粉末冶金原理考研试题库

粉末冶金原理考研试题库 名词解释 临界转速 机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落 时，筒体的转动速度 比表面积 单位质量或单位体积粉末具有的表面积（一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积） 二次颗粒 由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒 离解压 每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量 这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出 气相迁移 细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 真密度 颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。真密度实际上就是粉末的固体密度 似密度 又叫有效密度，颗粒质量用包括闭孔在内的颗粒体积去除得的 相对密度 粉末或压坯密度与对应材料理论密度的比值百分数 松装密度 粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内的粉末质量，单位为g/cm3 比形状因子 将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子 压坯密度 压坯质量与压坯体积的比值 相对体积 粉末体的相对密度（d=ρ/ρ理）的倒数称为相对体积，用β＝1/d表示 粒度分布 将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对粒径作图，即为粒度分布；（一定体积或一定重量（一定数量）粉末中各种粒径粉末体积（重量、数量）占粉末总量的百分数的表达称为粒度分布） 粉末加工硬化 金属粉末在研磨过程中由于晶格畸变和位错密度增加，导致粉末硬度增加，变形困难的现象称为加工硬化 雾化法 利用高速气流或高速液流将金属流(其它物质流)击碎制造粉末的方法 二流雾化 由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化 快速冷凝 将金属或合金的熔液快速冷却（冷却速度>105℃/s），保持高温相、获得性能奇异性能的粉末和合金（如非晶、准晶、微晶）的技术，是传统雾化技术的重要发展 假合金 两种或两种以上金属元素因不是根据相图规律、不经形成固溶体或化合物而构成的合金体系，假合金实际是混合物 保护气氛 为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系加入还原性气体或真空条件称为保护气氛 压制性 粉末压缩性与成形性的总称 成形性 粉末在经模压之后保持形状的能力，一般用压坯强度表示 压缩性 粉末在模具中被压缩的能力称为压缩性，一般用压坯密度表示 粉末粒度 一定质量（一定体积）或一定数量的粉末的平均颗粒尺寸成为粉末粒度 粉末流动性 50 克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末流动性。 临界转速 机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度； 孔隙度 粉体或压坯中孔隙体积与粉体表观体积或压坯体积之比； 标准筛 用筛 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 法测量粉末粒度时采用的一套按一定模数（根号 2 ）制备的金属网筛 弹性后效 粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象称作 单轴压制 在模压时，包括单向压制和双向压制，压力存在压制各向异性 密度等高线粉末压坯中具有相同密度的空间连线称为等高线，等高线将压坯分成具有不同密度的区域 混合 混合系指将不同成分的粉末混合均匀的过程 合批 具有相同化学成分，不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合批 雾化介质 雾化制粉时，用来冲击破碎金属流柱的高压液体或高压气体称为雾化介质 活化能 发生物理或化学反应时，形成中间络合物所需要的能量称为活化能 平衡常数 在某一温度、某一压力下，反应达到平衡时，生成物气体分压与反应物气体分 压之比称为平衡常数 电化当量 克当量与法拉第常数之比称为电化当量（这是表述点解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出） 闭孔隙 粉末颗粒中由质体包围、且不同外界连通的孔隙 比形状因子 粉末颗粒面积形状因子与体积形状因子之比称为比形状因子 气相迁移 细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 溶解析出 物质通过固溶性质，固相物质经由固溶进入液相，形成饱和固溶体后继而析出，进行物质迁移的过程 露点 在标准大气压下，气氛中水蒸汽开始凝结的温度，是其中水蒸汽与氢分压比的量度 烧结 烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。 烧结驱动力 烧结过程中驱使原子定向迁移的因素 热等静压 把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末体在等静高压容器内同时施以高温和高压，使粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程 冷等静压 室温下，利用高压流体静压力直接作用在弹性模套内的粉末体的压制方法 团粒 由单颗粒或二次颗粒依靠范德华力粘结而成的聚集颗粒 活化烧结 系指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。（采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结） 强化烧结 是泛指能够增加烧结速率，或能够强化烧结体性能（合金化或抑制晶粒长大）的所有烧结过程 还原终点 浮斯体还原成海绵铁和海绵铁开始渗碳过程之间的转折点 Ostwald熟化 由溶解-再析出过程造成的晶粒长大现象 挥发-沉积 氢中水分子与钨氧化物反应生成挥发性的水合物，WOX+H2O→WOX.nH2O(g)↑，气相中的钨氧化物被氢还原沉积在钨颗粒上，导致W颗粒长大 碳势 某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势 内摩擦 粉末颗粒之间的摩擦 外摩擦力 粉末颗粒与模具（阴模内壁、模冲、芯棒）之间的因相对运动而出现的摩擦 制粒 借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成一团粒，减小团粒间的摩擦力，大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积，增大运动单元的动力的过程 拱桥效应（搭桥）颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象 脱模压力 使压坯从模中脱出所需的压力，与坯件的弹性模量，残留应变量即弹性后效及其与模壁之间的摩擦系数直接相关 温压 系指粉末与模具被加热到较低温度（一般为150℃）下的刚模压制方法 注射成形技术 一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术，将粉末与热塑性材料均匀混合使成为具有良好流动性能（在一定温度下）的流态物质，而后把这种流态物在注射成形机上经过一定的温度和压力，注入模具内成形 挤压超前现象 在挤压筒的径向上，愈靠近模壁受阻力越大，愈接近中心受阻力愈小。结果中心部位的挤压物料的流动速度比外层挤压物料的流动速度快，这种现象称为超前现象 表面扩散 球表面层原子向颈部扩散。 蒸发-凝聚 表面层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。 体积扩散 借助于空位运动，原子等向颈部迁移。 粘性流动 非晶材料，在剪切应力作用下，产生粘性流动，物质向颈部迁移。 