超硬材料烧结,金属烧结考试试题答案版

一、名词解释：
比表面:单位质量粉末具有的总表面积或单位体积粉末所具有的总表面积
流动性：用50克粉末流过标准流速漏斗所需要的时间
成型性：压制后粉末压胚保持既定形状的能力
烧结:指粉末或压胚在一定的外界条件和低于主要组元熔点的烧结温度下所发生粉末颗粒表面减少，孔隙体积降低的过程
韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力
抗压应力:指外力是压力时的强度极限
砂轮动不平衡：是指旋转零件在运转时，由于零件形体不规则或密度不均匀而造成的震动现象。

弹性内应力：内聚力又称粘结强度，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。

弹性后效：弹性后效指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性变形随时间缓缓增长的现象
松装密度：粉末自然填充规定的容器时单位容积内粉末的质量。

热压烧结：在一定的温度下进行压制成型或一定的压力下进行烧结的工艺。

固相烧结：按其组元多少可分为单元系固相烧结和多元系固相烧结两类。

液相烧结：在生成的液相参与下，通过粘性流动，润湿，溶解，沉淀等快速物质迁移过程最终消除几乎所有的空隙可获得高密度，高性能的烧结产品。

冲击磨损：超载荷的机械的和热的作用，或疲劳引起金刚石的碎裂而脱落。

耐磨性：材料抵抗磨损的性能。

强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。

硬度：结合剂对磨粒的把持力。

粉末冶金：是以金属粉末压缩性：粉末在压制过程中被压紧的能力。

金刚石浓度：单位体积工作层内金刚石或CBN磨粒含量。

粉末冶金：金属与非金属的混合物为原料通过成型烧结或热成型制成金属制品或材料的一种冶金工艺。

二、填空：
1金刚石锯片水槽类型常用的有：_匙孔水槽_，平底直水槽__，_ 非标准水槽_.
2磨具的后加工包括_车加工_和__磨加工__.
3高频焊接时，焊剂的作用是_去除表面氧化物、__保护焊缝金属__填满焊缝__
4浸渍法烧结生产钻头时，钻头的烧结温度要高于粘结金属的熔点，目的是让黏结金属充分熔化_和__有一定流动性___.
5为了提高压制层和基体的结合强度，需要基体上进行____________和___________等机械加工，也可以对其表面进行
______________化学处理。

6粉末的压制性包括__压缩性_和_成型性__两个方面。

7改善密度的方法有_降低压胚的高径比_、_降低横壁粗糙度__、_添加润滑剂等.
8金刚石锯切工具结合剂基本类型有：钴基结合剂，铁基结合剂，青铜基结合剂，和碳化钨基结合剂
9酸性溶法主要用来检测金属粉末中_二氧化硅、三氧化二铝、碳化物、硅酸盐、粘土___等杂质的总含量。

氢损值只是近似反映了粉末中的__氧___含量。

10比表面为单位质量粉末具有的总表面积或单位体积粉末具有的总表面积。

它与单颗粒性质_、_粉末体性质_、等有关。

11金刚石地质钻头主要由钻头体，胎体，__金刚石__，_ 骨架材料_和粘结金属___等几个部分组成。

12粉末受力后，压坯除受到了正压力和摩擦力之外，还受到侧压力（垂直于模壁上的力，较小）、弹性内应力、脱模力等的作用。

13粉末对阴模壁的静摩擦系数主要与粉末性能、润滑剂、模具质量、压制压力等因素有关。

14从热力学观点看，坯体的烧结过程是系统自由能减小的过程，对等温烧结来说，也就是系统过剩自由能降低的过程，过剩自由能包括表面能和晶格畸变能。

15表面扩散只涉及到质点的表面迁移，颗粒之间并不会发生收缩低温时，表面扩散起主导作用，而在高温下，让位于体积扩散；烧结早期孔隙连通，表面扩散的结果导致小孔隙的缩小与消失，大孔隙长大；烧结后期表面扩散导致孔隙球化。

