粉末冶金考試總結(jié)

粉末冶金-3-粉末冶金緒論粉末冶金的概念制取金屬（或金屬粉末與無(wú)機(jī)非金屬粉末的混合物）粉末和利用這些粉末通過(guò)成形——燒結(jié)——生產(chǎn)材料和一定形狀零件的方法（工藝技術(shù)）粉末冶金的基本工藝原理：制粉→成形→燒結(jié)粉末的制取還原法的基本原理氧化還原制粉方法的定義：用還原氣體(固體)或活潑金屬將氧化物還原制備粉末的過(guò)程。碳還原法的基本原理影響霧化過(guò)程及粉末質(zhì)量的因素霧化介質(zhì)霧化介質(zhì)類(lèi)別的影響霧化介質(zhì)分為氣體和液體兩類(lèi)，a水的熱容比氣體大得多，對(duì)金屬液滴的冷卻能力強(qiáng)。用水做霧化介質(zhì)粉末多為不規(guī)則形狀，且水壓越高不規(guī)則形狀的顆粒越多。相反氣體霧化易得球形粉末；b比起氣霧化，水霧化所得粉末表面氧化大大減少。氣體或水的壓力的影響氣壓或水壓越大所得粉末越細(xì)。氣霧化時(shí)，氣體壓力增加，粉末氧含量也增加，水霧化時(shí)，霧化壓力增加，粉末氧含量卻降低；金屬液流金屬液的表面張力和粘度的影響在其他條件不變時(shí)，金屬液的表面張力越大，粉末呈球形的越多，粒度也較粗；金屬液表面張力小時(shí)，粉末多呈不規(guī)則形狀，粒度也減小。在液流能破碎的范圍內(nèi)，表面張力越小。粘度越低，所得粉末越細(xì)。金屬液過(guò)熱溫度金屬液過(guò)熱溫度越高（表面張力和粘度越低），細(xì)粉末產(chǎn)出率越高，也越容易得球形粉末；金屬液流股直徑的影響金屬液流直徑越小，細(xì)粉產(chǎn)出率越高，但是直徑過(guò)小時(shí)，金屬液流過(guò)冷，細(xì)粉產(chǎn)出率反而降低，甚至粉末產(chǎn)出率降低。其他工藝因素噴射參數(shù)的影響金屬液流長(zhǎng)度短、噴射長(zhǎng)度短、噴射頂角適當(dāng)都能更充分地利用氣流的動(dòng)能，有利于得到細(xì)粉末顆粒；聚粉裝置參數(shù)的影響液滴飛行路程較長(zhǎng)，有利于形成球形粉末，粉末也較粗。粉末性能及其測(cè)定1、粉末的表征化學(xué)成分粉末的化學(xué)成分應(yīng)包括主要金屬的含量和雜質(zhì)的含量。雜質(zhì)主要指：與主要金屬結(jié)合，形成固溶體或化合物的金屬或非金屬成分；從原料和從粉末生產(chǎn)過(guò)程中帶進(jìn)的機(jī)械夾雜；粉末表面吸附的氧、水汽和其他氣體。物理性能顆粒形狀主要由粉末的生產(chǎn)方法決定（球形粉末——霧化法，多孔粉末——還原法，樹(shù)枝狀粉末——電解法，片狀粉末——研磨法），同時(shí)也與物質(zhì)的分子或原子排列的結(jié)晶幾何因素有關(guān)。顆粒形狀直接影響粉末的流動(dòng)性、松裝密度、氣體透過(guò)性，另外對(duì)壓制性和燒結(jié)體強(qiáng)度也有顯著影響。顆粒密度a真密度顆粒質(zhì)量÷不包括開(kāi)孔和閉孔的顆粒體積，也就是粉末的固體密度；b有效密度顆粒質(zhì)量÷不包括開(kāi)孔膽包括閉孔的顆粒體積，用比重瓶法測(cè)定。顯微硬度在很大程度上取決于粉末中各種雜質(zhì)與合金組元的含量以及晶格缺陷的多少，因此代表了粉末的塑性工藝性能及其影響因素松裝密度粉末在規(guī)定條件先自然充填容器時(shí)，單位體積內(nèi)的粉末質(zhì)量，它取決于：a粒度粒度小，松裝密度??；b顆粒形狀形狀復(fù)雜則松裝密度小，粉末形狀對(duì)松裝密度的影響從大到小排列：球形粉＞類(lèi)球形＞不規(guī)則形＞樹(shù)枝形；c表面粗糙；d粉末間空隙被小顆粒填充的程度粒度范圍窄的粗細(xì)粉末，松裝密度都比較低；當(dāng)粗細(xì)粉末按一定比例混勻后，可獲得最大松裝密度，此時(shí)粗顆粒間的大空隙可被一部分細(xì)顆粒填充。