بررسي تجربي و مدل سازي عددي فرآيند تراكم ديناميكي پودر آهن خالص و مخلوط پودر آهن با ذرات سراميك

Experimental investigation and numerical modelling of dynamic compaction process of pure iron powder with ceramic particles

مقاله حاضر به بررسي تجربي و مدل سازي عددي اثر بارگذاري ديناميكي بر چگالي، استحكام و ريزساختار قطعات خالص و مركب توليدشده از پودر آهن مي پردازد. آزمون هاي تجربي بر روي پودرها توسط سامانه چكش پرتابه اي انجام شده است. به منظور ارزيابي استحكام قطعات توليدي، از آزمون فشار قطري استفاده شده است. همچنين به منظور بررسي اثر بارگذاري ضربه اي بر ريزساختار قطعات متراكم شده، تصاوير متعددي از ريزساختار نمونه ها با استفاده از دستگاه ميكروسكوپ الكتروني تهيه شده است. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه با افزايش فشار تراكم، چگالي و استحكام قطعات خالص در سه محدوده فشارهاي پايين، متوسط و بالا با نرخ هاي متفاوت، افزايش مي يابد. همچنين نتايج حاصل از تراكم پودر مركب آهن و سراميك با درصد هاي وزني متفاوت نشان مي دهد كه افزودن بيش از 5 درصد وزني پودر سراميك، چگالي قطعات مركب حاصل را به شدت كاهش مي دهد. بررسي تصاوير حاصل از ريزساختار قطعات، نشان مي دهد در روش تراكم ديناميكي، عبور امواج تنش فشاري از ميان ستون پودر، باعث تغيير شكل پلاستيك آن ها و ايجاد اتصال بين ذره اي از نوع قفل شدگي مكانيكي در يك ساختار كاملاً يكنواخت مي گردد. علاوه بر اين، با استفاده از روش تحليل ابعادي و الگوريتم ژنتيك، يك رابطه رياضي جهت پيش بيني چگالي قطعات خالص توليدشده ارائه گرديده است. در اين روش پس از تشكيل اعداد بدون بعد بر مبناي روش تحليل ابعادي، اين اعداد به عنوان ورودي روش الگوريتم ژنتيك مورد استفاده قرار مي گيرند. مقايسه مقادير پيش بيني شده توسط اين رابطه با مقادير تجربي نشان مي دهد كه نتايج حاصل از اين مدل، از انطباق بسيار مناسبي با نتايج تجربي برخوردار هستند.

Experimental investigation and numerical modelling of dynamic loading effect on the density, strength and microstructure of the pure and composite parts fabricated from iron powder has been studied in the present paper. Experimental tests have been performed using drop hammer apparatus. Diametral compression test has been used to evaluate the strength of fabricated parts. Also, numerous micrographs have been provided using scanning electron microscopy to investigate the influence of impact loading on the microstructure of compacts. The obtained results show that with increasing compaction energy, density and strength of pure parts increase in three ranges of low, medium and high pressures with different rates. Also, the obtained results by compaction of iron powder with different ceramic powder contents under equal pressure reveal that adding more than 5 percent of ceramic content, sharply decreases the density of composite parts. Examination of graphs taken from the microstructure of compacts reveals that propagation of compressive stress waves through the powder column, causes plastic deformation of particles and forms mechanical inter-locking on a completely uniform structure. Furthermore, a mathematical expression has been presented using dimensional analysis along with genetic algorithm method to predict the values of density of produced pure parts. In this method, after constructing dimensionless numbers based on dimensional analysis approach, these numbers have been used as the inputs of genetic algorithm modelling method. Comparison of the values predicted by this equation with those obtained by experimental values, shows that the results obtained by this model, agree with experimental results surprisingly.