Наукові засади прогнозування консолідації порошкових матеріалів на основі аналізу багаторівневої взаємодії елементів їх структури

Рис. 25. Запропонований температурний режим спікання

Рис. 26 Заготовки свердел з функціонально-градієнтним електрофоретичним твердосплавним покриттям до і після спікання

Висновки

Новий метод прямого багатомасштабного моделювання дозволяє контролювати поточний стан порошкового матеріалу, як на макроскопічному рівні (масштаб порошкової заготовки в цілому), так і на мезоскопічному рівні (масштаб окремих частинок порошку);

Застосування запропонованого методу дозволило сформулювати умови накопичення пошкоджень, які формуються на початковій стадії спікання композитів, з їх поступовим переходом від мезоскопічного рівня на макроскопічний; зокрема, встановлено, що прикладання зовнішнього тиску того ж порядку, що й лапласівські напруження дозволяє запобігти формуванню макроскопічних дефектів, що обумовлюють руйнування або небажане спотворення форми деталі;

У випадку пресування сформульовано критерій утворення дефектів на мезорівні, який базується на факті існування однобічних контактів; його застосування разом із методом ПБМ дозволило отримати розв`язок однієї із важливіших задач порошкової металургії - передбачити зародження та розвиток дефектів під час процесів пресування порошків із подальшим їх запобіганням шляхом вдосконалення режиму консолідації; У термінах макроскопічних теорій запропоновано обґрунтовану модель пластичного деформування , порошкових матеріалів, що враховує існування недосконалих контактів між частинками;

Наведений метод застосовано до моделювання пресування східчастих виробів із використанням багатоходового прес-обладнання, завдяки чому отримано якісне і кількісне тлумачення феномену формування розшарувальних щілин на макроскопічному рівні, як результату накопичення пошкоджень на мезоскопічному рівні; встановлено зв'язок цього явища зі схемою пресування та обґрунтовано методику вибору діаграм деформування, які забезпечують запобігання руйнування;

Багатомасштабне моделювання було використано для одержання оцінок внеску основних фізичних та структурних характеристик порошкового матеріалу у його макроскопічний відгук. Встановлено, що деформаційне зміцнення порошків, форма пор, початкова і наведена анізотропія, наявність недосконалих контактів та тертя між частинками порошків відіграють важливу роль при визначенні зусилля пресування у процесах холодного та гарячого пресування;

На підставі результатів комп'ютерного моделювання автором одержані в аналітичному вигляді рівняння швидкості контактоутворення при спіканні як функції радіусу контакту, зовнішнього навантаження, коефіцієнтів зерно граничної, поверхневої та об'ємної дифузії для різних типів пакувань частинок; знайдені ефективні коефіцієнти дифузії дозволили оцінити одночасний внесок декількох видів дифузійного масопереносу.

Базуючись на відомих законах масопереносу запропоновано модель дифузійного спікання з врахуванням росту зерен, що є узагальненням варіаційного принципу Нідлмана-Райса; отримані результати було покладено в основу пояснення ефекту Бордьє, який полягає у наявності чутливості напряму зміни форми пор до їх розмірів,а також у пояснення ефекту значного уповільнення спікання керамічних композитів з твердими інертними включеннями.

На основі розроблених нових моделей для спікання функціонально-градієнтних композитів здійснено оптимізацію початкової форми заготовок для спікання керамічних голівок ендопротезів та запропоновані температурні режими, які дозволяють зберігати розподіл фаз при рідкофазному спіканні твердосплавних градієнтних покриттів в триботехнічних застосуваннях.

Список опублікованих основних праць

1. Максименко А.Л. Влияние морфологии пор на особенности пластической деформации пористых тел 1. Поверхность нагружения анизотропного пористого тела /А.Л. Максименко, О.В. Михайлов, М.Б. Штерн//Порошковая металлургия.-1992. - N3. - C. 29-33.

2. Максименко А.Л. Влияние морфологии пор на особенности пластической деформации пористых тел 2. Влияние формы пор на процесс пластического деформирования/ А.Л. Максименко, О.В. Михайлов, М.Б. Штерн// Порошковая металлургия.- 1992.- N5. - C. 13-18.

3. Максименко А.Л. Квазистатическая теория упрочняющихся пластических тел/ А.Л. Максименко, Е.А. Олевский//Прикладная механика и техническая физика.-1994.-N 2.- C. 15-20.

4. Maximenko A.L. Nonstationary problems of the quasistatic theory of hardening plastic bodies/A.L. Maximenko, E.A. Olevsky//Computational Material Science.-1994.-N 3. - P. 247-253.

5. Максименко А.Л. Закономерности разрушения порошковых и пористых материалов/ А.Л. Максименко, Н.И. Луговой//Проблемы прочности.- 1997.- N 6.- C. 28-35.

6. Maximenko A.L. Modeling of damage development during sintering of ceramics/A.L. Maximenko, O. VanDerBiest, E. Olevsky//International Journal of Fracture.-2001.- v. 110.-P. L9-L14.

