粉末冶金原理總復習題2011(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上粉末冶金總復習題(一) 粉末性能和表征1. 什么是粒度?粒度分布?平均粒度? 粒度: 顆粒在空間范圍所占大小的線性尺度. 粒度組成(粒度分布): 不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量. 平均粒度: 粉末顆粒粒徑的統(tǒng)計平均值.2. 常用粒度基準有哪些?粒度分布基準呢?粒度基準有：a) 幾何學粒徑 b）當量粒徑 c）比表面粒徑 d）衍射粒徑 粒度分布基準：1）個數(shù)基準分布 2）長度分布基準 3）面積分布基準 4）質(zhì)量基準分布3. 什么是中位徑?什么是比表面?積分曲線上對應(yīng)50%的粒徑稱為中位徑克比表面(Sw): 1g質(zhì)量的粉末所具有的總表面積(m2/g);體積比表面(Sv)

2、: （m2/cm3）；4. 什么是松裝密度和振實密度?松裝密度的控制有何重要意義?松裝密度：自然充填容器時,單位體積的質(zhì)量振實密度：粉末在振動容器中, 在規(guī)定條件下經(jīng)過振動后測得的粉末密度意義：壓制過程中, 采用容量裝粉法, 即用充滿形腔的粉末體積來控制壓坯的密度和單重. 用松裝密度和振實密度來描述粉體的這種容積性質(zhì).5. 如何提高粉末的松和流動性？松裝密度高的粉末流動性也好，方法：粒度粗、形狀規(guī)則、粒度組成用粗+細適當比例、表面狀態(tài)光滑、無孔或少孔隙教材習題: 2.1, 2.5 , 2.8, 2.9, 2.10 (二)粉末的制取1. 簡述Z0-T 圖對還原制粉的指導作用。3. 欲得細W粉，應(yīng)

3、如何控制各種因素？(1) 采用兩階段還原法，并控制WO2的粒度細； （2）減少WO3的含水量和雜質(zhì)含量； （3）H2入爐前應(yīng)充分干燥脫水以減少爐內(nèi)水蒸氣的濃度； （4）增大H2流量（有利于反應(yīng)向還原方向進行，有利于排除水蒸氣使WO3在低溫充分還原，從而可得細W粉）； （5）采用順流通H2法； （6）減小爐子加熱帶的溫度梯度； （7）減小推舟速度和舟中料層的厚度； （8）WO3中混入添加劑（如重鉻酸氨的水溶液）； 4. 用霧化法制取金屬粉末有哪些優(yōu)點？優(yōu)點： 易合金化 可制得預合金粉末(因需熔化), 但完全預合金化后, 又易使壓縮性下降. 一般采用部分預合金. 在一定程度上, 粒度、形狀易控制.

4、 化學成分均勻、偏析小, 且化學成分較還原粉為純. 生產(chǎn)規(guī)模大.5. 簡述水霧化和氣體霧化法的基本原理。 都屬于二流霧化法，即利用高速氣流或高壓水擊碎金屬液流，破壞金屬原子間的鍵合力，從而制取粉末；6.簡述電解析出物形態(tài)與電流密度關(guān)系。析出物形態(tài)與電流密度關(guān)系為：1） 得到松散粉末： （對應(yīng)圖中區(qū)）2）致密沉積物： （對應(yīng)圖中區(qū)）2） 過渡狀態(tài)： （對應(yīng)圖中區(qū) ）教材習題：1.1, 1.4(三) 成形1. 壓制時壓力的分布狀況如何？產(chǎn)生壓力降的原因是什么？壓坯中產(chǎn)生壓力分布不均勻的原因有哪些？壓制壓力分配： 使粉末產(chǎn)生位移、變形和克服粉末的內(nèi)摩擦(粉末顆粒間的) 凈壓力P1; 用來克服粉末顆粒

