Глава 2
процессЫ уплотнения
в технологиях получения ЛИСТОВЫХ порошково-сетчатых композиционных материалов
2.1 Состояние вопроса
Процессы уплотнения в технологиях получения композитов с порошковой матрицей в
последние десятилетия рассматриваются с позиций интенсивно развиваемой механики
деформируемых порошковых тел [47-49]. При этом используются понятия и методы
механики сплошной среды, а порошки и пористые материалы рассматриваются, как
макронеоднородные сплошные тела, обладающие определенными эффективными
свойствами, главным из которых является необратимая макроскопическая
сжимаемость. Созданные на этих представлениях математические модели применяются
для решения конкретных технологических задач по определению, главным образом,
остаточной пористости порошковых материалов и прогнозированием их
характеристик.
Главной задачей построения моделей процессов получения армированных волокнами
порошковых композитов является установление связи между схемой деформации,
конечной структурой и свойствами изделия.
Следует отметить, что постановка и методы решения задач в области моделирования
технологических процессов уплотнения порошковой матрицы, которая армируется
волокнами, сложны и исследованы недостаточно. Это связано с ограниченностью
применения методов механики сплошной среды к гетерофазным сжимаемым материалам,
какими являются армированные волокнами КМ.
Структурный подход к анализу технологических процессов деформационной
консолидации таких композитов методами обработки давлением и спекания, который
развивался в работах Л.И.Тучинского, Б.А.Арефьева, В.Ф.Мануйлова в 1980-ые
годы, был основан на условии существования в армированных волокнами композитах
микронеоднородного напряженно-деформированного состояния [19, 50–52]. Сложность
описания поведения КМ при таком подходе позволила получить решения для
ограниченного круга технологических задач, когда неоднородность, связанная с
присутствием волокон, имеет место только внутри представительного элемента,
состоящего из волокна (или части волокна), покрытого материалом матрицы.
Перспективным для решения многих технологических задач в порошковой металлургии
является феноменологический подход, который с успехом развивается в работах
В.В.Скорохода и М.Б.Штерна при анализе процессов уплотнения композитов с
гетерофазной структурой [50, 54, 56, 57]. Применение этого подхода к анализу
процессов получения армированных волокнами КМ приводит к модели анизотропной
уплотняемой среды [50]. Такая модель обобщает и переносит на порошковые объекты
результаты работы [58], в которой рассматриваются кусочно-линейные условия
текучести для анизотропных несжимаемых материалов. Все же распространение этого
подхода ограничивается необходимостью большого числа экспериментов для каждого
нового композита.
Между тем при реализации структурного подхода могут быть использованы известные
свойства порошковой матрицы и армирующих элементов. В частности, структурный
подход хорошо зарекомендовал себя в теории малых упругих и упругопластических
деформаций [19, 50]. Анализируя особенности, как структурного, так и
феноменологического подходов, при построении расчетных моделей процессов
уплотнения композитов следует учитывать различную способность рассмотренных
армирующих сеток подвергаться деформации в процессах совместного уплотнения.
По сопротивлению деформации металлические сетки с трикотажной структурой можно
условно разделить на две группы. Первую группу составляют податливые сетки со
структурой "ластик", сопротивление которых деформированию мало. Применительно к
таким сеткам целесообразно рассматривать общий метод анализа процессов
уплотнения КМ, основанный на оценке влияния введения сетки на
напряженно-деформированное состояние порошковой матрицы [59]. Задачей
исследования процесса уплотнения КМ является установление
напряженно-деформированного состояния и плотности материала матрицы без сетки,
с учетом того, что по заданному определенному полю скоростей можно в принципе
вычислить деформации и усилия в сетке. Таким образом, можно учитывать реальную
структуру армирующих сеток и их возможную эволюцию в КМ.
Для второй группы более жестких сеток, к которой можно отнести сетки,
образованные переплетением "фанг", и сетки со структурой «ластик» образованные
пучком с большим количеством проволок, когда сетки обладающие повышенным
сопротивлением деформированию, удобно применить феноменологический подход. Для
описания процессов уплотнения порошковых материалов применяют как гладкие, так
и кусочно-линейные условия текучести [58]. Известно, что применение
кусочно-линейных условий текучести во многих случаях приводит к значительному
упрощению расчета технологических задач инженерными методами. Следует отметить,
что имеющиеся экспериментальные данные для различных несжимаемых материалов
часто не позволяют однозначно определить вид поверхности текучести. Например,
поведение некоторых изотропных несжимаемых материалов лучше описывается
условием текучести Мизеса, а других - Треска [58].
Применительно к получению листовых (или ленточных) КМ следует рассматривать
процессы уплотнения КМ в условиях плоской деформации. Так, для КМ с порошковой
матрицей, учитывая поставленные в работе задачи, целесообразно исследовать
листовую прокатку, которую относят к одному из базовых производственных
процессов в порошковой металлургии и которая в наибольшей степени принципиально
подходит ко всем материалам с порошковой матрицей, рассмотренных в работе.
Исследованию процесса прокатки металлических порошков посвящено значительное
количество публикаций и, в частности, монографии [64–66]. В теорет
- Київ+380960830922