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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
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dooc线以上Fe稳定存在doob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 CCO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。
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
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。 10 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。
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。
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。
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
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
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。
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25mmWC-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 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
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。
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
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
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
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