塑性流动 烧结温度接近物质熔点，当颈部的拉伸应力大于物质的屈服强度时，发生塑性变形，导致物质向颈部迁移。 晶界扩散 晶界为快速扩散通道。原子沿晶界向颈部迁移。 位错管道扩散 位错为非完整区域，原子易于沿此通道向颈部扩散，导致物质迁移。 单元系粉末烧结 纯金属、固定化学成分的化合物和均匀固溶体的粉末烧结体系，是一种简单形式的固相烧结。（单元系烧结是指纯金属或有固定化学成分的化合物或均匀固熔体在固态下的烧结，过程不出现新的组成物或新相，也不发生凝聚状态的改变（不出现液相），故也称为单相烧结） 多元系固相烧结 由两种以上的组元（元素、化合物、合金、固溶体）在固相线以下烧结的过程 液相烧结 烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程，即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结 瞬时液相烧结 在烧结中、初期存在液相，后期液相消失。烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结。 稳定液相烧结 烧结过程始终存在液相。 熔浸 多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。前期为固相烧结，后期为液相烧结。全致密假合金如W-Cu等。 超固相线液相烧结 液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程 马栾哥尼效应 溶质浓度的变化导致液体表面张力的不同，产生液相流动的现象 润湿性 液相对固相颗粒的表面润湿情况，由固、液相的表面张力（比表面能）γs 、γl以及两相的界面张力（界面能）γsl所决定 热压 又称为加热烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一点，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品 Orowan强化（位错绕过质点机制） 弥散质点导致基体中位错线产生一定程度的弯曲，阻碍位错运动。当位错线通过弥散质点以后，合金发生屈服 机械合金化 借助于机械和物理活化使基体与合金元素间的合金化和弥散粒子分布均匀 弥散强化 由于弥散质点的存在而导致材料强化的现象，实质是弥散质点阻碍基体中位错运动 纤维增强 将高强度和高模量的纤维加入到基体中，复合材料强度大幅度提高的现象 氢损值 金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素与氢生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测得试样粉末的相对质量损失，称为氢损。其值可用下式表示：（A—B）/（A—C）*100%，其中A-粉末试样（5g）加烧舟质量，B-氢中煅烧后残余物加烧舟质量，C-烧舟质量 蓝钨 蓝钨是不掺杂钨粉和掺杂钨粉生产的原料，经煅烧仲钨酸铵而制得，是一种无确定成分的化合物，可描述为（NH4）xHyWO3 水静压力 等静压制中的水作用在粉末体中，粉末体受到的各个方向上相等的压力 分析题 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。 答：重要优点： ①能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬质合金）； ②因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量少而节省材料； ③对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低,如齿轮产品。 重要缺点： ①由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低； ②由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造； ③规模效益比较小 （优点：材料利用率高，加工成本较低，节省劳动率，可以获得具有特殊性能的材料或产品， 缺点：由于产品中孔隙存在，与传统加工方法相比，材料性能较差 例子：铜 — 钨假合金制造，这是用传统方法不能获得的材料） 2 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率，为什么？试举例说明。（ 10 分） 解： 粉末冶金过程中是由模具压制成形过程提高材料利用率，因为模具设计接近最终产品 的尺寸，因此压坯往往与使用产品的尺寸很接近，材料加工量少，利用率高；例如，生产汽车齿轮时，如用机械方法制造，工序长，材料加工量大，而粉末冶金成形过程可利用模具成形粉末获得接近最终产品的形状与尺寸，与机械加工方法比较，加工量很小，节省了大量材料。 3 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？ 答：气体雾化制粉过程可分解为金属液流负压紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却凝固区等四个区域。其特点如下： 金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍，破坏了层流 状态，产生紊流； 原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区： 因高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破碎，成为微小金属液滴； 冷却区凝固区： 此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐球化。   4 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 答：采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是 ①可以获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。 ②采用蓝钨作为原料，蓝钨二次颗粒大，（一次颗粒小），在 H2 中挥发少，通过气相迁移长大的机会降低，获得 WO2 颗粒小；在一段还原获得 WO2 后，在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不明显，且产量高。 5、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌与松装密度之间的关系。 答： 松装密度是粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内的粉末质量，它是粉末的一个重要物理性能，也是粉末冶金过程中的重要工艺参数，粉末粒度、粉末形状及形貌对松装密度影响显著： ①粉末平均粒度越小，粉末形貌越复杂，粉末颗粒之间以及粉末表面留下空隙越大，松装密度越小； ②粉末平均粒度越小，粉末形貌越复杂，粉末颗粒之间的运动摩擦阻力越大，流动性越差，松装密度越小。 ③粉末质量（粉末颗粒中孔隙因素）越小、松装密度越小 ④在部分教大直径的粉末中加入少量较小粒径的粉末，构成一定粒度分布 , 有利于提高松装密度  6 、熔体粘度，扩散速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？ 提示： I = Io D 2 exp(-Q L /kT)exp{-W M /(T Δ T 2 )} 答： 1 ） 形核率是过冷度的函数，在一定过冷度内（形核控制区内），过冷度越大第二个指数项越大，形核速率增加；形核速率 I 与过冷度 Δ T 之间的关系如下，过冷度与形核速率为负指数关系， I = Io D 2 exp(-Q L /kT)exp{-W M /(T Δ T 2 )} 过冷度太大（扩散控制区内），原子排列时间不够，形核率降低 2 ）将上式变形 I/D 2 = Io exp(-Q L /kT)exp{-W M /(T Δ T 2 )} 晶粒直径与过冷度成正指数关系，增加过冷度，晶粒尺寸越小 3 ）通常地，过冷度越大，原子扩散速度越小，晶粒尺寸越小 4 ）通常地，温度越高，熔体黏度越小，过冷度大，溶体黏度变化梯度大，表面张力作用时间短，颗粒多呈不规则形状。    7 、气体雾化制粉过程中，有哪些因素控制粉末粒度？ 