振實(shí)密度將粉末裝于振動(dòng)容器中，在規(guī)定條件下，經(jīng)過(guò)振動(dòng)測(cè)得的粉末密度。振動(dòng)使粉末顆粒堆積緊密，但粉末體內(nèi)仍存在大量的空隙，所占體積稱(chēng)為空隙體積?？障扼w積與粉末體的表觀體積之比稱(chēng)為孔隙度θ，θ＝1－ρ/ρ理（ρ為松裝密度，ρ理為理論密度，ρ/ρ理為相對(duì)密度）；流動(dòng)性粉末的流動(dòng)性是50g粉末從標(biāo)準(zhǔn)的流速漏斗流出所需的時(shí)間，直接影響壓制操作的自動(dòng)裝粉和壓件密度的均勻性。它受以下幾個(gè)因素影響：a與粉末間的摩擦有關(guān)形狀越復(fù)雜，表面越粗糙，流動(dòng)性越差；b與粉末體和顆粒的性質(zhì)有關(guān)對(duì)稱(chēng)性粉末、粗顆粒粉末流動(dòng)性好，粒度組成中細(xì)粉末比例占得越大，流動(dòng)性越差；c與顆粒密度和松裝密度有關(guān)相對(duì)密度不變時(shí)顆粒密度越高流動(dòng)性越好，顆粒密度不變時(shí)相對(duì)密度越高流動(dòng)性越好（即理論密度大流動(dòng)性好）；d與顆粒間粘附作用有關(guān)顆粒表面吸附水分、氣體或加入成形劑會(huì)降低流動(dòng)性。壓縮性粉末被壓緊的能力，用在一定的單位壓制壓力下粉末壓坯的密度表示。影響因素有：a顆粒的塑性或顯微硬度塑性粉末的壓縮性明顯更好；b顆粒所含的雜質(zhì)金屬粉末內(nèi)含有合金元素或非金屬夾雜時(shí)，壓縮性變差；c顆粒形狀和結(jié)構(gòu)松裝密度高的粉末壓縮性好。成形性粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力，用粉末得以成形的最小壓制壓力表示，或者用壓坯強(qiáng)度來(lái)衡量。成形性受顆粒形狀和結(jié)構(gòu)的影響最為明顯。顆粒松軟，形狀不規(guī)則的粉末成形性好。一般來(lái)說(shuō)，成形性好的粉末壓縮性差，而壓縮性好的粉末成形性差。氫損法測(cè)定被氫還原的金屬氧化物中的那部分氧含量。將金屬粉末的試樣在純氫氣流中煅燒足夠長(zhǎng)的時(shí)間，粉末中的氧被還原成水蒸氣，某些元素（C、S）與氫生成揮發(fā)性化合物，與揮發(fā)性金屬一同排出測(cè)得試樣粉末的相對(duì)質(zhì)量損失，成為氫損。氫損值=（A-B）/（A-C）x100%其中：A—粉末（5克）加燒舟的質(zhì)量；B—?dú)錃庵徐褵髿埩魊emained物加燒舟的質(zhì)量；C—燒舟的質(zhì)量；即煅燒前后粉末質(zhì)量之比。成形彈性后效在壓制過(guò)程中，當(dāng)除去壓制壓力并把壓坯壓出壓模之后，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，壓坯發(fā)生彈性膨脹，這種現(xiàn)象稱(chēng)為彈性后效。影響彈性后效的因素很多，如粉末種類(lèi)及其粉末特性（粒度、粒度組成、顆粒形狀、硬度等）；壓制壓力大小及加壓速度；壓坯孔隙度；壓模材質(zhì)或結(jié)構(gòu)；成形劑等。彈性后效過(guò)大或不均勻，會(huì)導(dǎo)致脫模時(shí)在薄弱部分或應(yīng)力集中部分出現(xiàn)裂紋。可通過(guò)適當(dāng)降低壓制壓力來(lái)控制彈性后效。特殊成形溫壓成型的特點(diǎn)溫壓是粉末與模具被加熱到較低溫度（一般為150℃）下的剛模壓制方法（塑性變形和顆粒重排），除粉末與模具需加熱以外，與常規(guī)模壓幾乎相同。單軸壓制：在模壓時(shí)，包括單向壓制和雙向壓制，壓力存在壓制各向異性

