【正文】 5. 熱壓和熱等靜壓都是在 高溫 中 完成的壓制，他們主要的差別是 熱壓是單軸壓制、壓力較大、制品密度分布不均勻 和 熱等靜壓是 （水靜力壓制） 球向靜力壓制、壓力較小、制品密度基本一致 。（ 10 分） 解： T= 973 LgKp=3225/973+=, Kp=PH2O/PH2 = T =1073 LgKp=3225/1073+=, Kp=PH 2 O/PH 2 = T =1173 LgKp=3225/1173+=, Kp=PH 2 O/PH 2 = 計(jì)算表明 ,溫度 越 高 ,平衡常數(shù)值越大 (正 ),說(shuō)明隨還原溫度提高 ,氣氛中的 H2O比例可越大 ,氫氣中水蒸氣含量提高 ,提高溫度有利于還原進(jìn)行。 70、 快速冷凝技術(shù)主要技術(shù)特點(diǎn) 答： 主要技術(shù)特點(diǎn)是： ，提高合金元素和相在基體中的分布均勻性； ； ，包括非晶、準(zhǔn)晶、微晶粉末。 6 熱等靜壓用模套材料包括哪三大類？ 答： 金屬、陶瓷、玻璃 6 采用鋼模單向壓制一根尺寸為 φ 50*100mmYG10合金的粉末壓坯，并在合適的工藝 條件下燒結(jié)。 答： 水溶液電解法制銅粉： 粉末純度高，粉末形狀多為樹(shù)枝狀，成形性很好，壓縮性較差。 有限的溶解，可改善潤(rùn)濕性、 增加液相的數(shù)量 ，并且發(fā)生 馬欒哥尼效應(yīng)有利于液相遷移 ，同時(shí) 增加了固相物質(zhì)遷移通道 ， 改善固相晶粒的形貌和減小顆粒重排的阻力 ； 3） 液相數(shù)量：在一般情況下，液相數(shù)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(chuàng)造條件。 C）具有高硬度的原因。 3 分析模壓時(shí)產(chǎn)生壓坯密度分布不均勻的原因。 3 液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件是什么？它們對(duì)液相燒結(jié)致密化的貢獻(xiàn)是如何體現(xiàn)的？ 答： 三個(gè)基本條件： 液相必須潤(rùn)濕固相顆粒、固相在液相中具有有限的溶解度、液相數(shù)量 1） 液相必須潤(rùn)濕固相顆粒，這是液相燒結(jié)得以進(jìn)行的前提 。 原子間的結(jié)合力 越低、 加工硬化程度越低、粉末純度越高， 顯微硬度越低。 密度 不同的連接處就會(huì)由于應(yīng)力的重新分布而產(chǎn)生斷裂或分層。橡膠、石蠟、 PEG、 PVA等。 ……… 13 、什么是假合金，怎樣才能獲得假合金？ 解： 兩種或兩種以上金屬元素因不經(jīng)形成固溶體或化合物構(gòu)成合金體系通稱為假合金，是一種混合物； 假合金形成的條件是形成混合物之后兩種物質(zhì)之間的界面能，小于他們單 獨(dú)存在時(shí)的表面能之和，即 γ AB γ A+ γ B 14 、為什么采用環(huán)縫形噴嘴容易引起露嘴堵塞 , 采用什么辦法可以解決這一問(wèn)題 ？ 解： 當(dāng)采用環(huán)縫形噴嘴時(shí) , 由于錐型的氣流形成密閉的空間 , 導(dǎo)致金屬流柱下流受阻 , 而堵塞噴嘴 . 采用 v 型噴嘴可以解決這一問(wèn)題。 10 、分析還原制備鎢粉的原理和鎢粉顆粒長(zhǎng)大的因素。其值可用下式表示：（ A— B） /（ A— C） *100%，其中 A粉末試樣（ 5g）加燒舟質(zhì)量， B氫中煅燒后殘余物加燒舟質(zhì)量， C燒舟質(zhì)量 藍(lán)鎢 藍(lán)鎢是不摻 雜鎢粉和摻雜鎢粉生產(chǎn)的原料，經(jīng)煅燒仲鎢酸銨而制得，是一種無(wú)確定成分的化合物，可描述為（ NH4） xHyWO3 水靜壓力 等靜壓制中的水作用在粉末體中，粉末體受到的各個(gè)方向上相等的壓力 5 分析題 1 、粉末冶金技術(shù)有何重要優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說(shuō)明。 