解 : 二流之间的夹角，夹角越大，雾化介质对金属流柱的冲击作用越强，得到的粉末越细； 采用液体雾化介质时，由于质量大于气体雾化介质，携带的能量大，得到的粉末越细； 金属流柱直径小，获得粉末粒度小； 金属温度越高，金属熔体黏度小，易于破碎，所得粉末细小；   介质压力大，冲击作用强，粉末越细 8 、用比表面吸附方法测试粉末粒度的基本原理是什么？ 解 : 粉末由于总表面积大，表面原子力场不平衡，对气体具有吸附作用，在液氮温区，物质对气体的吸附主要为物理性质的吸附（无化学反应），经数学处理，若知道吸附的总的气体体积，换算成气体的分子数，在除以一个气体分子的体积，即获得粉末的表面积，通常采用一克粉末进行测量，因此我们将一克质量粉末所具有的表面积定义为比表面积，当我们知道了总表面积数值后，可以假设粉末为球形，然后根据球当量直径与表面积的关系（形状因子），获得粉末平均粒径。为了尽量获得准确的测量数据，被吸附的气体通常是惰性气体。这样一种由测量一定质量粉末总表面积，然后计算粉末平均粒度的方法，就是通过测试粉末比表面积，计算粉末粒度的基本原理。 9、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点，并比较热压与热等静压的差别。 解： 单轴压制和等静压制的差别在于粉体的受力状态不同，一般单轴压制在刚模中完成，等静压制则在软模中进行；在单轴压制时，由于只是在单轴方向施加外力，模壁侧压力小于压制方向受力，因此应力状态各向异性，σ 1 》σ 2= σ 3 导致压坯中各处密度分布不均匀；等静压制时由于应力均匀来自各个方向，且通过水静压力进行，各方向压力大小相等，粉体中各处应力分布均匀，σ 1= σ 2= σ 3 因此压坯中各处的密度基本一致。 10 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。 解： 钨粉由氢气还原氧化钨粉的过程制得，还原过程中氧化物自高价向低价转变，最后还原成钨粉， WO3—WO2 — W ；其中还有 WO2 。 90—WO2 。 72 等氧化物形式。由于当温度高于 550 度时，氢气即可还原 WO3 ，由于当温度高于 700 度时，氢气即可还原 WO2 。因为在这种条件下水分子的氧离解压小于 WO3 ， WO2 离解压，水分子相对稳定， WO3 ， WO2 被还原，同时由于温度的作用，疏松粉末中还原产物容易经扩散排走，还原动力学条件满足，导致氧化钨被氢气还原； 由于 WO3 ，和 WO2 在含有水分子的氢气中具有较大的挥发压，而且还原温度越高，挥发压越大，进入气相中的氧化钨被还原后，沉降在以还原的钨粉颗粒上导致钨粉颗粒长大。粉末在高温区停留的时间长也会因原子迁移致使钨粉颗粒长大。氢气湿度大，导致 WO3 和 WO2 细颗粒进入气相，也是导致钨粉颗粒长大的重要因素。 11、碳直接还原氧化铁制备铁粉时热力学条件如图所示，说明图中各条曲线的含义，表明各相稳定存在区域并讨论氧化亚铁还原成铁粉的条件。 解： b 曲线： Fe3O4 被还原成 FeO 的反应平衡曲线； c 曲线： FeO 被还原成 Fe 的反应平衡曲线； d 曲线： Fe3O4 被还原成 Fe 的反应平衡曲线。 与 b 、c 相交的曲线为碳氧化反应的平衡曲线 在do，oc线以上Fe稳定存在；do，ob线以下部分Fe3O4稳定存在，在ob 、oc线之间FeO稳定存在；只有当温度高于碳的氧化反应平衡曲线与FeO被还原成Fe的反应平衡曲线的焦点温度时气相中的CO百分含量（浓度）才能使FeO被还原成Fe；即温度高于 680 o C，CO的百分含量超过61%。 12、固体碳还原铁粉时，气体平衡条件如图所示，分析图中各区域的含义，个线段含义和1、2、3、4、5、6点的含义。 答：固体碳还原平衡气相图有两部分叠加而成：固体碳气化反 应和氧化铁还原-氧化平衡反应。 固体碳气化反应在表示固体碳氧化形成CO和CO2的气相组成随温度变化的情况，氧化铁还原-氧化平衡反应指各种温度下反应平衡条件、对气氛组成的要求。图中的曲线对应的平衡状态，改变气体组成，或保持气体组成。改变温度，都会破坏平衡条件，结果是或氧化，或还原。……… 13 、什么是假合金，怎样才能获得假合金？ 解： 两种或两种以上金属元素因不经形成固溶体或化合物构成合金体系通称为假合金，是一种混合物； 假合金形成的条件是形成混合物之后两种物质之间的界面能，小于他们单独存在时的表面能之和，即 γ AB < γ A+ γ B 14 、为什么采用环缝形喷嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么办法可以解决这一问题 ？ 解： 当采用环缝形喷嘴时 , 由于锥型的气流形成密闭的空间 , 导致金属流柱下流受阻 , 而堵塞喷嘴 . 采用 v 型喷嘴可以解决这一问题。 15、化学反应活化能的意义是什么，并用图形表达？对于一级化学反应，如何计算活化能？ 答： 化学反应活化能指由反应物经化学反应成为生成物时，反应过程应经由中间络合物形成，再成为生成物。反应过程能位变化是：中间络合物能位高于生成物能位（内能），如果生成物能位高于反应物能位，则为吸热反应；如果生成物能位低于反应物能位，则为放热反应。对于吸热反应，提高温度有利于反应正向进行，反应平衡曲线下行；对于放热反应，提高温度不利于反应正向进行，反应平衡曲线上行。 一级化学反应的活化能可根据阿鲁尼乌斯方程计算。 a 吸热反应 b 放热反应 16、Fsss和BET方法都能测量粉末比表面积，为什么Fsss只能测得二次颗粒直径，而BET能测一次颗粒直径？ 答： BET方法是根据气体分子表面吸附总量，即气体吸附前后压力变化，来计算和测量粉末总表面积，然后根据表面积与颗粒（等效球形）换算后得到； Fsss测试原理是粉末体中空隙构成毛细管对气体分子阻力（压力降）来测得，毛细管孔壁可视为粉末外表面积，体中空隙构成毛细管为气体分子有效流经管道，一次颗粒间的间隙通常为开孔孔道，一端可能封闭，气体不能流通，因此该部分难以测试和计算在内。 17、雾化过程为何可以有效控制金属粉末显微结构，怎样才能获得球形度很好的金属粉末？ 答： 1） 雾化过程粉末冷却速度快，粉末成分来不及偏析，冷却的粉末可以保留均匀的成分结构。 2） 雾化过程粉末粒度可以控制，冷却过程结晶时枝晶生长尺寸非常有限，因此粉末结构比较均匀，同时调节雾化参数，可以控制颗粒大小、形状、冷却速率，金属粉末的显微结构也可以控制； 3） 雾化过程影响粉末球形度的主要因素有过冷度、冷却时间、金属溶液表面张力。过冷度大，冷却时间长，表面张力大，表面张力作用时间长，有利于获得球形度很好的粉末。 18、分析烧结时形成连通孔隙和闭孔隙的条件。 答： 开孔：Ps=Pv -γ/ρ Ps仅是表面张应力（-γ/ρ）中的一部分，因为气体压力Pv与表面张应力的符号相反。当孔隙与颗粒表面连通即开孔时，Pv可取1atm，只有当烧结颈ρ长大，表面张力减小到与Pv平衡时，烧结收缩停止 闭孔：Ps=Pv-2γ/r孔 r孔：孔隙半径 -2γ/r孔表示作用在孔隙表面使孔隙缩小的张应力。当孔隙收缩时，气体若来不及扩散出去，形成闭孔隙。如果张应力大于气体压力Pv，孔隙继续收缩。Pv大到超出表面张力时，隔离孔隙停止收缩 19、试推导烧结颈部处烧结驱动力。 答： 垂直于面ABCD的合力为,应力： σ是张力，效果为使烧结颈扩大 20、致密材料或高密度低孔隙材料的应力集中因子、断裂强度与裂纹尺寸之间是何种关系？ 答： 1） 应力集中因子与裂纹尺寸之间的关系： σ max=σ表观(1+2a/b) a：裂纹长半轴 b：裂纹短半轴 应力集中因子：I=（1+2a/b）=σ max/σ表观 2) 断裂强度与裂纹尺寸之间的关系： σf=（2γE/πa）1/2 γ：比表面能 E：弹性模量 a：裂纹尺寸 21、在哪些情况下需要向粉末中添加成形剂？为什么？ 答： （a）硬质粉末，由于粉末变形抗力很高，无法通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度，一般采用添加成形剂的方法以改善粉末成形性能，提高生坯强度，便于成形。橡胶、石蜡、PEG、PVA等。 （b）流动性差的粉末、细粉或轻粉（填充性能不好，自动成形不好，影响压件密度的均匀性）。添加成形剂能适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力。 22、在粉末刚性模压制过程中，通常存在哪两种摩擦力？哪种摩擦力会造成压坯密度分布？而在CIP中的情况又如何？ 