粉末冶金原理考研試題庫(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ， 抑制 WC晶粒的溶解和干擾液態鈷相中的 W,C原子在 WC晶粒上的析出 ，從而 阻止 WC晶粒在燒結過程中的粗化 。 2 簡述溫壓技術能較大幅度提高鐵基粉末冶 金零件密度的機理？ 11 答： 1） 溫壓過程中，加工硬化的速度與程度降低，塑性變形充分進行，為顆粒重排提高協調性變形； 2） 采用新型潤滑劑，降低粉末與模壁間、粉末顆粒間的摩擦，提高有效壓制力，便于顆粒相互填充，有利于顆粒重排； 總之，溫壓技術能改善主導致密化機理的塑性變形和顆粒重排，故而能較大幅度提高鐵基粉末冶金零件密度 。 2 一個具有下圖中的形狀的粉末坯體，若采用整體下模沖結構會帶來什么后果？為什么？如何改正模沖結構的設計？備注：兩臺階均為圓柱形。 答： 采用整體下模沖結構導致兩臺階圓柱 壓坯的密度分布 不均勻。 密度 不同的連接處就會由于應力的重新分布而產生斷裂或分層。壓坯密度的不均勻也將使燒結后的制品因收縮不一急劇變形而出現開裂或歪扭。 故為了使具有復雜形狀的橫截面不同的壓坯密度 均勻，必須設計出不同動作的組合模沖，并且應使它們的壓縮比相等。 2 比較下列粉末或粉末混合物中的壓坯強度的高低，并分析其原因。 1） 200目電解銅粉， 200目銅粉 +5%石墨粉，成形壓力為 400Mpa； 2） 80目還原 Fe粉， 80目水霧化鐵粉， 80水霧化鐵粉 +%石墨粉末，成形壓力 500MPA； 3） 200目鉬粉， 200目銅粉， 200目還原鐵粉，成形壓力為 300Mpa。 答： 1）后者的壓坯強度較前者大。因為石墨碳粉的彈性模量比銅高，加入 高模量組份的 石墨碳粉后，壓制時粉末 結合強度大 ，故壓坯強度高 2） 還原鐵粉為 多孔海綿狀 ，水霧化鐵粉為 不規則形狀 3） 2 （粉末燒結鋼的晶粒為什么比普通鋼細小？） 有一汽車制造商的質檢部配合開發部擬用鐵基粉末冶金零件取代原機加工 45鋼件，對粉末冶金零件供應商按同材質提供的樣件進行金相檢驗。質檢人員發現粉末冶金件中的鐵晶粒與原 45鋼機加工件之間有無差異？為什么？ 答： 粉末冶金件 中的鐵晶粒比原 45鋼機加工件的晶粒細小。 原因： 1） 粉末冶金件在燒結過程中，孔隙、夾雜物對晶界遷移的阻礙； a、 孔隙的存在阻止晶界的遷移。粉末顆粒的原始邊界隨著燒結過程的進行一般發展成晶界。而燒結坯中的大量孔隙大都與晶界相連接，會對晶界遷移施加了阻礙作用 b、 粉末中的夾雜物也對晶粒長大施加一定的阻礙作用。這些夾雜物包括硅酸鹽和金屬的氧化物。其對晶界遷移的阻礙作用大于孔隙。因為孔隙隨著燒結過程的進行可減弱或消失。而夾雜物一般難以消除（若夾雜物在燒結過程中穩定時） 2） 燒結溫度低于鑄造溫度； 因而，粉末燒結材料 的晶粒一般較 普通鋼 細小 。 12 哪些因素影響粉末顯微硬度？對于還原鐵粉如何降低其顯微硬度？ 答： 粉末顆粒的顯微硬度主要取決于構成固體物質的原子間的結合力、加工硬化程度和純度 。 原子間的結合力 越低、 加工硬化程度越低、粉末純度越高， 顯微硬度越低。 