粉末冶金試題 一、名詞解釋 1、 臨界轉(zhuǎn)速：機(jī)械研磨時(shí)，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運(yùn)動能夠正好 經(jīng)過頂點(diǎn)位置而不發(fā)生拋落時(shí)，筒體的轉(zhuǎn)動速度 2、 比表面積：單位質(zhì)量或單位體積粉末具有的表面積 3、 二次顆粒： 4、 假合金：兩種或兩種以上金屬元素因不經(jīng)形成固溶體或化合物 構(gòu)成合金體系通稱為假合金，是一種混合物。 5、 成形性：粉末在經(jīng)模壓之后保持形狀的能力。 6、 壓縮性：粉末在模具中被壓縮的能力稱為壓縮性。 7、 流動性：50克粉末流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需要的時(shí)間稱為粉末流動 性。 8、 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； 9、 松裝密度：粉末自由充滿規(guī)定的容積內(nèi)所具有的粉末重量成為 松裝密度 10、 彈性后效： 11、 合批：具有相同化學(xué)成分，不同批次生產(chǎn)過程得到的粉末的 混合工序稱為合批 12、 標(biāo)準(zhǔn)篩：用篩分析法測量粉末粒度時(shí)采用的一套按一定模數(shù) （根號2）金屬網(wǎng)篩。 13、 保護(hù)氣氛：為防止粉末或壓坯在高溫處理過程發(fā)生氧化而向 體系因入還原性氣體或真空條件稱為保護(hù)氣氛。 14、 二流霧化：由霧化介質(zhì)流體與金屬液流構(gòu)成的霧化體系稱為 二流霧化； 15、 加工硬化：金屬粉末在研磨過程中由于晶格畸變和位錯(cuò)密度 增加，導(dǎo)致粉末硬度增加，變形困難的現(xiàn)象稱為加工硬化； 16、 粒度分布：將粉末樣品分成若干粒徑，并以這些粒徑的粉末 質(zhì)量（顆粒數(shù)量、粉末體積）占粉末樣品總質(zhì)量（總顆粒數(shù)量、總粉 末體積）的百分?jǐn)?shù)對粒徑作圖，即為粒度分布 17、 等靜壓制：是借助高壓泵的作用把液體介質(zhì)（氣體或液體） 壓入耐高壓的鋼體密封容器內(nèi)，高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模 套內(nèi)粉末上，使粉末體在同一時(shí)間內(nèi)各個(gè)方法均勻受壓而獲得密度分 布均勻和強(qiáng)度較高的壓坯。 18、 液相燒結(jié)：在具有兩種或者多種組分的金屬粉末或粉末壓坯 在液相和固相同時(shí)存在狀態(tài)下進(jìn)行的粉末燒結(jié)。P133 19、 固相燒結(jié)：燒結(jié)過程中組元不發(fā)生融化的燒結(jié)；按其組元的 多少它可分為單元系燒 結(jié)和多元系燒結(jié)兩類。熔浸燒結(jié)： 20、 粉末粒度： 21、 熱壓燒結(jié)： 22、 活化燒結(jié)： 23、 機(jī)械法： 24、 物理化學(xué)法： 25、 燒結(jié)： 二、填空： 1. 粉末冶金是用（金屬粉末貨金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為 原料，經(jīng)過（成形）和（燒結(jié)）制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類 型制品的工藝過程。 2. 從制粉過程的實(shí)質(zhì)來分，現(xiàn)有制粉方法可歸納為（物理化學(xué)法） 和（機(jī)械法）。