答： 性模压制过程中，通常存在外摩擦力和内摩擦力，其中外摩擦力会造成压坯密度分布不均匀，CIP中不存在外摩擦力。 23、为什么作用在烧结颈表面的拉应力随着烧结过程的进行而降低？ 答： σ=-γ/ρ 作用在颈部的张应力指向颈外，导致烧结颈长大，孔隙体积收缩。与此同时，随着烧结过程的进行，烧结颈扩大，∣ρ∣的数值增大，烧结驱动力逐步减小。 24、比较羟基铁粉、还原铁粉、水雾化铁粉与气雾化铁粉的颗粒形状的球形度差异，简述其原因？ 答： 球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比称为球形度。它不仅表征了颗粒的对称性，而且与颗粒的表面粗糙程度有关。一般情况下，球形度均远小于1。球形度的倒数称粗糙度。颗粒表面有凹陷、缝隙和台阶等缺陷均使颗粒的实际表面积增大，这时粗糙度值也将增大。 羟基铁粉为球形颗粒，还原铁粉为多孔海绵状，水雾化铁粉为不规则形状，气雾化铁粉为近球形颗粒。 球形度：羟基铁粉>气雾化铁粉>水雾化铁粉>还原铁粉 25、在制备超细晶粒YG硬质合金中，为什么通过添加铬和钒的碳化物能够控制合金中硬质相晶粒的长大？ 答： 铬和钒的碳化物在液态钴相中溶解度大，能降低体系的共晶温度，并且抑制剂组元偏聚WC/Co界面，抑制WC晶粒的溶解和干扰液态钴相中的W,C原子在WC晶粒上的析出，从而阻止WC晶粒在烧结过程中的粗化。 26、简述温压技术能较大幅度提高铁基粉末冶金零件密度的机理？ 答： 1） 温压过程中，加工硬化的速度与程度降低，塑性变形充分进行，为颗粒重排提高协调性变形； 2） 采用新型润滑剂，降低粉末与模壁间、粉末颗粒间的摩擦，提高有效压制力，便于颗粒相互填充，有利于颗粒重排； 总之，温压技术能改善主导致密化机理的塑性变形和颗粒重排，故而能较大幅度提高铁基粉末冶金零件密度。 27、一个具有下图中的形状的粉末坯体，若采用整体下模冲结构会带来什么后果？为什么？如何改正模冲结构的设计？备注：两台阶均为圆柱形。 答： 采用整体下模冲结构导致两台阶圆柱压坯的密度分布不均匀。密度不同的连接处就会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。压坯密度的不均匀也将使烧结后的制品因收缩不一急剧变形而出现开裂或歪扭。 故为了使具有复杂形状的横截面不同的压坯密度 均匀，必须设计出不同动作的组合模冲，并且应使它们的压缩比相等。 28、比较下列粉末或粉末混合物中的压坯强度的高低，并分析其原因。 1）-200目电解铜粉，-200目铜粉+5%石墨粉，成形压力为400Mpa； 2）-80目还原Fe粉，-80目水雾化铁粉，-80水雾化铁粉+0.5%石墨粉末，成形压力500MPA； 3）-200目钼粉，-200目铜粉，-200目还原铁粉，成形压力为300Mpa。 答：1）后者的压坯强度较前者大。因为石墨碳粉的弹性模量比铜高，加入高模量组份的石墨碳粉后，压制时粉末结合强度大，故压坯强度高 2）还原铁粉为多孔海绵状，水雾化铁粉为不规则形状 3） 29、（粉末烧结钢的晶粒为什么比普通钢细小？）有一汽车制造商的质检部配合开发部拟用铁基粉末冶金零件取代原机加工45#钢件，对粉末冶金零件供应商按同材质提供的样件进行金相检验。质检人员发现粉末冶金件中的铁晶粒与原45#钢机加工件之间有无差异？为什么？ 答： 粉末冶金件中的铁晶粒比原45#钢机加工件的晶粒细小。 原因： 1） 粉末冶金件在烧结过程中，孔隙、夹杂物对晶界迁移的阻碍； a、 孔隙的存在阻止晶界的迁移。粉末颗粒的原始边界随着烧结过程的进行一般发展成晶界。而烧结坯中的大量孔隙大都与晶界相连接，会对晶界迁移施加了阻碍作用 b、 粉末中的夹杂物也对晶粒长大施加一定的阻碍作用。这些夹杂物包括硅酸盐和金属的氧化物。其对晶界迁移的阻碍作用大于孔隙。因为孔隙随着烧结过程的进行可减弱或消失。而夹杂物一般难以消除（若夹杂物在烧结过程中稳定时） 2） 烧结温度低于铸造温度； 因而，粉末烧结材料的晶粒一般较普通钢细小。 30、哪些因素影响粉末显微硬度？对于还原铁粉如何降低其显微硬度？ 答： 粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度。原子间的结合力越低、加工硬化程度越低、粉末纯度越高，显微硬度越低。 还原铁粉颗粒的显微硬度可采用适当的退火工艺来消除加工硬化、降低其中氧、碳含量，达到降低颗粒显微硬度的目的。 31、某公司采用还原铁粉作主要原料制造材质为Fe-2Cu-1C的一零件，粉末中添加了0.7%的硬脂酸锌做润滑剂，在吨位为100吨的压机上成形，在压制后发现零件的压坯密度偏低。在不改变装备的情况下，该公司的技术人员最终解决了压坯密度偏低的问题。请问其可能采取了什么技术措施？为什么？ 答： 1）压制前 ，将还原铁粉进行还原退火处理。刚生产的还原铁粉有加工硬化，且氧碳含量相对较高，影响粉末压缩性。故进行还原退火，消除粉末加工硬化，减少杂质含量，降低氧碳含量，提高粉末总铁量，有利于提高粉末压缩性，进而提高压坯密度。 2）改善粉末流动性，提高模具的光洁度和硬度。 32、某金属粉末公司采用气体雾化法在制造铝粉时，发现粉末粒度及其分布符号用户要求，而松装密度偏低。请分析其原因。并提出大致的改正技术思路。 答： 松装密度受粉末颗粒的形状、颗粒的密度及表面状态（粗糙程度，决定了颗粒之间的摩擦力）、粉末的粒度及其组成及粉末的干湿程度等的影响。 现粉末粒度及其分布符号用户要求而松装密度偏低，有可能是气体雾化过程中没能很好的控制雾化参数，影响了球形铝粉的形成，进而使松装密度偏低 改正技术： a、 提高金属流表面张力、降低金属流粘度。表面张力大，得球形粉；粘度小得球形粉，表面张力克服粘度作用使粉末球化。 b、 增加过热度及表面张力作用时间。过热度大，温度增加，表面张力作用时间长，冷却时得球形粉 33、选择成形方法时需要考虑的基本问题有哪些？ 答： 1）几何尺寸、形状复杂程度 2）性能要求（力学、物理性能及几何精度、材质体系） 3）制造成本（结合批量、效率）。 34、液相烧结的三个基本条件是什么？它们对液相烧结致密化的贡献是如何体现的？ 答： 三个基本条件：液相必须润湿固相颗粒、固相在液相中具有有限的溶解度、液相数量 1） 液相必须润湿固相颗粒，这是液相烧结得以进行的前提。液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界，促进致密化 2） 有限的溶解可改善润湿性，增加了固相物质迁移通道，加速烧结；并且颗粒表面突出部位的化学位较高产生优先溶解，通过扩散和液相流动在颗粒凹陷处析出，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力，促进致密化 3） 在一般情况下，液相数量的增加有利于液相均匀地包覆固相颗粒，为颗粒重排列提供足够的空间和致密化创造条件。 35、什么是松装密度？其高低主要取决于哪些因素？ 答： 松装密度是指粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内粉末质量。 a、粒度：粒度小，流动性差，松装密度小 b、颗粒形状：形状复杂 松装密度小 粉末形状影响松装密度，从大到小排列： 球形粉＞类球形＞不规则形＞树枝形 c、表面粗糙，摩擦阻力大，松装密度小 d、粒度分布：细分比率增加，松装密度减小; 粗粉中加入适量的细粉，松装密度增大;如球形不锈钢粉 e、粉末经过适当球磨和氧化之后，松装密度提高 f、粉末潮湿，松装密度提高 g．颗粒密度：颗粒密度大，自动填充能力强，松装密度大 36、在金属粉末注射成形过程中，为什么必须采用细粉末作原料？（或用细粉末作原料具有哪些技术上的优越性？）通常采用哪两种基本的脱脂方法？ 答： 1） 颗粒细小，比表面积大，表面能越高，能提高粉末烧结驱动力； 2） 颗粒细化，颗粒间的联结力提高，提高脱脂后坯体的强度； 3） 细颗粒阻力大，融体与粘结剂在流动中不易分离，便于混练与注射。 通常采用热脱脂和溶剂脱脂。先采用溶剂脱脂在注射坯体中形成开孔隙网络，为后续热脱脂的分解产物的排出提供物质传输通道，↓分解产物可能形成的内压和造成脱脂缺陷的机会，↑脱脂速度。 37、对于一多台阶的粉末冶金零件，设计压模是应注意哪两个问题？ 答： 1） 组合模冲，2）恒压缩比。 在压制横截面不同的多台阶的压坯时，必须保证整个压坯内的密度相同，否则在脱模过程中，密度不同的连接处就会由于应力的重新分布而产生断裂或分层。压坯密度的不均匀也将使烧结后的制品因收缩不一急剧变形而出现开裂或歪扭。 