還原鐵粉顆粒的顯微硬度可采用適當的退火工藝來消除加工硬化、降低其中氧、碳含量，達到降低顆粒顯微硬度的目的。 3 某公司采用還原鐵粉作主要原料制造材質為 Fe2Cu1C的一零件，粉末中添加了 %的硬脂酸鋅做潤滑劑，在噸位為 100噸的壓機上成形，在壓 制后發現零件的壓坯密度偏低。在不改變裝備的情況下，該公司的技術人員最終解決了壓坯密度偏低的問題。請問其可能采取了什么技術措施？為什么？ 答： 1）壓制前 ，將還原鐵粉進行還原退火處理。剛生產的還原鐵粉有加工硬化，且氧碳含量相對較高，影響粉末壓縮性。故進行還原退火，消除粉末加工硬化，減少雜質含量，降低氧碳含量，提高粉末總鐵量，有利于提高粉末壓縮性，進而提高壓坯密度。 2）改善粉末流動性，提高模具的光潔度和硬度。 3 某金屬粉末公司采用氣體霧化法在制造鋁粉時，發現粉末粒度及其分布符號用戶要求，而 松裝密度偏低。請分析其原因。并提出大致的改正技術思路。 答： 松裝密度 受 粉末顆粒的形狀、顆粒的密度及表面狀態（粗糙程度，決定了顆粒之間的摩擦力）、粉末的粒度及其組成及粉末的干濕程度 等的影響 。 現粉末粒度及其分布符號用戶要求而松裝密度偏低，有可能是氣體霧化過程中沒能很好的控制 霧化參數，影響了球形鋁粉的形成，進而使松裝密度偏低 改正技術： a、 提高 金屬流表面張力 、降低 金屬流粘度 。 表面張力 大，得球形粉；粘度小得球形粉，表面張力克服粘度作用使粉末球化。 b、 增加 過熱度 及 表面張力作用時間 。 過熱度大，溫度增加，表面張 力作用時間長，冷卻時得球形粉 3 選擇成形方法時需要考慮的基本問題有哪些？ 答： 1） 幾何尺寸、形狀復雜程度 2） 性能要求（ 力學、物理性能及幾何精度、 材質體系） 3） 制造成本（ 結合 批量 、效率 ）。 3 液相燒結的三個基本條件是什么？它們對液相燒結致密化的貢獻是如何體現的？ 答： 三個基本條件： 液相必須潤濕固相顆粒、固相在液相中具有有限的溶解度、液相數量 1） 液相必須潤濕固相顆粒，這是液相燒結得以進行的前提 。 液相只有具備完全或部分潤濕的條件，才能滲入顆粒的微孔和裂隙甚至晶粒間界， 促進致密化 13 2） 有限 的溶解可改善潤濕性，增加了固相物質遷移通道，加速燒結 ；并且 顆粒表面突出部位的化學位較高產生優先溶解，通過擴散和液相流動在顆粒凹陷處析出，改善固相晶粒的形貌和減小顆粒重排的阻力 ，促進致密化 3） 在一般情況下，液相數量的增加有利于液相均勻地包覆固相顆粒，為顆粒重排列提供足夠的空間和致密化創造條件。 3 什么是松裝密度？其高低主要取決于哪些因素？ 答： 松裝密度是指 粉末在規定條件下自然填充容器時，單位體積內粉末質量。 a、粒度：粒度小，流動性差，松裝密度小 b、顆粒形狀：形狀復雜 松裝密度小 粉末形狀影響松裝密度，從大到小排列： 球形粉＞類球形＞不規則形＞樹枝形 c、表面粗糙，摩擦阻力大，松裝密度小 d、粒度分布：細分比率增加，松裝密度減小 。 粗粉中加入適量的細粉，松裝密度增大 。如球形不銹鋼粉 e、粉末經過適當球磨和氧化之后，松裝密度提高 f、粉末潮濕，松裝密度提高 g．