5、與模壁之間外摩擦的力 壓力損失P2 .總壓力為凈壓力與壓力損失之和 :壓力降原因：粉末與模壁之間的摩擦力隨壓制壓力而增減，在壓坯高度上產(chǎn)生壓力降壓力分布不均勻的原因：由于粉末顆粒之間的內(nèi)摩擦、粉末顆粒與模壁之間的外摩擦等因素影響, 壓力不能均勻地全部傳遞, 傳到模壁的壓力始終小于壓制壓力.2. 壓坯中密度分布不均勻的狀況及其產(chǎn)生的原因是什么？如何改善密度分布?密度分布不均勻的狀況：一般，高度方向和橫斷面上都不均勻. 平均密度從高而低降低. 靠近上模沖的邊緣部分壓坯密度最大; 靠近模底的邊緣部分壓坯密度最小. 當H/D(高徑比)較大時,則上端中心的密度反而可能小于下端中心的密度.產(chǎn)生的原因：壓力

6、損失 改善壓坯密度不均勻的措施： 在不影響壓坯性能前提下, 充分潤滑; 采用雙向壓制; 采用帶摩擦芯桿的壓模; 采用浮動模; 對于復雜形狀采用組合模沖, 并且使各個模沖的壓縮比相等; 改善粉末壓制性(壓縮性、成形性) 還原退火; 改進模具構(gòu)造或適當變更壓坯形狀 . 提高模具型腔表面硬度和光潔度. HRC5863,粗糙度9級以上. 4壓坯可分為哪幾類?壓坯形狀設(shè)計一般原則是什么?5 什么是彈性后效?它對壓坯有何影響?彈性后效：在去除P壓后，壓坯所產(chǎn)生的脹大現(xiàn)象。彈性后效危害：壓坯及壓模的彈性應(yīng)變是產(chǎn)生壓坯裂紋的主要原因之一，由于壓坯內(nèi)部彈性后效不均勻，脫模時在薄弱部位或應(yīng)力集中部位就會出現(xiàn)裂紋。

7、6什么是側(cè)壓力和側(cè)壓系數(shù)？側(cè)壓力：壓制過程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯的側(cè)面壓力側(cè)壓系數(shù)：單位面積的側(cè)壓力（側(cè)壓強p側(cè)）與單位壓制壓力P的比值，即教材習題：3.1, 3.4 , 3.5,3.6, 3.7 ,3.12(四) 特殊成形1. 什么是等靜壓成形？它有什么優(yōu)缺點？其基本原理是什么？等靜壓成形是指，借助于高壓流體的靜壓力作用，使彈性模套內(nèi)的粉末在同一時間內(nèi)各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯的成形方法。優(yōu)點： 能成形凹形、空心等復雜形狀. 粉末與彈性模具間相對移動很小、摩擦損耗小,壓制壓強較鋼模低. 能壓制各種金屬粉末及非金屬粉末; 壓坯密度分布均勻. 壓坯強度較高

8、. CIP模具材料是橡膠、塑料, 成本低廉. 能在較低溫度下制得接近完全致密的材料. HIP缺點： 壓坯尺寸精度和表面光潔度都比鋼模壓制低; 生產(chǎn)效率低于自動鋼模壓制; CIP中使用的橡膠或塑料包套壽命比金屬壓模要短得多; HIP中使用的包套都為一次性、消耗大,且包套材料種類受到限制.基本原理（帕斯卡原理）流體在密閉容器內(nèi)任何一點所受的壓應(yīng)力,將無保留地傳遞到流體(或容器)的各處. 若流體內(nèi)任意處的靜壓應(yīng)力相等,稱為準靜力等靜壓,否則為非準靜力等靜壓.流體通過液-固(氣-固)界面對固體施加壓力.HIP在加壓同時還要加熱,使成形和燒結(jié)過程同時完成.2按粉料裝填和受壓形式冷等靜壓可分為哪兩類？各有

9、什么特點？冷等靜壓制按粉料裝模及其受壓形式可分為：濕帶模具壓制和干帶模具壓制。濕帶模具壓制：優(yōu)點： 能在同一壓力容器內(nèi)同時壓制不同形狀壓件; 模具壽命較長、成本低.缺點：裝袋、脫模過程耗時多.干帶模具壓制：特點: 生產(chǎn)效率高、易于實現(xiàn)自動化,可達1015件/min;模具壽命長.3簡述有剛體支承冷等靜壓制過程特點。粉末所受的和壓縮位移有直接關(guān)系的應(yīng)力主要在側(cè)面(p2);兩端橡皮塞雖也受液體靜壓力作用p1,但由于粉末與剛體表面有摩擦. 故p1只起到阻止粉末側(cè)向運動的作用,對粉末縱向位移作用不大. 4 無剛體支承冷等靜壓制過程中粉末運動有何特點？1)顆粒運動方向: 由粉末的受力表面開始,垂直指向粉末

