粉末冶金原理考研试题库 - 图文

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2） 雾化过程粉末粒度可以控制，冷却过程结晶时枝晶生长尺寸非常有限，因此粉末结

构比较均匀，同时调节雾化参数，可以控制颗粒大小、形状、冷却速率，金属粉末的显微结构也可以控制；

3） 雾化过程影响粉末球形度的主要因素有过冷度、冷却时间、金属溶液表面张力。过

冷度大，冷却时间长，表面张力大，表面张力作用时间长，有利于获得球形度很好的粉末。

18、分析烧结时形成连通孔隙和闭孔隙的条件。 答：

开孔：Ps=Pv -γ/ρ

Ps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

19、试推导烧结颈部处烧结驱动力。 答： ?Fx?γAD?γBC?Fρ?γAB?γDCAD?ρsinθAB?xsinθ sinθ≈θ Fx?γρθFρ?-γxθ 垂直于面ABCD的合力为,应力： ????F?2?F?F?2??x??Fxsinθ2?Fρsinθρ???Fγθ2?ρ-x?σ??xρθ2xρθ2γ???γ?1-1?x??-???(5?1)ρ?xρ?γ σ?-?????5-2?ρ22???γθ?ρ-x?? σ是张力，效果为使烧结颈扩大 20、致密材料或高密度低孔隙材料的应力集中因子、断裂强度与裂纹尺寸之间是何种关系？ 答：

1） 应力集中因子与裂纹尺寸之间的关系：

σ max=σ表观(1+2a/b) a：裂纹长半轴 b：裂纹短半轴

应力集中因子：I=（1+2a/b）=σ max/σ表观 2) 断裂强度与裂纹尺寸之间的关系：

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σf=（2γE/πa） γ：比表面能 E：弹性模量 a：裂纹尺寸

21、在哪些情况下需要向粉末中添加成形剂？为什么？ 答：

（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？ 答：

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？ 答：

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。

24、比较羟基铁粉、还原铁粉、水雾化铁粉与气雾化铁粉的颗粒形状的球形度差异，简述其原因？ 答：

球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比称为球形度。它不仅表征了颗粒的对称性，而且与颗粒的表面粗糙程度有关。一般情况下，球形度均远小于1。球形度的倒数称粗糙度。颗粒表面有凹陷、缝隙和台阶等缺陷均使颗粒的实际表面积增大，这时粗糙度值也将增大。

羟基铁粉为球形颗粒，还原铁粉为多孔海绵状，水雾化铁粉为不规则形状，气雾化铁粉为近球形颗粒。

球形度：羟基铁粉>气雾化铁粉>水雾化铁粉>还原铁粉

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？ 答： 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？ 答：

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；

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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。

28、比较下列粉末或粉末混合物中的压坯强度的高低，并分析其原因。 1）-200目电解铜粉，-200目铜粉+5%石墨粉，成形压力为400Mpa； 2）-80目还原Fe粉，-80目水雾化铁粉，-80水雾化铁粉+0.5%石墨粉末，成形压力500MPA； 3）-200目钼粉，-200目铜粉，-200目还原铁粉，成形压力为300Mpa。

答：1）后者的压坯强度较前者大。因为石墨碳粉的弹性模量比铜高，加入高模量组份的石墨碳粉后，压制时粉末结合强度大，故压坯强度高 2）还原铁粉为多孔海绵状，水雾化铁粉为不规则形状 3） 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？ 答：

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。

30、哪些因素影响粉末显微硬度？对于还原铁粉如何降低其显微硬度？ 答：

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粉末颗粒的显微硬度主要取决于构成固体物质的原子间的结合力、加工硬化程度和纯度。原子间的结合力越低、加工硬化程度越低、粉末纯度越高，显微硬度越低。

还原铁粉颗粒的显微硬度可采用适当的退火工艺来消除加工硬化、降低其中氧、碳含量，达到降低颗粒显微硬度的目的。

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？ 答：

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。

32、某金属粉末公司采用气体雾化法在制造铝粉时，发现粉末粒度及其分布符号用户要求，而松装密度偏低。请分析其原因。并提出大致的改正技术思路。 答：

松装密度受粉末颗粒的形状、颗粒的密度及表面状态（粗糙程度，决定了颗粒之间的摩擦力）、粉末的粒度及其组成及粉末的干湿程度等的影响。

现粉末粒度及其分布符号用户要求而松装密度偏低，有可能是气体雾化过程中没能很好的控制雾化参数，影响了球形铝粉的形成，进而使松装密度偏低 改正技术：

a、 提高金属流表面张力、降低金属流粘度。表面张力大，得球形粉；粘度小得球形粉，表面张力克服粘度作用使粉末球化。

b、 增加过热度及表面张力作用时间。过热度大，温度增加，表面张力作用时间长，冷却时得球形粉

33、选择成形方法时需要考虑的基本问题有哪些？ 答：

1）几何尺寸、形状复杂程度

2）性能要求（力学、物理性能及几何精度、材质体系） 3）制造成本（结合批量、效率）。 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？ 答： 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。

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