16金刚石浓度的涵义是：单位体积工作层内金刚石或CBN磨料含量（或所占体积）。

国内外通用的浓度表示方法是，工作层内磨料所占体积比为25%，金刚石（密度3.25g/㎝3）含量0.88g/㎝3，规定为100%浓度。

其余浓度以此为基准。

17对基体的结构进行合理的设计。

在Ⅰ、Ⅱ类基体中，采用径向的单燕尾槽和轴向凹槽相结合的形式；Ⅲ类基体在金刚石较宽条件下采用，它除了有轴向沟槽外还有径向沟槽等，其目的是增加平面刚体表面与金刚石层的结合强度。

18对金刚石磨具中金刚石选择的一般原则是：粗糙、高切除率的磨削，要求粗粒度和高浓度；而粒度细和低浓度，则适用于精磨。

19金属结合剂磨具中，金属结合剂中加入镍增加强度和耐磨性，加入钛、钴、钼、铬增加强度和热学性能，加入镍、镉耐腐蚀性，加入铁改善金刚石的润湿性和出刃性差。

20磨具组织三要素（磨料、结合剂和气孔）是影响磨具强度和磨削性能的重要因素。

一般的规律是：组织致密，则强度高、硬度高、耐磨性好、几何形状保持好，但磨削时的冷却润滑性能差，容易产生烧伤和堵塞现象。

21冲击磨损主要是由于对金刚石冲击太大和金刚石与胎体材料结合力弱引起的，解决的方法是：采用高强度金刚石、降低金刚石吃入深度、降低切割速度、强包镶、加强胎体的耐磨性;
22金刚石锯片磨损失效影响因素有：（1）胎体的耐磨性（2）金刚石性能(强度\热稳定性)（3）切割速度（4）金刚石吃入深度（5）金刚石与胎体结合强度等
23锯片基体主要作用：（1）承接切割单元（节块）；（2）连接设备的刚性部件；所以：（1）与节块有很的结合性能；（2）强度满足要求。

24金刚石锯片基体中水槽的作用：排屑，冷却，减少应力集中。

25钻头唇面直接与孔底岩石接触，结构形状影响钻头的受力、排粉、冷却及钻进效果。

26水路系统是钻头钻进过程中进行冷却、排粉的主要通道。

主要有三个部分：水口和水槽、孔底岩石与金属胎体之间的间隙、钻头外表面与岩石孔壁、钻头内表面与岩芯之间的间隙。

27软、中硬地层采用高硬度胎体；硬、坚地层，弱研磨性地层采用低硬度胎体；强研磨、破碎地层用高硬度、强研磨性胎体；28钻头中金刚石的选择主要采用MBD6-MBD12或SMD型号金刚石, 粒度选择一般为80/100,70/80,60/70,50/60,40/50。

一般是岩石越硬，则品质越高，粒度越细；岩石越软，则低强度，粗粒度；
29非金属粉末的添加剂主要有石墨和四氧化铁。

其中石墨的主要作用是润滑作用、造孔作用、吸氧作用。

30薄壁工程钻头中胎体必须具有高的冲击韧性，以应付钢筋，卵石，松动的混凝土的钻进。

并且对金刚石有良好的润湿性，以牢固包镶金刚石，烧结温度不易过高，防止金刚石烧结温度下降。

三、简答题：
1、何谓粉末冶金？粉末冶金的主要工序有哪些？
答：粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。

运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。

（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。

（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。

（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。

（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。

2、氢损法及其目的？】
答：氢损法即是将5g有润滑剂的金属粉末试样放在刚玉皿内在纯氧气流中煅烧一段时间，各种金属或合金的煅烧工艺。

目的是除去金属粉末中的杂质氧和酸不溶物
3、沉降分级的原理？
答，在静态的流体介质中，不同粒度的颗粒，其自由沉降快，细颗粒沉降慢，如果让粒度不同的颗粒从同一高度同时沉降，经过一段距离或时间后，即能将粉末按粒度的差别分开，这就是最简单的沉降分级原理。

4、、粉末的变形有几种形式？
答：1.弹性变形。

2.塑性变形。

3.脆性裂变
5、压坯的强度的影响因素有哪些？
答：1粉末颗粒的表面粗糙度2 粉末颗粒的表面积3 粉末的粒度4粉末颗粒的杂志5 成型压力6 成型料中的添加剂
6、推导侧压力的分析。