10、內(nèi)部,并沿制品表面的法向.2)顆粒充填過程: 由外向內(nèi)進行, 粉末由外層向內(nèi)層供給和推進. 充填粉末決不可能跳過鄰近層而直接向深處或心部充填. 5. 簡述熱等靜壓的過程和特點。過程：將裝于包套內(nèi)的粉體置于充滿氣體介質(zhì)的高溫壓力容器內(nèi),使粉體在壓縮的同時經(jīng)歷高溫燒結(jié), 成為致密制品.特點：粉末體（粉末壓坯或包套內(nèi)的粉末）在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強化了壓制與燒結(jié)過程，降低了制品的燒結(jié)溫度，改善了制品的晶粒結(jié)構(gòu)，消除了材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，提高了材料的致密度和強度。6. 什么是粉末軋制成形?它有何特點?粉末軋制成形是指將金屬粉末通過一個特制的漏斗喂入轉(zhuǎn)動的軋輥縫中壓

11、軋出具有一定厚度和連續(xù)長度且有適當強度的板帶坯料的成形過程。優(yōu)點： 制品長度原則上不受限制； 制品密度比較均勻； 粉末軋機所需電機功率比壓力機小。缺點： 帶材厚度受軋輥直徑限制，10mm ； 寬度受到軋輥寬度限制； 只能軋制截面形狀較簡單的板、帶材，或者薄壁襯套。8. 什么是咬入角?其意義是什么?如何確定咬入角?咬入角(): 開始壓縮的點c 與軋輥中心點的連線co與兩軋輥中心線所成的夾角稱為咬入角.其含義是: 在咬入角以下區(qū)域內(nèi)的粉末可以被軋輥自動“咬入”、而帶入輥縫內(nèi)進行壓縮.9. 什么是粉末擠壓成形?其特點是什么?粉末體或者粉末壓坯在壓力的作用下, 通過規(guī)定的壓模嘴擠成坯塊或制品的一種成形

12、方法. 分冷擠壓和熱擠壓粉末擠壓法特點： 能擠壓壁很薄、直徑很小的管(如壁厚0.01mm, 直徑1mm); 能擠得壓形狀復雜、物理機械性能優(yōu)良的致密材料(如高溫合金); 制品縱向密度均勻; 在合理控制擠壓比時, 橫向密度也均勻; 制品長度幾乎不受擠壓設(shè)備限制, 生產(chǎn)高度連續(xù)性; 擠壓形狀復雜的異形制品有較大靈活性; 擠壓返料可以繼續(xù)使用.10. 粉末擠壓的必要條件是什么?物料被擠壓出的必要條件是:擠壓壓力大于筒模壁和擠嘴模壁對混合料產(chǎn)生的摩擦阻力.11. 簡述擠壓過程中物料運動特點.摩擦力的方向始終與擠壓料運動的方向相反，結(jié)果擠壓時混合料在筒內(nèi)的流動形成三個區(qū)域： V3區(qū) 物料受到一個拉力,

13、向模嘴流出; V2區(qū) 物料受摩擦力作用向上回流, 在擠壓力應(yīng)力作用下, 又流入V3區(qū); V 1區(qū) 物料在擠壓初期不產(chǎn)生流動, 擠壓后期, 沖頭靠近模嘴時流入V3區(qū).14. 泥團成形能力一般用哪個指標來表示?可塑性15. 影響粉漿澆注的因素有哪些?其中最主要的是哪兩個?有：粉漿的流動性、穩(wěn)定性，粉末原料的粒度、粉末量與母液的比值（液固比）、粉漿的PH值、分散劑和粘結(jié)劑、粉末吸附氣體量等。最重要的是粉漿的流動性和穩(wěn)定性.18. 簡述料漿流變學特點.19. 什么是粉末注射成形?它有啥特點?其基本工藝過程包括哪些工序?粉末注射成形指將粉末與熱塑性材料均勻的混合使成為具有良好流動性能（在一定溫度條件下）

