粉末冶金復習資料

1、粉末冶金復習題 填空：  1.粉末冶金是用 (金屬粉末貨金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經過（成形）和（燒結）制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝過程。 2.從制粉過程的實質來分，現有制粉方法可歸納為（物理化學法）和（機械法）。機械法是將原材料機械地粉碎，而 （化學成分）基本上不發(fā)生變化的工藝過程；物理化學法是借助（化學的）或（物理）的作用，改變原材料的（化學成分）或（聚集狀態(tài)）而獲得粉末的工藝過程。 3.通常把固態(tài)物質按分散程度不同分成（致密體）、（粉末體）和（膠體）三類；1，即大小在1mm以上的稱為（致密

2、體），0.1m以下的稱為（膠體），而介于二者的稱為（粉末體）。 4.粉末冶金工藝過程包括（制粉）工序，（成形）工序和（燒結）工序。 5.粉末冶金成形前的預處理包括（粉末退火）、（篩分）、（混合）、（制粒）、和（加潤滑劑）等。 6.粉末特殊成形方法有（等靜壓成形）、（連續(xù)成形）、（無壓成形）、（注射成形）、（高能成形）等。 7.粉末的等溫燒結過程，按時間大致可以劃分為三個界限(1)(粘結階段)(2)（燒結頸長大階段）(3)（閉孔隙球化和縮小階段）。 8.通常按燒結過程有無明顯的液相出現和燒結系統的組成進行分類分為（單元系燒結）、（多元系固相燒結）

3、、（多元系液相燒結）。 9.常用的粉末冶金鍛造方法有（粉末熱鍛）和（粉末冷鍛）；而粉末熱鍛又分為（粉末鍛造）、（燒結鍛造）和（鍛造燒結）三種。 10.粉末冶金復合材料的強化手段包括（彌散強化）、（顆粒強化）和（纖維強化）。 11.粉末是顆粒與顆粒間的空隙所組成的分散體系，因此研究粉末體時，應分別研究屬于（單顆粒）、（粉末體）及（粉末體的孔隙）等的性質。 12.粉末在壓制過程中，粉末的變形包括（彈性變形）、（塑性變形）和（脆性變形）。 13.通常等靜壓按其特性分成（冷等靜壓）和（熱等靜壓）。 14. 燒結過程有自動發(fā)生的趨勢。

4、從熱力學的觀點看，粉末燒結是（系統自由能減?。┑倪^程，即燒結體相對于粉末體在一定條件下處于（能量較低）狀態(tài)。 15.典型的燒結機構包括（粘性流動）、（蒸發(fā)與凝聚）、（體積擴散）、（表面擴散）、（晶界擴散）、（ 塑性流動）和（綜合作用燒結理論）等。 16. 多孔預成形壞的變形特性是研究粉末冶金鍛造過程塑性理論的基礎。鍛造時，與致密金屬坯的塑性變形相比，多孔預成形坯具有以下（質量不變條件）、（低屈服強度和低拉伸塑性）、（小的橫向流動）、（變形和致密的不均勻性）變形特性。 17. 一般粉末治金材料是金屬和孔隙的復合體，其孔隙度范圍很廣，有低

5、于l2殘留孔隙度的（致密材料），有10%左右孔限度的（半致密材料），有15%孔隙度的（多空材料），也有高達98%孔隙度的（泡沫材料）。 簡答題：  一、 還原法制取鐵粉的過程機理是什么？影響鐵粉還原過程的因素有哪些？發(fā)展復合型鐵粉的意義有哪些？   答：鐵氧化物的還原過程是分段進行的，即從高價氧化鐵到低價氧化鐵，最后轉變成金屬：Fe2O3Fe3O4Fe。固體碳還原金屬氧化物的過程通常稱為直接還原。當溫度高于570°時，分三階段還原：Fe2O3Fe3O4浮斯體（FeO·Fe3O4固溶體）Fe 3Fe2O3+

