粉末冶金考试习题.doc

1粉末冶金液相烧结包括哪几种形式？详细说明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。2 与熔铸相比粉末冶金技术有何重要优缺点并举例说明。答重要优点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 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 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 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3 试讨论互不溶二元系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AB|A B|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AB|A B|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AB越小烧结的动力就越大。4讨论固相烧结后期孔隙球化原因和小孔隙消失原因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5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6. 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？说明原因答通常要添加成形剂和润滑剂。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。7 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。8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9 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。10. 在哪些情况下需要向粉末中添加成形剂为什么？成型剂概念？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。11 粉末冶金烧结过程可分为哪几个阶段？分析烧结时形成连通孔隙和闭孔隙的条件。答 开孔Ps=Pv -/ Ps仅是表面张应力-/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只有当烧结颈长大表面张力减小到与Pv平衡时烧结收缩停止闭孔Ps=Pv-2/r孔 r孔孔隙半径-2/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12 试分析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13分析影响粉末冶金烧结过程中影响晶粒长大的因素，说明粉末烧结刚的晶粒比普通钢的晶粒细小的原因答 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。15 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润湿性 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溶解度 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。16. 为什么在模压坯件中出现密度分布？产生密度不均对粉末冶金工件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。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说明可采取哪些技术措施提高坯件的强度？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