粉末冶金课后习题.pdf

第一章1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素有哪些？答：铁氧化物的还原过程是分段进行的，即从高价氧化铁到低价氧化铁，最后转变成金属：F e 2 0 3-F e 3 0 4-F e。固体碳还原金属氧化物的过程通常称为直接还原。当温度高于5 70 时,分三阶段还原：F e 2 0 3-F e 3 0 4 f 浮 斯 体（F e O F e 3 0 4 固溶体）-F e3 F e 2 0 3+C 0=2 F e 3 0 4+C 0 2 F e 3 0 4+C 0=3 F e 0+C 0 2 F e O+C O=F e+C O2 当温度低于 5 70 时，由于氧化亚铁不能稳定存在，因此，F e 3 0 4 直接还原成金属铁F e 3 0 4+4 C 0=3 E e+4 C 0 2影响因素：（1）原料原料中杂质的影响原料粒度的影响（2）固体碳还原剂固体碳还原剂类型的影响固体还原剂用量的影响（3）还原工艺条件还原温度和还原事件的影响料层厚度的影响还原罐密封程度的影响（4）添加剂加入一定的固体碳的影响返回料的影响引入气体还原剂的影响碱金属盐的影响海绵铁的处理制取铁粉的主要还原方法有哪些？比较其优缺点。还原工艺条件方 法还 原 剂原 料设 备还原温度气体压力国外典型例子固体碳还原法反应固体碳还原法回转炉固体还原法木炭，焦炭、无烟煤木炭、焦炭铁第,铁矿石铁鼻,铁矿石倒焰炉，陡道窑回转管式炉950 1100瑞典依格纳斯（Hoganas）气-固联合还原法马分管式炉气-固联合还原法碳黑+转化天然气木炭+煤气铁 事马弗管式炉=1100的苏联转化天然气联合还原法气体还原法输送带式炉气体还原法回转炉气体还原法鬓炉气体还原法源态化还原法蚊酸铁还原制超细铁粉分解气水煤气，转化天然气铁铁铁事,铁矿石铁矿石蚊龄铁输送带式炉回转管式炉会炉渣态化反应器管式马弗炉“980=850“950480 540400 5002.83.5MPa美国帕窿（Pyron）法美国氢-铁法2、发展复合型铁粉的意义何在？答：高密度、高强度、高精度粉末冶金铁基零件需要复合型铁粉。所谓复合型粉末是指用气体或液体雾化法制成的完全预合金粉末、部分扩散预合金粉末以及粘附型复合粉末。还原法制取铝粉的过程机理是什么？影响鸨粉粒度的因素有哪些？氢 还 原。总 的 反 应 式：WO3+3 H 2=W+3 H 2 0。铝 具 有 4 种 比 较 稳 定 的 氧 化 物W0 3+0.1 H 2=W0 2.9+0.1 H 2 0 W0 2.9+0.1 8H 2 =W0 2.72+0.1 8H 2 0W0 2.72+0.72 H 2 =W0 2+0.72 H 2 0 WO2+2 H 2 =W+2 H 2 O影响因素：原料：三氧化鸨粒度、含水量、杂质氧气：氧气的湿度、流量、通气方向还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度添加剂3,作为还原鸽粉的原料，蓝鸨比三氧化铝有什么优越性，其主要工艺特点是什么？答：采用蓝鸨作为原料制备鸨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W 0 3 作为原料制备的鸽粉二次颗粒要大。采用蓝鸨作为原料，蓝铝二次颗粒大，（一次颗粒小），在 1 1 2 中挥发少，通过气相迁移长大的机会降低，获 得 W 0 2 颗粒小；在一段还原获得W 0 2 后，在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不明显，且产量高。试举出还原-化合法的应用范围。还原金属氧化物及盐类以生产金属粉末是一种应用最广泛的制粉方法。特别是直接使用矿石以及冶金工 业废料如轧钢铁鳞作原料时，还原法最为经济。实践证明：用固体碳还原，不仅可以制取铁粉，而且可以制取铝粉；用氢或分解氨还原，可以制取铝、铝、铁、铜、钻、银等粉末；用转化天然气作还原剂，可以制取铁粉等；用钠、钙、镁等金属作还原剂，可制取电 旦、锯、钛、错、牡、铀等稀有金属粉末。