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 38
- Downloads 0
Łączenie doczołowe cienkich blach ze stopów tytanu metodą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW). Butt welding of thin titanium sheets using friction stir welding (FSW) technology
Publikacja dotyczy analizy charakterystyki dynamicznej procesu FSW opartego na efekcie uplastycznienia łączonych elementów ze stopów tytanu i efektu ich wymieszania w strefie zgrzewania ze szczególnym uwzględnieniem spec...
Przeróbka plastyczna tytanu Grade2 metodą wyciskania hydrostatycznego. Plastic working of titanium Grade2 using hydrostatic extrusion method
Wyciskanie hydrostatyczne (WH) należy do technologii przeróbki plastycznej i jest specyficzną odmianą wyciskania współbieżnego. Metody wyciskania współbieżnego są używane głównie do wytwarzania produktów podłużnych pełny...
Wytwarzanie prętów do produkcji elektrod do zgrzewania punktowego za pomocą wyciskania metodą KOBO. Manufacturing rods for production of spot welding electrodes using the KOBO extrusion method.
Zgrzewanie punktowe jest najpopularniejszą metodą łączenia blach, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym i kolejowym. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań wytwarzania prętów, będących półwyrobem elektrod przez...
Własności i struktura stali S235JR po statycznym i dynamicznym przeginaniu i prostowaniu na zimno. Properties and structure of S235JR steel after static and dynamic cold corrugation and straightening
Bardzo często w okresach kryzysów gospodarczych pojawiają się uciążliwe niedomagania w zakresie utrzymania produkcji na odpowiednim poziomie ilościowym oraz jakościowym zapewniającym stały rozwój. Podołanie rosnącym potr...
Ocena plastycznego płynięcia oraz mikrostruktury stali Orvar Supreme w podwyższonej temperaturze. Assessment of plastic flow and microstructure of Orvar Supremesteel at elevated temperaturę
Wyznaczone właściwości reologiczne badanego materiału w postaci krzywych zależności naprężenia od odkształcenia są bogatym źródłem informacji na temat procesów wynikających z mechanizmu odkształcenia plastycznego, proces...