【正文】 94MPa 五、問(wèn)答試推導(dǎo)燒結(jié)頸處燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力燒結(jié)初期：根據(jù)YoungLaplace 方程，作用在頸部彎曲面上的應(yīng)力σ為 σ=γ(1/x1/ρ) ≌γ/ρ （xρ）作用在頸部的張應(yīng)力指向頸外，導(dǎo)致燒結(jié)頸長(zhǎng)大，孔隙體積收縮。與此同時(shí)，∣ρ∣的數(shù)值增大，燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力逐步減小。.中期：孔隙網(wǎng)絡(luò)形成，燒結(jié)頸長(zhǎng)大。有效燒結(jié)應(yīng)力Ps為 Ps =Pvγ/ρ.后期：孔隙網(wǎng)絡(luò)坍塌，形成孤立孔隙→封閉的孔隙中的氣氛壓力隨孔隙半徑R收縮而增大。=nRT氣氛壓力Pv=6nRT/(πD3)若氣氛初始?jí)毫镻o，孔隙尺寸為Do，收縮至D時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣氛壓力Pv為Pv=(Do/D)此時(shí)，燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力σ=4γ/D令Ps=0，即封閉在孔隙中的氣氛壓力與燒結(jié)應(yīng)力達(dá)到平衡，孔隙收縮停止。什么是假合金，怎樣才能獲得假合金？?jī)煞N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(chēng)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？？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？2009三、分析題？？作圖并推導(dǎo)巴爾申壓制方程。圓柱壓坯 高度H 截面積A，實(shí)際粉末實(shí)際的接觸面積為AH ；
當(dāng)P壓力時(shí)，對(duì)應(yīng)高度H,再加dP壓力時(shí)高度為Hdh
完成壓制時(shí)，H= H0， P=P0
根據(jù)古典力學(xué)，彈性壓縮服從虎克定律：dh并非應(yīng)變，而是絕對(duì)變形量，應(yīng)用于粉末壓制
AH為粉末顆粒部分，排除孔隙部分
應(yīng)變： k，k‘都與L0或H0相關(guān) 當(dāng)壓力p 增大，AH增大，顆粒接觸面積增大。沒(méi)有加工硬化—材料硬度不變
屈服強(qiáng)度為恒定(假設(shè)) L為壓制模數(shù)
假設(shè)條件：無(wú)加工硬化，彈性體，無(wú)摩擦 ??作圖并建立燒結(jié)時(shí)原子體積擴(kuò)散遷移機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程。燒結(jié)動(dòng)力學(xué)方程燒結(jié)頸長(zhǎng)大是頸表面附近的空位向球體內(nèi)擴(kuò)散，球內(nèi)部原子向頸部遷移的結(jié)果。頸長(zhǎng)大的連續(xù)方程dv/dt=Jv=單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)頸的單位面積空位個(gè)數(shù)，即空位流速率。A=擴(kuò)散斷面積 Ω=一個(gè)空位的體積由Fick第一定律Jv=Dvˊ.▽Cv= Dvˊ.△Cv/ρDv‘=空位擴(kuò)散系數(shù)（個(gè)數(shù)）若用體積表示原子擴(kuò)散系數(shù)，即Dv=Dv‘Cvo=(Q/RT)dv/dt=A Dv‘.