機(jī)械法是將原材料機(jī)械地粉碎，而（化學(xué)成分）基本 上不發(fā)生變化的工藝過程；物理化學(xué)法是借助（化學(xué)的）或（物理） 的作用，改變原材料的（化學(xué)成分）或（聚集狀態(tài)）而獲得粉末的工 藝過程。 3. 通常把固態(tài)物質(zhì)按分散程度不同分成（致密體）、（粉末體） 和（膠體）三類；〔1〕，即大小在1mm以上的稱為（致密體）， 0.1pm以下的稱為（膠體），而介于二者的稱為（粉末體）。 4. 粉末冶金工藝過程包括（制粉）工序，（成形）工序和（燒結(jié)） 工序。 5. 粉末冶金成形前的預(yù)處理包括（粉末退火）、（篩分）、（混 合）、（制粒）、和（加潤滑劑）等。 6. 粉末特殊成形方法有（等靜壓成形）、（連續(xù)成形）、（無壓 成形）、（注射成形）、（高能成形）等。 7. 粉末的等溫?zé)Y(jié)過程，按時(shí)間大致可以劃分為三個(gè)界限（1）（粘結(jié) 階段）（2）（燒結(jié)頸長大階段）（3）（閉孔隙球化和縮小階段）。8.通常 按燒結(jié)過程有無明顯的液相出現(xiàn)和燒結(jié)系統(tǒng)的組成進(jìn)行分類分為（單 元系燒結(jié)）、（多元系固相燒結(jié)）、（多元系液相燒結(jié)）。9.常用的 粉末冶金鍛造方法有（粉末熱鍛）和（粉末冷鍛）；而粉末熱鍛又分 為（粉末鍛造）、（燒結(jié)鍛造）和（鍛造燒結(jié)）三種。10.粉末冶金復(fù) 合材料的強(qiáng)化手段包括（彌散強(qiáng)化）、（顆粒強(qiáng)化）和（纖維強(qiáng)化）。 11. 粉末是顆粒與顆粒間的空隙所組成的分散體系，因此研究粉末 體時(shí)，應(yīng)分別研究屬 于（單顆粒）、（粉末體）及（粉末體的孔隙）等的性質(zhì)。 12. 粉末在壓制過程中，粉末的變形包括（彈性變形）、（塑性變 形）和（脆性變形）。13.通常等靜壓按其特性分成（令等靜壓）和 （熱等靜壓）。 14. 燒結(jié)過程有自動發(fā)生的趨勢。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)看，粉末燒結(jié)是 （系統(tǒng)自由能減小）的過程，即燒結(jié)體相對于粉末體在一定條件下處 于（能量較低）狀態(tài)。 15. 典型的燒結(jié)機(jī)構(gòu)包括（粘性流動）、（蒸發(fā)與凝聚）、（體積 擴(kuò)散）、（表面擴(kuò)散）、（晶界擴(kuò)散）、（塑性流動）和（綜合作用 燒結(jié)理論）等。 16. 多孔預(yù)成形壞的變形特性是研究粉末冶金鍛造過程塑性理論的 基礎(chǔ)。鍛造時(shí)，與致密金屬坯的塑性變形相比，多孔預(yù)成形坯具有以 下（質(zhì)量不變條件）、（低屈服強(qiáng)度和低拉伸塑性）、（小的橫向流 動）、（變形和致密的不均勻性）變形特性。 17. —般粉末治金材料是金屬和孔隙的復(fù)合體，其孔隙度范圍很廣， 有低于l?2%殘留孔隙度的（致密材料），有10%左右孔限度的（半 致密材料），有＞15%孔隙度的（多空材料），也有高達(dá)98%孔隙度 的（泡沫材料）。 三、簡答題 1、 么是粉末冶金，簡述粉末冶金的特點(diǎn)及其工藝（10分） 2、 成型前原料預(yù)處理的目的是什么？主要包括哪幾種工藝？簡述 各工藝的目的 3、 影響壓制過程和壓坯質(zhì)量的因素有哪些？并作說明 4、 影響球磨的因素有哪些？并簡述 5、 等溫?zé)Y(jié)有哪幾個(gè)階段？簡述各階段發(fā)生的變化 6、 粉末顆粒有哪幾種聚集形式？它們之間的區(qū)別在哪里？ 7、 壓坯中密度分布不均勻的狀況、其產(chǎn)生生的原因及防止措施是 什么？ 4、提高壓坯密度分布均勻的措施有哪些？ （1）壓制前對粉末進(jìn)行退火處理。