硕士研究生入学考试粉末冶金原理历年真题大题

2000四、问答1、压制一直径为38mm的圆柱体Fe基零件压坯，已知Fe粉的径向弹性后效为0.2%，烧结径向收缩率为0.3%，试计算阴模内径尺寸为多少？D（1+0.2%）（1-0.3%）=38D=38.04mm2、简述烧结机械零件与材料的分类，说明其中各类材料的基体类型及适用场合有哪些？烧结机械零件与材料的分类：烧结结构材料、烧结减摩材料、烧结摩擦材料烧结结构零件:烧结铁基材料:烧结铁,碳钢,合金钢,不锈钢烧结铜基材料:烧结青铜,黄铜,Cu-Ni合金,弥散强化烧结铝基材料:烧结铝合金,弥散强化铝烧结镍基材料:烧结钛基材料:烧结减摩零件:多孔轴承:铁基,铜基,铝基,不锈钢基固体自润滑材料:铁基,铜基,银基,双金属烧结摩擦零件:铜基摩擦零件:铁基摩擦零件:碳-碳复合材料:陶瓷基复合摩擦材料;用于干摩擦式离合器和制动器的关键材料.？？3、欲制造Cu基结构零件、Cu基电工触头和Cu基过滤器三种粉末冶金零件，其原料Cu粉应分别采用哪种制粉方法？为什么？Cu基结构零件：雾化法（水雾化）；颗粒形状不规则，颗粒间机械啮合，压坯强度也大。Cu基电工触头：电解法；纯度高，导电性能好。Cu基过滤器：雾化法（气雾化）；颗粒近球形，粒子尺寸均匀，高输出体积4、说明粉末注射成形的工艺流程，它对原料粉末有何要求？流程中的关键工序及注意事项是什么？工艺流程：粉末（金属或陶瓷）+粘结剂及添加剂↓预混合↓混炼（混合与制粒）↓原料↓注射成形↓脱脂（溶剂脱脂或热脱脂）↓烧结↓粉末零件粉末注射成形常用的粉末颗粒一般在2-8um，一般小于30um，粉末形状多为球形，颗粒外形比最好在1-1.5之间，具有相当宽或窄的粒度分布，填充密度较高。注射成型是整个工艺流程的关键工序，注射成形时，对可能产生缺陷的控制应从两个方面进行考虑：（1）注射温度、压力、时间等工艺参数的设定；（2）填充是喂料在模腔中的流动控制。？？5、运用挥发-沉淀长大机理，说明H2还原WO3制取细W粉时应如何控制工艺条件？（1）原料：A粒度：当采用WO3时，其粒度与还原钨粉粒度间的依赖性不太明显，而主要取决于WO2的粒度。目前，采用蓝钨（蓝色氧化钨）作原料。该原料具有粒度细、表面活性大，W粉一次颗粒细和便于粒度控制的特点。B杂质元素：影响透气性或生成难还原化合物。.K、Na等促使钨粉颗粒粗化；.Ca、Mg、Si等元素无明显影响：.少量Mo、P等杂质元素可阻碍W粉颗粒长大（2）还原方式：二阶段还原（3）氢气：降低氢的露点，流量不宜过高，顺流通氢。（4）还原工艺条件：.还原温度T：降低T，高的温度会提高钨氧化物的水合物在气相中的浓度，颗粒粗化；.推舟速度V：降低V，推舟速度打导致氧气增加，高氧指数的氧化物具有更大的挥发性，提高浓度，颗粒粗化；.料层厚度t：降低t，料层厚度过高不利于氢向底层物料的扩散，钨氧化物的含氧量高，颗粒粗化。（5）添加剂：少量的添加剂如Cr、V、Ta、Nb等的盐可抑制钨粉颗粒的粗化。6、由巴尔申、北川公夫和黄培云三种压制方程的理论假设，比较三种压制方程的适用性。巴尔申方程基本假设:（1）将粉末体视为弹性体（2）不考虑粉末的加工硬化（3）忽略模壁摩擦适用性：硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述。北川公夫方程基本假设：（1）粉末层内所有各点的单位压力相等（2）粉末层内各点的压力是外力和粉末内固有的内压力之和（3）粉末层内各断面上的外压力与该断面上粉末的实际断面积受的压力总和保持平衡。（4）各个粉末颗粒仅能承受它固有的屈服极限的能力。（5）粉末压缩时的各个颗粒位移的几率和它邻接的孔隙大小成比例。适用性：在压制压力不太大时优越性显著。黄培云方程基本假设：视粉末为非线性弹一塑体适用性：不论对软粉末或硬粉末适用效果都比较好7、用能量的观点阐述互不相溶系固相烧结的热力学条件互不溶系的烧结服从不等式：γABγA＋γB，即A-B的比界面能必须小于A、B单独存在的比表面能之和；若γABγA＋γB，虽然在A-A或B-B之间可以烧结，但在A-B之间却不能。在满足上式的前提下，如果γAB|γA－γB|，在两组元的颗粒间形成烧结颈的同时，它们可互相靠拢至某一临界值在满足上式的前提下，如果γAB|γA－γB|，在两组元的颗粒间形成烧结颈的同时，它们可互相靠拢至某一临界值；如果γAB|γA－γB|，则开始时通过表面扩散，比表面能低的组元覆盖在另一组元的颗粒表面，然后同单元系烧结一样，在类似复合粉末的颗粒间形成烧结颈。不论是上述中的哪种情况，只有γAB越小，烧结的动力就越大。即使烧结不出现液相，但两种固相的界面能也能决定烧结过程？？8、什么是烧结气氛的碳势？能进行碳势控制的烧结气氛有哪些？某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势。可控碳势气氛：CO、CH4、H2+CO混合气体、有机碳氢化合物气体、吸热型气氛、放热型气氛。2001四、问答题？？1、还原铁粉与雾化铁粉在工艺性能上有何差异？它们在制造铁基粉末冶金零部件时有什么特点?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、试简述RZ工艺制雾化铁粉的设计思路。工艺设计思路：①解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1500℃以上，熔炼温度达1650―1700℃，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔体温度保持在1300-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。②高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势；同时，碳与氧在后续高温还原时具有脱氧作用，为焖火处理创造条件。