答，当压坯受到正压力p作用时，它力图在y轴上膨胀，由力学原理可知，此膨胀值与材料的泊松比和正压力成正比，，，，，，，这题看书上吧，符号都不好打出来
7、改善压力降的方法有哪些？
答，1添加润滑剂2.提高模具光洁度和硬度3.尽量使用粒度大和形状简单的粉末4.使用其它成型方法，如双向型制，静压制和热压制等。

8、压制压力与压坯的密度的关系？
答，第一阶段，压坯密度随压力增加而迅速增大；第二阶段，压坯密度增加缓慢或几乎保持不变；第三阶段，当压力继续增大超过某一定值后，随着压力的增大，压坯密度又继续增加，达到屈服极限后，会产生塑性变形或脆性裂变，也会导致压坯密度增大。

9、单向压坏中密度分布不均匀的状况及其产生的原因是什么？
答，状况：压头附近密度最大，随着离压头距离增加，密度逐渐减小。

原因：粉末并非是完全表现为一种流体的性质，即是在粉末各处的压力不一致，在压坯内部有很大差异，内应力分布不均匀造成的。

10、在金刚石磨具制造中，比较冷压法与热压法工艺的特点。

答：冷压法优点1.成型不需要加热设备，操作方便2.模具寿命比热压模具长3.成型效率高且课成批烧结4.成型坯体密度较热压法小，孔隙度较高，有利于磨削时的冷却5.成型废品可及时回收冷压法缺点1.压坯烧结后尺寸，形状变化较大，特别是复杂形状的砂轮 2.压坯与基体结合强度低，结合部位常出问题 3.冷压成型压力高，在较高的压力下，金刚石容易破碎，影响砂轮使用性能，降低磨削效果 4.坯体中的弹性内应力较大，压坯的弹性后较大，易出现成型废品热压法 1.可用较低的压力（50~250MPa）压制砂轮。

2.粘结强度高，可以成型复杂的制品并降低废品率。

3.由于烧结是带模进行，不存在压坯脱模的弹性后效。

4.采用热压同时烧结工艺，由于成型料封闭在模具内，不暴露在空气中，而且加热时间短，因此甚至可以不用保护气体，若使用石墨模具，从某种程度上其本身也起到固体保护介质的作用，从而简化了烧结工艺条件。

5.坯体在模内烧结不同于在自由状态在的烧结，膨胀和收缩受到模具限制，从而保证了模具的形状和尺寸。

11、改善密度分布的方法有哪些？
答：1.降低压坯的高径比。

2.改变模璧粗糙度。

3.添加润滑剂.
12、液相烧结的条件？
答1.润湿角小于90度；2.固相在液相中有一定的溶解度；3.有一定的液相数量
13、粉末等温烧结的基本过程（或三个阶段）？(p30)
答：1.烧结颈形成阶段。

这一阶段，颗粒形状粉末形状发生明显变化，烧结体也没用明显的收缩。

2.烧结颈长大和闭孔形成阶段。

烧结体发生明显收缩，密度明显提高，强度继续增加。

3.闭孔减少和球化阶段。

这一阶段可以延续很长时间，但最终仍要残留少量闭孔隙，同时还要发生晶粒粗化现象。

14、叙述扩散传质的几种形式及特点？
答：1.蒸发与凝聚。

可以使烧结颈长大，但并不引起颗粒间的距离收缩。

2.表面扩散。

总的孔隙数量和体积减少，同时有明显收缩现象。

3.体积扩散。

体积扩散主要发生在孔隙表面过剩空位向邻近晶界的迁移过程中。

4.晶界扩散。

在颗粒接触面处形成稳定的晶界，特别是细粉末颗粒，烧结后能形成许多与孔隙交错的网状晶界。

15、液相烧结致密化过程？
答。

等温烧结初期，粘结相熔化为液相，固气界面优先消失，取而代之的是液相完全或部分包围固相颗粒，使得颗粒在液相中近似悬浮状态并受液相的推动发生滑移，重排而趋于最紧密排列的过程。

16、为什么热压烧结工艺适合金属结合剂金刚石制品制造？(p45-46, p123)
答：采用热压工艺所需成型压力低，低压还有利于孔隙中的气体的排出。

除外还可适当降低烧结温度和时间，从而减少金刚石磨料的氧化和石墨化，还能使基体与结合剂紧密焊接；粘结强度高，可以成型复杂的制品并降低废品率。

17、改善金刚石与金属结合剂粘结性能的方法有哪些？
答：采用镀金属的金刚石品种②选择能侵润金刚石的金属结合剂
18、分别叙述铁、钴、铜、锡、钛在金属结合剂金刚石工具的作用？
答：铁：恰当的比例会使结合剂的烧结温度保持在900°C以下。