密度等高線：粉末壓坯中具有相同密度的空間連線稱(chēng)為等高線，等高線將壓坯分成具有不同密度的區(qū)域

壓縮性：粉末在模具中被壓縮的能力稱(chēng)為壓縮性

合批：具有相同化學(xué)成分，不同批次生產(chǎn)過(guò)程得到的粉末的混合工序稱(chēng)為合批

霧化介質(zhì)：霧化制粉時(shí)，用來(lái)沖吉破碎金屬流柱的高壓液體或高壓氣體稱(chēng)為霧化介質(zhì)；

活化能：發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)時(shí)，形成中間絡(luò)合物所需要的能量稱(chēng)為活化能

平衡常數(shù)：在某一溫度，某一壓力下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物氣體分壓與反應(yīng)物氣體分壓之比稱(chēng)為平衡常數(shù)；

電化當(dāng)量：克當(dāng)量與法拉第常數(shù)之比稱(chēng)為電化當(dāng)量

孔隙度：粉體或壓坯中孔隙體積與粉體體積或壓坯體積之比；

二、分析討論：

1、粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說(shuō)明。（10分）

重要優(yōu)點(diǎn)：

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能夠制備部分其他方法難以制備的材料，如難熔金屬，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬質(zhì)合金）；

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因?yàn)榉勰┮苯鹪诔尚芜^(guò)程采用與最終產(chǎn)品形狀非常接近的模具，因此產(chǎn)品加工量少而節(jié)省材料；

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對(duì)于一部分產(chǎn)品，尤其是形狀特異的產(chǎn)品，采用模具生產(chǎn)易于，且工件加工量少，制作成本低,如齒輪產(chǎn)品。

重要缺點(diǎn)：

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由于粉末冶金產(chǎn)品中的孔隙難以消除，因此粉末冶金產(chǎn)品力學(xué)性能較相同鑄造加工產(chǎn)品偏低；

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由于成形過(guò)程需要模具和相應(yīng)壓機(jī)，因此大型工件或產(chǎn)品難以制造；

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規(guī)模效益比較小

1、分析粉末冶金過(guò)程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說(shuō)明。

解：粉末冶金過(guò)程中是由模具壓制成形過(guò)程提高材料利用率，因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)接近最終產(chǎn)品的尺寸，因此壓坯往往與使用產(chǎn)品的尺寸很接近，材料加工量少，利用率高；例如，生產(chǎn)汽車(chē)齒輪時(shí)，如用機(jī)械方法制造，工序長(zhǎng)，材料加工量大，而粉末冶金成形過(guò)程可利用模具成形粉末獲得接近最終產(chǎn)品的形狀與尺寸，與機(jī)械加工方法比較，加工量很小，節(jié)省了大量材料。

3、分別分析單軸壓制和等靜壓制的差別及應(yīng)力特點(diǎn)，并比較熱壓與熱等靜壓的差別。

解：?jiǎn)屋S壓制和等靜壓制的差別在于粉體的受力狀態(tài)不同，一般單軸壓制在剛模中完成，等靜壓制則在軟模中進(jìn)行；在單軸壓制時(shí)，由于只是在單軸方向施加外力，模壁側(cè)壓力小于壓制方向受力，因此應(yīng)力狀態(tài)各向異性，σ1》σ2=σ3導(dǎo)致壓坯中各處密度分布不均勻；等靜壓制時(shí)由于應(yīng)力均勻來(lái)自各個(gè)方向，且通過(guò)水靜壓力進(jìn)行，各方向壓力大小相等，粉體中各處應(yīng)力分布均勻，σ1=σ2=σ3因此壓坯中各處的密度基本一致。

四、問(wèn)答：

1、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌與松裝密度之間的關(guān)系。

松裝密度是粉末的一個(gè)重要物理性能，也是粉末冶金過(guò)程中的重要工藝參數(shù)，粉末粒度粉末形狀對(duì)松裝密度影響顯著：

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粉末越細(xì)松裝密度越小

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粉末形狀越復(fù)雜松裝密度越小

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粉末質(zhì)量（粉末顆粒中孔隙因素）越小、松裝密度越小

