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反应合成Ag/SnO_2复合材料挤压过程的有限元模拟

作　者: 刘满门
导　师: 陈敬超
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: Ag/SnO2 热力模拟试验本构方程再结晶有限元模拟晶粒尺寸
分类号: TB302.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

Ag/SnO2作为电接触材料Ag/CdO最具应用前景的替代材料而备受关注。但是就目前国内外学者研制的制备工艺来看,Ag/SnO2材料都存在材料强度、硬度高,加工硬化速率过快等问题,给成型加工带来了很大的困难。因此了解Ag/SnO2复合材料在加工过程中的流变应力规律对于发展先进电接触材料具有重要意义。本文研究反应合成法制备的Ag/SnO2复合材料在热挤压加工过程中的应力、应变、温度及晶粒尺寸的演变情况。通过在GLEEBLE-3500热力模拟试验机的单道次压缩实验获得反应合成Ag/SnO2复合材料在不同变形条件下的流变行为及各项数据,回归得出材料的流变应力本构方程和再结晶动力学方程然后使用有限元软件MSC.Superform模拟出材料在热挤压过程中的金属流动、应力场、温度场及晶粒尺寸的演变情况a.挤压过程中金属的流动不均匀。内层材料流动速度较快；边沿材料流动速度较慢。b.在挤压初始阶段,与挤压筒接触的边沿材料由于摩擦的产生而受到较大等效应力作用,随着材料进入变形区,整个材料受到的应力逐渐加大,而等效应力最大的区域则保持在变形区与定径带的过渡区。c.在挤压初始阶段,材料表面由于与挤压筒之间存在接触传热而温度迅速降低,材料内部则保持初始温度基本不变。随着挤压过程的进行,材料进入变形区,这时候材料内部发生了强烈的变形,变形产生大量的热量使得材料的温度逐渐升高,但是由于材料与挤压筒及模具之间的热量传递,材料表面的热量很快散失,从而在材料内部形成一个由内而外的负的温度梯度。当挤压过程进行到最后阶段,进入定径带的材料由于变形剧烈,金属流动速度大,变形功转化的热量及金属与模具之间的摩擦生热导致材料温度急速上升,此时该区域成为温度最高区域。d.在挤压过程初始阶段,晶粒尺寸几乎没有变化,当进入变形区后,晶粒在强大的外力作用下发生轻微破碎,当材料进入定径带时,由于强烈的变形产生大量的变形功,而且材料的流动速度迅速增大,与模具内壁之间的摩擦产生很大的能量,这些因素导致晶粒得以急剧长大,一直到挤压过程结束。挤压结束瞬间晶粒尺寸分布比较均匀,大部分晶粒尺寸在392nm至875nm之间,平均晶粒直径约为785nm.

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-27
  1.1 前言  10
  1.2 Ag/SnO_2电接触材料  10-16
    1.2.1. Ag基电接触材料简介  10-13
    1.2.2. AgSnO_2电接触材料  13-16
      1.2.2.1 AgSnO_2触头材料的特点  13
      1.2.2.2 AgSnO_2触头材料的制备技术  13-15
      1.2.2.3 AgSnO_2材料的应用  15-16
      1.2.2.4 AgSnO_2触头材料的改善  16
  1.3 金属塑性加工有限元模拟技术  16-25
    1.3.1 金属塑性加工模拟  16-17
    1.3.2 有限元法的基本思想及分析步骤  17-18
    1.3.3 有限元法的分类  18-20
    1.3.4 塑性加工过程组织模拟技术的发展  20-25
      1.3.4.1 动态再结晶模型  22-25
  1.4 课题研究的背景、目的和意义  25-26
  1.5 课题来源及主要研究内容  26
    1.5.1 课题来源  26
    1.5.2 课题研究内容  26
  1.6 本章小结  26-27
第二章热力模拟实验及数据处理  27-37
  2.1 热力模拟实验  27-28
    2.1.1 实验原料  27
    2.1.2 实验仪器和设备  27
    2.1.3 实验过程  27-28
      2.1.3.1 配料  27
      2.1.3.2 混粉  27
      2.1.3.3 压坯  27-28
      2.1.3.4 烧结  28
      2.1.3.5 热力模拟实验  28
  2.2 实验结果及数据处理  28-35
    2.2.1 试验结果曲线  29-30
    2.2.2 本构关系  30-32
      2.2.2.1 本构方程的建立  30-32
    2.2.3 动态再结晶动力学方程  32-35
      2.2.3.1 动态再结晶临界变形程度的确定  32-33
      2.2.3.2 动态再结晶动力学方程的回归  33-35
      2.2.3.3 动态再结晶晶粒尺寸  35
  2.3 本章小结  35-37
第三章有限元法相关基本理论  37-49
  3.1 引言  37-38
  3.2 刚粘塑性有限元法  38-40
    3.2.1 刚粘塑性有限元变分原理及求解列式  38-40
  3.3 热传导分析的有限元法  40-46
    3.3.1 热传导分析的数学描述  40-43
    3.3.2 热传导的有限元离散  43-46
      3.3.2.1 热传导的空间域离散  43-44
      3.3.2.2 热传导的时间域离散  44-46
  3.4 热力耦合技术路线  46
  3.5 热力耦合有限元分析流程  46-48
  3.6 本章小结  48-49
第四章有限元模型的建立  49-57
  4.1 有限元软件的选用及简介  49-50
    4.1.1 MSC.Superform简介  49-50
    4.1.2 MSC.Superform分析步骤  50
  4.2 实际挤压过程描述  50
  4.3 模型的建立  50-56
    4.3.1 几何模型的建立  50-51
    4.3.2 网格的划分  51-52
    4.3.3 材料特性的定义  52
    4.3.4 初始条件的定义  52
    4.3.5 接触的定义  52-54
    4.3.6 网格重划分  54-55
    4.3.7 用户子程序  55
    4.3.8 工作的定义  55-56
    4.3.9 模型的提交运行  56
  4.4 本章小结  56-57
第五章模拟结果分析与验证  57-68
  5.1 挤压过程中金属流动情况  57-58
  5.2 挤压过程中应力分布情况  58-59
  5.3 挤压过程中应变情况  59-61
  5.4 挤压过程中温度分布情况  61-63
  5.5 挤压过程晶粒度分布情况及验证  63-67
  5.6 本章小结  67-68
第六章结论  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-78
附录1  78-81
附录2  81-83
附录3  83

反应合成Ag/SnO_2复合材料挤压过程的有限元模拟

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