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自蔓延高温合成技术烧结成形的材料多为多孔材料,将自蔓延高温合成与致密化技术结合起来制备高致密度的硬质合金材料具有广阔的应用前景。近年来,自蔓延高温合成技术成为国际学术和产业界的研究热点之一,但理论对实验及生产的技术支持尚欠缺。
实际上,自蔓延高温合成的多孔材料体积大小是非均匀的,形状也是非均布的,孔隙的弥合、变形区的分布、加工硬化现象以及最小阻力定律等理论都不同于无孔实体金属材料的受压变形,其压制成型过程较为复杂。虽然目前研究已取得了一些进展,但大多属于经验探索和实验过程,在材料致密化过程分析,加压致密化成型装置的研发方面还比较薄弱,严重制约了成型技术的前进步伐。
本文首次将多孔材料的压制成型过程在有限元平台上进行模拟,在模型适当简化的基础上建立有限元模型,借鉴无孔实体金属材料受压变形理论实现了单元划分、接触定义等关键环节。重点研究了不同压下量,材料孔隙率对多孔材料致密度影响规律,对比分析了自由压制和模压成型对材料变形和致密化效果的影响,分析了等效应力应变并对采用的装置参数进行了校核,探究了多孔材料在压制过程中对成型工艺参数的具体影响,为实际实验提供参考。
通过对烧结多孔材料致密化的实验研究,分析孔隙的变化过程、应力应变分布并得出了带孔疏松材料压制成型的基本变形规律,有利于空隙的弥合从而实现致密化成型的成型参数,并对成型装置进行了强度校核,为对后续成型装置设计提供了可靠的分析数据。这对于攻克硬质合金材料合成过程难以控制、开模取样难、产品致密化程度受限制等最关键的技术难点有借鉴意义。