14、的流態(tài)物質(zhì)，然后再把這種流態(tài)物質(zhì)在注射成形機上經(jīng)一定的溫度和壓力，注入模具內(nèi)成形的工藝。工藝過程包括： 混煉制粒注射成形脫脂燒結(jié)產(chǎn)品優(yōu)點： 成形速度快、自動化程度高, 且工藝過程可精確控制; 可成形尺寸精確、形狀復雜、表面光潔度高的金屬或陶瓷零件; 注射中,均勻混合的熔融物料受準靜力作用, 所成形的坯體密度較均勻. 缺點： 一次性投資和工藝成本高, 僅適合于大批量生產(chǎn)。 燒結(jié)前需脫出大量粘結(jié)劑, 故坯體截面尺寸受到限制。20. 簡述混合料中對固體粉末含量的一般要求.1）粘結(jié)劑過多： 坯體燒結(jié)中收縮過大; 成形中過量粘結(jié)劑可能與粉末分離, 引起坯體不均勻和尺寸控制難; 脫脂時, 造成坯體坍塌.

15、2）粉末含量過多： 粘度太高, 難于成形. 當粘結(jié)劑到一臨界值, 則粘度; 粘界劑< 臨界值, 混合料中還會有空隙. 脫脂中因內(nèi)部蒸汽壓高, 封閉孔隙的存在會引起開裂.21. 什么是臨界固體粉末含量?它有啥重要意義?臨界固體粉末含量: 混合料實際密度偏離理論計算密度時對應(yīng)的粉末含量. 意義：粉末含量超過此值后, 料中會出現(xiàn)空隙. 實際料中最佳固體粉末含量<臨界固體粉末含量. 一般低2%5% . 22. 脫脂方法分哪幾類?分別有啥特點?兩類：加熱法和溶劑法加熱法：擴散(低壓)、滲透(高壓)、虹吸(毛細流動)溶劑法：萃取(浸出)、高壓(超臨界)、熱輔助(加熱、溶劑)23. 簡述脫脂時間

16、的一般規(guī)律. 時間與厚度平方成正比; 孔隙度影響脫脂過程, 堆積密度太高, 脫脂困難; 擴散或滲透控制脫脂時, 外壓低或真空有利于縮短脫脂時間; 細粉不利于粘結(jié)劑脫出; 溫度高過程速度加快, 但溫度太高, 內(nèi)部蒸發(fā)將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力導致開裂; 另外, 成形坯也將隨著粘結(jié)劑軟化而畸變. 緩慢而逐步加熱較為有利!教材習題: 4.1, 4.4，4.5, 4.6, 4.7, 4.8，4.9, 4.10(五) 粉末鍛造1摩擦力對粉末鍛造過程有何影響?金屬流動時, 在接觸面產(chǎn)生, 沿切線、與流動方向相反, 阻礙金屬流動.其與反作用力的合力不再垂直于模壁; 使預成形坯變形抗力增高； 顯著影響預成形坯變形和致密過程

17、; 改變金屬流動方向, 使受力圖中A部位產(chǎn)生拉應(yīng)力; 從而, 出現(xiàn)低密度區(qū), 造成鍛件密度分布和變形不均勻; 嚴重時, 引起開裂 .2簡述預成形坯的三種基本變形方式、及特點.三種基本方式: 單軸壓縮、平面應(yīng)變壓縮、復壓（1）單軸壓縮：無摩擦平板模鐓粗的變形方式. 閉模鍛第一階段, 坯與模壁接觸前發(fā)生的無摩擦鐓粗變形也屬單軸壓縮. 無側(cè)向約束的壓縮應(yīng)變. （2）平面應(yīng)變壓縮：平板模鐓粗長條形坯時, 坯的中心截面上產(chǎn)生平面應(yīng)變壓縮. 閉式模鍛第二階段, 當坯開始同模壁接觸時, 在坯的橫向流動部分受阻情況下發(fā)生的變形, 屬平面應(yīng)變壓縮. 在一個側(cè)向上(兩個側(cè)面) 有約束的壓縮變形. （3）復壓：熱復

