Исследование совместной пластической деформации порошковых материалов, капсулы и закладных элементов при горячем изостатическом прессовании деталей в условиях, близких к осесимметричным

• Автор: Анохина, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Обзор литературы
2. Математическая модель расчета процесса горячего изостатического прессования деталей сложной формы при наличии периодической структуры закладных элементов
2.1. Качественное обоснование целесообразности замены исходной задачи на осесимметричную
2.2. Принцип разработки метода
2.3. Метод построения связи осредненных составляющих
2.4. Анализ результов экспериментов и рассчета
2.5. Построение математической модели описания поведения конгломерата сжимаемого порошкового материала и несжимаемых включений
3. Исследование плоской осесимметричной задачи прессования порошковых материалов
3.1. Внешнее прессование порошкового слоя
3.2. Анализ напряженно-деформированного состояния в среде
3.3. Задача обратного прессования
3.3. Исследование процесса горячего изостатического прессования труб
4. Определение свойств порошкового материала на основании экспериментов
4.1. Учет влияния толщины стенок капсулы
4.2. Анализ результатов эксперимента
4.3. Влияние температуры на вид определяющей функции
Выводы
Список литературы

Введение
В различных областях техники возникает потребность в деталях и узлах с высокими эксплуатационный свойствами (прочность, износостойкость, возможность работы в агрессивных средах). Такую возможность предоставляют материалы, создаваемые методом порошковой металлургии. Особенность изделий, изготавливаемых методом порошковой металлургии, состоит с одной стороны в высоких прочностных свойствах, с другой стороны, как следствие, в трудности последующей обработки изготовленных изделий, а иногда и ее невозможности из-за их специфики. Поэтому важно на начальном этапе изготовить изделие, как можно более точно удовлетворяющее требуемой геометрии.
Традиционным процессом изготовления порошковых изделий является процесс горячего изостатического прессования (ГИП) порошковых материалов - процесс высокотемпературного уплотнения (температуры порядка 1000 градусов по Цельсию) порошковых материалов под действием внешнего высокого давления (порядка 1000 атмосфер).
Важным классом изделий, изготавливаемых методом порошковой металлургии явялются изделия, используемые в аэрокосмической промышленности - рабочие колеса турбин и крыльчатка турбонасосных агрегатов, геометрия которых является трехмерной, но их поведение в процессе ГИП близко к осесимметричному. Поэтому возможность приближенной замены трехмерной задачи на осесимметричную представляет интерес по ряду причин, подробнее о которых будет сказано во второй главе работы.
В идеале задача математического моделирования процесса ГИП может быть сформулирована следующим образом: спроектировать капсулу таким образом, чтобы конечная форма изготовленного порошкового монолита удовлетворяла требуемой геометрии. Однако, в силу ряда причин, подробно

о которых будет указано в обзоре литературы, подобная точность математического моделирования вряд ли достижима и поэтому реальная задача процесса моделирования ГИП может быть сформулирована следующим образом: создать такую математическую модель процесса, которая давала бы хорошее первое приближение, правильно бы учитывала влияние различных параметров на конечную форму. Это позволяет после первой экспериментальной проверки вносить уточнение в модель, и строить следующее более точное приближение.
Основной целью работы являлось создание математической модели, позволяющей сводить исследование трехмерной задачи для изделий с периодической структурой закладных элементов к исследованию некоторой осесимметричной задачи. Это позволит упростить математическое исследование процесса, использовать более простые определяющие соотношения. Такая модель удобна для экспресс-анализа различных начальных форм на стадии проектирования капсулы.
Одним из требований к разрабатываемой модели являлась ее простоя адаптация к существующим программам расчета осесимметричного процесса ГИП.
Вторая глава работы посвящена разработке метода расчета задач, близких по форме к осесимметричным, путем их замены некоторой осесимметричной задачей деформирования анизотропной среды. Результаты математического моделирования сравниваются с результатами эксперимента. Несмотря на большое количество различных моделей описания напряженно - деформированного состояния порошковой среды, чаще всего при расчетах используется эллиптическое уравнение поверхности текучести, или как его еще называют - условие текучести Грина.
Третья глава работы исследует некоторые математические особенности, возникающие при использовании этого уравнения в плоской

Sxz=~erw Sin у/
£у^(е(р -e^) sin у/cosy/
Такие же выражения и для осредненных компонент тензора напряжений.
Для обратного перехода имеем
s=Go,e=Ge, (2.22)
где е и а-соответствующие векторы в системе координат (x,y,z); G(g,j)- матрица размерности (4X6) со следующими ненулевыми элементами:
911 = 1.923 = 9я =cos 2 ф ,922 =9зз =sir|2 Ф > д44=■-cos ф, д45=sin ф, д26=cos lysin ф, д36 =- д26. (2.23)
Тогда связь sue определяется соотношением .V = Re, где R-матрица размерности (4X4), при этом
R=GAD (2.24)
Полученная формула (2.24) связи осредненного (по элементу с анизотропными свойствами) тензора напряжений с осредненным тензором деформаций позволяет рассчитывать напряженно-деформированное состояние в элементарной ячейке. По известным осредненым характеристикам с помощью соотношений (2.14-2.23) может быть рассчитано напряженно-деформированное состояние в каждой компоненте, составляющей эту ячейку. Это позволяет использовать вышеупомянутый алгоритм для исследования процесса ГИП.
Необходимо сделать одно замечание. В общем случае даже в осесимметричной задаче возможно появление угловых перемещений, не