归纳起来，不但还原剂可呈固态、气态以至液态,而被还原物料除固态外，还可以是气相和液相。4、试举出气相沉积法的应用范围。（1）金属蒸气冷凝，这种方法主要用于制工业上生产碳化硅是将石英砂与碳（石墨、炭黑等）。这些金属的特点是有较低的熔点和较高的挥发性，如果将这些金属蒸气在冷却向上冷凝下来，便可形成很细的球状粉末。羟基物热离解。（3）气相还原，包括气相氢还原和气相金属热还原（4）化学气相沉积。试举出液相沉淀法的应用范围。（1）金属置换法；（2）溶液气体还原法，主要是溶液氢还原法；（3）从熔盐中沉淀法；辅助金属浴法。5、水溶液电解法的成粉条件是什么？与电解精炼有什么异同？4）成粉条件 如上所述，铜、银、铁、银等均可通过水溶液电解析出，但是要求阴极沉积物呈粉末状态，所以还需掌握电解时成粉的规律。电解实验口。证实：（1）在阴极开始析出的是致密金属层，一直要到阴极附近的阳常子浓度由原来的，降低到一定值C。时才开始析出松散的粉末。在低电流密度电解时，6值通常是达不到的，因为离子的浓度减少会不断靠扩散而得到补充；只有采用高电流密度时，阴极附近的阳离子浓度急剧下降，经过很短时间就达到%值。这一点说明，要形成粉末，电流密度和金属离子浓度起着关键作用。（2）当通电时，只是在距阴极表面距离人以内的阳离子于阴极析出。金属离子浓度与至阴极的距离的关系如图1-5 6所示。当金属以粉末状在阴极析出之前，从靠近阴极面积 人 的 体 积A h内析出的阳离子数为图 1-56 金属离子浓度与至阴极的隹离之关系L 代表溶液中阳离子的最初浓度;C L 代表析出粉末的阳离子浓度匕/A（c的单位为m o l/L）6、影响电解铜粉粒度的因素有哪些？答：（1）电解液组成1）金属离子浓度的影响2）酸度的影响3）添加剂的影响（2）电解条件1）电流密度的影响2）电解液温度的影响3）电解时搅拌的影响24）刷分周期的影响5）关于放置不溶性阳极和采用水内阴极问题7、电解法可生产哪些金属粉末？为什么？答：1）水溶液电解法：可生产铜、银、铁、银、锡、铅，铭、镒等金属粉末，在一定条件下可使几种元素同时沉积而制得F e-N i、F e-C u等合金粉末。2）熔盐电解法：可以制取T i、Z r、T a、N b、T h、U、B e等纯金属粉末，也可以制取如T a-N b 等合金粉末以及各种难熔化合物（如碳化物、硼化物和硅化物等）8、金属液气体雾化过程的机理是什么？影响雾化粉末粒度、成分的因素有哪些？答：雾化法属机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法。二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流的，雾化法只要克服液体金属原子间的键合力就能使之分散成粉末，因而雾化过程所消耗的外力比机械粉碎法小得多。雾化过程是一复杂过程，按雾化介质与金属液流的相互作用的实质，既有物理-机械作用，又有物理-化学变化。四个区：负压紊流区、原始液滴形成区、有效雾化区、冷却凝固区。影响因素：雾化介质：雾化介质类别、气体或谁的压力金属液流:金属液的表面张力和粘度、金属液过热温度、金属液股流直径其他工艺：喷射参数、聚粉装置参数9、离心雾化法有什么特点？答：利用机械旋转的离心力将金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。综合了气体雾化和旋转盘雾化的特点。雾化法是 种简便的经济粉末生产方法，旋转电极雾化不仅可以雾化低熔点的金属，而且可以制取难容金属粉末机械粉碎法（球磨的基本规律及其影响因素）机械粉碎法是靠压碎、击碎、磨削等作用，将块状金属或合金机械的粉碎成粉末的。球磨的基本规律：1）球磨机转速慢时，球和物体沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。这时的粉碎主要是靠球的摩擦作用。2）球磨机转速较高时，球在离心力作用下，随着筒体上升至比第种情况更高的高度，然后在重力作用下掉下来，称为抛落。这时物料不仅靠球体与球体之间的摩擦作用，主要是靠球体落下时的冲击作用而被粉碎，其效果最好。