故为了使具有复杂形状的横截面不同的压坯密度均匀，必须设计出不同动作的组合模冲，并且应使它们的压缩比相等。 38、表面迁移包括哪些烧结机构？当烧结进行到一定程度，孔隙产生封闭后，它们起何作用？ 答： 1）表面扩散：球表面层原子向颈部扩散。 2）蒸发-凝聚：表面层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。 孔隙产生封闭后，表面扩散只能促进孔隙表面光滑，导致孔隙球化。蒸发-凝聚也对孔隙的球化也起作用。 39、分析模压时产生压坯密度分布不均匀的原因。 答： 刚模压制时，由于粉末颗粒与模具（阴模内壁、模冲、芯棒）之间的因相对运动而出现的摩擦力的作用，消耗有效外压，造成在压坯高度方向压力降和在压制面上的压力再分布，因此造成压坯的各处密度不均匀。 40、根据粉末成形性与压缩性的影响因素，提出获得成形性能优异而压缩性高的金属粉末的技术措施？ 答： 为了制取高压缩性与良好成形性的金属粉末，除设法提高其纯度和适当的粒度组成以外，表面适度粗糙的近球形粉末是一重要技术途径。 41、简述RZ工艺（制雾化铁粉的工艺）设计的依据。 答： 1） 采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔体温度保持在1300-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。 2） 高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势；同时，碳与氧在后续高温还原时具有脱氧作用，为焖火处理创造条件。 3） 利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化（Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2），同时破碎及CO2微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸，并且高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。三者都有利于降低雾化铁粉的松比，改善粉末的成形性能。 42、简述在目前材料技术中获得纳米晶材料十分困难的原因。 答： 制备纳米晶材料关键是在保持块体材料呈现纳米晶结构，而又能获得全致密化。 1)从烧结热力学角度，纳米粉体具有极大的表面能，既为烧结过程中的全致密化提供驱动力，也为晶粒长大提供驱动力； 2)从烧结动力学角度，烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n，由于纳米粉末颗粒的a值很小，达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。纳米粉末具有本征的偏离平衡态的亚稳结构，热激活过程导致纳米结构不稳定。 所以，获得纳米晶材料十分困难 43、从烧结驱动力的角度，分析纳米粉末烧结活性极好的原因。 答： 1）烧结热力学： 具有巨大的表面能，为烧结过程提供很高的烧结驱动力，使烧结过程加快 2）烧结动力学： 由烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n，纳米粉末颗粒的a值很小，达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。 故纳米粉末烧结活性很高 44、分析氧化铝弥散强化铜复合材料在高温（如850°C）具有高硬度的原因。 答： 氧化铝弥散强化铜复合材料显微结构稳定（亚结构稳定，再结晶温度高）：在高温下，晶内弥散质点阻碍位错亚结构中位错逃逸，并且晶界上的弥散质点阻碍晶界迁移，因此在高温下材料硬度高 45、为什么在模压坯件中出现密度分布？产生密度分布有什么主要危害？ 答： 原因： 刚模压制时，由于粉末颗粒与模具（阴模内壁、模冲、芯棒）之间的因相对运动而出现的摩擦力的作用，消耗有效外压，造成在压坯高度方向压力降和在压制面上的压力再分布，因此造成压坯的各处密度不均匀。 危害： a、不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角等； b、烧结收缩不均匀，导致变形； c、限制拱压产品的形状和高度。 46、影响粉末流动性的因素有哪些？如果一种粉末的流动性较差，对粉末冶金零部件的后续加工带来什么危害? 答： 影响因素： a、形状复杂，表面粗糙，颗粒间的相互摩擦和咬合阻碍它们相互移动，流动性差； b、理论密度增加，比重大，流动性增加； c、粒度组成，细粉增加 ，流动性下降。 危害： 流动性差的粉末，压制时粉末填充模腔的均匀性差，造成压坯的各处密度不均匀，使零件不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角等；并且烧结收缩不均匀，导致变形； 47、根据钨粉粒度长大机理，如何从工艺设计上获得细颗粒钨粉？ 答： 采用两阶段还原法： 第一阶段还原（WO3—WO2）时， 颗粒长大严重，应在较低温度下进行； 第二阶段还原（WO2 — W）时，颗粒长大趋势较第一阶段小，故可在更高的温度下进行。 48、粉末压坯强度的影响因素有哪些？分别以硬质合金和铁基粉末冶金零件为例，可采取哪些技术措施如何提高坯件强度？ 答： 1）影响因素： 颗粒间的结合强度（机械啮合）和接触面积 颗粒间的结合强度： a.颗粒表面的粗糙度 b.颗粒形状 粉末颗粒形状越复杂，表面越粗糙，则粉末颗粒之间彼此啮合的越紧密，压坯强度越高。 c.颗粒表面洁净程度 d.压制压力：压力提高，结合强度提高（与变形度有关） e.颗粒的塑性（与结合面积有关） f.硬脂酸锌及成形剂添加与否 g.高模量组份的含量：含量高，结合强度大 颗粒间接触面积：即颗粒间的邻接度 颗粒的显微硬度、粒度组成、压制时颗粒间的相互填充程度，进而提高接触面积；压制压力：压力大，塑性变形大，S提高；颗粒形状：复杂，结合强度提高，但S降低 49、为什么说温压技术是传统模压技术的发展与延伸？ 答： 温压：系指粉末与模具被加热到较低温度（一般为150℃）下的刚模压制方法。 a、除粉末与模具需加热以外，与常规模压几乎相同； b、温压与粉末热压完全不同，温压的加热温度远低于热压（高于主要组分的再结晶温度）； c、温压保持了传统模压的高效、高精度优势，而且被压制的粉末冶金零部件的尺寸精度很高，表面光洁； d、提高了铁基零部件的性能和服役可靠性，拓宽了部件的应用范围； 故说温压技术是是传统模压技术的发展与延伸。 50、分析在YG硬质合金生产过程中，允许合金中碳含量可在WC的化学计量附近波动的原因。（金中碳含量可在一定范围内偏离WC的化学计量而不致引起合金强度的大幅度降低的原因） 答： WC的理论碳含量为6.12%。若化合碳的含量低于这一数值，则在硬质合金中形成脆性相-η相；若高于这一数值则会生成游离石墨。这二者都是硬质合金的结构缺陷，导致硬质合金强度的大幅度下降。但当合金中碳含量在6.05-6.2%范围内波动时，合金强度变化不大。 1）添加了晶粒长大抑制剂TaC、VC、Cr2C3等，以其化合物（或相应氧化物）粉末形式添加到W粉、碳黑混合物中 2）杂质元素（Ca、Mg、Si等）的氧化物与碳反应 51、分析温度液相烧结三个条件的必要性。 答： 1)液相必须润湿固相颗粒，这是液相烧结得以进行的前提（否则产生反烧结现象）。即烧结体系需满足方程γS=γSL+γLCOSθ(θ为润湿角),并且需满足的润湿条件是θ<90； 2）固相在液相中具有有限的溶解度。有限的溶解，可改善润湿性、增加液相的数量，并且发生马栾哥尼效应有利于液相迁移，同时增加了固相物质迁移通道，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力； 3）液相数量：在一般情况下，液相数量的增加有利于液相均匀地包覆固相颗粒，为颗粒重排列提供足够的空间和致密化创造条件。同时，也可减小固相颗粒间的接触机会。 52、比较经粉末热压制造的Cu、Cu-2%Al2O3（体积）、Cu（0.5Al）-2%Al2O3（体积）三种棒材在室温、800°C时的硬度和室温导电性能的差异，并简述其原因。 答： 53、有一铁基粉末冶金齿轮在成形后一端出现了掉边、掉角现象，请提出相应的解决这一技术问题的方法。 答： 成形后一端出现了掉边、掉角现象，主要是由于压坯的密度分布不均匀，导致不能正常实现成形。 采用温压技术：低的脱模压力，高的压坯强度，弹性后效小，密度分布均匀。 