粉末冶金致密化过程控制与数值模拟

粉末冶金是以金属粉末、非金属粉末或二者混合粉末作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。高密度、高强度和高精度的粉末冶金产品是粉末冶金行业和应用领域扩大的发展方向，也是研发的核心问题。《粉末冶金致密化过程控制与数值模拟》论述了温压和高速压制致密化的技术特性，将数值模拟运用到致密化过程控制；通过自行设计与制造的高速压制装置，验证了技术参数对过程控制的影响规律；并通过颗粒特征、摩擦条件、压制和温度等影响因素变化，模拟并实验验证了致密化过程与结果，总结了高速压制和温压过程中，粉体的聚集成形和致密化影响规律；进一步讨论了铜基粉末和TiC金属陶瓷复合材料的成形过程，以期为实现粉末冶金致密化过程精准控制与智能制造研究和技术开发提供参考。

前言
第1章 粉末冶金成形过程控制与成形方法 1
1.1 粉末冶金成形过程控制技术研究与发展 3
1.2 温压成形技术的发展与应用 9
1.2.1 粉末温压成形的特点 9
1.2.2 粉末温压成形的致密化过程 13
1.3 高速压制成形技术的发展与应用 14
1.3.1 高速压制成形技术的特性 14
1.3.2 高速压制成形的致密化过程 16
1.3.3 高速压制成形设备 17
1.4 粉末冶金成形过程控制的数值模拟与方法 18
1.4.1 金属塑性力学方法 19
1.4.2 广义塑性力学方法（土塑性力学方法） 20
1.4.3 微观力学方法 20
1.4.4 内蕴时间理论方法 23
参考文献 27
第2章 粉末冶金高致密化成形装置设计与测试 33
2.1 高致密化成形装置的设计 33
2.1.1 温压成形工艺流程 33
2.1.2 温压成形工艺影响因素 35
2.1.3 温压成形加热系统影响 38
2.1.4 加热方式的影响 40
2.2 高速压制成形方法及装置 41
2.2.1 分离式霍普金森高速撞击法 42
2.2.2 冲击锤法 42
2.2.3 高速压制冲击锤法试验装置研制 43
2.3 粉末高速压制成形装置的关键参数与实验测试 53
2.3.1 粉末高速压制成形装置数据采集系统传感器的选择 53
2.3.2 粉末高速压制成形装置的整体性能测试 57
2.3.3 粉末高速压制成形装置的数据采集与分析 59
参考文献 63
第3章 粉末压制成形中的摩擦行为与影响 64
3.1 粉末高速压制成形技术的理论基础 64
3.1.1 重锤下落高度和冲击速度及压制能量之间的关系 64
3.1.2 作用力与落锤运动之间的关系 65
3.1.3 高速压制成形中力学分析 65
3.2 冲击应力波理论 68
3.3 弹塑性有限元法 68
3.3.1 弹塑性力学的基本方程 69
3.3.2 弹塑性力学的边界条件 71
3.4 经典的压制方程 72
3.5 摩擦特性分析模型 73
3.6 模壁摩擦系数的测定 75
3.6.1 模壁界面摩擦系数的测定设备 75
3.6.2 模壁界面摩擦系数的测量方法 77
3.7 粉末压制成形中摩擦系数的测量 78
3.7.1 摩擦系数随压制时间的变化规律 78
3.7.2 摩擦系数随压制力的变化规律 79
3.7.3 不同粉末材料对模壁摩擦系数的变化 79
3.7.4 压制力与压坯密度的关系 80
参考文献 81
第4章 粉体高速压制成形致密化规律与机理 83
4.1 分离式霍普金森高速撞击成形致密化 83
4.2 高速压制冲击锤法成形致密化 87
4.2.1 恒定冲击高度下的致密化规律 88
4.2.2 恒定冲击重量下的致密化规律 91
4.2.3 冲击压制力与摩擦系数的关系 94
参考文献 100
第5章 高速压制成形离散体有限元数值模拟 101
5.1 成形过程有限元模型建立 101
5.2 高速压制有限元数值模拟结果分析 105
5.2.1 压制成形中摩擦影响的有限元模拟 105
5.2.2 压制成形中压速相关的有限元模拟 108
5.2.3 压制成形中重锤质量相关的有限元模拟 111
5.2.4 高速压制与静态压制的密度对比 113
5.2.5 高速压制时的颗粒流动及应变分析 116
5.2.6 高速压制粉末颗粒的运动特性 120
5.2.7 随机排布模型的高速压制模拟 121
参考文献 123
第6章 粉末温压成形致密化及有限元模拟 124
6.1 温压成形致密化过程 124
6.1.1 电阻式加热致密化过程 124
6.1.2 电磁感应加热对粉末压坯密度的影响 131
6.2 铁基粉末温压成形的关键参数和实验测试 132
6.2.1 铁基粉末温压材料杨氏模量的测试 132
6.2.2 铁基粉末温压材料热膨胀系数的测试 136
6.3 温压成形有限元数值模拟 140
6.3.1 温压成形温度因素分析 140
6.3.2 压制方式对粉末压坯性能的影响 147
6.3.3 压制速度对粉末冶金性能的影响 153
6.3.4 压制力对粉末冶金性能的影响 158
6.3.5 摩擦系数对粉末冶金性能的影响 161
6.3.6 高径比对粉末冶金性能的影响 162
参考文献 163
第7章 单向压制时粉末冶金台阶零件的致密化 165
7.1 单向压制成形粉末冶金零件的制备工艺 165
7.1.1 单向压制成形粉末冶金材料的模具设计 167
7.1.2 单向压制成形粉末冶金的压制和烧结工艺 168
7.1.3 单向压制成形粉末冶金零件的密度测量 169
7.2 单向压制成形对粉末冶金台阶零件密度分布的影响 170
7.2.1 速度对粉末冶金零件台阶密度的影响 170
7.2.2 压制力对粉末冶金零件台阶密度的影响 174
7.2.3 台阶尺寸对粉末冶金零件台阶密度的影响 179
参考文献 192
第8章 铜基粉末压制成形过程及有限元模拟 193
8.1 铜基粉末压制成形 193
8.1.1 压制成形过程的分析 193
8.1.2 压制力对压坯密度的影响 194
8.2 铜基粉末压制成形过程的摩擦 195
……