不銹鋼金屬粉末零部件燒結(jié)過(guò)程的熱力耦合有限元分析.pdf

1、燒結(jié)工藝對(duì)燒結(jié)零部件的安全性和壽命評(píng)價(jià)非常重要，已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。為達(dá)到所需的最佳力學(xué)性能，一些高性能的粉末材料廣泛應(yīng)用于燒結(jié)過(guò)程，如牌號(hào)為304L，316L，430L，440A，440C，17-4PH的不銹鋼粉末。這些高性能材料通常價(jià)格高昂，為避免在試錯(cuò)階段的時(shí)間和精力的浪費(fèi)，有必要利用數(shù)值模擬來(lái)設(shè)計(jì)和規(guī)劃材料的燒結(jié)過(guò)程。隨著對(duì)金屬粉末燒結(jié)過(guò)程研究的不斷深入，已有的文獻(xiàn)得到了部分金屬材料燒結(jié)過(guò)程的物理模型以及控制粘塑性行為及

2、致密化進(jìn)程的本構(gòu)方程，但是17-4PH不銹鋼粉末的燒結(jié)過(guò)程在已有的研究中卻不多見(jiàn)。作為當(dāng)下越來(lái)越廣泛應(yīng)用于PIM行業(yè)的原料粉末，有必要對(duì)17-4PH試件的燒結(jié)過(guò)程行為做進(jìn)一步的研究。本文開(kāi)展了如下研究工作：
　　 (1)基于宋久鵬編寫(xiě)的適用于316L不銹鋼粉末的粘-彈塑性本構(gòu)關(guān)系，修改了程序中的平均粒度、單軸粘度、粘性泊松比等參數(shù)的數(shù)值大小，得到能夠合理描述17-4PH粉末及410L不銹鋼粉末的UMAT子程序。首先對(duì)17-4PH

3、不銹鋼粉末的拉伸燒結(jié)件進(jìn)行了有限元模擬，討論了燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間等對(duì)粉末燒結(jié)過(guò)程的影響。與已有文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定復(fù)雜零部件成型模擬過(guò)程中的工藝參數(shù)。
　　 (2)在MSC.Patran中建立了復(fù)雜形狀的17-4PH不銹鋼粉末燒結(jié)試件模型，對(duì)模型的熱-粘彈塑性燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了分析，討論了燒結(jié)應(yīng)力、相對(duì)密度、伸長(zhǎng)率等隨時(shí)間和溫度的變化特征及演變規(guī)律。通過(guò)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較討論了分析方法的合理性。結(jié)果表明：燒結(jié)應(yīng)力的大小主要取決

4、于晶粒和孔隙的形狀及尺寸等因素；相對(duì)密度隨溫度的升高而增大，在1360℃時(shí)致密化程度最高，1340℃及1380℃時(shí)分別出現(xiàn)欠燒結(jié)和過(guò)燒結(jié)現(xiàn)象。適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)保溫時(shí)間可加速試件的致密化，當(dāng)過(guò)分延長(zhǎng)反而導(dǎo)致晶粒的二次增長(zhǎng)。
　　 (3)建立了蜂窩金屬載體模型，調(diào)用UMAT對(duì)其燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了分析，并與也有文獻(xiàn)中的體積收縮率進(jìn)行了比較。
　　 (4)通過(guò)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較討論了分析方法的合理性。燒結(jié)工藝參數(shù)為燒結(jié)溫度1360℃，保溫