Microstructurally-based analysis and computational modeling of shock consolidation

Résumé
Les processus microstructuraux les plus importants dans la consolidation par ondes de choc sont identifiés et illustrés pour un alliage à base de nickel et une céramique (SiC). Les phénomènes suivants ont étés observés : vorticité, fusion des régions entre les poudres, et formation de vides. Plusieurs mécanismes de dissipation sont analisés : déformation plastique, frottement interparticulaire, énergie microcinétique, et création de défauts (dislocations et lacunes). Une équation analytique est developée pour l'énergie nécessaire pour consolider une poudre en fonction de la contrainte d'écoulement, taille de poudre, porosité, et température, pour une épaisseur donnée de la région de fusion sur la surface des poudres. Les résultats analytiques sont comparés aux solutions numériques obtenues au moyen de modélisation eulerienne par elements finis. Les limitations du compactage par ondes de choc sont presentées.

Abstract
The most important microstructural processes involved in shock consolidation are identified and illustrated for a nickel-based superalloy and silicon carbide. Interparticle melting, vorticity, voids, and particle fracture are observed. Various energy dissipation processes are identified and analyzed : plastic deformation, interparticle friction, microkinetic energy, defect generation. An analytical expression is proposed for the energy requirement to shock consolidate a powder as a function of strength, size, porosity, and temperature, based on a prescribed interparticle melting layer. These analytical results are compared to numerical solutions obtained by modeling the compaction of a discrete set of particles with an Eulerian finite element program. Based on the Analysis and computations, the inherent limitations of shock consolidation are identified and discussed.