中南大学粉末冶金研究院-硕士研究生入学考试-粉末冶金原理-真题详解电子教案

当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件； 当θ>90O，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。 当0<θ<900，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。

如果θ>90，烧结开始时液相即使生成，液会很快跑出烧结体外，称为渗出。这样，烧结合金中的低熔组分将大部分损失掉，使烧结致密化过程不能顺利完成。

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。

（2）固相在液相中具有有限的溶解度：有限的溶解可改善润湿性；增加液相的数量即体积分数，促进致密化；马栾哥尼效应（溶质浓度的变化导致液体表面张力的不同，产生液相流动）有利于液相迁移；增加了固相物质迁移通道，加速烧结；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。但较高的溶解度导致烧结体的变形和为晶粒异常长大提供条件，这是不希望的。

（3）液相数量：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。同时，也可减小固相颗粒间的接触机会。但过大的液相数量造成烧结体的形状保持性下降。

6、什么是弹性后效？其主要影响因素有哪些？

当压力去除之后和将压坯脱拱之后，由于内应力作用，压坯产生的膨胀称为弹性后效（指压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象）。 弹性后效的大小取决于残留应力的高低： .压制压力：压制压力高，弹性内应力高

.粉末颗粒的弹性模量：弹性模量越高，弹性后效越大

.粉末粒度组成：越合理，产生的弹性应力越小；粒度小，弹性后效大 .颗粒形状：形状复杂，弹性应力大，弹性后效大 .颗粒表面氧化膜

.粉末混合物的成份（如石墨含量）

7、比较活化烧结与强化烧结的异同。 活化烧结与强化烧结的比较

活化烧结：系指能降低烧结活化能，使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。（采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结）

强化烧结是泛指能够增加烧结速率，或能够强化烧结体性能（合金化或抑制晶粒长大）的所有烧结过程，包括位错激活烧结，高温烧结，活化烧结，液相烧结，自蔓燃反应烧结

？？8、选择具体成形技术时应考虑哪些问题？（第3次）

几何尺寸、形状复杂程度

性能要求（材质体系）：力学、物理性能及几何精度 制造成本（结合批量、效率）：最低

9、以下是一粉末的烧结图，请回答 1）该体系中存在哪些烧结机理？

GB——境界扩散；SD——表面扩散；VD——体积扩散；E-C——蒸发-凝聚 2）说明A、B、C、D、E点所代表的意义 A——晶界扩散、体积扩散同时作用

B——境界扩散、体积扩散、表面扩散同时作用 C——晶界扩散、表面扩散同时作用 D——只发生晶界扩散，或主导作用 E——只发生体积扩散，或主导作用

四、分析题

？？1、在YG合金的生产中，合金中的化合碳含量可以在一定范围内偏离WC的化学计量而不致引起合金强度的大幅度降低，试分析其原因。（同2002年分析题第3题）

（百度）合金强度主要取决于粘结相的含量及其分布,也就是Co的平均自由程是影响合金强度的最主要因素, WC颗粒间由钴相相互粘结,起到桥梁作用,并且硬质合金主要由钴相吸收应力功,碳含量在一定范围内偏离化学计量,最多只是造轻微的脱碳或者渗碳,这对强度的影响已经远远被钴相含量及分布所弥补,故对合金强度几乎是没有影响的

（但学长）在YG合金的生产中，无论合金中碳含量高于WC的化学计量还是低于其化学计量，都会引起合金强度的降低，当合金碳含量低于化学计量，导致η相的出现，他不仅化合了一部分Co，并且很脆，从而降低合金强度，但是合金中含有少量的η相，并不影响合金整体硬度；游离石墨多时，影响材料致密性，强度也随之降低，但当合金中含少量碳时对合金强度影响很小。一般来说，当合金中碳含量在6.05-6.2%范围内波动时，合金强度变化不大。

？？2、你认为纳米晶材料（块体）的制备过程中目前存在的主要技术障碍有哪些？对原材料（纳米粉末）有何要求？（第1问同2003年第4题）

其技术困难在于纳米粉体的烧结是为了得到纳米晶全致密的块体材料这一矛盾，即在保持块体材料呈现纳米晶结构，而要能获得全致密化块体材料。 但是由于纳米（金属或非氧化物陶瓷）粉末，表面能和活性极高，导致氧的大量吸附，氧含量很高。这些氧对后续加工带来困难；同时由于活性高，烧结驱动力用于致密化和晶粒长大，烧结后产生晶粒粗化，变成非纳米晶结构；试样细寸细小，特别是难以得到出现性能突变的可供测试的样品，无法判断对应晶粒尺寸; 工程应用也受到制约.