蒸發(fā) 凝聚 表面層原子向空間蒸發(fā)，借蒸汽壓差通過(guò)氣相向頸部空間擴(kuò)散，沉積在頸部。 體積擴(kuò)散 借助于空位運(yùn)動(dòng)，原子等向頸部遷移。 答： 重要優(yōu)點(diǎn)： ① 能夠制備部分其他方法難以制備的材料，如難熔金屬，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬質(zhì)合金）； ② 因?yàn)榉勰┮苯鹪诔尚芜^(guò)程采用與最終產(chǎn)品形狀非常接近的模具，因此產(chǎn)品加工量少而節(jié)省材 料； ③ 對(duì)于一部分產(chǎn)品，尤其是形狀特異的產(chǎn)品，采用模具生產(chǎn)易于，且工件加工量少，制作成本低 ,如齒輪產(chǎn)品。 解： 鎢粉由氫氣還原氧化鎢粉的過(guò)程制得，還原過(guò)程中氧化物自高價(jià)向低價(jià)轉(zhuǎn)變，最后還原成鎢粉， WO3— WO2 — W ；其中還有 WO2 。 1化學(xué)反應(yīng)活化能的意義是什么，并用圖形表達(dá)？對(duì)于一級(jí)化學(xué)反應(yīng)，如何計(jì)算活化能？ 答： 化學(xué)反應(yīng)活化能指由反應(yīng)物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)成為生成物時(shí)，反應(yīng)過(guò)程應(yīng)經(jīng)由中間絡(luò)合物形成，再成為生成物。 （ b）流動(dòng)性差的粉末、細(xì)粉或輕粉（填充性能不好，自動(dòng)成形不好，影響壓件密度的均勻性）。壓坯密度的不均勻也將使燒結(jié)后的制品因收縮不一急劇變形而出現(xiàn)開(kāi)裂或歪扭。 還原鐵粉顆粒的顯微硬度可采用適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に噥?lái)消除加工硬化、降低其中氧、碳含量，達(dá)到降低顆粒顯微硬度的目的。 液相只有具備完全或部分潤(rùn)濕的條件，才能滲入顆粒的微孔和裂隙甚至晶粒間界， 促進(jìn)致密化 13 2） 有限 的溶解可改善潤(rùn)濕性，增加了固相物質(zhì)遷移通道，加速燒結(jié) ；并且 顆粒表面突出部位的化學(xué)位較高產(chǎn)生優(yōu)先溶解，通過(guò)擴(kuò)散和液相流動(dòng)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(jìn)致密化 3） 在一般情況下，液相數(shù)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(chuàng)造條件。 答： 剛模壓制時(shí)，由于粉末顆粒與模具（陰模內(nèi)壁、模沖、芯棒）之間的因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)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。 答： 氧化鋁彌散強(qiáng)化銅復(fù)合材料 顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（亞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度高）： 在高溫下， 晶內(nèi)彌散質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)逃逸 ，并且 晶界上的彌散質(zhì)點(diǎn)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(xiàn)密度分布？產(chǎn)生密度分布有什么主要危害？ 