粉末冶金解答题50问说课材料.doc

粉末冶金解答题50问精品文档1 、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； 5 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） 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 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。 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： 6 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； 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。 粉末质量（粉末颗粒中孔隙因素）越小、松装密度越小 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 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 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 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 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。 7 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， 1 2= 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， 1= 2= 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， WO3WO2 W ；其中还有 WO2 。 90WO2 。 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。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 AB 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。 11 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。 12 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： 13 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： 14 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/a m-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/a m-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850C）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， 15 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（WO3WO2）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： 16 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- 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。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除