بررسي عددي و تجربي فرآيند تراكم انفجاري پودر براي توليد قطعه كامپوزيتي Al-B4C

Numerical and Experimental Investigation of Explosive Powder Compaction Process for the Production of Composite Parts Al-B4C

تراكم انفجاري پودر يكي از روش‌هاي توسعه‌ يافته متالورژي پودر است كه با توجه به محدوديت هاي روش متالورژي پودر سنتي جهت شكل دهي مواد، توسعه‌ يافته است. در اين فرآيند به‌ منظور دست يابي به چگالي بالاتر به‌ جاي استفاده از نيروي پرس از انرژي آزاد شده‌ي انفجار يك ماده منفجره براي شكل دادن و تف جوشي همزمان پودر استفاده مي شود. تراكم انفجاري پودر با دو روش اصلي مستقيم و غيرمستقيم قابل انجام است. در اين مقاله ضمن معرفي روش هاي مختلف تراكم انفجاري پودر و پيشينه تحقيقات انجام‌ شده در اين زمينه، شبيه سازي آن به‌ منظور شكل دهي پودر Al-B4C با استفاده از نرم افزار Autodyn انجام‌ گرفته كه در آن با توجه به متقارن بودن ماهيت آزمايش مدل سازي به‌ صورت دو بعدي تقارن محوري صورت پذيرفت. از مدل ماده جانسون- كوك براي تعريف مواد استفاده‌ شده و اثر نسبت جرمي ماده منفجره به پودر و ضخامت لايه آب بر فشارهاي ايجاد شده در محيط پودر به صورت نمودارهاي فشار – زمان بررسي ‌شده است. نتايج نشان داد كه با افزايش نسبت ME / MP از 5/1 به 5/2، بيشينه فشار ايجاد شده در محيط پودر به ميزان 15% افزايش‌ مي يابد و با افزايش ضخامت لايه آب به مقدار 10ميلي متر، بيشينه فشار ايجادشده در محيط پودر به ميزان 31% كاهش مي يابد، كه هر دو اثر به خاطر وجود اتلاف انرژي توجيه شدند. در ادامه با استفاده از روش انفجاري ديسك هايي از پودر مذكور و با چگالي 99% چگالي تيوري توليد شد.

Explosive powder compaction is one of the developed methods of powder metallurgy that has been investigated due to the limitations of the traditional powder metallurgy. In the process in order to achieve higher density, instead of pressing force, the energy released by the explosion of an explosive is used to compact and sinter the powder simultaneously. Explosive powder compaction can be done by the two main methods, direct and indirect. In this paper, within the introduction of different methods of explosive powder compaction and the history of conducted researches, AUTODYN software has been used to simulate the forming procedure of the Al-B4C powder in which due to the symmetrical nature of the experiment, the modeling was conducted as a two-dimensional axial symmetry. Johnson -Cook model was used to define the materials and the effects of the mass ratio of explosion to powder and water layer thickness on the created pressures in the powder ambient was presented in pressure-time diagrams. The results showed that increasing the ratio of ME/MP from 1.5 to 2.5, increased the created pressure in the powder as much as 15% and increasing the thickness of the water layer to 10mm reduced the created pressure in the powder as much as 31%, that both effects were justified due to the dissipation of energy. Then, some discs were made from the mentioned powder by the explosive method, and their density was 99% of theoretical density.