18、壓過程中的一種變形. 在閉式模鍛變形最后階段, 當坯填滿模腔后所發(fā)生的變形, 也屬于復壓. 全約束的壓縮變形. 3質(zhì)量不變條件指的是什么?致密體塑性變形遵循體積不變條件, 多孔預成形坯遵循質(zhì)量不變條件.即： 5簡述減小鼓形表面開裂的措施. 改善潤滑、減小摩擦, 減弱鼓形區(qū)形成趨勢. 合理設(shè)計坯, 控制變形方式、以增加裂紋產(chǎn)生前的應(yīng)變量. 高溫燒結(jié), 提高預成形坯可鍛性 . 采用無橫向流動、無斷裂危險的熱復壓. (但又不利于提高機械性能) 利用粉末合金的微細晶粒超塑性和相變超塑性進行鍛造 . 大變形量鍛造, 使初期出現(xiàn)的裂紋重新鍛合起來(熱鍛) .(六) 燒結(jié)思考題:1什么是燒結(jié)?如何分類?一定

19、氣氛下, 粉末或壓坯, 在低于主要組分熔點溫度下的加熱處理過程. 分類：1）按有無液相分和燒結(jié)系統(tǒng)的組成分：單元系燒結(jié)、多元系固相燒結(jié)和多元系液相燒結(jié)。2燒結(jié)驅(qū)動力是什么?它包括哪些方面?其中主要因素是哪個?燒結(jié)驅(qū)動力是燒結(jié)系統(tǒng)自由能的降低，包括：P2683燒結(jié)時顆粒接觸的本征Laplace應(yīng)力的表達式?其物理意義是什么?本征Laplace應(yīng)力的表達式: 負號表示作用于曲頸面上的應(yīng)力指向燒結(jié)頸外;其作用是將燒結(jié)頸向外拉,從而使燒結(jié)頸向外擴大;隨著頸長大,曲率半徑增大,導致燒結(jié)動力逐漸減小. 的數(shù)量級從最小約零點幾MPa到最大約為十數(shù)十MPa .4燒結(jié)過程的晶界擴散有何重要意義?晶界可作為空位“

20、阱”,晶界對燒結(jié)的重要性有兩方面: 燒結(jié)時, 顆粒接觸面上易形成穩(wěn)定晶界,特別是細粉末燒結(jié)后形成許多網(wǎng)狀晶界與孔隙互相交錯,使頸邊緣和細孔隙表面的過?？瘴蝗菀捉?jīng)鄰接的晶界進行擴散或被它吸收; 晶界擴散激活能只有體積擴散的一半,而擴散系數(shù)大1000倍,且,隨著溫度降低,這種差別增大.7燒結(jié)中孔隙消除的機制有哪些?孔隙的消除 空位通過擴散在晶界上聚集, 形成“空位團”或“空位片”,當其長到一定尺寸后,會“塌陷”、被原子層充滿，從而消除氣孔; 或空位通過晶界遷移到表面消除. 可認為晶界的存在是隔離閉孔收縮的先決條件! 另一觀點: 空位在晶界移動十分緩慢, 在晶界的“空位團”會釘扎晶界; 故, 只有發(fā)

21、生再結(jié)晶, 借助于塑性流動才能消除孔隙.9 簡述互溶系粉末燒結(jié)一般規(guī)律.不同組分顆粒間互擴散和合金均勻化過程,取決于合金熱力學、擴散和反應(yīng)動力學. 整個合金化過程將取決于反應(yīng)生成相的性質(zhì)、生成次序(往往同時受熱力學和動力學條件制約)、分布;也取決于組元通過已生成相或其他相的擴散,即層間的物質(zhì)遷移;還取決于層間的界面反應(yīng)動力學(反應(yīng)生成物厚度較大時,界面反應(yīng)控制的固相反應(yīng)過程總是轉(zhuǎn)變?yōu)閿U散控制).10 試論述互不溶系燒結(jié)的熱力學原理. 互不溶系粉末燒結(jié)取決于系統(tǒng)的熱力學狀態(tài),與表面能的減小有關(guān).必須滿足， 若 ,則A-A、B-B間可燒結(jié),而A-B間不能燒結(jié); 滿足(6.5.7)前提下, 若 .則