3）继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力式，紧靠衬板的球不脱落筒壁而与筒体一起回转，此时无聊的粉碎作用将停止。1 0、快速冷凝技术的特点是什么？快速冷凝技术的主要方法有哪些？答：快速冷凝技术的冷却速度 l（）5/s,是传统雾化技术的重要发展。山于强化冷却过程和外界输入能量，可得到性能奇异性能的粉末和合金。主要技术特点是：.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；.提高合金元素的固溶度；.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；.可抑制有害相的形成。如在A l-F e 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。快速冷凝技术的主要方法：1、传导传热机制（1）熔体喷纺法（2）熔体沾出法2、对流传热机制（1）超声气体雾化法（2）离心雾化法3（3）气体雾化与旋转盘雾化法11、雾化法可生产哪些金属粉末？为什么？答：雾化法属于机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法，应用较广泛，生产规模仅次于还原法。雾化法又称喷雾法，可以制取铅、锡、铝、锌、铜、锲、铁等金属粉末，也可制取黄铜、青铜、合金钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末。制造过滤器用的青铜、不锈钢、银的球形粉末目前几乎全是采用雾化法生产。液体金属的击碎包括制粒法和雾化法两类。制粒法是一种类似制造铅弹的简单方法，即让熔化金属通过小孔或筛网自动地注入空气或水中，冷却凝固后得到金属粉末，粒度较粗，一般为0.为了得到更细的粉末，有时将熔化金属从盛液桶中流入斜槽，再由斜槽流到运动着的运输带上，液流被运输带击碎成液滴而落入水中。制粒法适于制取低熔点金属如铅、锡、铝、锌等粉末。12、有哪些方法可生产铁粉？比较各方法的优缺点。1、物理化学方法方法1）还原法.2）气相凝结或离解。3）电解法。2、机械法1）机械粉碎。2）雾化法。13、从技术上、经济上比较生产金属粉末的三大类方法：还原法，雾化法和电解法。14、试论述超细粉末的前景及应用。4第二章1、粉末颗粒有哪几种聚集形式？它们之间的区别在哪里？答：1、次颗粒，二次颗粒（聚合体或聚集颗粒），团粒，絮凝体2,通过聚集方式得到的二次颗粒被称为聚合体或聚集颗粒；团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华引力粘结而成的，其结合强度不大，用磨研、擦碎等方法或在液体介质中就容易被分散成更小的团粒或单颗粒；絮凝体是在粉末悬浮液中，由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒。2、氢损法测定金属粉末的氧含量的原理是什么？该方法适用于怎样的金属？为什么说它测定的一般不是全部氧含量？答：原理：氢损法是将5 g 有润滑剂的金属粉末试样放在刚玉舟皿内在纯氢气流中燃烧一段时间，燃烧时，粉末中的洋河请结合生成水汽排出使得粉末总重减少，减少值占粉末试样重量的百分数即为氢损值。适用：（1）粉末金属氧化物中氧能被还原的金属（2）高熔点的金属（不易挥发的金属）氢损值只是近似反映粉末中的氧含量，因为在煨烧过程中，粉末中 S i 0 2,A 1 2 0 3,M g O,C a O 等含氧杂质不能被还原，而一些非氧杂质C,S等却能与氢生成挥发性化合物排出，同时，粉末表面吸附的气体杂质和粉末中低共熔点金属Z n,C d,P b 等也挥发排出，因此给准确测量氧含量带来了困难。3、什么叫当量球直径？今假定有一边为1 m的立方体颗粒，试计算它的当量球体积直径和当量球表面直径各是多少？答：利用沉降法、离心法或水力学方法（风筛法、水簸法）测得的粉末粒度，称为当量粒径。当量粒径中有一种斯托克斯径,其物理意义是与被测粉末具有相同沉降速度且服从斯托克斯定律的同质球形粒子的直径。