顆粒密度：顆粒密度大，自動填充能力強，松裝密度大 3 在金屬粉末注射成形過程中，為什么必須采用細粉末作原料？ （或用細粉末作原料具有哪些技術上的優越性？） 通常采用哪兩種基本的脫脂方法？ 答： 1） 顆粒細小，比表面積大，表面能越高 ，能提高粉末燒結驅動力； 2） 顆粒細化，顆粒間的聯結力提高，提高脫脂后坯體的強度； 3） 細顆粒阻力大，融體與粘結劑在流動中不易分離，便于 混練與注射。 通常采用 熱脫脂和溶劑脫脂 。 先采用溶劑脫脂在注射坯體中形成開孔隙網絡，為后續熱脫脂的分解產物的排出提供物質傳輸通道，↓分解產物可能形成的內壓和造成脫脂缺陷的機會，↑脫脂速度。 3 對于一多臺階的粉末冶金零件，設計壓模是應注意哪兩個問題？ 答： 1） 組合模沖， 2） 恒壓縮比。 在壓制橫截面不同的多臺階的壓坯時，必須保證整個壓坯內的密度相同，否則在脫模過程中，密度不同 的連接處就會由于應力的重新分布而產生斷裂或分層。壓坯密度的不均勻也將使燒結后的制品因收縮不一急劇變形而出現開裂或 歪扭。 故為了使具有復雜形狀的橫截面不同的壓坯密度均勻，必須設計出不同動作的組合模沖，并且應使它們的壓縮比相等。 3 表面遷移包括哪些燒結機構？當燒結進行到一定程度，孔隙產生封閉后，它們起何作用？ 答： 1） 表面擴散：球表面層原子向頸部擴散。 2） 蒸發 凝聚：表面層原子向空間蒸發，借蒸汽壓差通過氣相向頸部空間擴散，沉積在頸部。 14 孔隙產生封閉后， 表面擴散 只能促進孔隙表面光滑， 導致孔隙球化 。 蒸發 凝聚 也對孔隙的 球化 也起作用。 3 分析模壓時產生壓坯密度分布不均勻的原因。 答： 剛模壓制時，由于粉末顆粒與模具（陰模內壁、模沖、芯棒）之間的因相對運動而出現的摩擦力的作用， 消耗有效外壓，造成在壓坯高度方向壓力降和在壓制面上的壓力再分布，因此造成壓坯的各處密度不均勻。 根據粉末成形性與壓縮性的影響因素，提出獲得成形性能優異而壓縮性高的金屬粉末的技術措施？ 答： 為了制取高壓縮性與良好成形性的金屬粉末，除設法提高其純度和適當的粒度組成以外，表面適度粗糙的近球形粉末是一重要技術途徑。 4 簡述 RZ工藝 （制霧化鐵粉的工藝） 設計的依據。 答： 1） 采用低硅高碳（ %）合金，使熔體溫度保持在 13001350℃。而過高的碳則會導致鐵液的表面張力增加，難以得到細粉。 2） 高碳鐵水可減輕空氣與鐵反應形成鐵氧化物所造成鐵水粘度增加的趨勢；同時，碳與氧在后續高溫還原時具有脫氧作用，為燜火處理創造條件。 3） 利用霧化過程中鐵中的碳與氧的反應使顆粒表面形成凹凸而粗粗糙化（ Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2），同時 破碎及 CO2微氣泡在逸至鐵液滴表面時造成表面凹凸，并且高溫還原時使顆粒間產生輕度燒結，即細小顆粒粘結在大顆粒上。三者都有利于降低霧化鐵粉的松比，改善粉末的成形性能。 4 簡述在目前材料技術中獲得納米晶材料十分困難的原因。 答： 制備納米晶材料 關鍵是在保持塊體材料呈現納米晶結構，而又能獲得全致密化 。 