Study of the process of titanium-containing furnace charging material compaction by an experimental-analytical method

Abstract

Исследована зависимость пористости порошкового материала на основе губчатого титана от коэффициента напряженного состояния в процессе пластического деформирования с преобладающим действием всестороннего сжатия. На основе результатов, полученных в предшествующих работах, на плоскости σ-T построено семейство кривых текучести с варьируемой пористостью. Условие текучести порошкового материала основано на модели пластического течения Modified Drucker-Prager Cap model. На графике геометрической интерпретации принятого условия текучести нанесены прямые, соответствующие различным значениям коэффициента напряженного состояния k = σ/T, где σ -среднее гидростатическое напряжение, T -интенсивность касательных напряжений. Для формулировки связи пористости (θ, %), среднего нормального напряжения (σ -), выраженного в безразмерной форме, и коэффициента напряженного состояния (k) использованы точки пересечения семейства кривых, соответствующих образующим поверхностей текучести на плоскости σ-T, и радиальных прямых. В результате получено уравнение вида θ = θ(σ -, k). Для проверки адекватности указанного соотношения выполнена экспериментальная часть исследования. Предварительно спрессованные при давлении 1000 МПа и температуре 325 °C порошковые заготовки подвергались электроэрозионной резке вдоль осевого сечения для получения плоских образцов (темплетов). На поверхности темплетов выбрано несколько характерных участков для определения локальной поверхностной пористости методом количественной металлографии. Дополнительно определялось напряженно-деформированное состояние в представительных участках путем численного моделирования. В зонах осевого сечения, соответствующих исследуемым областям, рассчитаны значения объемной пластической деформации, интенсивности касательных напряжений и среднего нормального напряжения. Показано, что коэффициент напряженного состояния при его варьировании в достаточно широком диапазоне (k = -10…-0,86) несущественно влияет на величину пористости.

Cluster model of the porosity of spongy titanium briquettes at the stage of pressing

“…This approach will enable avoiding a critical error in the presentation of the distribution of loading on a particle in modeling the structure formation of powder composites [8][9][10][11] when the number of contact points does not correspond to the actual one. Though the model of space filling by Kelvin [24], applied by researchers [13] while modeling the load on a given particle, is reasonable, the cluster cuboctahedral model makes it possible to describe the actual processes more accurately.…”

“…However, both cases did not take into consideration such a decisive factor as powder particle arrangement in the pressing. In addition, the model of their packing, which was the basis for the calculations [9,11], has a cubic lattice, which does not correspond to the actual structure of packing spherical particles in the densest pressing.…”

“…which is similar to the specified one and characterizes density distribution by the volume of a workpiece. Besides, paper [11] also proposes to apply a similar formula (44) to characterize a change of external friction in a cylindrical mold:…”

“…Defects occur when the force of friction between particles creates resistance that is higher than the kinetic energy of a particle. Model [11] describes well the volume properties and filling of intercluster pores at the expense of material fluidity, but does not describe the distribution of forces at the level of a cluster-particle.…”