由于粉末的实际沉降速度还受颗粒形状和表面状态的影响，故形状复杂、表面粗糙的粉末，其斯托克斯径总是比按体积计算的几何学名义径小。4、假定某一不规则形状颗粒的投影面积为A ,表 面 积 为 S ,体 积 为 V ,请分别导出与该颗粒具有相等A、S和 V的当量球投影面直径D A ,当量球表面直径D s和当量球体积直径D V的具体表达式。5、请解释为什么粉末的振实密度对松装密度的比值愈大时，粉末的流动性愈好？答：松装密度与振实密度 在粉末压制操作中，常采取容量装粉法，即用充满一定容积的型腔的粉末量来控制压件的密度和单重，这就要求每次装满模腔的粉末应有严格不变的质量。但是，不同粉末装满一定容积的质量是不同的，因此规定用松装密度或振实密度来描述粉末的这种容积性质。松装密度是粉末在规定条件下自然充填容器时，单位体积内的粉末质量，单位为g/c m 2 .振实密度系将粉末装于振动容器中，在规定条件下，经过振动后测得的粉末密度。松装密度是粉末自然堆积的密度，它取决于颗粒间的粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体孔隙被小颗粒填充的程度虽然敲击或振动会使粉末颗粒堆积得更紧密（如振实密度）,5但粉末体内仍存在大量的孔其所占隙的体积称为孔隙体积。孔隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度6。显然，松装粉末的孔隙度比振实粉末的孔隙度高。6、将铁粉过筛分成一 1 0 0+2 0 0 目和一 3 2 5 目两种粒度级别，测得粗粉末的松装密度为2.6 g/c m 3 o再 将 2 0%的细粉与粗粉合批后测得松装密度为2.8 g/c m 3 ,这是什么原因？请说明。7、沉降分析的计算粒度公式（2-5）中的密度 应该用什么颗粒密度表示？为什么说悬浊液中粉末分散不好是造成分析误差的最大原因？答：沉降分析的计算粒度公式（2-5）中 的 密 度 P与 P 0 为颗粒与介质的密度。8、单点吸附法是怎样将B E T 吸附二常数式简化成通过坐标原点的直线方程？吸附法测定的粉末粒度是用一种什么当量球直径表示？为什么它比透过法测定的粒度偏小？原则上它应该反映聚集颗粒的什么颗粒的大小？答：p N P=1/Vm p/p09、气体通过粉末床的阻力同粉末粒度有什么关系？为什么费氏仪（常压空气透法）测定粉末比表面值不是全比表面值？61 0、用沉降分析方法测得铝粉（密 度 为2.7 g/c m 3 ）的粒度组成如下:粒度范围，u m 质量，g010.01 20.42，45.54.82 3.48 .1 21 9.01 22 01 7.62 0 3 25.93 2 4 41.14 48 80.3 8 80.0 绘制粒度分布图，以表示累积质量百分数与粒度的l o g值的变化关系;以质量基准表示的平均粒度值是多少？估计以个数基准表示的平均粒度值是多少？说明哪几种粒度测定方法适合于这种粉末？7第三章1、压制前粉末料需进行哪些预处理？其作用如何？答：预处理包括：粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂。预先退火：使氧化物还原，降低碳和其他杂质的含量，提高粉末的纯度；消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构。混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀。筛分：把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。制粒：将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒，改善粉末的流动性。在硬质合金生产中，为了便于自动成形，制粒使粉末能顺利充填模腔。加润滑剂：降低成形时粉末颗粒和模冲间摩擦，改善压坯的密度分布，有利于脱模。2、选择成形剂的原则是什么？成形剂的加入方式有几种？答：1有较好的粘结性和润滑性能，在混合粉末中容易均匀分布，且不发生化学变化。