答： 原因： 剛模壓制時(shí)，由于粉末顆粒與模具（陰模內(nèi)壁、模沖、芯棒）之間的因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)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。同時(shí)，也可減小固相顆粒間的接觸機(jī)會(huì)。 氣體還原法制銅粉：粉末純度高 ，多孔海綿狀，成形性好 氣體霧化法制銅粉：為近球形粉末，顆粒表面粗糙， 粉末的成形性能 較好 水霧化法制銅粉：為不規(guī)則粉末，顆粒表面粗糙，氧含量較低、壓縮性較好 5 液相燒結(jié)包括哪幾種形式？ 答： 瞬時(shí)液相燒結(jié)：在燒結(jié)中、初期存在液相，后期液相消失。請(qǐng)畫(huà)出其最終輪廓的大致外形（標(biāo)出加壓方向，但不必標(biāo)注其具體尺寸）。經(jīng)固結(jié)后，這些材料具有奇特的力學(xué)、物理和化學(xué)性能； 。 7 、若用鎳離子濃度為 24克 /每升（ g/L）的硝酸鎳溶液作為電解液制取鎳粉時(shí)，至少需要多大的電流密度才能夠獲得松散粉末？假設(shè) K= 解 : 鎳離子濃度為 24克 /每升（ g/L）時(shí)等于 24/=, 既 c=, 并已知 K= 由 i=Kc, I= x = A/cm2 =33A/dm2 至少需要電流密度等于 33A/dm2 才能夠獲得松散粉末 . 單向壓制，壓坯 1/2處高度壓力和壓坯 底部單位壓力計(jì)算，壓坯高度 40mm,直徑 40mm，單位壓制壓力 2020Mpa。 6. 壓縮性是指粉末 在壓制過(guò)程中被壓緊的能力 ，成形性是指粉末 壓制后壓坯保持既定形狀的能力 ，松裝比重對(duì)他們影響分別是 松裝 比重越小 ，壓縮性 越差 和 成形性 越好 ； 粉末粒徑與形貌 影響粉末松裝 比重。 4. 球磨制粉是粉末破碎的方式主要有 碰撞 ， 碾磨 和 剪切 。 6 、 氧化鎢氫還原方法制備還原 鎢 粉： WO 2 +2H 2 =W+2H 2 O 平衡常數(shù)： LgKp=3225/T+, Kp=P H2O /P H2 討論還原溫度分別為 700 o C ， 800 o C ， 900 o C 時(shí)，平衡常數(shù) 變化趨勢(shì)和溫度對(duì)還原的影響。 Fe20Cu： Fe 為金屬晶體，晶面能接近各向同性，各個(gè)方向上的析出時(shí)機(jī)率幾乎相同，→近球形。并且 壓坯密度分布較單向壓制的均勻 。 5 粉末冶金用銅粉可采用哪些方法制備？比較這些銅粉在性能上的差異。即燒結(jié)體系需滿足方程γ S=γ SL+γ LCOSθ (θ為潤(rùn)濕角 ),并且需滿足的潤(rùn)濕條件是θ 90； 2） 固相在液相中具有有限的溶解度。 15 故 納米粉末燒結(jié)活性很高 4 分析氧化 鋁彌散強(qiáng)化銅復(fù)合材料在高溫（如 850176。 蒸發(fā) 凝聚 也對(duì)孔隙的 球化 也起作用。 過(guò)熱度大，溫度增加，表面張 力作用時(shí)間長(zhǎng)，冷卻時(shí)得球形粉 3 選擇成形方法時(shí)需要考慮的基本問(wèn)題有哪些？ 答： 1） 幾何尺寸、形狀復(fù)雜程度 2） 性能要求（ 力學(xué)、物理性能及幾何精度、 材質(zhì)體系） 3） 制造成本（ 結(jié)合 批量 、效率 ）。 12 哪些因素影響粉末顯微硬度？對(duì)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(gòu)成固體物質(zhì)的原子間的結(jié)合力、加工硬化程度和純度 。 答： 采用整體下模沖結(jié)構(gòu)導(dǎo)致兩臺(tái)階圓柱 壓坯的密度分布 不均勻。 答： θγγρθ θ≈θsin θsinθsinργγγγρρxFFxABADDCABFBCADFxx?????????? 垂直于面 ABCD的合力為 ,應(yīng)力： ? ?? ?? ?25)15(122si n2si n22222??????????ργσ ργργρθργθρθσργθθρθρ???????????????????? ???????? ??xxxxxFxFxFFxFF1 ?