6、CO=2Fe3O4+CO2   Fe3O4+CO=3FeO+CO2  FeO+CO=Fe+CO2  當溫度低于570°時，由于氧化亞鐵不能穩(wěn)定存在，因此，Fe3O4直接還原成金屬鐵 Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2 影響因素：（1）原料原料中雜質的影響原料粒度的影響 （2）固體碳還原劑固體碳還原劑類型的影響固體還原劑用量的影響（3）還原工藝條件還原溫度和還原事件的影響料層厚度的影響還原罐密封程度的影響（4）添加劑加入一定的固體碳的影響返回料的影響引入氣體還原劑的影響堿金屬鹽的影響海

7、綿鐵的處理 高密度、高強度、高精度粉末冶金鐵基零件需要復合型鐵粉。二、電解法可生產哪些金屬粉末？為什么？影響電解銅粉粒度的因素有哪些？ 1、1)水溶液電解法：可生產銅、鎳、鐵、銀、錫、鉛，鉻、錳等金屬粉末，在一定條件下可使幾種元素同時沉積而制得Fe-Ni、Fe-Cu等合金粉末。 2)熔鹽電解法：可以制取Ti、Zr、Ta、Nb、Th、U、Be等純金屬粉末，也可以制取如Ta-Nb等合金粉末以及各種難熔化合物（如碳化物、硼化物和硅化物等） 2、（1）電解液的組成 1)金屬離子濃度的影響。2）酸度（或H+濃度）的影響；3）添加劑的影響 （2）

8、電解條件 1)電流密度的影響；2）電解液溫度的影響；3）電解時攪拌的影響；4）刷粉周期的影響；5）關于放置不溶性陽極和采用水內冷陰極問題 三、粉末顆粒有哪幾種聚集形式？它們之間的區(qū)別在哪里？ 1、一次顆粒，二次顆粒（聚合體或聚集顆粒），團粒，絮凝體 2,通過聚集方式得到的二次顆粒被稱為聚合體或聚集顆粒；團粒是由單顆?；蚨晤w粒靠范德華引力粘結而成的，其結合強度不大，用磨研、擦碎等方法或在液體介質中就容易被分散成更小的團?；騿晤w粒；絮凝體是在粉末懸浮液中，由單顆?；蚨晤w粒結合成的更松軟的聚集顆粒 四、壓制前粉末需要進行哪些預處理？其作用如何？&

9、#160;預處理包括：粉末退火、篩分、混合、制粒、加潤滑劑 預先退火：使氧化物還原，降低碳和其他雜質的含量，提高粉末的純度；消除粉末的加工硬化，穩(wěn)定粉末的晶體結構 混合：將兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻 篩分：把顆粒大小不同的原始粉末進行分級 制粒：將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F粒，改善粉末的流動性。在硬質合金生產中，為了便于自動成形，制粒使粉末能順利充填模腔 加潤滑劑：降低成形時粉末顆粒和模沖間摩擦，改善壓坯的密度分布，有利于脫模 五、影響壓制過程的因素有那些？ 1、粉末性能對壓制過程的影響 1)粉末物理性能

10、的影響（1）金屬粉末本身的硬度和可塑性；（2）金屬粉末的摩擦性能   2）粉末純度（化學成分）的影響  3）粉末粒度及粒度組成的影響  4）粉末形狀的影響  5）粉末松裝密度的影響 2、潤滑劑和成形劑對壓制過程的影響 1）潤滑劑和成形劑的種類  2）潤滑劑和成形劑的用量  3）振動壓制的影響  4）磁場壓制的影響 六、粉末冶金技術中的特殊成型包括哪些？與一般壓制法相比有什么特點？ 1、等靜壓成型，粉末連續(xù)成

11、型，粉漿澆注成型，粉末注射成形，爆炸成形 2、（1）等靜壓成型：1）能夠壓制具有凹形、空心等復雜形狀的桿件；2）壓制時，粉末體與彈性模具的相對移動很小，所以摩擦損耗也很小。單位壓制壓力較鋼模制法低；3）能夠壓制各種金屬粉末及非金屬粉末。壓制坯件密度均勻，對難熔金屬粉末及其化合物尤其有效；4）壓坯強度較高，便于加工和運輸；5）模具材料是橡膠和塑料，成本較低廉；6）能在較低的溫度下制得接近完全致密的材料 （2）粉末連續(xù)成型：1）能夠生產一般軋制法難于或無法生產的板帶材；2）能夠軋制出成分比較精確的帶材；3）粉末軋制的板帶材料具有各向同性；4）工藝過程短、解約能源；5）粉末軋制法