2软化点较高，混合时不易因温度升高而熔化。3混合粉末中不致于因添加这些物质而使其松装密度和流动性明显变差，对烧结体特性也不能产生不利影响。4加热时，从压坏中容易呈液态排出，并且这种气体不影响发热元件、耐火材料的寿命。5对产品外观和性能无不良影响。方式：通常在混料过程中以干粉的形式加入，与主要成分的金属粉末一起混合，在某些场合也以溶液状态加入，此时，先将石蜡或合成橡胶溶于汽油或酒精中，再将它掺入料浆或干的混合料中。压制前，须将其中的汽油或酒精挥发。3、喷雾干燥制粒的工艺过程如何？有何优缺点？喷雾干燥制粒全过程是在密封系统中完成，共分为四个阶段：（1）料浆的雾化：（2）液滴群干燥；（3）液滴群与加热介质相接触；（4）料粒与加热介质分离。这种工艺所制得的料粒形状规则，粒度均匀，流动性好，可减少压制废品的出现。此外，松装密度低的粉末可经过一次成形（压团）处理，将团块粉碎后再使用。但是，这时由于粉末的加工硬化而往往需要重新退火。4、粉末压制过程的特点怎样？以示意图表示。粉末在压模内所受压力的分布是不均匀的，这与液体的各向均匀受压情况有所不同。因为粉末颗粒之间彼此摩擦、相互楔住，使得压力沿横向 J|T 2（垂直于压模壁）的传递比垂直方向要困难得多。并且粉末与模壁在压 I制过程中也产生摩擦力，此力随压制压力而增减。因此，压坯在高度上出现显著的压力降，接近上模冲端面的压力比远离它的部分要大得多，同时中心部位与边缘部位也存在着压力差，结果，即 靠 吃 含 黑压坯各部分的致密化程度也就有所不同。L 下冲;，一叫在压制过程中，粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形，压坯内存在着很大的内应力，当外力停止作用后，压坯便出现膨胀现象一弹性后效。.5、压制压力、净压力、摩擦压力、侧压力之间的关系怎 J粉末体在压模内受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会给 i/卜压坯一个大小相等方向相反的反作用力，压制过程中由垂 4/=EE 3-2 0 压 制 压 力.的 压 力、倒压原与压坯窃 度 的 关 一1 一 届 仪 压 力；压 系SR；3一 压 力8直压力所引起的模壁施加于压坏的侧面压力称为侧压力。由于粉末颗粒之间的内摩擦和粉末颗粒与模壁之间的外摩擦等因素的影响，压力不能均匀地全部传递，传到模壁的压力将始终小于压制压力，也就是说，侧压力始终小于压制压力。总压力=净压力+压力损失侧压力小于压制力6、压制时压力的分布状况怎样？产生压力降的原因是什么？压坯中产生压力分布不均匀的原因有哪些？压制压力作用在粉末体上之后分为两部分，一部分是用来使粉末产生位移、变形和克服粉末的内摩擦，这部分力称为净压力，通常以P1表示；另一部分，是用来克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦的力，这部分力称为压力损失，通 常 以 P1表示。因此，压制时所用的总压力为净压力与压力损失之和，即：尸=尸，劣 尸.压模内模冲、模壁和底部的应力分布如图3-18所示。由图可知：压模内各部分的应力是不相等的。由于存在着压力损失，上部应力比底部应力大；在接近模冲的上部同一断面，边缘的应力比中心部位大；而在远离模冲的底部，中心部位的应力比边缘应力大。图3-1 8压 模 内 模 冲、模壁和底部的应力分布A一模冲压力；P.一 模壁压力；PL底部压力；r.模冲的剪切应力；，”一模壁的剪切应力；为一底部的剪切应力；A 两断面间距离；一最大距离；l摩擦系数7、压坯中密度分布不均匀的状况及其产生原因是什么？答：1、压坯的密度分布，在高度方向和横断面上，是不均匀的：在与模冲相接触的压坯上层，密度和硬度都是从中心向边缘逐步增大的，顶部的边缘部分密度和硬度最大；在压坯的纵向层中，密度和硬度沿着压坯高度从上而下降低。但是，在靠近模壁的层中，由于外摩擦的作用，轴向压力的降低比压坯中心大得多，以致在压坯底部的边缘密度比中心的密度低。