Влияние нестационарного температурного поля и закладных элементов на характер деформации порошковых материалов

• Автор: Пономарев, Антон Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

1. Обзор литературы
2. Влияние неоднородного нестационарного температурного поля на характер деформированного состояния пластически сжимаемой среды
2.1. Одномерная задача уплотнения материала в условиях нестационарного температурного поля
2.2. Качественное исследование одномерной задачи процесса ГИП
2.3. Аналитическое решение задачи уплотнения в нестационарном неоднородном температурном поле
2.4. Численное решение задач прессования порошковых материалов в условиях нестационарного неоднородного температурного поля
2.5. Некоторые особенности процесса деформации порошковых материалов в условиях неоднородного нестационарного температурного поля
3. О характере напряженно-деформированного состояния порошковых материалов в плоской осесимметричной задаче при наличии неподвижных границ
3.1. О характере напряженно-деформированного состояния в плоской осесимметричной задаче при наружном прессовании в окрестности неподвижной границы
3.2. Особенности деформированного состояния при неподвижной внешней границе
3.3. Характер напряженно-деформированного состояния вдали от неподвижных границ
4. Влияние закладных элементов на характер процесса деформации в пластически сжимаемой среде
4.1. Влияние свойств закладного элемента на характер процесса деформации в плоской осесимметричной задаче прессования пластически сжимаемых сред
4.2. О влиянии закладного элемента на процесс деформации в осесимметричной задаче процесса ГИП
4.3. Деформация вала при нанесении порошкового покрытия
Выводы
Список литературы

В настоящее время все большее значение приобретают изделия, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками
обусловлено существенным прогрессом в развитии техники, когда материалы традиционного качества перестали удовлетворять все более возрастающим требованиям конструкторов. Существенно расширились области применения техники, возросли требования к ее качеству, надежности, рентабельности, экологичности и многим другим параметрам. Использование при изготовлении техники принципиально новых материалов зачастую не оправдано экономическими и техническими соображениями. В то же время использование современных методов обработки тех же материалов, что использовались раньше, может дать прирост необходимых характеристик без приложения колоссальных финансовых затрат.
Одним из современных методов обработки материалов является порошковая металлургия. Она позволяет получать изделия, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками и, в то же время, получать существенную экономию исходного материала. Но, как и везде, здесь тоже есть свои недостатки. Основным из них является трудность последующей обработки изделия, а иногда и невозможность таковой в силу специфики изделия. Поэтому основной задачей порошковой металлургии является достижение как можно более высокой точности геометрии изделия. Эта задача обуславливается еще и высокой стоимостью исходного материала, что с учетом больших габаритов современных изделий образует весьма значительные суммы. Высокой стоимостью обуславливается и невозможность проведения большого количества предварительных экспериментов по подгонке геометрии изделия к требуемым рамкам.
Традиционным методом получения изделий в порошковой металлургии является горячее изостатическое прессование (ГИП) порошковых материалов. Процесс ГИП представляет собой высокотемпературное (порядка 1000° С)

уплотнение порошковых материалов под действием внешнего давления (порядка 1000 атмосфер). Заготовка для процесса ГИП представляет собой капсулу, заполненную порошковым материалом и, в случае необходимости, расположенными в определенных местах закладными элементами, которые в дальнейшем удаляются из готового изделия, оставляя пустоты необходимой формы. В ходе процесса ГИП заготовка искажается, принимая форму изделия. Именно сложность моделирования процесса искажение заготовки создает трудности получения изделия требуемой геометрии.
В связи с перечисленными выше трудностями возникает необходимость предварительного расчета геометрии полученного изделия, которое можно осуществить методами математического моделирования. В самом общем виде постановку задачи математического моделирования процесса ГИП можно сформулировать следующим образом: требуется спроектировать капсулу таким образом, чтобы конечная форма порошкового монолита, полученного после удаления капсулы, удовлетворяла требуемой геометрии. Отметим, что в силу специфики использования таких изделий, эти требования бывают достаточно жесткими.
Проблема математического моделирования процесса ГИП характерна для проблемы описания поведения материалов за пределом упругости. Она связана с точностью самих определяющих соотношений. Их точность, как правило, не позволяет достичь необходимой точности в реальном изделии. Особенность моделирования процесса ГИП состоит в том, что очень точно известен конечный объем изделия. Поэтому ошибка в одном размере влечет ошибку в других размерах.
В этих условиях реальный процесс налаживания производства изделий порошковой металлургии состоит в экспериментальных итерациях, когда после каждой попытки вносятся уточнения в форму капсулы или саму модель. При этом нормальным считаются две-три предварительные попытки. Очень важно уже на первой итерации получить близкое значение конечной формы.

Поскольку в зоне деформаций <7^ А2 + В2 = Р, то данное неравенство может быть переписано в виде:
Следовательно, момент появления усадки в направлении оси У определяется соотношением:
Отметим, что на начальном этапе процесса температура у границ существенно выше температуры во внутренней зоне, и, значит, во внутренней зоне существенно выше предел текучести. Следствием этого является одномерный характер процесса деформации около границ материала на начальном этапе процесса ГИП.
Далее рассмотрим случай наличия усадки в направлении оси У.
В этом случае из условия сгхх = -Р и (2.5.13) получаем:
Решая это уравнение относительно ех, имеем:

Тогда скорость перемещений и(х'р) определяется соотношением:
и(дг;*) = *,,(*)#, (г,*)
(2.5.19)
А-А(р), В = В(р), а,=<7'(Т), р = р(ха), Т = Т(х-р).
Поскольку, согласно (2.5.13):