（2）加入適當(dāng)潤滑劑或成成 形劑（3）改變壓制方式（4）改進(jìn)模具的構(gòu)造或者適當(dāng)變更壓坯形狀 2、 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。 （10 分） （1） 粉末越細(xì)松裝密度越小 （2） 粉末形狀越復(fù)雜松裝密度越小 （3） 粉末質(zhì)量（粉末顆粒中孔隙因素）越小、松裝密度越小 （4） 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 3、 氣體霧化制粉過程可分解為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是什么？ （10 分） （1）氣體霧化制粉過程可分解為金屬液流紊流區(qū)，原始液滴形成區(qū)， 有效霧化區(qū)和冷卻區(qū)等四個(gè)區(qū)域。其特點(diǎn)如下： ⑵金屬液流紊流區(qū)：金屬液流在霧化氣體的回流作用下，金屬流 柱流動受到阻礙，破壞了層流狀態(tài)，產(chǎn)生紊流； （3） 原始液滴形成區(qū)：由于下端霧化氣體的沖刷，對紊流金屬液流 產(chǎn)生牽張作用，金屬流柱被拉斷，形成帶狀-管狀原始液滴； （4） 有效霧化區(qū)：音高速運(yùn)動霧化氣體攜帶大量動能對形成帶狀- 管狀原始液滴的沖擊，使之破碎，成為微小金屬液滴； ⑸冷卻區(qū)。此時(shí)，微小液滴離開有效霧化區(qū)，冷卻，并由于表面 張力作用逐漸球化。 5、成形劑的使用目的和選取原則是什么？ 一、 使用目的 1、 促進(jìn)粉末顆粒變形，改善壓制過程，提高壓桎強(qiáng)度。 2、 減少粉塵飛揚(yáng)，改善勞 動條件。 3、 減少壓制廢品，提高表面質(zhì)量 4、 減小摩擦，提高壓模壽命。 二、 選取原則 1、 不改變混合料的化學(xué)成分 2、 有較好的分散性質(zhì) 3、 對混合后粉末松裝密度和流動性影響不大。 4、 燒結(jié)后對產(chǎn)品的性能和外觀等沒有不良影響 5、 成本低來源廣。 6、 簡述粉末壓制時(shí)壓坯密度的變化規(guī)律。并畫出示意圖（壓坯密 度與成型壓力關(guān)系圖）答：第I階段（滑動階段）：位移導(dǎo)致孔隙減 少，密度增加快。 第口階段大量變形未開始，產(chǎn)生壓縮阻力，密度增加很小。 第B階段超過壓力極限后，大量變形開始發(fā)生，密度增加較快， 到了后期密度增加變緩。 7、 燒結(jié)過程中物質(zhì)的擴(kuò)散機(jī)構(gòu)有哪些？并說明各種機(jī)構(gòu)在什么燒 結(jié)情況下占主導(dǎo)地位以及燒結(jié)頸長大與燒結(jié)時(shí)間的關(guān)系 1. 粘性流動機(jī)構(gòu)（只適用于非晶物質(zhì)）x2/R=Bt 2. 蒸發(fā)-凝聚機(jī)構(gòu)（適用具有較高蒸汽壓的物質(zhì)）x3/R=Bt 3. 體積擴(kuò)散機(jī)構(gòu)（適用：燒結(jié)后期、高溫?zé)Y(jié)）X5/R2二Bt 4. 表面擴(kuò)散機(jī)構(gòu)（由溫度決定）X7/R3二Bt 5. 晶界擴(kuò)散（粉末顆粒接觸面形成晶界）X6/R2二Bt 6. 塑性流動機(jī)構(gòu)（早期、加壓燒結(jié)）x9/R4.5 = B 8、 粉末冶金技術(shù)中的特殊成型包括哪些？與一般壓制法相比有什 么特點(diǎn)？ 1、 等靜壓成型，粉末連續(xù)成型，粉漿澆注成型，粉末注射成形， 爆炸成形 2、 （1）等靜壓成型：1）能夠壓制具有凹形、空心等復(fù)雜形狀的 桿件；2）壓制時(shí)，粉末體與彈性模具的相對移動很小，所以摩擦損耗 也很小。單位壓制壓力較鋼模制法低；3）能夠壓制各種金屬粉末及非 金屬粉末。