因此，压坯下层的密度和硬度之分布情况和上层相反2、增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增加；加大直径会使密度的分布更加均匀；采用模壁光洁度很高的压模并在模壁上涂润滑油，能够减少外摩擦系数，改善压坯的密度分布。8、试述巴尔申压制理论的简况。由虎克定律可知，对于致密金属，应力无限小的增量正比于变形无限小的增量，即9图 3-11各种粉末的成形压力和压坯密度的关系61结晶银粉 100目：2一粗电解铜粉一100目;3一析出细铜粉；，一电解细铜粉；5喷雾锚粉一325目；6软纯电解铁粉；7一氧还原铁粉一100目.g-纯铁粉；厂退火粉碎钢粉一 1008da=Kdh(3-3)式中 P压力；A横断面积；巴尔申的压制方程一经过很多学者的实验检验，表明此方程仅在一定场合中是正确的，压制因素都取决于粉末粒度和粒度组成。实际的压制曲线不等于直线，巴尔申本人109、柯罗皮斯基压制理论的简况。10、试述川北公夫压制理论的简况。11、试述黄培云压制理论的简况及其新发展。1112、试述各种压制理论的比较。13、影响压制过程的因素数有哪些？1、粉末性能对压制过程的影响1）粉末物理性能的影响（1）金属粉末本身的硬度和可塑性；（2）金属粉木的摩擦性能 2）粉末纯度（化学成分）的 影 响 3）粉末粒度及粒度组成的影响4）粉 末 形状的影响5）粉末松装密度的影响2、润滑剂和成形剂对压制过程的影响1）润滑剂和成形剂的种类2）润滑剂和成形剂的用量3）振 动 压 制 的 影 响 4）磁场压制的影响14、压坯废品的种类及其产生原因有哪些？12第四章1、粉末冶金技术中的特殊成形包括哪些内容？与一般钢模压制法相比较有什么特点？答：等静压成型，粉末连续成型，粉浆浇注成型，粉末注射成形，爆炸成形（1）等静压成型：1）能够压制具有凹形、空心等复杂形状的杆件；2）压制时，粉末体与弹性模具的相对移动很小，所以摩擦损耗也很小。单位压制压力较钢模制法低；3）能够压制各种金属粉末及非金属粉末。压制坯件密度均匀，对难熔金属粉末及其化合物尤其有效；4）压坯强度较高，便于加工和运输；5）模具材料是橡胶和塑料，成本较低廉；6）能在较低的温度下制得接近完全致密的材料（2）粉末连续成型：1）能够生产一般轧制法难于或无法生产的板带材；2）能够轧制出成分比较精确的带材；3）粉末轧制的板带材料具有各向同性；4）工艺过程短、解约能源;5）粉末轧制法成材率比熔铸轧制法高；6）不需大型设备，减少大量投资（3）、粉浆浇注成型：制取某些新型特殊材料；生产谈基铁粉制品，适当烧结处理后.，材料机械性能接近锻造材料；生产设备简单，生产费用低（4）、粉末注射成形：制造形状复杂的坯块（5）、爆炸成形：能够压出相对密度极高的压坯2、假设某企业需要一批直径4 0 X 1 0 0 0 m m、直径6 0 X 1 0 0 0 m m的Y G类硬质合金轧辑，要求材质的孔隙度接近0%,请你提出一套成形工艺。3、与一般的冷压烧结后再进行热等静压制法比较，烧结-热等静压制工艺有什么特色?烧 结-热 等 静 压 制 过 程 是 把 经 模 压 或 冷 等 静 压 制 的 坯 块 放 入 热 等 静 压 机 高 压 容 器 内 分别 进 行 脱 端、烧 结 和 热 等 舒 压 制，使 工 件 的 相 对 密 度 接 近100%。这 是 继 常 规 热 等 验 压 制 技术 的 一 种 先 进 工 艺。图4-2 1为 这 一 工 艺 过 程 的 示 意 卬脱 蜡（或 其 他 成 形 剂）和 烧 结 可 在 真 空状 态 下 或 在 工 艺 确 定 的 气 体（如 氯、氨 氢 混合 气）、甲 烷 保 护 下 进 行。按 照 传 统 的 烧 结概 念，液 相 和 固 相 烧 结 都 会 促 进 烧 结 坯 块内 部 孔 隙 减 少，并 产 生 收 缩 和 致 密 化。在 这一 过 程 中，烧 结 温 度 和 时 间 是 要 准 确 地 控制 的 参 数，热 等 静 压 制 是 使 烧 结 坯 块 定 度进 一 步 提 高,以 接 近 理 论 密 度 值。