钴：对金刚石的粘结强度好，调节胎体硬度，耐磨性较好，抗冲击。

铜：青铜结合剂硬度较低，耐磨性差，对金刚石的结合也较弱。

锡：与铜粉混在一起使用，降低对金刚石的结合。

钛：对金刚石的润湿性好，进而对金刚石有良好的粘结性。

19、带过渡层平行砂轮冷压成型操作工艺。

(p123)
答：空模装配检查→涂润滑剂→模具组装→装入已清洗的基体→投料→预压过渡层→卸过渡层与模具→外圆面打毛→装工作层模套→投工作料层→预压→换总压头压制→卸模
20、金属结合剂金刚石工具烧结温度的确定方法？
答：Cu-Sn二元系结合剂金刚石磨具的烧结温度一般为650～700，结合剂中添加高熔点金属时，烧结温度可适当提高一些，但一般不希望超过800℃，但对短时间烧结和采用优质金刚石磨料时，烧结温度可以提高，磨具可提高到800℃以上，锯片和钻头可提高到900℃甚至超过1000℃，烧结温度的确定可采用实验方法和采用比表面开始出现变形和麻点的温度低40℃作为烧结温度
21、金刚石有几种磨损？
答①粘附磨损，金刚石被粘附在石材表面上，微粒被剪离；②摩擦磨损；岩石上的许多硬质点擦刮金刚石表面；③扩散磨损；岩石与金刚石表面的化学作用使金刚石强度和硬度下降，磨损加剧。

22、金刚石锯片切割速度与磨损的关系？
答当磨削速度增加时总的磨耗下降。

在速度增加到一个临界速度时Vo，磨耗达到最低。

当速度继续增加大于Vo时，磨耗开始慢慢增大。

23、如何调整金属结合剂的耐磨性、强度？p193-194, p198-199
答添加一定量的WC的结合剂硬度更高，较耐磨。

严格控制热压烧结工艺流程，避免因温度偏高或偏低，压力不足等致使胎体密度比理论少得多，孔隙度增加，进而导致强度下降的情况发生。

24、金刚石锯片工具结合剂类型，其特点是什么？其应用领域？
答：钴基结合剂这种结合剂对金刚石的粘结强度好，胎体硬度可通过加入其他金属加以调节，耐磨性较好，抗冲击用于据切工具②铁基结合剂，铁和金刚石的比例适当使结合剂的烧结温度保持在900℃以下是没有问题的，在国内发展比较快③青铜基结合剂可适量的添加Ag,Ni,Co,Fe······等金属粉末加以改性，以获得所需的特性，主它的硬度低，耐磨性差，对金刚石的结合也比较弱，所以主要作玻璃，水晶等的切割④碳化钨基结合剂硬度高，很耐磨主要适合砂石，混凝土，沥青等含摩擦性成分的材料切割
25、稀土对胎体性能的影响？
答：稀土元素可以有效降低合金的熔点②Ce具有很强的脱氧，脱氮，脱硫作用，并能抑制氧氮硫的偏折③可以降低液态合金对石墨的接触角④Ce对合金晶粒细化作用明显⑤稀土的加入改变了胎体的力学性能⑥稀土元素对界面状况的影响⑦改善胎体合金的断面组织
26、定容冷压法的优点？p207
答：①成型不需要加热设备，操作方便②模具不需要耐热，模具寿命比热压模具长③成型生产效率高④密度较热压法小孔隙高利于磨削冷却⑤废品不可回收.2缺点①烧结后尺寸形状变化大②压胚和基体结合强度低③压力高金刚石易破碎④弹性内应力较大
27、地质钻头硬度调整的方法有哪些？p268-269
答①改变胎体骨架的成型密度，密度大硬度高，反之低；②改变胎体的骨架成分，比如骨架成分中硬质材料成分多时硬度高，反之则低；③改变粘结金属的成分
28、叙述锯片开刃过程。

