2009中南大学粉末冶金原理期末试题

2009年粉末冶金原理（二）期末试卷

一术语解释：（每个5分，共20分）

露点：在标准大气压下，气氛中的水汽开始凝结时的温度

CIP：冷等静压

弹性后效：指粉末压坯从模腔中脱出后所出现的尺寸胀大的现象

烧结：粉末或粉末压坯在低于主要组分熔点的温度下，借助与原子迁移实现颗粒间连接的过程。

填空题：（每空1分，共20分）

对于存在溶解—析出的液相烧结体系，化学位较高的部位是颗粒尖角处与细颗粒，而大颗粒表面和颗粒凹陷处是化学位较低的部分。

在粉末压制过程中，通过颗粒的滑动和转动实现粉末颗粒的位移。

在瞬时液相烧结过程中，前期发生液相烧结，而后期发生固相烧结。

粉末压坯的强度受控于颗粒之间的结合强度、颗粒之间的接触面积与残余应力大小。

烧结动力学主要考察烧结过程中物质的迁移方式和过程的进行速度。

对金属粉末而言烧结开始的标志是烧结体强度增加、导电性提高和表面积的减少，而不是烧结体发生收缩。

在粉末压制的过程中，通常存在着外摩擦力和内摩擦力，前者会导致压坯密度分布不均匀。在CIP中，则无外摩擦力。

判断题：（10分）

在烧结后期，表面扩散可导致闭孔隙球化与大孔隙长大。（Y）

在烧结后期，晶界扩散有利于孔隙球化，而表面扩散有利于孔隙消除。（N）

固相烧结时孔隙始终与晶界连接。（N）

为了提高铁基粉末压坯的强度，通常要掺加成形剂。（N）

YG10 粉末可采用粉末热挤压来成形相应的棒材。（N）

化学活化烧结的烧结机理与晶界扩散类似。（Y）

在单元系粉末烧结过程中作用在烧结颈表面的拉应力大小与烧结过程无光。（N）

金属粉末颗粒间的烧结颈长大是颈部的过剩空位向颗粒内部扩散的结果。（Y）

根据双球烧结模型，粉末颗粒之间的烧结颈向颈部表面长大是因为颈部受到了拉应力的作用。（Y）

烧结气氛仅起保护作用。（N）

问答题：（40分）

理想液相烧结的三个基本条件是什么？它们在液相致密化过程中有何作用？（8分）

答：1）液相与固相之间的润湿性良好（2分）；这是液相烧结能进行的前提。液相能沿固相颗粒表面铺展、充分包覆固相颗粒，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颗粒重排阻力（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）可以增加液相数量和改善润湿性，降低颗粒重排阻力，便于致密化；固相颗粒表面光滑化和球化，降低颗粒重排阻力（1分）

3）足够的液相体积分数或数量（1分）；减少固/液相接触机会，降低颗粒重排阻力（1分）巴尔申压制方程的三个基本假设是什么？（5分）

答：1）将粉末体看成虎克体（2分）；

2）忽略粉末颗粒加工硬化（1.5分）；

3）忽略粉末与模壁之间的摩擦（1.5分）。

为什么温压能较大幅度提高铁基粉末压坯的密度？（7分）

答：1）在温压温度下铁粉颗粒加工硬化程度和速度降低，颗粒的塑性变形能力改善（1分），铁基粉末的塑性变形阻力降低（1分）。

2）温压用润滑剂在温压时能有效降低粉末与模壁之间的摩擦力（1分）和颗粒间摩擦力（1分），前者有利于提高作用在粉末体上的有效压力（1分），后者有利于颗粒重排（1分），便于提高粉末颗粒的堆积密度（1分），故温压能大幅度提高铁基粉末压坯密度。

简述经固相烧结的粉末烧结钢的晶粒较同成分的铸钢细小的原因。（8分）

答：1）烧结温度远低于熔炼温度（特别是凝固温度），晶粒长大所需的动力学条件之一的温度条件得以大幅度削弱（2分）

孔隙与夹杂物阻碍了烧结过程中的晶界迁移（1分），孔隙与晶界相连接（1分），晶界迁移时受到孔隙的阻碍作用（1分）。

分布在颗粒表面上的硅酸盐等夹杂物（1分），在随后*（1分）也阻碍晶界迁移（1分）。5. 表面迁移方式有哪些？基于双球几何模型，简述其物质的具体迁移方式（图示说明也可）。（5分）

答：表面迁移包括：1）表面扩散（1分），原子迁移在颗粒表面进行（1.5分）

2）蒸发—凝聚（1分），颗粒表面的原子等通过蒸发向空间迁移，通过蒸汽压差在烧结颈部的凹陷处凝聚（1.5分）。

6. 粉末为什么需要作制粒处理？为什么？（7分）

答：1）硬质粉末（2分）：难以通过粉末颗粒变形提供足够的压坯强度，导致粉末难以成形，而必须添加成形剂以提高压坯密度（1.5分）。

2）微细粉末（2分）：细小粉末颗粒间内摩擦高，粉末流动性差。导致粉末填充能力降低，造成粉末压坯的密度分布不均匀而难以成形（1.5分）。

分析题：（10分）

有两种铁基粉末(与(，其中硬脂酸锌添加量相同，在600MPa下于Ø20的模具中采用相同压制方式分别成形。请您判断：脱模后，两种粉末对应的压坯强度与压坯密度有无差异？为什么？

注：1) (：Fe-1Cu-0.8C；(：Fe-1Cu-0.3C；2)两者的铁粉、铜粉与石墨粉性质完全相同

答：有差异（3分），因为：

1）压坯密度：(粉末的压坯密度低于(粉末（1分），因(粉末中石墨含量为0.8%，高于(粉末中的0.3%（1分），而石墨是一种低密度固体，且其弹性模量高（1分），不能通过塑性变形实现压坯致密化，且弹性后效也大（1分），故其对应的压坯密度较低；