Διαμόρφωση Κοκκωδών Υλικών με τη μέθοδο Powder in Tube και Έλαση Μορφής

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αναφέρεται στη μελέτη της έλασης μορφής κυλινδρικής διατομής όταν αυτή συνδυάζεται με τη μέθοδο “Powder-in-Tube”, των συνθηκών που επηρεάζουν αυτήν την κατεργασία διαμόρφωσης, της τελικής γεωμετρίας και μικροδομής των εξεταζόμενων δειγμάτων και του τρόπου μοντελοποίησής της. Αρχικά λοιπόν γίνεται παράθεση των κυριοτέρων χαρακτηριστικών και μηχανισμών της έλασης μορφής και στη συνέχεια δίνεται μια περιγραφή της μεθόδου PIT, που αποτελεί τεχνική της κονιομεταλλουργίας. Για να είναι η εργασία όσο το δυνατόν πληρέστερη, μελετώνται τα χαρακτηριστικά των αντιπροσωπευτικών υλικών (μέταλλα, κεραμικά, υπεραγωγοί) που χρησιμοποιήθηκαν και κυριότερα, οι εφαρμογές που έχουν στην βιομηχανία και την έρευνα. Από το τέταρτο κεφάλαιο αρχίζει η περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας, της προετοιμασίας και κατεργασίας των σκονών και των δοκιμίων και μια σύντομη αναφορά στις μεθόδους χαρακτηρισμού που χρησιμοποιήσαμε. Στη συνέχεια ακολουθεί η ανάλυση της μοντελοποίησης της κατεργασίας, παραθέτοντας τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και το πρόγραμμα προσομοίωσης LS-Dyna, των συνθηκών που χρησιμοποιήθηκαν και των προβλημάτων που παρουσιάστηκαν. Παρακάτω γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων για διάφορα μεγέθη που αφορούν την έλαση μορφής σε συνδυασμό με την τελική γεωμετρία και συγκρίνονται τα αποτελέσματα των αναπτυσσόμενων τάσεων από τα πειράματα και την προσομοίωση. Τέλος, για μια πιο ενδελεχή μελέτη της όλης κατεργασίας, ήταν απαραίτητο να γίνει χαρακτηρισμός των δειγμάτων, ώστε να παρατηρηθεί η μικροδομή του τελικού προϊόντος. Γι’ αυτό το λόγο έγινε μια αρχική παρατήρηση στο οπτικό μικροσκόπιο με κύριο γνώμονα την μελέτη της διεπιφάνειας μήτρας-σκόνης, στη συνέχεια πάρθηκαν φωτογραφίες και στοιχειομετρική ανάλυση από το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM) και το μικροαναλυτή στοιχείων (EDAX) με κριτήριο την προσεκτικότερη ανάλυση της σκόνης και τέλος μελετήθηκαν για την υπεραγώγιμη σκόνη μας (MgB2) η κρίσιμη θερμοκρασία υπεραγωγιμότητας (υπεραγώγιμες μετρήσεις) και τα κρυσταλλικά επίπεδα της δομής της μέσω τού Περιθλασιμέτρου Ακτίνων-Χ (XRD).

The present MsC Thesis is referring to the study of shape rolling (of cylindrical bars) when it is combined with the “Powder in Tube” technique, the factors that affect this deformation process, the final geometry and microstructure or the examinant items and the way of its computational modeling. At start, the main features and mechanisms of shape rolling are indicated and then, a description of the PIT method is given, which is a technique of Powder Metallurgy. In order to have a complete project, the characteristics of the representative materials (metal, ceramic, superconductors) which were used are given, focusing on the applications they have in industrial and research level. From the fourth chapter starts an outline of the experimental procedure, the preparation and manufacturing of the powders and the samples, without forgetting to mention the used methods of characterization. In continue follows the analysis of the simulation of the process, arraying the finite element method and the simulation program LS-Dyna, with the used factors and its malfunctions. At chapter six, we show the results of many parameters that concern shape rolling, in combination with the final geometry of the samples, while a comparison between the experimental and computational results is made. At the end, for a more constant study of the whole process, it was necessary to characterize the samples, so that we could examine the microstructure of the final products. For this reason, the surface interface between matrix-powder was studied with optical microscope, the powder was examined also under scanning electron microscope (SEM) and EDAX, while the MgB2 powder was further studied with superconductive measurements (critical temperature) and XRD.