54、什么是弹性后效？其主要影响因素有哪些？ 答： 当压力去除之后和将压坯脱拱之后，由于内应力作用，压坯产生的膨胀现象称为弹性后效。 弹性后效的大小取决于残留应力的高低，主要影响因素： a.压制压力：压制压力高，弹性内应力高 b.粉末颗粒的弹性模量：弹性模量越高，弹性后效越大 c.粉末粒度组成：越合理，产生的弹性应力越小；粒度小，弹性后效大 d.颗粒形状：形状复杂，弹性应力大，弹性后效大 e.颗粒表面氧化膜 f.粉末混合物的成份（如石墨含量） A．Fe-2Cu B、Fe-2Cu-0.8C B的弹性后效明显，因为C的模量很高 55、比较活化烧结与强化烧结的异同。 答： 活化烧结：系指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。（采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结） 强化烧结：是泛指能够增加烧结速率，或能够强化烧结体性能（合金化或抑制晶粒长大）的所有烧结过程 同：目的相同 异：途径（定义） 56、工业上用于大批量制造铁基粉末冶金零部件的铁粉包括哪两类？它们在制造零部件时各有什么优缺点？ 答： 还原铁粉和雾化铁粉。 还原铁粉： 低的成本，为制造大量价质优价廉的中低密度铁基粉末冶金零部件创造条件； 颗粒形状复杂，粉末成形性能好，便于制造形状复杂或薄壁类零部件； 粉末烧结活性好； 但粉末纯度、压缩性较低。 雾化铁粉有分为气体雾化铁粉和水雾化铁粉： 气体雾化铁粉：为近球形粉末，颗粒表面粗糙，粉末的成形性能较好 水雾化铁粉：为不规则粉末，颗粒表面粗糙，氧含量较低、压缩性较好 57、表面迁移包括哪两种？请利用双球模型图示说明。 答： 表面迁移包括： 表面扩散：球表面层原子向颈部扩散。 蒸发-凝聚：表面层原子向空间蒸发，借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散，沉积在颈部。 58、粉末冶金用铜粉可采用哪些方法制备？比较这些铜粉在性能上的差异。 答： 水溶液电解法制铜粉：粉末纯度高，粉末形状多为树枝状，成形性很好，压缩性较差。 气体还原法制铜粉：粉末纯度高，多孔海绵状，成形性好 气体雾化法制铜粉：为近球形粉末，颗粒表面粗糙，粉末的成形性能较好 水雾化法制铜粉：为不规则粉末，颗粒表面粗糙，氧含量较低、压缩性较好 59、液相烧结包括哪几种形式？ 答： 瞬时液相烧结：在烧结中、初期存在液相，后期液相消失。烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结。 稳定液相烧结：烧结过程始终存在液相。 熔浸：多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。前期为固相烧结，后期为液相烧结。全致密假合金如W-Cu等。 超固相线液相烧结：液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程。 60、对于刚性模压制，粉末混合物中通常要添加哪两类辅助物质？为什么？ 答： 通常要添加成形剂和润滑剂。 原因： 1）对于硬质粉末，由于粉末变形抗力很高，无法通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的强度，一般采用添加成形剂的方法以改善粉末成形性能，提高生坯强度，便于成形； 2）流动性差的粉末、细粉或轻粉（填充性能不好，自动成形不好，影响压件密度的均匀性）。添加成形剂能适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力； 3）粉末颗粒与模壁间的摩擦导致压坯密度分布不均匀和影响被压制工件的表面质量，降低模具的使用寿命，故要添加润滑剂减小粉末与模壁间和粉末颗粒间的摩擦。 61、以金属氧化物为原料制取金属粉末时，选用还原剂应满足什么要求？ 答： 还原剂应满足： a.△GMeO>△GXO；或 ΔZ xo < ΔZmeo 或 PO2(XO) < PO2(MO)（金属氧化物的离解压大于还原剂的氧化产物的离解压） b.还原剂的氧化产物和还原剂本身的组份不污染被还原金属或易被分离。 62、现有两个分别经单向压制和双向压制的圆柱形（直径为20mm，高度为25mm）WC-10Co 粉末坯件，请用图示比较两者之间在外形方面的差异，并分析其原因。 答： 单向压制：一端外表光滑明亮，另一端则比较暗淡； 双向压制：两端都光滑明亮，中间则比较暗淡。 原因： 单向压制，由于外摩擦压力损失致使压坯密度分布不均匀，上端有效压制压力大、密度大，下端有效压制压力小、密度小； 双向压制时，两端有效压制压力大、密度高，中间有效压制压力相对小、密度较两端低。并且压坯密度分布较单向压制的均匀。 63、热等静压用模套材料包括哪三大类？ 答：金属、陶瓷、玻璃 64、采用钢模单向压制一根尺寸为φ50*100mmYG10合金的粉末压坯，并在合适的工艺条件下烧结。请画出其最终轮廓的大致外形（标出加压方向，但不必标注其具体尺寸）。为什么？若要得到尺寸较均一的烧结棒材，可采用什么成形技术实现？ 答： 第一种情况： 第二种情况： 密度分布均匀，烧结尺寸变化均匀 有压制压力损失，上下端密度分布不均匀。烧结时，上层密度高收缩小，下层密度低收缩大，故上宽下窄 可采用冷等静压（CIP）技术：消除了粉末与模套之间的外摩擦，密度分布均匀，压制压力降低。 65、根据您已掌握的烧结机构，哪些对粉末压坯致密化有贡献？哪些有利于孔隙球化？ 答： 致密化：粘性流动、体积扩散、晶界扩散、塑性流动、表面扩散（烧结早期） 球化：表面扩散（后期）、蒸发-凝聚 66、互不溶二元系（A-B）粉末烧结时必须满足什么热力学条件？ 答： 1）互不溶系的烧结服从不等式：γAB<γA ＋γB，即A-B的比界面能必须小于A、B单独存在的比表面能之和； 2）在满足上式的前提下，如果γAB>|γA －γB|，在两组元的颗粒间形成烧结颈的同时，它们可互相靠拢至某一临界值；如果γAB<|γA －γB|，则开始时通过表面扩散，比表面能低的组元覆盖在另一组元的颗粒表面，然后同单元系烧结一样，在类似复合粉末的颗粒间形成烧结颈。不论是上述中的哪种情况，只有γAB越小，烧结的动力就越大。 67、烧结气氛的两个作用是什么？ 答： 1）保护功能：控制烧结体与环境之间的化学反应，如氧化和脱碳， 2）净化功能：及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物。 68、有一个经单向压制的铁基（Fe-0.5C）圆柱形粉末压坯，在氮基气氛中于1120°C烧结40分钟，请画出烧结后坯件的大致外形，简述其原因。 答： 原因：单向压制，由于外摩擦压力损失致使压坯密度分布不均匀，上端密度大、弹性后效大，下端密度小、弹性后效小。在烧结过程中，由于密度大的收缩小，密度小的收缩大。故出现上端宽、下端窄的形状。 69、W-7Ni-3Fe，WC-Co和Fe-20Cu经液相烧结后，其中高熔点相晶粒的大致形状是什么？试分析其原因。 答： W-7Ni-3Fe重合金：W晶体以金属键和离子结合，具有一定的方向性，高能晶面优先沉积机率↑，→卵形。 WC-Co合金：WC晶体以共价键和离子键结合，具有极强的方向性，析出在特定的晶面进行，→多边形。 Fe-20Cu：Fe为金属晶体，晶面能接近各向同性，各个方向上的析出时机率几乎相同，→近球形。 70、快速冷凝技术主要技术特点 答： 主要技术特点是： a.基本消除了合金成份偏析，提高合金元素和相在基体中的分布均匀性； b.提高合金元素的固溶度； c.可得到许多非平衡相或材料，包括非晶、准晶、微晶粉末。经固结后，这些材料具有奇特的力学、物理和化学性能； d.可抑制有害相的形成。如在Al-Fe合金中，针状的化合物转变为弥散相，大幅度改善合金的力学和耐热性能。 71、在模具设计合理下，如何制造形状复杂的零部件？ 答： 1） 采用合适粒度组成和表面较粗糙的近球形粉末——高的压坯强度 2） 采用温压技术：a、低的脱模压力 b、高压坯密度和强度 c、弹性后效小 d、密度分布均匀 72、HIP与HP性能比较。（HIP优越） 答： a、 HIP比HP密度高 b、 HIP（0.5Tm）比HP（0.7Tm）温度低 c、 晶粒更细小（粉末高速钢） d、 有利于制备Tm相差悬殊的层叠复合材料 e、 压制压力更高 73、巴尔申压制方程的三个基本假设是什么？ 答： 1）将粉末体视为弹性体：运用虎克定律于压制方程 2）不考虑粉末的加工硬化 3）忽略模壁摩擦。 