Ω.△Cv/ρ其中A=(2πX).(2ρ)；V=；ρ=X2/2a→x5/a2=20DvγΩ/KingeryBerge方程：ρ=X2/4ax5/a2=80DvγΩ/三、計(jì)算題？？氫氣還原金屬氧化物制備金屬粉末（WO2還原），已知平衡常數(shù)，LgKp=3225/T+，分別計(jì)算700oC、850oC氣氛中水的含量T= 973 LgKp=3225/973+=, Kp=PH 2 O/PH 2 = T =1573 LgKp=3225/1573+=, Kp=PH 2 O/PH 2 = ？？裂紋尺寸等于2微米，求粉末粒徑為10微米時(shí)的彈性模量與破碎應(yīng)力。單向壓制，壓坯1/2處高度壓力和壓坯底部單位壓力的計(jì)算，壓坯高度40mm，直徑40mm，單位壓力2000MPa。 μ*ζ=當(dāng)考慮消耗在彈性變形上的壓力時(shí) P1=Pe8Hμ*ζ/D故壓坯1/2處高度的壓力 P1=3297MPa壓坯底部單位壓力 P2= 2000/e=當(dāng)保護(hù)氣體壓力為一個(gè)大氣壓時(shí)，求燒結(jié)體中尺寸不再發(fā)生變化時(shí)的空隙變化。有效燒結(jié)應(yīng)力Ps為Ps =Pv2γ/r令Ps=0，即封閉在孔隙中的氣氛壓力與燒結(jié)應(yīng)力達(dá)到平衡，孔隙收縮停止。聯(lián)立方程得 D=四、討論題為什么利用X射線(xiàn)衍射也可以分析粉末粒徑，基本原理是什么？由于粉末顆粒的尺寸大于光波長(zhǎng)，當(dāng)粉末的懸浮液流被一束單色光（如激光）直射時(shí)，相干光的散射角大小將隨顆粒直徑成反比變化，而散射光的強(qiáng)度則與顆粒直徑的方根值有關(guān)。因此，用微機(jī)采集和分析散射光的強(qiáng)度角度掃描數(shù)據(jù)就可以提供粉末粒度組成的信息。該法具有方便、迅速、結(jié)果重現(xiàn)性好的特點(diǎn)，適合測(cè)量1200μm范圍的粒度及粒度組成。？？討論金屬氧化物還原制備金屬粉末的熱力學(xué)條件因素，并以Fe2OFe3OFeO，F(xiàn)e的還原過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明，并作圖。如何控制粉末的粒度和純度？熱力學(xué)條件：金屬氧化物的離解壓(PO2)XO大于還原劑的氧化產(chǎn)物的離解壓(PO2)MeO。換句話(huà)說(shuō)，在還原溫度下，氧與還原劑X的親和力大于氧與金屬元素的親和力。鐵的氧化物被碳分步還原，遵循下述反應(yīng)， C+CO2=2CO FeOx+CO→FeOy+CO2 其中XY，X=,4/3,1；Y=4/3,1,0。當(dāng)X=0，則鐵被還原。，CO才是直接還原劑。雖然固體碳也能還原鐵的氧化物，但反應(yīng)界面很小，碳的固相擴(kuò)散速度與碳以CO形式的氣相遷移相比幾乎可以忽略，在整個(gè)還原過(guò)程中處于次要地位。,CO兩相圖的重疊，當(dāng)溫度T570℃，Y值在4/3→1→0范圍內(nèi)依次變化即由Fe2O3→Fe3O4→浮斯體（FeO. Fe3O4固溶體）→Fe（金屬鐵）； 當(dāng)T570℃，則Y值在4/3→0之間依次變化（此時(shí)氧化亞鐵不能穩(wěn)定存在）。Fe3O4被CO開(kāi)始還原成FeO的溫度為650℃，使FeO還原成金屬Fe的開(kāi)始溫度為685℃。T＞T2溫度，為C的氣化反應(yīng)所形成 CO%高于平衡下所需CO％，F(xiàn)e穩(wěn)定存在。
IF C的氣化反應(yīng)產(chǎn)生CO% 高于Fe2O3存在狀態(tài)所需要的CO％，but，不足于將FeO還原成Fe的氣相中的CO％，因此T1～T2之間，F(xiàn)eO穩(wěn)定存在。