7. Maximenko A.L. Modelling of damage development during sintering/ A.L. Maximenko, O. Van Der Biest// Journal of European Ceramic Society.-2001.-v. 21.-P. 1061-1071.

8. Maximenko A.L. Modelling of non-linear phenomena during deformation of interparticle necks by diffusion-controlled creep/A.L. Maximenko, O. VanDer Biest, G. Roebben// Acta Materialia.- 2002.-50, № 14.- P. 361-370.

9. Maximenko A.L. On-line sintering strength of ceramic composites/A.L. Maximenko, E. Olevsky, O. Van Der Biest//International Journal of Mechanical Sciences.-2002.- 44.-P. 755-771.

10. Maximenko A.L. Prediction of initial shape of functionally graded ceramic pre-forms for near-net-shape sintering/A.L. Maximenko, E. Olevsky, O. Van Der Biest//Science of Sintering.-2003.- 35[1].-C. 6-12.

11. Maximenko A.L. Effective diffusion coefficients in solid-state sintering/A.L. Maximenko, E. Olevsky//.-Acta Materialia.-2004.- V. 52.- N10.-C. 2953-2963.

12. Maximenko A.L. Modelling of metal-binder migration during liquid-phase sintering of graded cemented carbides/ A.L. Maximenko, G. Roebben, O. Van Der Biest//Journal of Materials Processing Technology.-2005.- 160.-C. 361-369.

13. Maximenko A.L. Homogeneity of isostatic pressure-assisted sintering of agglomerated powder/A.L. Maximenko, E. Olevsky//Journal of solids and structures.-2005.- 42.-N 2.-C. 503-515.

14. Kushnarev B. Modeling of anisotropic sintering in crystalline ceramics/B. Kushnarev, E. Olevsky, A.L. Maximenko, V. Tikare, M. Braginsky //Philosophical Magazine.-2005.- 85.-C. 2123-2146.

15. Максименко А.Л. Пластичні властивості агломерованого порошку//Наукові нотатки, Луцьк .-2007.- С. 277-282.

16. Wang X, Sequential deposition of copper/alumina composites/ X. Wang, J. Ma, A. Maximenko, E.A. Olevsky// Journal of materials science.-40.-2005.-P. 4963-4965.

17. Olevsky E.A. Sequential deposition and electroforming of metal-ceramic composites for thermal management applications/E.A. Olevsky, X. Wang, A.L. Maximenko, J. Ma, M.B. Stern//Surface engineering.-2007.- V. 23.-C. 12-17.

18. Olevsky E.A. Fabrication of net-shape functionally graded composites by electrophoretic deposition and sintering/E.A. Olevsky, X. Wang, A.L. Maximenko, M.A. Meyers//Journal of the American Ceramic Society.-2007.- V. 90. - C. 3047-3056.

19. Максименко А.Л. Моделювання пластичної деформації порошкового матеріалу за відсутності когезії між частинками//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении.-2008.- 10.- С. 57-65.

20. Maximenko A.L. Plastic behavior of agglomerated powder/A.L. Maximenko, E.A. Olevsky, M.B. Shtern //Computational Material Science.-2008.-V. 43[4].-C. 704-709.

21. Kuzmov A. Multiscale modeling of viscous sintering/A. Kuzmov, A. Maximenko, E. Olevsky//Modeling and Simulation in Material Science and Engineering.-2008.-V. 16 [3].-035002.

22. Максименко А.Л. Прямое многомасштабное моделирование холодного прессования металлических порошков//Порошковая металургія.-2009.- 3-4.-С. 27-36.

23. Maximenko A.L. Direct multiscale modeling of sintering/A.L. Maximenko, A.V. Kuzmov// Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении.-2009.-11.- С. 117-123.

24. Максименко А.Л. Багатомасштабне моделювання впливу жорстких вкраплень на спікання/А.Л. Максименко, А.В. Кузьмов//Наукові нотатки.- Луцьк 2009.- ч. 2.- С. 143-146.

25. Кузьмов А.В. Мультимасштабное моделирование несвободного спекания пористых тел/ А.В. Кузьмов, А.Л. Максименко, М.Б. Штерн//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении.-2009.- 11.-С. 80-88.

26. Максименко А.Л. Прямое многомасштабное моделирование диффузионного спекания керамических композитов//Порошковая металлургия.-2010.-1-2.-С. 32-41.

27. Максименко А.Л. Вплив розподілу частинок та пор за розмірами на кінетику спікання порошкового матеріалу//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении.-2010.- 12.- С. 25-29.

28. Максименко А.Л. Розвиток анізотропії пластичного деформування порошкових тіл при пресуванні//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедениию-2011.- 13.-С. 15-20.

29. Maximenko A.L. Direct multiscale modeling of sintering/ A.L. Maximenko, A. Kuzmov, E. Olevsky, E. Grigoriev//Journal of the American ceramic society.-2012.-v. 95.-N8. - С. 2383-2388.