③成形性能的改善：A利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化：Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2CO2微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸。B破碎时颗粒表面形成凹凸；C高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。三都有利于降低雾化铁粉的松比，改善粉末的成形性能。3、怎样正确看待刷粉周期对电解铜粉末粒度的影响？适度刷粉可提高电流密度，利于粉末细化。而过频也具有与搅拌相似的效果，使阴极附近的铜离子浓度得到及时补充，导致铜离子浓度升高，导致粉末粗化。但长的刷粉周期却使电流密度下降，粉末粗化。？？4、选择成形方法时需要考虑的基本问题有哪些？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5、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？液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量（1）液相必须润湿固相颗粒：这是液相烧结得以进行的前提（否则产生反烧结现象）。即烧结体系需满足方程γS=γSL+γLCOSθ(θ为润湿角)液相烧结需满足的润湿条件是θ90；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θ90O，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。当0θ900，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。如果θ90，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、为什么弥散强化铜材料具有高的红硬性？7、在热等静压技术中，选用包套材料应注意哪些技术问题？○1可塑性和强度○2不破裂和隔绝高压气体渗入○3良好的可加工性和可焊接性○4不与粉末发生反应和造成污染○5HIP后易被除去○6成本低8、在金属粉末注射成形过程中，为什么必须采用细粉末做原料？通常采用哪两种基本的脱脂方法？细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件；通常采用的脱脂方法：溶剂脱脂、热脱脂。9、对于一多台阶的粉末冶金零件，设计压膜时应注意哪些问题？必须保证整个压坯内的密度相同，否则在脱模过程中，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。为了让横截面不同的压坯密度均匀，必须设计出不同动作的多模冲压膜，并且应使他们的压缩比相等，而且易脱模。五、分析题1、为什么说稳压技术是传统模压技术的发展与延伸？温压技术是粉末与模具被加热到较低温度（一般为150℃）下的刚模压制方法。除粉末与模具需加热以外，与常规模压几乎相同，但它摆脱一些传统模压技术的弱点，加热后粉末塑性变性得以充分进行，加工硬化速度和程度降低，有效地减小粉末与膜壁间的摩擦和降低粉末颗粒间的内摩擦，便于颗粒间的相互填充，能压制高性能，高强度、高精度的压坯。并且温压与粉末热压完全不同，温压的加热温度远低于热压（高于主要组分的再结晶温度），而且被压制的粉末冶金零部件的尺寸精度很高，表面光洁。是传统模压技术的发展与延伸。？？2、分析Fe-12Cu，YG10，W-Cu-Ni合金中固相颗粒保持特定形状的原因。（但学长）上述所得的三种粉末冶金合金，由液相烧结而成，Fe-12Cu，YG10，W-Cu-Ni中低熔点金属或合金（Cu、Co、Cu-N）对更高熔点金属的润湿性好（润湿角趋于00），液相在更高熔点金属不溶解；而相反的，高熔点金属能够在低熔点金属溶解或部分溶解，液相始终存在，而当液相完全润湿固相情况下，晶粒不会长大，而只有当润湿不良的情况下，靠颗粒彼此接触，聚合长大。故上述三种粉末冶金合金中的固相颗粒保持特定形状。（但学长有解）？？3、分析模压时产生压坯密度分布不均匀的原因？刚模压制时，由于摩擦力的作用，在压坯高度方向存在压力降低。因此造成压坯的各处密度不均匀。2002三、简答题？？（但学长有解）1、从烧结驱动力的角度说明纳米粉末具有高烧结活性的原因。（1）烧结热力学具有巨大的表面能，为烧结过程提供很高的烧结驱动力，使烧结过程加快（2）烧结动力学由烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n纳米粉末颗粒的a值很小达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。纳米粉末烧结活性很高？？2、选择具体的成形技术应考虑哪些主要技术经济问题？（与2001年第4题类似）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？？3、影响粉末流动性的因素有哪些？如果一种粉末的流动性较差，对粉末冶金零部件的后续加工带来什么危害？影响因素：颗粒间的摩擦形状复杂，表面粗糙，流动性差理论密度增加，比重大，流动性增加粒度组成，细粉增加，流动性下降流动性差的粉末，填充性能不好，自动成形不好，影响压件密度的均匀性。4、简述RZ工艺（制雾化铁粉的工艺）设计依据。（与2001年第二题相同）工艺设计思路：○1解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1500℃以上，熔炼温度达1650―1700℃，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使