粉末冶金是金屬材料成形工藝的重要環(huán)節(jié),但現(xiàn)有各種模型都無法完整模擬金屬粉末在壓制前后期特有的力學(xué)性能。本研究通過引入致密金屬的屈服強度,對Drucker-Prager/Cap模型進行修改,將其屈服面限制在致密金屬的Von Mises屈服面以內(nèi),并隨著壓制過程,使之無限接近Von Mises屈服面。通過與文獻試驗數(shù)據(jù)對比,證明所提出的修正模型具有相當(dāng)高的精度。最終將該模型應(yīng)用于高溫合金的熱等靜壓模擬,其變形模擬結(jié)果與實驗相符,并且應(yīng)力分布比傳統(tǒng)Drucker-Prager/Cap模型的計算結(jié)果更加合理。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(09)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

各種材料模型在粉末冶金模擬中的應(yīng)用

Drucker-Prager/Cap模型[2]在粉末壓制的模擬中也有較為普遍的應(yīng)用。它是基于Mohr-Coulomb模型，定義屈服面時考慮了粉末顆粒材料的內(nèi)摩擦角。同時用Cap模型限制其強度在高圍壓下強度的無限增大（圖3）。該模型多用于巖土、混凝土等拉壓強度顯著不同的顆粒材料。其屈服函數(shù)有：Drucker-Prager屈服函數(shù)：

其引入了3個與相對密度相關(guān)的擬合函數(shù)A(ρ)，B(ρ)和C(ρ)，ρ為相對密度。該模型準(zhǔn)確地描述了粉末壓制各個階段的Cap屈服面，但也引入了太多參數(shù)，并且將屈服準(zhǔn)則分成前后2個階段的混合，工程應(yīng)用不便，另外Lee的模型無法反映Drucker-Prager屈服面在擠壓過程中的變化規(guī)律。Han等人[15]提出了通過少量試驗測定Drucker-Prager/Cap模型所需的材料參數(shù)的方案，從而通過實驗數(shù)據(jù)描述材料在不同相對密度下的屈服面變化，但對模型并無修改，且沒有建立起粉末材料和致密材料間的聯(lián)系。此外，Abouaf[16-18]、Kuhn[19]和Kim[20]等人針對金屬粉末的熱等靜壓過程，各自提出以蠕變模型描述材料致密化過程，但這些模型多用于預(yù)測與時間、溫度相關(guān)的變形，無法描述材料本身的其它力學(xué)特性。Nguyena[21]和Abdelhefeeza[22]等人分別將蠕變模型與多孔金屬模型和粉末顆粒模型相結(jié)合，對金屬粉末的熱等靜壓過程進行模擬，研究表明蠕變模型的引入加快了材料致密化，并得到更加準(zhǔn)確的密度分布。此外，還有通過離散單元法（DEM)[23-25]、分子動力學(xué)（MD)[26]等方法對粉末冶金過程進行計算，從微觀尺度模擬了金屬粉末顆粒在壓制過程中經(jīng)歷的物理變化，但這些微觀方法計算成本較高，不適合工業(yè)應(yīng)用。為補充現(xiàn)有宏觀理論模型的不足，將粉末材料的力學(xué)特性與相應(yīng)致密材料的Von Mises屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián)，在盡可能少引入其它參數(shù)的情況下，通過修改Drucker-Prager/Cap模型，提出能夠同時描述金屬粉末在壓制不同階段下力學(xué)特性的新本構(gòu)模型。最終將該模型應(yīng)用于鎳基高溫合金熱等靜壓過程的模擬。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]FGH4097合金熱等靜壓成形數(shù)值模擬[J]. 瞿宗宏,劉建濤,張國星,張義文,陶宇.  材料熱處理學(xué)報. 2017(07)



本文編號：3482002