12、成材率比熔鑄軋制法高；6）不需大型設備，減少大量投資 （3）、粉漿澆注成型：制取某些新型特殊材料；生產羰基鐵粉制品，適當燒結處理后，材料機械性能接近鍛造材料；生產設備簡單，生產費用低 （4）、粉末注射成形：制造形狀復雜的坯塊 （5）、爆炸成形：能夠壓出相對密度極高的壓坯 八、熱等靜壓技術適宜加工什么樣的材料？同熱壓法比較，它的特點是什么？ 熱等靜壓法制取的制品密度比熱壓法要高些，尤其在壓制難熔金屬時，差別更為明顯。同一材料的熱等靜壓制溫度比熱壓法低。考慮到低的壓制溫度有利于獲得細晶粒的合金材料，有利于制取一般方法難于制取的熔點相差懸殊的層疊復合

13、材料，所以，熱等靜壓材料性能普遍高于熱壓法制取的材料性能。 十、粉末等溫燒結的三階段是怎樣劃分的？實際燒結過程包括哪些現象？ 答：粉末的等溫燒結過程，按時間大致可劃分為三個界限不十分明顯的階段：（1）粘結階段-燒結初期，顆粒間的原始接觸點或面轉變成晶體結合，即通過成核、結晶長大等原子過程形成燒結頸。（2）燒結頸長大階段-原子向顆粒結合面的大量遷移使燒結頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網絡。（3）閉孔隙球化和縮小階段-當燒結體密度達到90%以后，多數孔隙被完全分隔，閉孔隙數量大為增加，孔隙形狀趨近球形并不斷縮小。 實際燒結過程可能出現的現象例如粉末表面氣體或水

14、分的揮發(fā)、氧化物的還原和離解、顆粒內應力的消除、金屬的回復和再結晶以及聚晶長大等。 十一、分析影響互溶多元系固相燒結的因素。 答：影響因素：（1）燒結溫度。（2）燒結時間 在相同溫度下，燒結時間越長，擴散越充分。（3）粉末粒度 合金化的速度隨著粒度減小而增加。（4）壓坯密度 增大制壓力，將使粉末顆粒間接觸面積增大，擴散界面增大，加快合金化過程。（5）粉末原料 采用一定數量的預合金粉或復合粉同完全使用混合粉比較，達到相同的均勻化程度所需的時間將縮短，因為這時擴散路程縮短，并可減少要遷移的原子數量。(6)雜質 有些雜質會存在于粉

15、末表面或在燒結過程的雜質阻礙顆粒間的擴散進行。 十七、說明燒結的概念及燒結過程。 答：燒結是粉末或粉末壓坯，在適當的溫度和氣氛條件下加熱所發(fā)生的現象或過程。燒結的結果是顆粒之間發(fā)生粘結，燒結體的強度增加，而且多數情況下，密度也提高。 燒結過程：粉末燒結后，燒結體的強度增加，首先是顆粒間的聯結強度增大，即聯結面上原子間的引力增大。在粉末或粉末壓坯內，顆粒間接觸面上能達到的原子引力作用范圍的原子數目有限。但是在高溫下，由于原子振動的振幅加大，發(fā)生擴散，接觸面上才有更多的原子進入原子作用力的范圍，形成粘結面，并且隨著粘結面的擴大，燒結體的強度也增加。燒結面擴大進而形成燒

16、結頸，使原來的顆粒界面形成晶粒界面，而且隨著燒結的繼續(xù)進行，晶界可以向顆粒內部移動，導致晶粒長大。名詞解釋松裝密度：粉末試樣自然的充滿規(guī)定容器時，單位容積的粉末質量。 松裝密度可以用漏斗法、斯科特容量計法來測量。  氫損：把金屬粉末的試樣在純氫氣氣流中煅燒足夠長的時間， 粉末中的氧被還原生成水蒸氣，某些元素與氫氣生成揮發(fā)性化合物，與揮發(fā)性元素一同排出，測得試樣粉末的質量損失稱為氫損。  熔浸：將粉末壓壞與液體金屬接觸或埋在液體金屬內，讓壓壞的空隙被金屬液體填充，冷卻下來就得到致密材料或零件，這種工藝稱為熔浸。  熔

