喷射成形多孔材料致密化工艺的模拟研究

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喷射成形坯通常含有一定量的孔隙,一般不能直接作为结构件使用,而后续的致密化加工可以进一步提升材料的性能。因此,为实现组织致密化和获得所要求的力学性能,必须对喷射成形坯进行塑性加工使其致密化。常用的致密化方法有:挤压、锻造、轧制、热等静压等。喷射成形坯需要根据坯料特点,选择合适的致密化方法,采用合适的致密化工艺参数,才能获得理想的致密化效果。   本文对喷射成形60Si-40Al合金和喷射成形HGSF01高合金工具钢的热压缩和致密化及塑性变形行为进行了研究,揭示了热加工工艺参数对喷射成形多孔材料致密化的影响规律。本文的主要内容和结论如下:   1.对喷射成形60Si-40Al合金多孔材料高温压缩变形行为进行了研究。   在Gleeble-1500热模拟试验机上进行了等温热压缩实验,在应变速率为5×104~5×10-1 s-1和变形温度400~550℃条件下对喷射成形60Si-40Al合金进行试验研究,最大变形程度为50%。结果表明:喷射成形60Si-40Al合金热压缩变形流变应力受变形温度和应变速率的影响强烈,流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大;可以用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式进行描述。根据Zener-Hollomon本构方程得出的流变应力计算值与实测值吻合较好。   2.对喷射成形HGSF01高合金工具钢多孔材料的热压缩变形的流变应力行为进行了研究。   在Gleeble-2000热模拟试验机上进行了等温热压缩实验,在应变速率为0.05~20 s-1和变形温度为900~1150℃条件下对喷射成形HGSF01高合金工具钢进行试验研究。结果表明:喷射成形HGSF01高合金工具钢热压缩变形流变应力受变形温度和应变速率的影响强烈,真应力.应变曲线呈典型的动态回复再结晶特征。可以用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式本构方程来描述喷射成形HGSF01高合金工具钢的流变应力行为,其形变激活能Q为435.446 KJ/mol。   3.采用Deform-3D有限元软件对喷射成形60Si-40Al合金热挤压变形进行了数值模拟。挤压比为4~30,挤压温度为400~550℃。结果表明:   在挤压变形区内应力、应变和相对密度变化变化较大,在模口处应变程度很大,因而靠近模口的外层相对密度出现最大值;温度越低,挤压比越大,应力也越大;喷射成形60Si-40Al合金最佳挤压比条件为:挤压温度450~520℃、挤压比25~30。   4.采用Deform-3D有限元软件对喷射成形HGSF01高合金工具钢锻造变形进行了数值模拟。并分析了心部存在孔隙时的锻造过程,结果表明:自由锻造工艺能使喷射成形HGSF01高合金工具钢的致密度达到全致密。当镦粗变形量达到30%时,锻件心部的孔隙能够完全闭合。优化的工艺参数为:锭坯预热温度1100℃以下、镦粗变形量30%以上、总锻造比大于3。
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