是張力，效果為使燒結(jié)頸擴(kuò)大 致密材料或高密度低孔隙材料的應(yīng)力集中因子、斷裂強(qiáng)度與裂紋尺寸之間是何種關(guān) 系？ 答： 1） 應(yīng)力集中因子與裂紋尺寸之間的關(guān)系： 10 ? max=?表觀 (1+2a/b) a：裂紋長(zhǎng)半軸 b：裂紋短半軸 應(yīng)力集中因子： I=（ 1+2a/b） =? max/?表觀 2) 斷裂強(qiáng)度與裂紋尺寸之間的關(guān)系： ? f=（ 2γ E/π a） 1/2 γ：比表面能 E：彈性模量 a：裂紋尺寸 2 在哪些情況下需要向粉末中添加成形劑？為什么？ 答： （ a）硬質(zhì)粉末，由于粉末變形抗力很高，無(wú)法通過(guò)壓制所產(chǎn)生的變形而賦予粉末坯體足夠的強(qiáng)度，一般采用添加成形劑的方法 以改善粉末成形性能，提高生坯強(qiáng)度，便于成形。改變溫度，都會(huì)破壞平衡條件，結(jié)果是或氧化，或還原。 解： 單軸壓制和等靜壓制的差別在于粉體的受力狀態(tài)不同，一般單軸壓 制在剛模中完成，等靜壓制則在軟模中進(jìn)行；在單軸壓制時(shí)，由于只是在單軸方向施加外力，模壁側(cè)壓力小于壓制方向受力，因此應(yīng)力狀態(tài)各向異性， ? 1 》 ? 2= ? 3 導(dǎo)致壓坯中各處密度分布不均勻；等靜壓制時(shí)由于應(yīng)力均勻來(lái)自各個(gè)方向，且通過(guò)水靜壓力進(jìn)行，各方向壓力大小相等，粉體中各處應(yīng)力分布均勻， ? 1= ? 2= ? 3 因此壓坯中各處的密度基本一致。當(dāng)位錯(cuò)線通過(guò)彌散質(zhì)點(diǎn)以后，合金發(fā)生屈服 機(jī)械合金化 借助于機(jī)械和物理活化使基體與合金元素間的合金 化和彌散粒子分布均勻 4 彌散強(qiáng)化 由于彌散質(zhì)點(diǎn)的存在而導(dǎo)致材料強(qiáng)化的現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)是彌散質(zhì)點(diǎn)阻礙基體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 纖維增強(qiáng) 將高強(qiáng)度和高模量的纖維加入到基體中，復(fù)合材料強(qiáng)度大幅度提高的現(xiàn)象 氫損值 金屬粉末的試樣在純氫氣中煅燒足夠長(zhǎng)時(shí)間，粉末中的氧被還原成水蒸氣，某些元素與氫生成揮發(fā)性的化合物，與揮發(fā)性金屬一同排除，測(cè)得試樣粉末的相對(duì)質(zhì)量損失，稱為氫損。結(jié)果中心部位的擠壓物料的流動(dòng)速度比外層擠壓物料的流動(dòng)速度快，這種現(xiàn)象稱為超前現(xiàn)象 表面擴(kuò)散 球表面層原子向頸部擴(kuò)散。 粘性流動(dòng) 非晶材料，在剪切應(yīng)力作用下，產(chǎn)生粘性流動(dòng)，物質(zhì)向頸部遷移。 重要缺點(diǎn)： ① 由于粉末冶金產(chǎn)品中的孔隙難以消除，因此粉末冶金產(chǎn)品力學(xué)性能較相同鑄造加工產(chǎn)品偏低； ② 由于成形過(guò)程需要模具和相應(yīng)壓機(jī)，因此大型工件或產(chǎn)品難以制造； ③ 規(guī)模效益比較小 （ 優(yōu)點(diǎn)：材料利用率高，加工成本較低，節(jié)省勞動(dòng)率，可以獲得具有特殊性能的材料或產(chǎn)品， 缺點(diǎn)：由于產(chǎn)品中孔隙存在，與傳統(tǒng)加工方法相比，材料性能較差 例子：銅 — 鎢假合金制造，這是用傳統(tǒng)方法不能獲得的材料 ） 2 、分析粉末冶金過(guò)程中是哪一個(gè)階段提高材料利用率，為什么？試舉例說(shuō)明。 90— WO2 。反應(yīng)過(guò)程能位