对原材料的要求：无团聚的纳米粉体， 细小而均匀的孔隙结构，便于消除可能产生的内孔隙。

？？3、有一烧结金属公司需要一种压缩性高且成型性能好的金属粉末，请为粉末制造厂家提出有关技术努力方向。（同2003年第2题）

压缩性：表示粉末在指定的压制条件下，粉末被压紧的能力。一般用压坯密度（或相对密度表示）表示。主要取决于粉末颗粒的塑性，颗粒的表面粗糙程度和粒度组成。

粉末加工硬化，压缩性能差；退火后，塑性改善，显微硬度下降，压缩性提高；

当压坯密度较高时，塑性金属粉末内含有合金元素或非金属夹杂时，会降低粉末的压缩性；

碳、氧和酸不溶物含量的增加使压缩性变差； 粉末颗粒越细，压缩性越差，成形性越好；

由于压制性由压坯密度表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响 成形性：粉末经压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用压坯强度表示。即颗粒间的结合强度和有效接触面积大小反映了粉末颗粒的成形性能。

成形性受颗粒的形状和结构的影响最为明显。颗粒松软、形状不规则的粉末，压紧后颗粒的联结增强，成形性好。

综上所述：除了粉末的塑性（颗粒的显微硬度←颗粒合金化、氧化与否，粒度组成）以外，其它因素（粉末颗粒形状、颗粒表面状态、粒度）对两者的影响规律恰好相悖。该公司为了制取高压缩性与良好成形性的金属粉末，除设法提高其纯度和适当的粒度组成以外，表面适度粗糙的近球形粉末是一重要技术途径。

2005

三、简答题

??1、工业上用于大批量制造铁基粉末冶金零部件的铁粉包括那两类？他们在制造零部件时有什么优缺点？（同2001年第1题）

还原铁粉：颗粒形状复杂，粉末成形性能好，便于制造形状复杂或薄壁类零部件；粉末烧结活性好；粉末纯度、压缩性较低。可制造大量价质优价廉的中低密度铁基粉末冶金零部件。

雾化铁粉：包括水雾化铁粉和气雾化铁粉。气体雾化：铁、铜、铝、锡、铅及其合金粉末（如青铜粉末、不锈钢粉末）；水雾化：铁、铜及合金钢粉末； 水雾化铁粉颗粒表面粗糙，易得氧含量较低、压缩性较好的不规则粉末， RZ法可以直接处理废钢。气雾化铁粉颗粒近球形，粒子尺寸均匀，高输出体积，制造过滤器用的不锈钢球形粉末几乎全是采用雾化法生产。

？？2、表面迁移包括哪两种？请利用双球模型图示说明。 表面迁移包括表面扩散和蒸发-凝聚。 表面扩散：球表面层原子向颈部扩散。

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。

3、粉末压坯强度的影响因素有哪些？（同2002年第6题第1问）

压坯强度的影响因素

本征因素：

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，压坯强度提高 颗粒形状：复杂，结合强度提高，但压坯强度降低 外在因素：残留应力大小

.压坯密度分布的均匀性（粉末的填充性） .粉末压坯的弹性后效 .模具设计的合理性

？？4、粉末冶金用铜粉可采取哪些方法制备？比较这些铜粉在性能上的差异？

5、液相烧结包括哪几种形式？

（1）瞬时液相烧结：在烧结中、初期存在液相，后期液相消失。烧结中初期为液相烧结，后期为固相烧结。

（2）稳定液相烧结：烧结过程始终存在液相。

（3）熔浸：多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程。前期为固相烧结，后期为液相烧结。

（4）超固相线液相烧结：液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程。高碳铁合金，工具钢，粉末超合金等。

6、对于刚性模压制、粉末混合物中通常要添加哪两类辅助物质？为什么？

通常添加成形剂和润滑剂

成形剂：提高压坯强度或为了防止粉末混合料离析而添加的物质。