17、浸必須具備的基本條件： (1) 骨架材料與熔浸材料的熔點相差較大，不致造成零件變形。(2)  熔浸金屬應能很好溶濕骨架材料，即潤濕角小于90度。 (3) 骨架與熔浸金屬之間不發(fā)生互溶或溶解度不大，以避免在熔浸過程中產生新相而致使液相消失。(4)  熔浸金屬的量應以填滿壓壞中的空隙為限度，過多或過少均為不利。  活化燒結：采用化學或物理的措施，使燒結溫度降低，燒結過程加快，或使燒結體密度和其他性能得到提高的方法稱為活化燒結。 活化燒結從方法上可以分為兩種類型：（1） 依靠外界因素活化燒結過程。如加活性劑等。 

18、;（2）提高粉末活性。  活化燒結與預氧化燒結，添加少量合金元素，在氣氛或填料中添加活化劑。 電火花燒結：利用粉末間火花放電所產生的高溫，并且同時受外應力作用的一種特殊燒結法。  壓縮性：是金屬粉末在規(guī)定的壓制條件下被壓緊的能力。  成形性：指粉末壓制后，壓壞保持既定形狀的能力。 強化機理：使金屬基體中含有高度分散的第二相質點而達到提高               &

19、#160;                                     致密化過程：1快速致密化階段即在熱壓初期發(fā)生相對滑動，破碎和塑形變形，類似成形時的顆粒重排 2致密化減速階段以塑形流動為主要機構，類似于

20、燒結后期的閉孔收縮階段 3趨近終極密度階段受擴散控制的蠕變?yōu)橹饕獧C構，此時的晶粒長大使致密化速度大大降低，達到終極密度后，致密化過程完全停止  制取鐵粉的主要還原方法有那些？比較其優(yōu)缺點 碳還原：可以還原很多金屬氧化物，但容易被碳污染 氣體還原：可以制取合金粉，制取的鐵粉比碳還原制取的純，生產成本低 金屬熱還原：可以制取生產無碳金屬，用于稀有金屬 模壓成型工藝的特點是什么？（1）模壓成型工藝的優(yōu)點。模壓成型工藝有以下幾方面優(yōu)點 與擠出和注射等成型工藝相比，模壓成型工藝所需設備結構簡單、制造精度不髙、制造費用低，所以

21、投資少、見效快，為發(fā)展多品種、小批量的生產提供了有利條件，這也是模壓成型工藝目前還在大量運用的原因之一。 在模壓成型過程中，由于塑料的流動距離很短，受填料的定向影響小，所以塑件的尺寸變動小，不易變形，尺寸穩(wěn)定性好，機械性能穩(wěn)定。 相同噸位的壓機可以成型較大平面的制品。 模壓成型工藝成熟，生產過程易于控制。 模壓成型中沒有澆注系統，原材料浪費相對較少。對于不能重復利用的熱固性材料來講，節(jié)約原料尤為重要。 模壓成型基本上適合于加工各種塑料。尤其像氨基樹脂、環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺等材料，用注射成型既困難又會影響制品外觀質量；對于用石棉或玻璃纖維等增強的塑

22、料，在注射和擠出成型中，纖維易在澆口部分斷裂，使制品的機械強度特別是沖擊強度降低，失去增強的意義；聚酯團狀和片狀模塑料若采用注射成型，則需特殊的強迫加料裝置，導致設備費用昂貴。模壓成型是制造高強度塑件最有效的方法。 （2）模壓成型工藝的缺點。模壓成型的缺點表現在以下三方面。 生產周期長，生產效率低。 較難實現生產自動化，因而勞動強度大。 因為飛邊厚，塑件厚度方向的尺寸難以控制，所以模壓成型不能模壓尺寸精度要求較的制品。1. 什么是彈性后效其主要影響因素有哪些 答 當壓力去除之后和將壓坯脫拱之后由于內應力作用壓坯產生的膨脹現象

