陶瓷. 2016(10)
[2]噴射沉積及后續(xù)加工探究[J]. 張俊一,尹建成,李昊,張超,鐘毅. 熱加工工藝. 2016(08)
[3]噴射沉積連續(xù)擠壓Al-20Si合金的微觀組織及磨損性能[J]. 李昊,尹建成,王宇鋒,張俊一,張超,鐘毅. 材料科學與工程學報. 2016(02)
[4]SiC顆粒預處理對SiCp/Al-Si復合材料組織及性能的影響[J]. 王榮旗,謝敬佩,吳文杰,王愛琴. 粉末冶金工業(yè). 2014(06)
[5]航空航天復合材料結構非接觸無損檢測技術的進展及發(fā)展趨勢[J]. 馬保全,周正干. 航空學報. 2014(07)
[6]基于修正Drucker-Prager Cap模型的片劑粉末壓縮有限元分析[J]. 佀國寧,陳嵐,施昊韞,謝蘊輝,衡瑞林. 中國醫(yī)藥工業(yè)雜志. 2013(01)
[7]噴射沉積電子封裝用高硅鋁合金的研究進展[J]. 劉文水,王日初,彭超群,莫靜貽,朱學衛(wèi),彭健. 中國有色金屬學報. 2012(12)
[8]功能梯度材料的制備與應用[J]. 訾克明,陳勁松. 熱加工工藝. 2012(22)
[9]Deformability and microstructure transformation of PM TiAl alloy prepared by pseudo-HIP technology[J]. 張偉,劉詠,劉彬,李慧中,唐蓓. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(04)
[10]自蔓延高溫合成/準熱等靜壓法制備Ti3AlC2陶瓷的高溫氧化行為研究[J]. 李翀,赫曉東,李慶芬. 材料保護. 2008(06)
博士論文
[1]7055鋁合金及其顆粒增強復合材料噴射成形技術研究[D]. 司朝潤.西北工業(yè)大學 2015
[2]粉末冶金壓坯殘余應力與裂紋損傷研究[D]. 周蕊.天津大學 2013
[3]噴射沉積氣體流場與霧化機制研究[D]. 趙文軍.哈爾濱工業(yè)大學 2012
[4]粉末激光快速成形與等靜壓復合過程工藝與數值模擬研究[D]. 杜艷迎.華中科技大學 2011
[5]噴射沉積Al-Zn-Mg-Cu合金凝固行為及熱加工過程組織演變[D]. 郭舒.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[6]噴射沉積SiCp/Al-Si復合材料的疲勞行為研究[D]. 李微.湖南大學 2011
[7]W-Cu粉末熱擠壓致密工藝及塑性變形研究[D]. 李達人.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[8]噴射沉積鋁合金致密化技術的研究[D]. 張昊.湖南大學 2008
[9]噴射沉積材料壓縮和軋制變形規(guī)律研究[D]. 詹美燕.湖南大學 2005
碩士論文
[1]基于ABAQUS復合材料層合板漸進損傷有限元分析[D]. 施建偉.中北大學 2015
[2]Al-50%Si電子封裝合金的致密化及性能[D]. 于雷.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]基于ABAQUS的4300mm寬厚板支承輥有限元研究及疲勞壽命計算[D]. 杜征.燕山大學 2012
[4]鋁合金2A12噴射沉積熱擠壓工藝實驗研究[D]. 梁國凡.昆明理工大學 2011
[5]熱等靜壓近凈成形的模擬研究及實驗驗證[D]. 侯志強.華中科技大學 2011
[6]基于有限元模擬的環(huán)件軋制鍛透及殘余應力研究[D]. 錢東升.武漢理工大學 2006
[7]噴射沉積5A06鋁合金楔壓致密化工藝的研究[D]. 范才河.湖南大學 2006
本文編號：3310966
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