在T1溫度之下，只有Fe3O4穩(wěn)定存在。
只要還原溫度高于650℃，就有利于還原反應(yīng)正向進(jìn)行，有利于還原過(guò)程。
在900～1000℃，CO穩(wěn)定存在，因此升高溫度有利于還原過(guò)程。
一定范圍內(nèi)提高還原溫度，盡可能縮短還原時(shí)間、正確判斷還原終點(diǎn)可控制粉末的粒度和純度。？？為什么要采用熱等靜壓，使用熱等靜壓的基本條件是什么？因?yàn)闊岬褥o壓幾乎能消除粉末坯體中的所有孔隙，；在壓力作用下，加熱溫度低于通常的燒結(jié)溫度；無(wú)成份偏析；核廢料HIP處理，避免環(huán)保問(wèn)題和對(duì)操作人員的損害；鑄件等的后處理，消除孔洞或裂紋等；熱等靜壓適合用于生產(chǎn)全致密、高性能、難燒結(jié)粉末冶金制品。？？討論固相燒結(jié)后期，孔隙為什么會(huì)球化，小空隙為什么會(huì)消失？燒結(jié)坯中孔隙對(duì)晶界遷移施加了阻礙作用，即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(jié)過(guò)程的進(jìn)行一般發(fā)展成晶界。而燒結(jié)坯中的大量孔隙大都與晶界相連接?？紫秾?duì)晶界遷移施加的阻力隨其中孔隙尺寸的減小和孔隙的數(shù)量的下降而降低。當(dāng)孔隙度固定時(shí)，孔隙數(shù)量愈大，這種阻礙作用也愈強(qiáng)。相應(yīng)地，晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)亦小。對(duì)于相同材質(zhì)的金屬或合金粉末在相同燒結(jié)條件下，粒度粗的粉末易得到較粗大的晶粒。而粒度較細(xì)的粉末則易獲得較細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵诩?xì)粉的情形下，孔隙數(shù)量大，對(duì)晶界的阻礙作用較強(qiáng)。但燒結(jié)溫度過(guò)高或燒結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則又為聚集再結(jié)晶提供高的能量條件。當(dāng)燒結(jié)坯中的孔隙尺寸和總孔隙度下降到一定程度后，孔隙的阻礙作用迅速減弱，導(dǎo)致晶界與孔隙發(fā)生分離現(xiàn)象。這時(shí)，晶內(nèi)孔隙形成。2010四、問(wèn)答題根據(jù)還原法制備鎢粉時(shí)的粒度粗化機(jī)理，簡(jiǎn)述獲得細(xì)粒度鎢粉在選擇還原工藝參數(shù)方面的努力。（第3次）(1)原料： A 粒度：當(dāng)采用WO3時(shí)，其粒度與還原鎢粉粒度間的依賴(lài)性不太明顯，而主要取決于WO2的粒度。目前，采用藍(lán)鎢（藍(lán)色氧化鎢）作原料。該原料具有粒度細(xì)、表面活性大，W粉一次顆粒細(xì)和便于粒度控制的特點(diǎn)。 B 雜質(zhì)元素：影響透氣性或生成難還原化合物。. K、Na等促使鎢粉顆粒粗化；. Ca、Mg、Si等元素?zé)o明顯影響：. 少量Mo、P等雜質(zhì)元素可阻礙W粉顆粒長(zhǎng)大（2）還原方式：二階段還原（3）氫氣：降低氫的露點(diǎn)，流量不宜過(guò)高，順流通氫。（4）還原工藝條件： .還原溫度T：降低T，高的溫度會(huì)提高鎢氧化物的水合物在氣相中的濃度，顆粒粗化； .推舟速度V：降低V，推舟速度打?qū)е卵鯕庠黾?，高氧指?shù)的氧化物具有更大的揮發(fā)性，提高濃度，顆粒粗化； .料層厚度t：降低t，料層厚度過(guò)高不利于氫向底層物料的擴(kuò)散，鎢氧化物的含氧量高，顆粒粗化。