Modelowanie jako narzędzie do zrozumienia i udoskonalenia techniki iskrowego spiekania plazmowego. Modeling as a tool for understanding and improvement of Spark Plasma Sintering technique.
Journal Title: Obróbka Plastyczna Metali - Year 2016, Vol 27, Issue 3
Abstract
Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS) jest nowoczesną metodą prasowania na gorąco bazującą na szybkim nagrzewaniu oporowym. Aktualnie SPS znajduje się w fazie przejściowej pomiędzy pracami badawczo-rozwojowymi a produkcją masową części z proszków metalicznych i ceramicznych. Kluczowym elementem tej metody jest zrozumienie i kontrolowanie rozkładu temperatury wewnątrz narzędzi, w szczególności w wyprasce. Zagadnienie to jest szczególnie ważne przy spiekaniu części wielkogabarytowych, części o złożonej geometrii oraz przy spiekaniu materiałów gradientowych i ogniotrwałych. Wiedza w zakresie pola termicznego pozwala na opracowanie konstrukcji matryc oraz przebiegu procesu spiekania, umożliwiając jednorodny, zdefiniowany rozkład temperatury zależny od aplikacji. W rezultacie, jednorodna lub gradientowa struktura i właściwości mogą zostać osiągnięte. Temperatura nie może być mierzona bezpośrednio wewnątrz wypraski. Dlatego zastosowano metodę elementów skończonych (MES) do numerycznego modelowania rozkładu temperatury. W niniejszym artykule przedstawiono szczegółowo teoretyczne podstawy modelowania. Podkreślono wzajemne oddziaływanie pola elektrycznego, cieplnego i mechanicznego podczas SPS. Przedyskutowano metodologię rozwiązania tego złożonego problemu multifizycznego oraz jego ewentualnego wdrożenia poprzez komercyjne kody MES. Przedstawiono przykład modelowania. Sformułowano perspektywę dla dalszego modelowania. Szczególnie, pole magnetyczne musi być poza tym rozważane podczas modelowania SPS z nagrzewaniem hybrydowym np. z dodatkowym zewnętrznym nagrzewaniem indukcyjnym (nowa hybrydowa koncepcja nagrzewania). Spark Plasma Sintering (SPS) is a new hot pressing technique based on the rapid resistive heating. Currently, SPS is in a transition from the R&D phase to the mass production of metallic and ceramic powder parts. The critical point of this technique is understanding and control of temperature field inside the tool and especially in the powder preform. This issue is particularly important at sintering of large-sized parts, parts with a complex geometry and at sintering of functionally graded and refractory materials. The knowledge of temperature field allows the elaboration of die design and sintering cycle profile enabling homogeneous or predefined temperature distribution depending on application. As a result, homogeneous or functionally graded structure and properties can be achieved. The temperature cannot be directly measured inside the powder preform. Therefore, the Finite Element Method (FEM) is used for numerical modeling of the temperature field. In the present paper the theoretical background of modeling is presented in detail. The interaction of electrical, thermal and mechanical fields during SPS is highlighted. The solution methodology for this complex problem of Multiphysics and its possible implementation by commercial FEM codes are discussed. An example on sintering modeling of tungsten-based powder composite is presented. The outlook for further modeling is formulated. Particularly, magnetic field has to be besides considered during the modeling SPS with the hybrid heating i.e. with an additional external inductive heating (new hybrid heating concept).
Authors and Affiliations
Alexander Laptev
Keywords
Related Articles
- EP ID EP492086
- DOI -
- Views 40
- Downloads 0
Problematyka uszczelnień w procesach B+R nad innowacyjnymi wielkogabarytowymi łożyskami wieńcowymi. The problem of sealing in R&D processes involving innovative large-size gear bearings
W artykule przedstawiono wyniki prac badawczych i rozwojowych dotyczących uszczelnienia wielkogabarytowego łożyska wieńcowego, realizowanych w ramach projektu Programu Operacyjnemu Innowacyjny Rozwój, Działanie 1.1.1. pt...
Ocena powstawania pęknięć na powierzchni obudowy filtra paliwa gazowego. Evaluation of cracking on the surface of gas fuel filter housing.
Celem kształtowania wyrobów metodami obróbki plastycznej jest nadanie materiałowi żądanego kształtu przez wywołanie w nim odpowiednich odkształceń plastycznych materiału bez naruszenia spójności materiału. Kształtowanie...
Rola obróbki cieplno-plastycznej w kształtowaniu struktury i właściwości mechanicznych stali przeznaczonych do walcowania walcówki. The role of heat-plastic treatment in shaping the structure and mechanical properties of steel types meant for rolling wire rods
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu parametrów procesu walcowania na podatność do plastycznego odkształcania, właściwości mechaniczne i strukturę stali gatunku 23MnB4, 30MnB4, C45 i C70 przeznaczonych do walcowania...
Wpływ ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na zużycie tribologiczne spieków z proszku Ti6Al4V wytwarzanych metodą SPS. Application oj high temperatu re solid lubricants for impregnation oj PIM parts
Nowoczesne układy tribologiczne są bardzo często poddawane trudnym warunkom pracy. Najbardziej skomplikowany proces tribologiczny występuje w układach współpracujących związanych ze smarowaniem mieszanym i granicznym. Do...
Studium adaptacji konstrukcji urządzenia kuźniczego TR dla potrzeb metody N-TR. Study of design adaptation o f TR forgin g device for purposes of the N-TR method
Celem studium było sprawdzenie możliwości stworzenia na bazie klasycznego urządzenia kuźniczego TR, urządzenia umożliwiającego stosowanie złożonych schematów technologicznych kształtowania wykorbień wałów korbowych. Możl...