答：开刃过程一般分两步进行：第一步是开两侧刃，需要一片一片的开刃，将锯片装在开刃机上使锯片与砂轮一起旋转。

调整砂轮与锯片的位置，使其逐渐接近，间断接触，直至锯齿一侧面金刚石全部出刃。

将锯片反装，然后用同一方法开另一侧面刃，并使金刚石全部出刃。

侧刃开好后，将锯片按开刃方向放好。

并串到开刃机轴上开立刃。

此时应特别注意保持锯片的两侧刃与立刃方向一致，否则影响锯片的使用性能。

29、叙述制造金刚石钻头时，对胎体材料的选择要遵照的原则。

答：①胎体必须具有高的冲击韧性，以应付钢筋，卵石，松动的混凝土的钻进；
②胎体对钢体（或焊料）有良好的侵润性且胎体要具有较合适的线膨胀系数；
③对金刚石有良好的侵润性，以牢固包镶金刚石，烧结温度不宜过高，防止烧结金刚石强度下降；
④由于钻机能力的局限性，薄壁胎体还需适应低钻压钻进的特点
30、叙述温度对烧结制品的影响
答：烧结温度是影响烧结的最主要因素，随着烧结温度的升高，粉末物料的粘度和屈服极限降低，蒸汽压增高，扩散系数增大，从而促进了物质的迁移流动过程；另一方面，一切阻碍烧结的因素均随温度升高而迅速减弱；由于原子互扩散系数随温度升高而显著增大，故提高烧结温度能促进多元粉末烧结的合金化；升高温度有利于液相界面的反应，从而提高液相烧结的速率，另外能促进固相颗粒溶解，有利于形成固相骨架和提高烧结致密度；若烧结温度达到接近熔点温度，则制品将会发生软化，产生歪曲和变形，晶粒变得粗大，强度显著下降；烧结温度也不能过低，因为温度过低，相应的需要延长烧结时间，导致生产率降低
已知某金刚石磨具，标志位1A1 125X12X4 MBD4 120/140 M 100.结合剂配方为Cu85Sn6Zn6Pb3，结合剂成型后密度为理论密度的85%，磨具装料系数为1.02，过渡层环宽2mm，基体表面无沟槽，已知Cu=8.92 Sn=7.28 Zn=7.14 Pb=11.34 63T 100T 160T 300T的活塞直径分别为150mm 200mm 250mm 300mm
1.砂轮工作层和过渡层单重，
答：结合剂的理论密度：r=100/（85/8.92+6/7.14+3/11.34)=8.73g/cm3 成型密度p=0.85r=7.42g/cm3
工作层体积：V1=ЛTX（D-X)=3.14X1.2X0.4X(12.5-0.4)=18.24cm3
过渡层体积：V2=ЛTX1（D-2X-X1)=3.14X1.2X0.2X(12.5-2X0.4-0.2)|=8.67cm3(X1为过渡层环宽）工作层金刚石单重：Gd=0.88KV1=0.88X100%X18.24=16.05g
工作层结合剂单重：Gb=p（密度）（1-0.25K）V1=7.42X(1-0.25X100%)X18.24=101.51g
则工作层单重G1=Gd+Gb=16.05+101.05=117.56g
过渡层单重G2=pV2=7.42X8.67=64.33g
2.制造10片砂轮时，结合剂各组元及金刚石磨料的重量，
答：10片砂轮需金刚石磨料的重量Gd总=10Gd=160.05g 实际用结合剂总量Gb总=1.02X10(Gb+G2)=1.02X10X(101.51+64.33)=1691.6g
则Gcu=85%Gb总=0.85X1691.6=1437.9g Gsn=6%Gb总=0.06x1691.6=101.5g
Gzn=6%Gb总=101.5g Gpb=3%Gb总=50.7g
3.若压制面积为450MPa，试确定所用压机的公称压力，并计算成型压力表。

答：砂轮的受压面积为工作层和过渡层环面积之和。

S=Л（X=X1)(D|-X-X1)=3.14X(0.4+0.2)X(12.5-0.4-0.2)=22.42cm2
总压制压力F总=PS=450x22.42x0.05=100.9T
取k=1.2 则F=kF总=1.2X100.9=121.1T 故可选择160T压机压制成型
160T压机的活塞面积S活=490.6cm2
则P表=PS/s活=450X22.42/490.6=20.6MPa
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