23、稱為彈性后效。  彈性后效的大小取決于殘留應力的高低 主要影響因素 a.壓制壓力壓制壓力高彈性內應力高 b.粉末顆粒的彈性模量彈性模量越高彈性后效越大 c.粉末粒度組成越合理產生的彈性應力越小粒度小彈性后效大 d.顆粒形狀形狀復雜彈性應力大彈性后效大 f.粉末混合物的成份 燒結氣氛的兩個作用是什么 答 1保護功能控制燒結體與環(huán)境之間的化學反應如氧化和脫碳 2凈化功能及時帶走燒結坯體中潤滑劑和成形劑的分解產物致密化：壓力作用下松散狀態(tài)拱橋效應的破壞（位移顆粒重排）+顆粒塑性變形

24、孔隙體積收縮致密化 等靜壓成型 定義：粉末裝于彈性（柔性）模具（包套）中，以流體為傳壓介質，各向均勻受壓。 分類： 冷等靜壓（CIP）：常溫下進行的等靜壓  常溫下，粉末裝于彈性模具中，以液體為傳壓介質，粉末體各向均勻受壓而密實成壓坯 熱等靜壓（HIP）：高溫下進行的等靜壓  高溫下，粉末或壓坯裝于包套中，在高壓容器內，以氣體為傳壓介質，使粉末同時承受高溫和等靜壓力作用而獲得致密材料或制品.  等靜壓的一般特點：壓坯形狀、尺寸范圍大，尤大尺寸、形狀復雜壓坯或制品；  

25、;     壓坯密度高且均勻         形粉末廣，尤難熔金屬化合物、陶瓷、高合金鋼等        工藝簡單，可不加潤滑劑 設備：冷等靜壓機分類：螺紋式、拉桿式、框架式   熱等靜壓機分類：螺紋式、框架式  HIP特點：  壓制、燒結同時進行，能消除粉末坯體中的所有孔隙，相對密度可達0.999

26、9  壓力作用，使HIP的燒結溫度低于通常的燒結溫度  HIP所需壓制壓力比CIP低  晶粒細小、組織均勻，無成分偏析  材料綜合性能好，是PM高新技術之一  設備投資大，成本粉末冶金定義制取金屬及化合物粉末，采用成形和燒結工藝制成金屬材料、復合材料、陶瓷材料及其它們的制品的技術科學。粉末壓制成形-致密化現象Ø 致密化：壓力作用下松散狀態(tài)拱橋效應的 破壞（位移顆粒重排）+顆粒塑性變形 孔隙體積收縮致密化；Ø 拱橋效應：顆粒間由于摩擦力的作用而相互 搭架形成拱橋孔洞的現象；&#

27、216; 影響因素：與粉末松裝密度、流動性存在一 定聯系。脫模壓力脫模壓力指把坯塊從模具內取出所需的壓力。什么是彈性后效?它對壓坯有何影響?加載（或卸載）后經過一段時間應變才增加（或減?。┑揭欢〝抵档默F象。壓制過程中，當卸掉壓制力并把坯塊從模具內取出后，由于彈性內應力的作用，坯塊發(fā)生彈性膨脹，這種現象稱為彈性后效彈性后效：在去除P壓后，壓坯所產生的脹大現象。 彈性后效危害：壓坯及壓模的彈性應變是產生壓坯裂紋的主要原因之一，由于壓坯內部彈性后效不均勻，脫模時在薄弱部位或應力集中部位就會出現裂紋。影響壓坯密度分布的因素(P182)實驗證明，增加壓坯的高度會使壓坯各部分的密度差增大，而加大

28、直徑則會使密度的分布更加均勻。壓坯中密度分布的不均勻性，在很大程度上可以用雙向壓制來改善。在雙向壓制時，與上、下模沖接觸的兩端密度較高粒度: 顆粒在空間范圍所占大小的線性尺度.  粒度組成(粒度分布): 不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量.  平均粒度: 粉末顆粒粒徑的統計平均值.  什么是松裝密度和振實密度?松裝密度的控制有何重要意義? 松裝密度：自然充填容器時,單位體積的質量 振實密度：粉末在振動容器中, 在規(guī)定條件下經過振動后測得的粉末密度 意義：壓制過程中,

