Thermo-mechanical modelling and numerical simulation of sintering processes - Magalhães, Alexandre Manuel Ferreira (2014)
A metalurgia do pó é uma indústria vincada no fabrico de componentes de metal duro. Este tipo de indústria tem a característica de produzir peças de elevada complexidade através de pó metálico. Nos vários estágios que caracterizam a metalurgia do pó, dois são essenciais: o processo de compactação e o processo de sinterização. No processo de compactação, a preocupação está em produzir um corpo poroso, em que tenha as características mecânicas ideias para prosseguir para o estágio de sinterização. Assim, a compactação de pós metálicos pode ser simulada recorrendo a modelos contínuos elasto-plásticos adoptados da mecânica dos solos. Estes modelos são normalmente implementados em código de elementos finitos e são usados para investigar as propriedades mecânicas do pó durante a compactação. No presente estudo demonstra-se o comportamento do fluxo do pó metálico, um aglomerado de aço inóxidável, que é descrito pelo modelo modificado elasto-plástico Druker/Prager-Cap desenvolvido para aplicações em pó. O código de elementos finitos com o modelo Druker/Prager-Cap foi usado para modelar os estágios de compressão e descompressão da compactação do pó. Os parâmetros usados no modelo Druker/Prager-Cap foram obtidos da literatura. Este modelo foi implementado com a sub-rotina UVARM e a densidade relativa no final do estágio de compactação foi previsto. No estágio de sinterização, o objetivo principal é obter um corpo denso. Assim, foi implementado um modelo preciso no programa de simulação numérica que é necessário para representar o processo eficazmente. Os comportamentos de densificação e Creep do pó de aço inoxidável foi simulado e o modelo de material foi implementado conectando à sub-rotina Creep com o código de elementos finitos Abaqus. Esta abordagem é baseada em teorias contínuas de deformações de elásticas e viscosas não lineares de corpos porosos. A porosidade é atualizada durante a simulação. Crescimento de grão, gravidade, expansão térmica, ondutividade térmica e outros fatores heterogéneos são também considerados durante a simulação. Aplicação em modelo axissimétricos é feito e o resultado da simulação ao nível da contração volumétrica e a distribuição de densidades são discutidos.