压 块 在 同 一 炉 体（压 力 空 器）内 进 行 烧结 和 热 等 验 压 制，压 块 在 烧 结 后 期 直 接 施加 高 压，这 就 避 免 了 降 温 冷 却 升 温 加 热 的附 加 操 作，也 避 免 了 压 块 移 动 时 可 能 受 到损 坏，并 保 持 烧 结 与 热 等 验 压 制 时 温 度 稳定。S 4-21 烧 结-热 等 酢 压 制 工 艺 过 程 示 意 图烧 结-热 等 静 压 过 程 中 的 热 等 静 压 制 阶 段 使 产 品 均 匀 收 缩 与 致 密 化，温 度、压 力、时 间三 工 艺 参 数 相 互 关 系 示 于 图4-22。粉 末 体 的 致 密 化 是 由 材 料 的88性、高 温 下 螭 变 和 原 子 扩散 速 度 所 确 定。试 验 结 果 表 明，液 相 烧 结 材 料 在 低 压 下 短 时 热 处 理 可 以 完 全 致 宙 化。固 相烧 结 材 料 要 完 全 致 定 化 则 需 要 更 高 压 力 和 更 长 时 间。134、热等静压制技术最适宜于加工什么样的材料？同热压法比较，它的特点是什么？它适用于大批生产小型粉末冶金零件吗？为什么？答：热等静压法制取的制品密度比热压法要高些，尤其在压制难熔金属时，差别更为明显。同材料的热等静压制温度比热压法低。考虑到低的压制温度有利于获得细晶粒的合金材料，有利于制取一般方法难于制取的熔点相差悬殊的层叠复合材料，所以，热等静压材料性能普遍高于热压法制取的材料性能。5、喷射成形的特点是什么？它有哪几种方法？6、综述挤压成形法的特点，它适用于什么材料?7、市场上十分需要一种铝-铜-铝的复合板材，其尺寸要求为厚3.0mm,宽200mm,长 为500mm,请问能用粉末治金方法成形生产吗？请选择种最优的制造方法。8、某机床厂生产一种专用机床，需 要一批1000 X 300 X 50mm的导板，要求为含油率在13%16%的粉末铁基制品。请问用什么办法制造？请设计一套制造成形工艺。9、注射成形技术适用于生产什么形状的产品？在经济上技术上该方法有什么优缺点？141 0、爆炸成形法有什么特点？同等静压制法比较，它们有什么差异？15第五章1、烧结理论研究的两个基本问题是什么？为什么说粉末体表面自由能降低是烧结体系自由能降低的主要来源或部分？答：烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。烧结也是粉末冶金生产过程中的最后 道工序，对最终产品的性能起着决定性作用，另一方面，烧结是高温操作，而且一般要经过较长的时间，还需要适当的保护气氛，因此，从经济角度考虑，烧结工序的消耗是构成产品成本的重要部分，改进操作与烧结的设备，减少物质与能量消耗，如降低烧结温度，缩短烧结时间等，在经济上的意义是重大的。两个基本问题：一是烧结为什么会发生，也就是所谓烧结的驱动力或烧结力学问题：二是烧结是怎样进行的，及烧结的机构和动力学问题。因为从理论上讲，烧结后的低能位状态之多是对应单晶体的平衡缺陷浓度，而实际上烧结体总是具有更多热平衡缺陷多的多晶体，因此，烧结过程中晶格畸变能减少的绝对值，相对于表面能的降低仍然是次要的，烧结体内总保留一定数量的热平衡空位、空位团和位错网。2、粉末等温烧结的三个阶段是怎样划分的？实际烧结过程还包括哪些现象？答：粉末的等温烧结过程，按时间大致可划分为三个界限不十分明显的阶段：（1）粘结阶段-烧结初期,颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。（2）烧结颈长大阶段-原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络。（3）闭孔隙球化和缩小阶段-当烧结体密度达到9 0%以后，多数孔隙被完全分隔，闭孔隙数量大为增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。实际烧结过程可能出现的现象例如粉末表面气体或水分的挥发、氧化物的还原和离解、颗粒内应力的消除、金属的回复和再结晶以及聚晶长大等。3、用机械力表示的烧结驱动力的表达式是怎样？式中的负号代表什么含义？简述空位扩散驱动力公式推导的基本思路和原理。4、应用空位体积扩散的学说解释烧结后期孔隙尺寸和形状的变化规律。