29、 采用容量裝粉法, 即用充滿形腔的粉末體積來控制壓坯的密度和單重. 用松裝密度和振實密度來描述粉體的這種容積性質. 如何提高粉末的松和流動性？ 松裝密度高的粉末流動性也好，方法：粒度粗、形狀規(guī)則、粒度組成用粗+細適當比例、表面狀態(tài)光滑、無孔或少孔隙壓坯中密度分布不均勻的狀況及其產生的原因是什么？如何改善密度分布? 密度分布不均勻的狀況：一般，高度方向和橫斷面上都不均勻.   平均密度從高而低降低.  靠近上模沖的邊緣部分壓坯密度最大; 靠近模底的邊緣部分壓坯密度最小.

30、0;  當H/D(高徑比)較大時,則上端中心的密度反而可能小于下端中心的密度. 產生的原因：壓力損失  改善壓坯密度不均勻的措施：  在不影響壓坯性能前提下, 充分潤滑;  采用雙向壓制;  采用帶摩擦芯桿的壓模;  采用浮動模;  對于復雜形狀采用組合模沖, 并且使各個模沖的壓縮比相等;  改善粉末壓制性(壓縮性、成形性) 還原退火;  改進模具構造或適當變更壓坯形狀

31、0;.  提高模具型腔表面硬度和光潔度. HRC5863,粗糙度9級以上.什么是等靜壓成形？它有什么優(yōu)缺點？其基本原理是什么？ 等靜壓成形是指，借助于高壓流體的靜壓力作用，使彈性模套內的粉末在同一時間內各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯的成形方法。 優(yōu)點： 能成形凹形、空心等復雜形狀.  粉末與彈性模具間相對移動很小、摩擦損耗小,壓制壓強較鋼模低.  能壓制各種金屬粉末及非金屬粉末; 壓坯密度分布均勻.  壓坯強度較高.  C

32、IP模具材料是橡膠、塑料, 成本低廉.  能在較低溫度下制得接近完全致密的材料. HIP 缺點：  壓坯尺寸精度和表面光潔度都比鋼模壓制低;  生產效率低于自動鋼模壓制;  CIP中使用的橡膠或塑料包套壽命比金屬壓模要短得多;  HIP中使用的包套都為一次性、消耗大,且包套材料種類受到限制. 基本原理（帕斯卡原理） 流體在密閉容器內任何一點所受的壓應力,將無保留地傳遞到流體(或容器)的各處.   流體內任意處的靜壓應力相等,稱

33、為準靜力等靜壓,否則為非準靜力等靜壓. 流體通過液-固(氣-固)界面對固體施加壓力.  HIP在加壓同時還要加熱,使成形和燒結過程同時完成簡述熱等靜壓的過程和特點。 過程：將裝于包套內的粉體置于充滿氣體介質的高溫壓力容器內,使粉體在壓縮的同時經歷高溫燒結, 成為致密制品. 特點：粉末體（粉末壓坯或包套內的粉末）在等靜壓高壓容器內同一時間經受高溫和高壓的聯合作用，強化了壓制與燒結過程，降低了制品的燒結溫度，改善了制品的晶粒結構，消除了材料內部顆粒間的缺陷和孔隙，提高了材料的致密度和強度。燒結1什么是燒結?如何分類? 一定氣氛下, 粉末或壓坯, 在低于主要組分熔點溫度下的加熱處理過程.  分類：1）按有無液相分和燒結系統的組成分：單元系燒結、多元系固相燒結和多元系液相燒結。燒結推動力粉體顆粒尺寸很小，比表面積大，具有較高的表面能，即使在加壓成型體中，顆粒間接觸面積也很小，總表面很大而處于較高能量狀態(tài)。根據能量最低原理，它將自發(fā)地向最低能量狀態(tài)變化，并伴隨使系統的表面能減少。可見，燒結是一個自發(fā)的不可逆過程，系統表面能降低是推動燒結進行的基本動力。 粉狀物料的表面能大于多晶燒結體的晶界能，這是燒結過程的推動力，粉體經燒結后，晶界能取代了表面能，這是燒結后多晶材料穩(wěn)定存在的原