1)從燒結熱力學角度，納米粉體具有極大的表面能，既為燒結過程中的全致密化提供驅動力，也為晶粒長大提供驅動力； 2)從燒結動力學角度， 燒結動力學方程 (X/a)m=F(T).t/amn，由于 納米 粉末顆粒的 a值很小 ， 達到相同的 x/a值所需時間很短，燒結溫度降低。納米粉末具有本征的偏離平衡態的亞穩結構 ，熱激活過程導致納米結構不穩定。 所以，獲得納米晶材料十分困難 4 從燒結驅動力的角度，分析納米粉末燒結活性極好的原因。 答： 1）燒結熱力學 ： 具有巨大的表面能，為燒結過程提供很高的燒結驅動力，使燒結過程加快 2）燒結動力學 ： 由燒結動力學方程 (X/a)m=F(T).t/amn，納米粉末顆粒的 a值很小 ， 達到相同的 x/a值所需時間很短，燒結溫度降低。 15 故 納米粉末燒結活性很高 4 分析氧化 鋁彌散強化銅復合材料在高溫（如 850176。 C）具有高硬度的原因。 答： 氧化鋁彌散強化銅復合材料 顯微結構穩定（亞結構穩定，再結晶溫度高）： 在高溫下， 晶內彌散質點阻礙位錯亞結構中位錯逃逸 ，并且 晶界上的彌散質點阻礙晶界遷移 ，因此在 高溫下材料硬度高 4 為什么在模壓坯件中出現密度分布？產生密度分布有什么主要危害？ 答： 原因： 剛模壓制時，由于粉末顆粒與模具（陰模內壁、模沖、芯棒）之間的因相對運動而出現的摩擦力的作用，消耗有效外壓，造成在壓坯高度方向壓力降和在壓制面上的壓力再分布，因此造成壓坯的各處密度不 均勻。 危害： a、不能正常實現成形，如出現分層，斷裂，掉邊角等； b、燒結收縮不均勻，導致變形； c、限制拱壓產品的形狀和高度。 4 影響粉末流動性的因素有哪些？如果一種粉末的流動性較差，對粉末冶金零部件的后續加工帶來什么危害 ? 答： 影響因素： a、形狀復雜，表面粗糙，顆粒間的相互摩擦和咬合阻礙它們相互移動，流動性差； b、理論密度增加，比重大，流動性增加； c、粒度組成，細粉增加 ，流動性下降。 危害： 流動性差的粉末，壓制時 粉末填充模腔的均勻性 差， 造成壓坯的各處密度不均勻 ，使零件 不 能正常實現成形，如出現分層，斷裂，掉邊角等； 并且 燒結收縮不均勻，導致變形； 4 根據鎢粉粒度長大機理，如何從工藝設計上獲得細顆粒鎢粉？ 答： 采用兩階段還原法： 第一階段還原（ WO3— WO2）時， 顆粒長大嚴重，應在較低溫度下進行； 第二階段還原（ WO2 — W）時，顆粒長大趨勢較第一階段小，故可在更高的溫度下進行。 4 粉末壓坯強度的影響因素有哪些？分別以硬質合金和鐵基粉末冶金零件為例，可采取哪些技術措施如何提高坯件強度？ 答： 1） 影響 因素： 顆粒間的結合強度（機械嚙合）和接觸面積 顆粒間的結合強度： 16 粉末顆粒形狀越復雜，表面越粗糙，則粉末顆粒之間彼此嚙合的越緊密，壓坯強度越高。 ：壓力提高，結合強度提高（與變形度有關） （與結合面積有關） ：含量高，結合強度大 顆粒間接觸面積：即顆粒間的鄰接度 顆粒的顯微硬度 、 粒度組成 、 壓制時顆粒間的相互填充程度，進而提高接觸面積 ； 壓制壓力：壓力大，塑性變形大， S提高 ； 顆粒形狀 ：復雜，結合強度