【摘 要】
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本论文采用多粒子有限元（MPFEM）的方法从微观粒子尺度对纯钨金属及钨铜合金的成形、烧结过程进行了数值仿真。系统研究了不同颗粒尺寸、粉体初始堆积结构、压制压力、烧结温度及烧结压力、含铜量等因素对纯钨金属及钨铜合金压坯和烧结坯的致密度、内部应力/应变的大小及分布、颗粒变形行为、孔隙填充规律的影响,并对致密化的动力学及机理进行了分析。同时,展开相关物理实验对数值仿真模型的有效性进行了验证。研究结果表明
【基金项目】
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科技部国家重点研发计划项目（2017YFB0305603）
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本论文采用多粒子有限元（MPFEM）的方法从微观粒子尺度对纯钨金属及钨铜合金的成形、烧结过程进行了数值仿真。系统研究了不同颗粒尺寸、粉体初始堆积结构、压制压力、烧结温度及烧结压力、含铜量等因素对纯钨金属及钨铜合金压坯和烧结坯的致密度、内部应力/应变的大小及分布、颗粒变形行为、孔隙填充规律的影响,并对致密化的动力学及机理进行了分析。同时,展开相关物理实验对数值仿真模型的有效性进行了验证。研究结果表明:（1）采用20 μm的钨粉颗粒在500 MPa的压力下进行压制,然后将获得的压坯在2000℃下进行烧结后可以获得致密度为98%的坯料;（2）采用较大尺寸钨粉颗粒可以得到更为致密的初始堆积结构和压坯,同时,制得的压坯具有更均匀的应力分布和更小的烧结残余应力。但当颗粒粒径大于20 μm时,提高钨粉颗粒的尺寸对压坯性能的提升不再明显。（3）在钨粉的压制过程中,初始堆积结构中的孔隙主要由颗粒的重排和钨粉的微小变形来填充。剩余的孔隙是在300-1650 ℃的温度下进行烧结时,由钨颗粒的软化造成烧结颈的生长来填充。（4）钨铜复合粉体的成形及烧结过程中,压力主要通过钨颗粒传递,铜颗粒发生大变形填充孔隙,应力主要集中在钨颗粒上。随着含铜量的增加,单个铜颗粒的变形量越小。（5）钨铜压坯在烧结过程中,铜颗粒热应变的升高会造成铜颗粒中应力的下降。钨颗粒塑性应变的升高会造成钨颗粒中的应力下降。制备具有相同相对密度的钨铜零件时,采用压力烧结所需的温度比无压烧结低400℃。
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