（5）添加劑：少量的添加劑如Cr、V、Ta、Nb等的鹽可抑制鎢粉顆粒的粗化?；罨療Y(jié)與強(qiáng)化燒結(jié)有何異同？（同2004年第7題）活化燒結(jié)與強(qiáng)化燒結(jié)的比較活化燒結(jié)：系指能降低燒結(jié)活化能，使體系的燒結(jié)在較低的溫度下以較快的速度進(jìn)行、燒結(jié)體性能得以提高的燒結(jié)方法。（采用化學(xué)或物理的措施，使燒結(jié)溫度降低、燒結(jié)過(guò)程加快，或使燒結(jié)體的密度和其它性能得到提高的方法稱(chēng)為活化燒結(jié)）強(qiáng)化燒結(jié)是泛指能夠增加燒結(jié)速率，或能夠強(qiáng)化燒結(jié)體性能（合金化或抑制晶粒長(zhǎng)大）的所有燒結(jié)過(guò)程，包括位錯(cuò)激活燒結(jié)，高溫?zé)Y(jié)，活化燒結(jié)，液相燒結(jié)，自蔓燃反應(yīng)燒結(jié)粉末注射成形采用微細(xì)粉末作原料具有哪些技術(shù)上的優(yōu)越性？（第6次）細(xì)粉末提高粉末燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力和脫脂后坯體的強(qiáng)度，便于混練和注射，制造形狀復(fù)雜、薄壁、小尺寸件。？？巴爾申提出的三個(gè)基本假設(shè)在建立壓制方程中有何意義？（1）他將粉末體當(dāng)作理想彈性體看待，這是為了運(yùn)用虎克定律于壓制過(guò)程，實(shí)際上，粉末體在壓制過(guò)程中并不適用虎克定律。（2）假定粉末變形時(shí)無(wú)加工硬化，這樣虎克定律也可用于塑性變形。巴爾申認(rèn)為，在塑性變形時(shí)，沒(méi)有加工硬化的條件下，接觸區(qū)的應(yīng)力可以理解為金屬粉末顆粒接觸區(qū)的應(yīng)力也應(yīng)不變。（3）忽略膜壁摩擦，簡(jiǎn)化受力分析，運(yùn)用虎克定律。？？簡(jiǎn)述經(jīng)固相燒結(jié)的粉末燒結(jié)鋼的晶粒較同成份的鑄鋼細(xì)小的原因。（第4次）粉末燒結(jié)初、中期，晶粒長(zhǎng)大的趨勢(shì)較小，在燒結(jié)后期才會(huì)發(fā)生可觀察到的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，但與普通材料相比較，燒結(jié)材料的這種長(zhǎng)大現(xiàn)象幾乎可以忽略，原因有二：孔隙、夾雜物對(duì)晶界遷移的阻礙；燒結(jié)溫度低于鑄造溫度。？？燒結(jié)過(guò)程中表面遷移方式有哪幾種形式？根據(jù)雙球模型，簡(jiǎn)述其物質(zhì)的具體遷移方式（也可圖示說(shuō)明）。（第2次）表面遷移包括表面擴(kuò)散和蒸發(fā)凝聚。？？為什么在模壓坯件中出現(xiàn)密度分布不均勻？產(chǎn)生壓坯密度分布有什么主要危害？（第一問(wèn)出現(xiàn)三次）剛模壓制時(shí)，由于摩擦力的作用，在壓坯高度方向存在壓力降低。因此造成壓坯的各處密度不均勻。壓坯密度分布不均勻的后果：.不能正常實(shí)現(xiàn)成形，如出現(xiàn)分層，斷裂，掉邊角等；.燒結(jié)收縮不均勻，導(dǎo)致變形；.限制拱壓產(chǎn)品的形狀和高度。、粉末原料在哪些情況下需作制粒處理？為什么？.細(xì)小顆粒的粉末或硬質(zhì)粉末(為便于成形需添加成形劑\改善流動(dòng)性添加粘結(jié)劑）.進(jìn)行自動(dòng)壓制或壓制形狀較復(fù)雜的大型P/M制品五、分析、計(jì)算題一個(gè)以A、B兩種粉末為原料構(gòu)成成分為80%A20%B的混合粉，然后再上述混合粉中添加一定量的成形劑。