DOI: 10.52150/2522-9117-2019-33-173-192
Приходько Ігор Юрійович, д.т.н., с.н.с., зав.відділом, Інститут чорної металургії ім.З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107; e-mail: isi@ukr.net, ORSID 0000-0001-5651-8106
Дедик Максим Олександрович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім.З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107; e-mail: demax@bk.ru, ORSID 0000-0001-8585-896X
Стефан Брандт, Швеція, консультант;
Гогаєв Казбек Олександрович, член-кор. НАНУ, д.т.н., зав. відділом, Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, 03680, г. Киев, ул. Академіка Кржижановського, д. 3, еmail: gogaev@ipms.kiev.ua, ORSID 0000-0002-0304-2535
Іценко Олександр Іванович, к.т.н., с.н.с., Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, 03680, г. Киев, ул. Академіка Кржижановського, д. 3
Воропаєв Володимир Сергійович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім.З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107; ORSID 0000-0001-7408-5957
Комплексне скінчено-елементне дослідження процесів виробництва титанових штаб несиметричною холодною прокаткою порошку знаступним спіканням
Анотація. Реалізовано скінчено-елементне чисельне моделювання та виконано дослідження процесів виробництва тонких титанових штаб на основі розгляду двох ключових послідовних процесів: несиметричної прокатки порошку і спікання прокатаного виробу із застосуванням моделі Бранда-Нільсона. Для розрахунків використані експериментально певні напруги чистого зсуву і об’ємного модуля стиснення при гідростатичному стисканні і одноосьовому стисканні. Умови тертя між поверхнями валків і порошком визначалися як функція зміни кулонівського коефіцієнта тертя від відносної швидкості ковзання поверхонь валка і заготовки. Наведено результати дослідження процесів ущільнення і спікання порошку титану за допомогою єдиної математичної моделі, запропонованої Яном Брандтом. Аналіз результатів дозволяє кількісно оцінити вплив параметрів технології процесів ущільнення і спікання на зміну напруженого стану і відносної щільність в обсязі виробів на стадіях процесів виробництва. Показано, що застосування діаграм зміни щільності та напружень по Мизесу для корекції режиму спікання дозволить уникнути появи дефектів (недостатньо однорідна щільність спеченого матеріалу і наявності мікротріщин) при інтенсивному нагріванні металу в печі. Розроблення режимів спікання на основі моделі Бранда-Нільсона спрощує вдосконалення технології при спіканні об’ємних тіл, що є більш трудомістким процесом, ніж спікання тонких пластин. Дана модель може застосовуватися при розробці режимів спікання різних матеріалів, тому що враховує вплив основних явищ в цьому процесі. Варіюванням параметрів технології можливо досягати цілеспрямованих впливів на показники якості виробів і запобігати утворенню в них мікротріщин.
Ключові слова: несиметрична прокатка порошку, спікання, титан.
Библиографический список / Reference
1. Kang Suk-Joong L., Sintering. Densification, Grain Growth and Microstructure. Elsevier Butterworth-Heinemann Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP 30 Corporate Drive, Burlington, MA 01803, (2005), 265р.
2. Brandt J., Nilsson L., A constitutive model for compaction of granular media, with account for deformation induced anisotropy. Mechanics of Cohesive. – Frictional Materials, 4 (1999), 391–418.
3. Brandt J., On Constitutive Modeling of the Compaction and Sintering of Cemented Carbides, Department of Mechanical Engineering, Linköping University, Linköping, Sweden, 1998.
4. Carlson S.R., Bonner B.P., F.J. Ryerson, M.M. Hart. «Compaction of Ceramic Microspheres, Spherical Molybdenum Powder and Other Materials to 3 GPa». Lawrence Livermore National Laboratory. Livermore, California 94551(2006). 129 pp.
5. Siegkas P., Tagarielli V.L., Petrinic N., Lefebvre L.P. «The compressive response of a titanium foam at low and high strain rates». Springer ScienceBusiness Media, LLC 2010. DOI 10.1007/s10853-010-5147-3// 7 pp.
6. Zadeh H.K. «Finite element analysis and experimental study of metal powder compaction». A thesis submitted to the Department of Mechanical and Materials Engineering in conformity with the requirements for the degree of Doctor of Philosophy Queen’s University Kingston, Ontario, Canada. / September, 2010. 165pp.
7. Andersson D.C., Larsson P., Cadario A., Lindskog P.. On the influence from punch geometry on the stress distribution at powder compaction. Department of Solid Mechanics, Royal Institute of Technology SE-10044 and Sandvik Tooling Sverige AB, SE-12680, Stockholm, Sweden, Powder Technology 202 (2010) 78–88.
8. Avallone E.A., Baumeister III T., Sadegh Ali.M.. «Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers». Eleventh Edition, USA. Library of Congress Catalog Card Number: 87-641192 (2007). 2305pp.
9. Cohen M.H., Turnbull.D. Journal chemical and physics. 31. 1164 (1959). 10. Zhigang Zak Fang. Sintering of advanced materials, fundamentals and processes. Woodhead Publishing Limited, Abington Hall, Granta Park, Great Abington, Cambridge CB21 6AH, UK, 2010, 483p.
11. Haglund S.A., Agren J., Lindskog P., Uhrenius B. ‘Solid state sintering of cemented carbides’ in Sintering 1995—1996, R. G. Cornwall, R. M. German and G. L. Messing eds, Marcel Dekker, New York, pp. 141—148, 1996.
12. Young-Sam Kwon, Suk-Hwan Chung, Chantal Binet, Rui Zhang, Renata S.Engel, Nicholas J.Salamon, Randall M.German. Application of Optimization Technique in the Powder Compaction and Sintering Processes. 9.131-9.146 pp.
