粉末冶金原理试题

18、分析烧结时形成连通孔隙和闭孔隙的条件。

开孔：Ps=Pv -γ/ρPs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？（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。

（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？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？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。

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？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？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。

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？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。

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？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。

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？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。

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？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？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？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。

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。

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。

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。

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850°C）具有高硬度的原因。

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？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?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；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？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？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）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。