74、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点。 答： 单轴压制和等静压制的差别在于粉体的受力状态不同，一般单轴压制在刚模中完成，等静压制则在软膜中进行；在单轴压制，由于只是在单轴方向施加外力，模壁侧压力小于压制方向受力，因此应力状态各向异性，σ1》σ2=σ3导致压坯中各处密度分布不均匀；等静压制时由于应力来自各个方向，且通过水等静压力进行，各方向压力大小相等，粉体中各处应力分布均匀，σ1=σ2=σ3，因此压坯中各处的密度基本一致 75、作图并推动巴尔申压制方程。 答： 圆柱压坯 高度H 截面积A，实际粉末实际的接触面积为AH ； 当P压力时，对应高度H,再加dP压力时高度为H-dh 完成压制时，H= H0， P=P0 根据古典力学，弹性压缩服从虎克定律： dh并非应变，而是绝对变形量，应用于粉末压制 AH为粉末颗粒部分，排除孔隙部分 应变： k，k‘都与L0或H0相关 当压力p 增大，AH增大，颗粒接触面积增大。 没有加工硬化—材料硬度不变 屈服强度为恒定(假设) L为压制模数 假设条件：无加工硬化，弹性体，无摩擦 76、作图并建立烧结时原子体积扩散迁移机构的动力学方程。 答： 烧结颈长大是颈表面附近的空位向球体内扩散，球内部原子向颈部迁移的结果。颈长大的连续方程：dv/dt=Jv.A.Ω Jv=单位时间内通过颈的单位面积空位个数，即空位流速率。 A=扩散断面积 Ω=一个空位的体积 由Fick第一定律 Jv=Dvˊ.▽Cv= Dvˊ.△Cv/ρ Dv‘=空位扩散系数（个数） 若用体积表示原子扩散系数，即Dv=Dv‘Cvo=Dvo.exp(-Q/RT) dv/dt=A Dv‘.Ω.△Cv/ρ 其中A=(2πX).(2ρ)；V=πX2.2ρ；ρ=X2/2a →x5/a2=20DvγΩ/KT.t Kingery-Berge方程：ρ=X2/4a x5/a2=80DvγΩ/KT.t 77、讨论固相烧结后期，孔隙为什么会球化，小孔隙为什么会消失？ 答： 固相烧结后期，形成大量的隔离的闭孔隙。通过表面扩散和蒸发凝聚，孔隙中凸部位的物质迁移到凹部位，促进孔隙表面光滑，从而使孔隙球化 由于体积扩散，空位的内孔隙向颗粒表面扩散以及空位由小孔隙向大孔隙扩散，烧结体发生收缩，小孔隙不断消失 计算题 1 、机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为200微米的粉末研磨至100微米需要5个小时，问进一步将粉末粒度减少至50微米，需要多少小时？提示W=g（Dfa-Dia ），a=-2 解： W=g（Dexpa） 根据已知条件 初始研磨所做的功W1=g（Dfa-Dia）=9.8（100-2-200-2）, 进一步研磨所做的功W2=g（Dfa-Dia）=9.8（50-2-100-2） W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)= 20 小时 2 、 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为300微米的粉末研磨至110微米需要8个小时，问进一步将粉末粒度减少至75微米，需要多少小时？ 提示W=g（Dfa-Dia），a=-2 解： 根据已知条件 W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 110-2-300-2 ） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 75-2-110-2 ）进一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)=11 小时 3 、在低压气体雾化制材时，直径1mm的颗粒，需要行走10米和花去4秒钟进行固化，那么在同样条件下，100μm粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。 解： 固化时间： t = Dρm{Cpln(Tm-To/Ts-To)+ΔH/Ts-To}/6β 简化成 t = K D 并令 K= ρ m {Cpln(Tm-To/Ts-To) + Δ H/Ts-To}/6 β , 假设重力的作用很小时 , 有 4/X=1000K/100K X=0.4 秒 S=1 米   4 、相同外径球型镍粉末沉降分析，设一种为直径 100 微米实心颗粒，一种为有内径为 60 的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间（沉降速度）， D 理 =8.1. 解： v=h/t=gd 2 ( ρ 1 - ρ 2 )/(18 η ) h/t=gd 2 ( ρ 1 - ρ 2 )/(18 η ) t=h/gd 2 ( ρ 1 - ρ 2 )/(18 η ) 求得 t1（空心）=31 秒， t2（实心）=23 秒 5 、 经氢气还原氧化铁制备还原铁粉： FeO+H2=Fe+H2O 平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。 解 : T= 773 LgKp=-1000/773+0.5=-0.8, Kp=PH 2 O/PH 2 = T =873 LgKp=-1000/873+0.5=-0.65, Kp=PH 2 O/PH 2 = T =973 LgKp=-1000/973+0.5=-0.53, Kp=PH 2 O/PH 2 = 计算表明 , 温度月高 , 平衡常数值越大 ( 正 ), 说明随还原温度提高 , 气氛中的 H2O 比例可越大 , 氢气中水蒸气含量提高 , 提高温度有利于还原进行。 6 、 氧化钨氢还原方法制备还原钨粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常数： LgKp=-3225/T+1.65, Kp=P H2O /P H2 讨论还原温度分别为 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 10 分） 解： T= 973 LgKp=--3225/973+1.65=-1.66, Kp=PH2O/PH2 =0.022 T =1073 LgKp=--3225/1073+1.65=--1.36, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.044 T =1173 LgKp=--3225/1173+1.65=-1.11, Kp=PH 2 O/PH 2 =0.078 计算表明,温度越高,平衡常数值越大(正),说明随还原温度提高,气氛中的H2O比例可越大,氢气中水蒸气含量提高,提高温度有利于还原进行。 7 、若用镍离子浓度为24克/每升（g/L）的硝酸镍溶液作为电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？假设 K=0.80 解 : 镍离子浓度为24克/每升（g/L）时等于24/58.71=0.41mol/L, 既 c=0.41mol/L, 并已知 K=0.80 由 i=Kc, I=0.80 x 0.41=0.33 A/cm2 =33A/dm2 至少需要电流密度等于 33A/dm2 才能够获得松散粉末 . 8、单向压制，压坯1/2处高度压力和压坯底部单位压力计算，压坯高度40mm,直径40mm，单位压制压力2000Mpa。μ*ξ=0.25 解： 由P’=P·e-μξ·4H/D： P1/2H=2000*e-0.25*4*20/40=2000*e-1/2=1213.1 Mpa PH=2000*e-0.25*4*40/40=2000*e-1=735.8 Mpa 9 、一压坯高度是直径的三倍，压力自上而下单向压制，在压坯三分之二高度处压力只有压坯顶部压力的四分之三，求压制压力为 500Mpa 时，压坯三分之一高度和压坯低部的压制压力？ 解： 根据已知条件，在 h=2/3H 时， P2=3/4P1 ，计算得 EXP （ -Q1 ） =3/4 h=1/3H 时， P3=P1EXP （ -Q2 ） =281 。 25Mpa 在压坯底部压制压力 P=210 。 94MPa 10、在气体雾化制材时，若制备粒径为100um的铜粉，计算需要多大雾化介质速度。已知气体介质密度：gs2/cm4，表面张力：100000N/cm。 