碳化硅顆粒增強鋁基復合粉體材料成形致密化的數值模擬.pdf

1、本文采用有限元(FEM)數值仿真方法模擬了鋁粉及碳化硅顆粒增強鋁基粉體復合材料(PSRAPCs)在單向模壓條件下的成形致密化過程，其中組成PSRAPC的復合粉體是由碳化硅顆粒逐層相間分布于鋁粉中形成的。模擬中，我們系統(tǒng)研究了壓制壓力、保壓時間、模具摩擦、復合粉體組成等因素對粉體成形致密化的影響，并對成形過程中粉末壓坯內的相對密度及分布、應力分布、顆粒流動以及壓力卸載后壓坯彈性后效等性能進行了詳細分析和表征，所得結果如下：
　　1.

2、鋁粉的模壓成形致密化
　　(1)在壓制過程中，鋁粉壓坯的相對密度隨著保壓時間的增大而增大，而后隨著保壓時間的繼續(xù)增加逐漸趨于定值，因此對鋁粉成形選擇的保壓時間為270s。
　　(2)鋁粉壓制成形過程中受到模具壁摩擦的影響，在壓坯上端面邊緣小部分區(qū)域的相對密度最大，下端面邊緣區(qū)域相對密度最小，其他區(qū)域相對密度基本一致。
　　(3)壓坯內部的等效應力與相對密度有相同的分布規(guī)律。在400MPa的壓制壓力下，壓制結束后壓坯的最

3、大等效應力為755MPa。
　　(4)隨著壓制的進行，粉末顆粒的軸向位移在壓坯高度方向自上面下呈梯度分布，且逐漸減小;由于模具壁摩擦的影響，同一高度的粉末顆粒軸向位移也不相同，靠近模具壁處的顆粒軸向位移有滯后的現象。同樣，在壓制過程中，鋁粉顆粒的徑向位移由相對密度較大區(qū)域向相對密度較小區(qū)域運動。
　　(5)以在400MPa壓力下的壓制過程為例，當壓力卸載后，壓坯的內部應力下降，最大等效應力從755MPa降到510MPa;鋁粉

4、壓坯產生的軸向彈性后效隨著高度的上升而逐漸增大，且同一壓坯高度，靠近模具壁處的軸向位移彈性后效較小;鋁粉壓坯產生的徑向彈性后效小于其軸向彈性后效，在壓坯內同一高度，壓坯中心處徑向彈性后效為0，在模具壁處徑向彈性后效最大。
　　2.碳化硅顆粒增強鋁基粉體復合材料的單向模壓成形致密化
　　(1)碳化硅粒子層以相同的間隔均勻分布于鋁基粉體中形成復合粉體，當碳化硅顆粒在復合粉體中的總含量保持不變，而只改變碳化硅顆粒的層數，發(fā)現其對復

5、合粉體成形致密化過程影響不大，因此本研究選擇復合粉末壓坯中的碳化硅粒子為四層。
　　(2)在成形過程中，復合材料壓坯內鋁粉層的相對密度隨著壓制的進行而逐漸增大且最大相對密度在上端邊角區(qū)域，最小相對密度在下端邊角區(qū)域，與純鋁粉壓坯的相對密度有相同的分布規(guī)律;由于碳化硅顆粒本身硬度很大，在成形過程中很難發(fā)生變形，因此其相對密度很低且增加緩慢，復合粉體壓坯的整體相對密度低于鋁粉的相對密度。同時，隨著碳化硅含量的增大，壓坯的整體相對密度降

6、低。
　　(3)壓坯內部應力隨著壓制過程的進行逐漸增大，且鋁粉層內應力與相對密度有相似的分布規(guī)律，碳化硅顆粒層內易產生應力集中現象，且隨著碳化硅含量的增加，這種現象更為明顯。
　　(4)隨著壓制的進行，粉末顆粒的軸向位移在壓坯高度方向上自上而下呈梯度分布，且逐漸減小;由于模具壁摩擦的影響，不管是鋁粉層還是碳化硅粒子層，同一高度的粉末顆粒軸向位移也不相同，靠近模具壁處的顆粒軸向位移有滯后的現象。同樣，在壓制的過程當中，粉末顆粒