22、兩組元顆粒間形成燒結(jié)頸同時,它們可互相靠攏至某一臨界值;且顆粒接觸表面在一般情況下不是一個平面,而是稍微向表面能低的組元方向凸出.11什么是液相燒結(jié)?有哪些液相燒結(jié)技術(shù)?各有什么應(yīng)用?燒結(jié)溫度下,低熔點組元熔化或形成低熔共晶、產(chǎn)生可流動液相的燒結(jié).在近現(xiàn)代, 液相燒結(jié)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大, 涉及電觸頭、工具鋼、超合金、硬質(zhì)合金、高密度合金、金剛石-金屬復合材料、絕緣材料、難熔材料、磁性材料、汽車結(jié)構(gòu)零件和高強度陶瓷等.12液相燒結(jié)的優(yōu)點和缺點各有哪些?優(yōu)點: 由液相引起的物質(zhì)遷移要比固相擴散快; 液相產(chǎn)生的毛細力促使液相流動和顆粒發(fā)生適位的位移(重排),提高燒結(jié)速度; 最終,液相將填滿燒結(jié)體內(nèi)的

23、孔隙,可以獲得密度高、性能好的產(chǎn)品.局限性： 尺寸控制較固相燒結(jié)難.因為液相燒結(jié)的材料尺寸變化大,有的線收縮可>20%; 有些材料燒結(jié)過程會發(fā)生膨脹. 可能出現(xiàn)變形、開裂和坍塌.液相燒結(jié)過程中壓坯強度較低,同時,壓坯的密度不均勻,在液相燒結(jié)過程中會造成收縮不均勻,可能引起較大的變形、甚至造成開裂.當液相量過多時,則可能出現(xiàn)坍塌.通常,大的壓坯容易發(fā)生開裂, 壓坯的懸臂部分容易發(fā)生坍塌.一般要求嚴格控制加熱速度(保證剛度和均勻收縮). 13液相燒結(jié)的三個基本條件是什么?良好的潤濕性;固相在液相中有一定溶解度;適當?shù)囊合鄶?shù)量.14 簡述固-液相互溶度對致密化過程的影響.15液相燒結(jié)可以分為哪

24、三個階段?各階段基本特點是什么?（1）液相流動與顆粒重排階段:顆粒在液相內(nèi)近似呈懸浮狀態(tài),受液相表面張力推動,顆?？砂l(fā)生位移、相對滑動.燒結(jié)體密度迅速增大.(2) 固相溶解-再析出階段:該過程一般特征是顯微組織粗化,固相在液相中的溶解度隨溫度和顆粒形狀、大小而變化.小顆粒、顆粒表面凸起、棱角因具有較高飽和溶解度,將優(yōu)先溶解,使小顆粒趨向減小、顆粒表面趨向平整光滑;同時,液相中一部分過飽和原子在大顆粒表面沉析,使大顆粒趨于長大.結(jié)果: 顆粒外形逐漸趨于球形、小顆粒逐漸縮小或消失,大顆粒更加長大, 從而使顆粒更加靠攏,燒結(jié)體發(fā)生收縮.這階段致密化速度已顯著減慢、氣孔已基本消除. 顆粒間距更加縮小,液相流進孔隙更加困難.3）固相燒結(jié)階段經(jīng)前兩階段,顆粒間互相靠攏、接觸、粘結(jié)并形成連續(xù)骨架,剩余液相充填于骨架間隙.剛性骨架阻礙顆粒更進一步重新排列,使該階段致密化速率明顯減慢.液相不完全潤濕固相或液相數(shù)量較少時,該階段將表現(xiàn)得更為突出.固相骨架形成后的燒結(jié)過程與固相燒結(jié)相似.擴散作用會導致固體顆粒間接觸長大,故,大多數(shù)液相燒結(jié)材料性能將隨該階段時間延長而降低!16什么是熔浸?實現(xiàn)熔浸的基本條件是什么?一般是將粉末坯塊與液體金屬接觸或浸在液體金屬中,液體金屬在毛細管力作用下,填充到坯塊孔隙內(nèi),冷卻后就得到致密材料或零件. 骨架與熔浸金屬熔點差大