解： 根据 V=（Dγ/dρη）1/2 D=14,第二临界速度即形成粉末颗粒速度 γ：金属流表面张力 ρ：气体介质密度 d：粒径 η：融铜粘度 求得：V=723m/s 11、一个密度为9.3g/cm3、A-B50（数字表示材料的质量百分数）的粉末压坯，请计算该压坯中的孔隙度。 注：1）精确到小数点后一位；2）物质A的理论密度=10g/cm3，物质B的理论密度=20g/cm3 解： 理论密度ρm =1/ΣMi/（ρm）i i=1—n（组分数）或代表i组分 Mi为质量分数 ρm=1/（50%/10+50%/20）=13.3 g/cm3 孔隙度：θ=1—ρ/ρm=1-9.3/13.3=0.301=30.1% 12、当保护气体压力为一个大气压时，表面张力为0.25N，求烧结体中尺寸不再发生变化时的孔隙直径。 解： P =Pv-2γ/r 当P=0时，烧结体中尺寸不再发生变化 Pv=2γ/r r=2γ/ Pv=2*0.25/105=5*10-6m=5μm d=2r=10μm 13、已知粉末材料弹性模量等于0.2Gpa，裂纹尺寸等于2微米，求粉末粒径为10微米时的破碎应力δ。 解： δ=[2*0.2*10-6*2*10-6/（10*10-6）]1/2=282.84Pa 材化06级粉末冶金原理 期末试卷 初三化学期末试卷答案小学一年级科学上册五年级下数学期末试卷七年级数学期末试卷四年级上册期末试卷 一 . 填空题 1. 表面形状因子 与 体积形状因子 比值称为比形状因子，正立方体的比形状因子等于 6 。 2. 颗粒中或压抷中于外界相通的空隙称为 连通孔隙 ， 当烧结体中孔隙度小于 7~8% ，保留的空隙主要是 闭孔隙 。 3. 进行液相烧结基本条件是 润湿角θ<90°，适当的溶解度，适当的液相数量 。 4. 球磨制粉是粉末破碎的方式主要有 碰撞 ， 碾磨 和 剪切。 5. 热压和热等静压都是在高温 中完成的压制，他们主要的差别是 热压是单轴压制、压力较大、制品密度分布不均匀 和 热等静压是（水静力压制）球向静力压制、压力较小、制品密度基本一致 。 6. 压缩性是指粉末 在压制过程中被压紧的能力，成形性是指粉末 压制后压坯保持既定形状的能力，松装比重对他们影响分别是松装比重越小，压缩性越差 和 成形性越好 ； 粉末粒径与形貌 影响粉末松装比重。 二．概念题 1．碳势：某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势 2．蓝钨：蓝钨是不掺杂钨粉和掺杂钨粉生产的原料，经煅烧仲钨酸铵而制得，是一种无确定成分的化合物，可描述为（NH4）xHyWO3 3．雾化：利用高速气流或高速液流将金属流(其它物质流)击碎制造粉末的方法 4．氢损值：金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成水蒸气，某些元素与氢生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测得试样粉末的相对质量损失，称为氢损。其值可用下式表示：（A—B）/（A—C）*100%，其中A-粉末试样（5g）加烧舟质量，B-氢中煅烧后残余物加烧舟质量，C-烧舟质量 5． 似密度：又叫有效密度，颗粒质量用包括闭孔在内的颗粒体积去除得的 6．临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度 7. 相对体积：粉末体的相对密度（d=ρ/ρ理）的倒数称为相对体积，用β＝1/d表示 8． 快速冷凝：将金属或合金的高温熔液快速冷却（冷却速度>105℃/s），保持高温相、获得性能奇异性能的粉末和合金（如非晶、准晶、微晶）的技术，是传统雾化技术的重要发展 9.水静压力： 等静压制中的水作用在粉末体中，粉末体受到的各个方向上相等的压力 10.晶格扩散：即体积扩散，借助于空位运动（空位向球体内扩散），球内部原子等向颈部迁移 三．计算题 1 .在电解制粉时，如果75g/L Ni（NO3）2.5H2O浓度的电解液制取镍粉时，要求多大的电流密度。设K=0.8 解： Ni（NO3）2.5H2O分子量：58 +2*62+5*18=272 镍离子浓度为75/272=0.275mol/L, 既 c=0.275mol/L, 并已知 K=0.80 由 i=Kc, I=0.80 x 0.275=0.22 A/cm2 =22A/dm2 至少需要电流密度等于22A/dm2才能够获得松散粉末 2.已知泊松比v=0.5，摩擦系数µ=0.2，铁粉双向压制，要求压抷中各处密度分布差不大于20%，设密度：单位压制压力等于1，计算压抷最大高径比是多少？ 解： 由于双向压制，密度最低处在压坯中间即1/2H处 侧压力系数ξ=v/(1-v)=1 故 P’=P0·e-μξ·4（H/2）/D≥（1-20%）P0 所以 e-0.2*1·4（H/2）/D≥0.8 H/D≤0.56 3.计算二元互不溶系固相烧结收缩，假设各相的收缩分别S1=30%、S2=20%，分别求极大收缩率和最小收缩率。S12=25%，15% 。 解： S=S1C12+S2C22+2S12C1C2 （C1+C2=1） 当S12=25%时， S12=(S1+S2)/2 烧结体的中收缩S服从线性关系； 当S12=15%时， S=0.3C12+0.2C22+2*0.15C1C2 =0.3C12+0.2（1-C1）2+2*0.15C1（1- C1） =0.2C12-0.1C1+0.2 =0.2（C1-0.25）2+0.1875 故当C1=0.25 此时S（C1）存在最小值，Smin=0.1875 四．问答题 1.制取铁粉的方法主要有哪些？有哪些主要因素影响铁粉质量？ 答： 制取铁粉的方法主要有还原法、雾化法、电解法。 主要影响因素： 还原法：杂质含量、碳氧含量、还原温度、气氛、还原退火处理 雾化法：介质压力、金属流温度、金属流表面张力及作用时间、过热度 电解法：电解液组成、电解液温度、电流密度 2.假设某企业需要一批直径为40、60 毫米、长度1000 毫米的硬质合金轧辊，要求材质的孔隙度接近于零，请提出材料成形工艺。 答： 高径比： H1/D1=1000/40=25 H2/D2=1000/60=16.7 高径比均较大，且要求材质的孔隙度接近于零，则可采用热等静压制工艺 工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ： 模具及包套的选择及制作→粉末准备→装入包套→真空脱气（或加热）→检漏→封焊→HIP→出炉→除去包套（陶瓷、玻璃：敲碎；金属：机加工）→表面清理→产品 3.如何用烧结模型的研究方法判断某种烧结过程的机构？烧结温度、时间、粉末粒度是如何决定具体的烧结机构的？以表面扩散为例讨论物质迁移机理和烧结收缩过程。 答： 1）建立烧结球模型→选定表征烧结过程的可测的几何参数，如烧结颈尺寸、中心距→ 假定某一物质迁移方式，建立物质流的微分方程→根据具体边界条件求解微分方程→解析式（可测参数与时间关系）→模拟烧结实验，由实验数据验证所得涵数关系→确定该物质迁移机构是具体烧结体系的烧结机构。（或根据烧结实验所得的实验数据去验证已知某种烧结机构的函数关系） 2）烧结机构的动力学特征方程通式为：Xm/an=F(T).t 3） 表面扩散是球表面层原子向颈部扩散。所用模型为两球相切模型。烧结早期，有大量连通孔存在，表面扩散使小孔不断缩小与消失，而大孔隙增大，所以总的孔隙数量和体积减少，出现明显收缩；烧结后期，形成闭孔隙后，表面扩散只能促进孔隙表面光滑，孔隙球化，而对孔隙的消失和烧结体的收缩不产生影响。 4） ※2、比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同 主要异同点 相  变  类  型 珠光体转变 贝氏体转变 马氏体转变 转变温度范围 高温转变  （Ar1～500℃） 中温转变  （500℃～Ms） 低温转变  （Ms以下） 扩散性 具有碳原子和铁原子的扩散 碳原子扩散，而铁原子不扩散 无扩散 生核、长大与领先相 生核、长大，一般以渗碳体为领先相 生核、长大，一般以铁素体为领先相 生核、长大 共格性 无共格性 具有共格性，产生表面浮凸现象 具有共格性，产生表面浮凸现象 组成相 两相组织   γ-Fe(C)→ α-Fe(C)＋Fe3C 两相组织   γ-Fe(C)→α-Fe (C)＋Fe3C（约350℃以上）   γ-Fe(C)→α-Fe(C)＋FexC（约350℃以下） 单相组织   γ-Fe(C)→α-Fe(C) 合金元素的分布 合金元素扩散重新分布 合金元素不扩散 合金元素不扩散 � � PAGE 1