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在部分教大直徑的粉末中加入少量較小粒徑的粉末，構(gòu)成一定粒度分布,有利于提高松裝密度1粉末冶金液相燒結(jié)包括哪幾種形式？詳細(xì)說(shuō)明答瞬時(shí)液相燒結(jié)在燒結(jié)中、初期存在液相后期液相消失。燒結(jié)中初期為液相燒結(jié)后期為固相燒結(jié)。穩(wěn)定液相燒結(jié)燒結(jié)過(guò)程始終存在液相。熔浸多孔骨架的固相燒結(jié)和低熔點(diǎn)金屬滲入骨架后的液相燒結(jié)過(guò)程。前期為固相燒結(jié)后期為液相燒結(jié)。全致密假合金如W-Cu等。超固相線液相燒結(jié)液相在粉末顆粒內(nèi)形成,是一種在微區(qū)范圍內(nèi)較普通液相燒結(jié)更為均勻的燒結(jié)過(guò)程。4討論固相燒結(jié)后期孔隙球化原因和小孔隙消失原因答固相燒結(jié)后期形成大量的隔離的閉孔隙。通過(guò)表面擴(kuò)散和蒸發(fā)凝聚孔隙中凸部位的物質(zhì)遷移到凹部位促進(jìn)孔隙表面光滑從而使孔隙球化由于體積擴(kuò)散空位的內(nèi)孔隙向顆粒表面擴(kuò)散以及空位由小孔隙向大孔隙擴(kuò)散燒結(jié)體發(fā)生收縮小孔隙不斷消失5粉末冶金用銅粉可采用哪些方法制備比較這些銅粉在性能上的差異。答水溶液電解法制銅粉粉末純度高粉末形狀多為樹(shù)枝狀成形性很好壓縮性較差。氣體還原法制銅粉粉末純度高多孔海綿狀成形性好氣體霧化法制銅粉為近球形粉末顆粒表面粗糙粉末的成形性能較好水霧化法制銅粉為不規(guī)則粉末顆粒表面粗糙氧含量較低、壓縮性較好10.在哪些情況下需要向粉末中添加成形劑為什么？成型劑概念？答a硬質(zhì)粉末由于粉末變形抗力很高無(wú)法通過(guò)壓制所產(chǎn)生的變形而賦予粉末坯體足夠的強(qiáng)度一般采用添加成形劑的方法以改善粉末成形性能提高生坯強(qiáng)度便于成形。橡膠、石蠟、PEG、PVA等。b流動(dòng)性差的粉末、細(xì)粉或輕粉填充性能不好自動(dòng)成形不好影響壓件密度的均勻性。添加成形劑能適當(dāng)增大粉末粒度減小顆粒間的摩擦力。12試分析氣體霧化制粉過(guò)程中有哪些因素控制粉末粒度解:二流之間的夾角，夾角越大，霧化介質(zhì)對(duì)金屬流柱的沖擊作用越強(qiáng)得到的粉末越細(xì)；采用液體霧化介質(zhì)時(shí)，由于質(zhì)量大于氣體霧化介質(zhì)，攜帶的能量大，得到的粉末越細(xì)；金屬流柱直徑小，獲得粉末粒度??；金屬溫度越高，金屬熔體黏度??；易于破碎所得粉末細(xì)??；介質(zhì)壓力大沖擊作用強(qiáng)，粉末越細(xì)。15液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件是什么它們對(duì)液相燒結(jié)致密化的貢獻(xiàn)是如何體現(xiàn)的答三個(gè)基本條件液相必須潤(rùn)濕固相顆粒、固相在液相中具有有限的溶解度、液相數(shù)量1潤(rùn)濕性液相必須潤(rùn)濕固相顆粒這是液相燒結(jié)得以進(jìn)行的前提。液相只有具備完全或部分潤(rùn)濕的條件才能滲入顆粒的微孔和裂隙甚至晶粒間界促進(jìn)致密化2溶解度有限的溶解可改善潤(rùn)濕性增加了固相物質(zhì)遷移通道加速燒結(jié)并且顆粒表面突出部位的化學(xué)位較高產(chǎn)生優(yōu)先溶解通過(guò)擴(kuò)散和液相流動(dòng)在顆粒凹陷處析出改善固相晶粒的形貌和減小顆粒重排的阻力促進(jìn)致密化3液相數(shù)量在一般情況下液相數(shù)量的增加有利于液相均勻地包覆固相顆粒為顆粒重排列提供足夠的空間和致密化創(chuàng)造條件。16.為什么在模壓坯件中出現(xiàn)密度分布？產(chǎn)生密度不均對(duì)粉末冶金工件有什么主要危害答原因剛模壓制時(shí)由于粉末顆粒與模具陰模內(nèi)壁、模沖、芯棒之間的因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)的摩擦力的作用消耗有效外壓造成在壓坯高度方向壓力降和在壓制面上的壓力再分布因此造成壓坯的各處密度不均勻。危害a、不能正常實(shí)現(xiàn)成形如出現(xiàn)分層斷裂掉邊角等b、燒結(jié)收縮不均勻?qū)е伦冃蝐、限制拱壓產(chǎn)品的形狀和高度。18粉末壓坯強(qiáng)度的影響因素有哪些？分別以硬質(zhì)合金和鐵基粉末冶金零件為例說(shuō)明可采取哪些技術(shù)措施提高坯件的強(qiáng)