电热耦合作用下TiAl及TA7粉体SPS过程的数值模拟

作     者：逯艳青 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王鲁敏

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：放电等离子烧结 数值模拟 TiAl粉体 钛合金TA7 温度梯度 电流密度梯度 

摘      要：放电等离子烧结（SPS）是近几年来采用的一种快速制备新型材料的高新烧结技术，其与传统的烧结技术相比较，具有烧结时间短、升温速度快等优势，在新材料的研究领域中备受关注。随着计算机技术的迅速发展，运用有限元软件进行SPS数值模拟的方法得到了广泛的应用。 本文以TiAl粉体为试样，运用ANSYS12.1软件建立二维轴对称SPS电热两场耦合数值模拟，分析烧结过程中试样的径向和轴向的温度分布、电流密度分布及其它们的梯度分布情况。分析结果表明：不同网格划分对烧结系统的温度影响不大，对电流密度有一定的影响。系统的径向和轴向均存在温度和电流密度分布不均的现象。径向方向上，温度和电流密度由试样中心向试样边缘递减;轴向方向上，温度以试样中心为对称轴对称分布，电流密度从试样上边缘向下边缘递减。 本文分别改变模具的径向尺寸、轴向尺寸和施加的电流，分析它们对粉体烧结产生的影响。结果表明：模具径向和轴向尺寸的减小都会使系统的温度和电流密度升高，烧结时间缩短，当径向尺寸优化为30mm，轴向尺寸优化为64mm时，试样的温度梯度和电流密度梯度最小，使烧结材料均匀。施加的电流增大一倍时，烧结时间只需109s，缩短了431s，节约能源，但是温度梯度和电流密度梯度有所增加;施加的电流减小一倍时，烧结时间需要9454s，增加了数十倍，消耗能源增加，但是温度梯度和电流密度梯度减小很多。 本文以钛合金TA7为试样，采用原系统和优化后系统分别进行数值模拟，验证优化后的系统对TA7的适用性。