壓制坯件密度均勻，對難熔金屬粉末及其化合物尤其有效； 4）壓坯強(qiáng)度較高，便于加工和運(yùn)輸；5）模具材料是橡膠和塑料，成 本較低廉；6）能在較低的溫度下制得接近完全致密的材料 （2）粉末連續(xù)成型：1）能夠生產(chǎn)一般軋制法難于或無法生產(chǎn)的 板帶材；2）能夠軋制出成分比較精確的帶材；3）粉末軋制的板帶材 料具有各向同性；4）工藝過程短、解約能源；5）粉末軋制法成材率 比熔鑄軋制法高；6）不需大型設(shè)備，減少大量投資（3）、粉漿澆注 成型：制取某些新型特殊材料；生產(chǎn)羰基鐵粉制品，適當(dāng)燒結(jié)處理 后，，材料機(jī)械性能接近鍛造材料；生產(chǎn)設(shè)備簡單，生產(chǎn)費(fèi)用低 （4） 、粉末注射成形：制造形狀復(fù)雜的坯塊 （5） 、爆炸成形：能夠壓出相對密度極高的壓坯 十一、分析影響互溶多元系固相燒結(jié)的因素。 答：影響因素：（1）燒結(jié)溫度。（2）燒結(jié)時(shí)間在相同溫度下， 燒結(jié)時(shí)間越長，擴(kuò)散越充分。（3）粉末粒度合金化的速度隨著粒度減 小而增加。（4）壓坯密度增大制壓力，將使粉末顆粒間接觸面積增大， 擴(kuò)散界面增大，加快合金化過程。（5）粉末原料采用一定數(shù)量的 預(yù)合金粉或復(fù)合粉同完全使用混合粉比較，達(dá)到相同的均勻化程 度所需的時(shí)間將縮短，因?yàn)檫@時(shí)擴(kuò)散路程縮短，并可減少要遷移的原 子數(shù)量。（6）雜質(zhì)有些雜質(zhì)會存在于粉末表面或在燒結(jié)過程的雜質(zhì)阻礙 顆粒間的擴(kuò)散進(jìn)行 十七、說明燒結(jié)的概念及燒結(jié)過程。 答：燒結(jié)是粉末或粉末壓坯，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所 發(fā)生的現(xiàn)象或過程。燒結(jié)的結(jié)果是顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強(qiáng)度 增加，而且多數(shù)情況下，密度也提高。 燒結(jié)過程：粉末燒結(jié)后，燒結(jié)體的強(qiáng)度增加，首先是顆粒間的聯(lián) 結(jié)強(qiáng)度增大，即聯(lián)結(jié)面上原子間的引力增大。在粉末或粉末壓坯內(nèi)， 顆粒間接觸面上能達(dá)到的原子引力作用范圍的原子數(shù)目有限。但是在 高溫下，由于原子振動的振幅加大，發(fā)生擴(kuò)散，接觸面上才有更多的 原子進(jìn)入原子作用力的范圍，形成粘結(jié)面，并且隨著粘結(jié)面的擴(kuò)大， 燒結(jié)體的強(qiáng)度也增加。燒結(jié)面擴(kuò)大進(jìn)而形成燒結(jié)頸，使原來的顆粒界 面形成晶粒界面，而且隨著燒結(jié)的繼續(xù)進(jìn)行，晶界可以向顆粒內(nèi)部移 動，導(dǎo)致晶粒長大。 9、理想液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件是什么？它們在液相致密化過程 中有何作用？（8分）答：1）液相與固相之間的潤濕性良好（2分）； 這是液相燒結(jié)能進(jìn)行的前提。液相能沿固相顆粒表面鋪展、充分包覆 固相顆粒，由固/液界面取代固/汽界面和液/液界面，前者有利于致密 化而后者顆粒重排阻力（1分） 2） 固相在液相中能有限地溶解于液相中或存在一定的溶解度（2 分）可以增加液相數(shù)量和改善潤濕性，降低顆粒重排阻力，便于致密 化；固相顆粒表面光滑化和球化，降低顆粒重排阻力（1分） 3） 足夠的液相體積分?jǐn)?shù)或數(shù)量（1分）；減少固/液相接觸機(jī)會， 降低顆粒重排阻力（1分）