答：弗伦克尔把粘性流动的宏观过程最终归结为原子在应力作用下的自扩散。基本观点是，晶体内存在着超过该温度下平衡浓度的过剩空位，空位浓度梯度就是导致空位或原子定向移动的动力。皮涅斯认为，在颗粒接触面上空位浓度高，原子与空位交换位置，不断地向接触而迁移，使烧结颈长大；而且烧结后期，在闭孔周围的物质内，表面应力使空位的浓度增高，不断向烧结体外扩散，引起孔隙收缩。实际上，空位源远不止是烧结颈表面，还有小孔隙表面、四面及位错；相应的，可成为空位阱的还有晶界、平面、凸面、1 6大孔隙表面、位错等。因此，当空位由孔隙向颗粒表面扩散以及空位由小孔隙向大孔隙扩散时，烧结体就发生收缩，小孔隙不断消失和平均孔隙尺寸增大。5、从晶界扩散的烧结机构出发，说明烧结金属的晶粒长大（再结晶）与孔隙借空位向或沿晶界扩散的关系。答：靠近晶界的孔隙总是优先消失或减少，而隔离闭孔却长大并可能超过原始粉末的大小。弯曲晶界移动并在扫过的面上消除微孔，但是当晶界移到新位置时，微孔将聚集成大孔隙，对晶界的继续移动起阻碍作用，直至空位通过晶界很快向外犷散，孔隙减小后，晶界又能克服阻力而继续移动。孔隙周围的空位向晶界扩散并被其吸收（或沿晶界向两端扩散，消失在烧结体之外），使孔隙缩小、烧结体收缩。6、如何用烧结模型的研究方法判断某种烧结过程的机构？烧结温度、时间、粉末粒度是如何决定具体的烧结机构的？某一烧结机构占优势是什么含义？7、简要叙述粉末粒度和压制压力如何影响单元系固相烧结体系的收缩值？答：粉末粒度影响聚晶长大。因为孔隙尺寸随粉末粒度增大而增大，对境界移动的阻力也增加，故聚晶长大趋势小。压制力很高，烧结时由于内应力急剧消除使密度反而降低。缓慢升温，使压坯内气体容易在孔隙封闭前排除，可减少压坯的膨胀。8、分析影响互溶多元系固相烧结的因素.答：烧结温度：原子互扩散系数随温度升高而显著增大。烧结时间：在相同温度卜，烧结时间越长，扩散越充分，合金程度就越高。粉末粒度：合金化的速度随粒度减小而增加。压坯密度：增大压制力，将使粉末颗粒间接触而增大，扩散界面增大，加快合金化过程。粉末原料：采用一定数量的欲合金粉或复合粉同完全使用混合粉比较，达到相同的均匀化时间短。杂质：存在在粉末表面或烧结过程形成杂质阻碍颗粒间扩散9、互不溶系固相烧结的热力学条件是什么？为获得理想的烧结组织，还就满足怎样的充分条件？答：A-B的比界面能必须小于A、B单独存在的比表面能之和（B|J rABlrA-rBI,那么在两组元的颗粒间形成烧结颈的同时，他们可互相靠拢至某一临界值；如果rABlrA-rBI,则开始时通过表面扩散，比表面能低的组元覆盖在另组元的颗粒表面，然后同单元系烧结样，在类似复合粉末的颗粒间形成烧结颈。10、简明阐述液相烧结的溶解-再析出机构及对烧结后合金组织的影响。答：因颗粒大小不同、表面形状不规整，各部位的曲率不相同造成饱和溶解度不相等，引起颗粒之间或颗粒不同部位之间通过液相迁移时，小颗粒或颗粒表面曲率大的部位溶解较多，相反的，溶解物质乂在大颗粒表面或具有负曲率的表面析出。在这一阶段，致密化过程已明显减慢，因为这时气孔已基本上消失，而颗粒间距离更缩小。使液相流进孔隙变得更加困难。对组织的影响：溶解和再析出过程使得颗粒外形逐渐趋于球形，固相颗粒发生重结晶长大，冷企鹅后的颗粒多呈卵形，紧密的排列在粘结相内。11、分析影响熔浸过程的因素和说明提高润湿性的工艺措施有哪些？为什么？1712、当 采 用H 2和CO作还原性烧结气氛时，为什么说随温度升高H 2的还原性比CO强？13、可控碳势气氛的制取原理是什么？如何控制该气氛的各种气体成分的比例？指出其中的还原性和渗碳性气体成份。14、何谓碳势？用天然气的热离解气作烧结气氛，其渗碳反应式是怎样的？随温度升高，哪一种反应使碳势升高？为什么？15、活化烧结和强化烧结的准确含义有什么不同？简单说明用N i等过渡金属活化烧结鸨的基本原理和烧结机构。16、热压工艺的基本特点怎样？它与热等静压有什么异同点？1817、用塑性流动理论（默瑞方程为代表）说明热压工艺参数对致密化的影响。18、扩散蠕变理论的要点是什么？简单说明晶粒长大（再结晶）与致密化的关系。19