30. Li W. Densification mechanism of spark plasma sintering: multi-step pressure dilatometry/W. Li, E.A. Olevsky, A.L. Maximenko, J. McKittrick, R.M. German// J. Materials Science.- 2012.- v. 47.- С. 1-11.

31. Максименко А.Л. Моделювання впливу температури на пресування агломерованих порошків//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении.-2013.- 15.-С. 14-19.

32. Olevsky E. Spark-plasma sintering efficiency control by inter-particle contact area growth: A viewpoint/ E. Olevsky, A.L. Maximenko, I. Bogachev//Scripta materialia.- 2013.- V. 69.-С. 112-116.

33. Guintini D. Initial stage of pressureless spark-plasma sintering of vanadium carbide: Determination of surface diffusion parameters/ D. Guintini, X. Wei, A.L. Maximenko, L. Wei, A.M. Ilyina, E.A. Olevsky //Int. J. of Refractory Metals and Hard Materials.- 2013.- v. 41.-501-506.

34. Максименко А.Л. Моделирование влияния поверхностной диффузии на скорость уплотнения нанопорошков способом горячего прессования/ А.Л. Максименко, М.Б. Штерн, А.В. Рагуля//Наноструктурное материаловедение.- 2013.- N1.-C. 63-69.

35. Alvarado-Contreras J. A continuum approach for modeling gravitational effects on grain setting and shape distortion during liquid-phase sintering of tungsten heavy alloys/ J. Alvarado-Contreras, E.A. Olevsky, A.L. Maximenko, R.M. German//Acta materialia.-2014.- v. 65.-С. 176-184.

36. Максименко А.Л. Электроформование порошковых композитов / А.Л. Максименко, К. Ванг, Е.А. Олевский, М.Б. Штерн// Порошковая металлургия.-2014.-53.- 3-4.- С. 66-71.

37. Максименко А.Л. Моделювання ступеневого навантаження пористих мідних заготовок при іскроплазмовому спіканні//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении.-2014.-16.-С. 8-12.

38. Максименко А.Л. Моделирование деформационного упрочнения пористых и порошковых материалов при прессовании//Порошковая металлургия .-2015.-3.- С. 619-627.

39. Maximenko A.L., E.A.Olevsky, E.G. Grygoryev, Homogenization of biporous agglomerated powder structure during high temperature consolidation//Journal of the American Ceramic Soc.-98(11).- 2015.-3445-3452.

40. Максименко А.Л., Багатомасштабне моделювання впливу тертя на пресування металічних порошків в жорстких прес-формах//Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении .-17.-2015. С. 20-26.

41. Максименко А.Л. Кинетика пластической зоны в окрестности поры при различных схемах деформации//Прогрессивные технологические процессы в машиностроении, Луцьк.- 1989.-C. 68-69.

42. Maximenko A.L. Damage accumulation under sintering / A.L. Maximenko, O. Van Der Biest//Proceedings of Int. Workshop Modeling Metal Powder Forming Processes.- Grenoble .-1997.- C. 361-370.

43. Maximenko A.L. Modelling of damage accumulation under sintering of particulate FGM/ A.L. Maximenko, O. Van Der Biest//Mat. Sci. Forum.-1999.- v. 305-311.-P. 1047-1052.

44. Maximenko A.L. Modelling of damage evolution during sintering of particulate composite materials/A.L. Maximenko, O. Van Der Biest//Sintering Science and Technology, Pennsylvania State University.-2000.- С. 423-429.

45. Maximenko A.L. Optimisation of initial shape of functionally graded ceramic pre-forms for near-net-shape sintering/A.L. Maximenko, O. Van Der Biest// Key Engineering Materials.- 206-213.- 2002.-P. 2171-2174.

46. Maximenko A.L. Modelling of damage development during cold pressing of powders/A.L. Maximenko, O. Van Der Biest//Proc. PM 2001, Nice.- Vol. 3.-P. 291-295.

47. Olevsky E. Dimension and damage control in sintering of multilayer powder composites/E. Olevsky, J. Arterberry, A.L. Maximenko, V. Tikare//Modeling and Numerical Simulation of Materials Behavior and Evolution, MRS symposium proceedings .-2002.-v. 731.-C. 27-33.

48. Maximenko A.L., Modeling of sintering of WC-Co graded materials/ A.L. Maximenko, O. VanDer Biest //Recent Developments in Computer Modeling of Powder Metallurgy Processes (eds. A.M. Laptev, A. Zavaliangos).-2001.- Kiev.- С. 105-112.

49. Maximenko A.L.Modeling of non-linear phenomena during deformation of interparticle necks by diffusion-controlled creep/A.L. Maximenko, E.Olevsky, O.Van Der Biest//Ceramic Transactions.-2001.-v.131.- P. 117-124.

50. Olevsky E., Sintering of oriented pore-grain structures/ E. Olevsky, B. Kushnarev, A.L. Maximenko, V. Tikare// Ceramic transactions.-157.-2005.-P. 35-40.

Размещено на Allbest.ru