金屬粉末組元為99%，成形劑為1%。該粉末混合物在一定壓制壓力下成形。請(qǐng)計(jì)算該粉末壓坯中孔隙度。若在一定溫度下脫除其中的成形劑，預(yù)燒后坯件中的孔隙度是多少？注1）金屬A； 2）均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；3）不考慮脫除成形劑時(shí)有可能出現(xiàn)的尺寸變化； 4）計(jì)算過(guò)程中密度值保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。手寫(xiě)以WNiFe重合金為例，分析液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件在合金燒結(jié)致密化過(guò)程中的作用。（第6次，不過(guò)要聯(lián)系實(shí)際）液相燒結(jié)的三個(gè)基本條件：潤(rùn)濕性、溶解度和液相數(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（否則產(chǎn)生反燒結(jié)現(xiàn)象）。即燒結(jié)體系需滿(mǎn)足方程 γS=γSL+γLCOSθ (θ為潤(rùn)濕角)液相燒結(jié)需滿(mǎn)足的潤(rùn)濕條件是θ90；當(dāng)θ=0，液相充分潤(rùn)濕固相顆粒，這是最理想的液相燒結(jié)條件；當(dāng)θ90O，固相顆粒將液相推出燒結(jié)體，發(fā)生反燒結(jié)現(xiàn)象。當(dāng)0θ900，這是普通的液相燒結(jié)情況，燒結(jié)效果一般。如果θ90，燒結(jié)開(kāi)始時(shí)液相即使生成，液會(huì)很快跑出燒結(jié)體外，稱(chēng)為滲出。這樣，燒結(jié)合金中的低熔組分將大部分損失掉，使燒結(jié)致密化過(guò)程不能順利完成。
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。（2）固相在液相中具有有限的溶解度：有限的溶解可改善潤(rùn)濕性；增加液相的數(shù)量即體積分?jǐn)?shù)，促進(jìn)致密化；馬欒哥尼效應(yīng)（溶質(zhì)濃度的變化導(dǎo)致液體表面張力的不同，產(chǎn)生液相流動(dòng)）有利于液相遷移；增加了固相物質(zhì)遷移通道，加速燒結(jié)；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。但較高的溶解度導(dǎo)致燒結(jié)體的變形和為晶粒異常長(zhǎng)大提供條件，這是不希望的。（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。同時(shí)，也可減小固相顆粒間的接觸機(jī)會(huì)。但過(guò)大的液相數(shù)量造成燒結(jié)體的形狀保持性下降。有兩種鐵基粉末A與B，且硬脂酸鋅添加量相同，但A、B粉末中的鐵粉分別為還原鐵粉和霧化鐵粉。兩種粉末在500MPa下于Φ15的模具中采用相同壓制方式分別成形。請(qǐng)你判斷：脫模后，兩種粉末對(duì)應(yīng)的壓坯密度和壓坯強(qiáng)度有無(wú)差異？為什么？有差異。還原鐵粉：顆粒形狀復(fù)雜，粉末成形性能好，粉末純度、壓縮性較低。霧化鐵粉：包括水霧化鐵粉和氣霧化鐵粉水霧化鐵粉顆粒表面粗糙，易得氧含量較低、壓縮性較好的不規(guī)則粉末；氣霧化鐵粉顆粒近球形；故壓坯密度：還原鐵粉水霧化鐵粉氣霧化鐵粉 壓坯強(qiáng)度：還原鐵粉水霧化鐵粉氣霧化鐵粉30 / 30