粉末冶金原理考试试题
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专业课原理概述部分一、选择题(每题1分,共5分)1. 下列哪种方法不属于粉末冶金的基本工序?A. 制粉B. 成型C. 焊接D. 烧结A. 物理法B. 化学法C. 机械法D. 生物法A. 粉末颗粒间的粘结B. 孔隙度的降低C. 材料体积的膨胀D. 密度的提高4. 下列哪种粉末冶金产品不适合采用注射成型技术?A. 微型齿轮B. 复杂形状零件C. 大型结构件D. 精密仪器零件A. 蜡B. 纤维素C. 硼酸D. 铝合金二、判断题(每题1分,共5分)1. 粉末冶金工艺可以生产出任意复杂形状的零件。
()2. 粉末冶金过程中,烧结是唯一使材料致密化的步骤。
()3. 粉末冶金制品的力学性能一定低于相同成分的铸件。
()4. 粉末冶金技术在航空航天领域有广泛应用。
()5. 粉末冶金工艺中,制粉是一个步骤。
()三、填空题(每题1分,共5分)1. 粉末冶金的基本工序包括____、____、____。
2. 常用的金属粉末制备方法有____、____、____。
3. 粉末冶金烧结过程中,会发生____、____、____等现象。
4. 粉末冶金成型方法主要有____、____、____等。
5. 粉末冶金制品具有____、____、____等优点。
四、简答题(每题2分,共10分)1. 简述粉末冶金的基本原理。
2. 什么是粉末冶金注射成型?它有哪些优点?3. 粉末冶金烧结过程中,影响材料性能的主要因素有哪些?4. 简述粉末冶金在航空航天领域的应用。
五、应用题(每题2分,共10分)1. 某一粉末冶金制品的原料为铁粉和铜粉,试分析其烧结过程中可能发生的化学反应。
2. 请设计一种粉末冶金工艺流程,用于生产微型齿轮。
3. 某粉末冶金制品在烧结过程中出现开裂现象,请分析可能的原因并给出解决措施。
4. 如何通过粉末冶金工艺提高制品的致密度?5. 论述粉末冶金在新能源汽车领域的应用前景。
六、分析题(每题5分,共10分)1. 分析粉末冶金制品在制备过程中可能出现的缺陷及其产生原因,并提出相应的解决措施。
中南大学2011年硕士研究生入学考试试题964粉末冶金一、术语解释(每题5分,共25分)1、网目数:2、弹性后效:3、流动性:4、活化烧结:5、粉末振实密度:二、填空题(每空1分,共20分)1、单元系粉末烧结指的是、和粉末的烧结。
2、金属粉末的压制性能包括粉末的和。
3、在电解法制备铜粉时,与是控制铜粉末粒度的两个主要工艺参数。
4、冲击雾化制取金属粉末时的“二流”通常指的是流与流。
5、在压制过程中,金属粉末压坯主要通过与实现致密化,陶瓷粉末则主要通过实现致密化。
6、瞬时液相烧结的中初期发生烧结,而后期则发生烧结。
7、烧结气氛的两个主要作用是与作用。
8、羰基铁粉的颗粒性状是,电解铁粉的颗粒形状是。
9、物质X作为金属氧化物MeO的还原剂时,还原剂X应满足与两个基本条件。
三、判断题(每题两分,共20分;正确者打“○”,错误的打“×”。
)1、对于同类金属粉末,松装密度越高,其流动性能也越好。
()2、采用CIP与传统刚性模压制时金属粉末致密化机理相同。
()3、粉末颗粒表面粗糙度越大,颗粒形状越复杂,粉末的压制性能越好。
()4、细粉末制备的粉末压坯,在烧结温度较低时产生收缩是表面扩散作用的结果。
5、粉末烧结一般是多种烧结机构共同起作用的结果。
()6、粉末烧结过程进行的标志之一是烧结体产生收缩。
()7、粉末颗粒的显微硬度越高,相同压力下成形后粉末压坯的弹性后效越大。
()8、硬脂酸锌是一种很好的成形剂。
()9、注射成型技术适合那些形状复杂的小尺寸粉末冶金件的成形。
()10、球形黄铜粉末可采用机械破碎法制备。
()四、问答题(55分)1、根据WO3还原制取钨粉时的粒度粗化机理,如何通过调节还原工艺等参数制取粒度粗的钨粉?10分2、为什么硬质合金粉末必须经制粒处理才能进行压制?8分3、表面迁移包括哪几种方式?请比较它们在物质迁移途径方面的异同。
8分4、研发人员观察某一经固相烧结的纯铜粉末冶金制品的金相组织时发现,制品的铜晶粒比精密铸造纯铜制品细小得多,为什么出现这一现象?7分5、简述雾化铁粉的压缩性高于还原铁粉的原因。
粉末制备习题* 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途,请列举三种汽车用粉末冶金产品。
* 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝,为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。
* 粉末冶金一度称为金属陶瓷( Metal ceiamics) ,是什么工序类似于陶瓷产品制备。
* 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么?这些差别是如何影响过程的。
* 粉末冶金的定义是什么?* 粉末冶金的工程含义是什么?* 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面,要求减少模具结构误差,以确保产品尺寸精度与性能,在什么步骤上有利于减少产品加工成本(净静成形技术)* 金属基复合材料,如 SiC 纤维强化铝合金,是粉末冶金应用的领域,你能说明复合材料制备方法吗?* 在水雾化制粉时,怎样获得球形颗粒。
* 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。
①如何测试该碟状粉末的粒度。
②改变碟状粉末厚度的方法。
③哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。
* 用气体雾化制备合金粉末,雾化融液金属温度略高于液相线,对于粒径为100μm的颗粒,固化时间为0.04s,估算在同样条件下10μm粒径粉末颗粒的固化时间。
* 采用水平雾化时,发现所得粉末颗粒太小,不适合后续的工序,建议改变三个过程参数以增大粒径。
* 在气体雾化时,如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大,粒度对颗粒形状会有何种作用?高的过热温度会有利于形成球形颗粒吗?* 离心雾化粉末通常有双峰形粒度分布曲线,讨论产生这种结果的原因。
* 分别用水雾化,气体雾化和还原方法制备Cμ粉(理论密度=8.9g/cm3),测试指数如下:性能 A B C平均粒度μm 48 25 40松装密度g/cm3 2.8 1.7 4.4振实密度g/cm3 3.3 2.4 4.7流速 s/50g 32 50 21BET表面积m2/g 0.014 0.063 0.017区分数据全所对应的制备方法,且分析求证你的答案。
* 当用电解法制备合金粉末时(如黄铜“铜—锌合金”),会遇到什么困难?* 在旋转圆盘雾化时,首先形成了长40μm、直径5.3μm圆筒体,能形成几个等尺寸的球形颗粒。
粉末冶⾦原理(冯宁博)西华⼤学2013年冬季粉末冶⾦试题及答案粉⾊为这届考试题⼀、名次解释⽐表⾯积:单位质量或单位体积粉末具有的表⾯积。
离解压:在⼀定的温度下,某化合物的⽣成-离解反应达到平衡时产⽣的⽓体所具有的压⼒。
⼆次颗粒:由多个⼀次颗粒在没有冶⾦键合⽽结合成粉末颗粒称为⼆次颗粒。
⼀次颗粒:粉末中能分开并独⽴存在的最⼩实体。
电化当量:克当量与法拉第常数之⽐称为电化当量。
侧压⼒:压制过程中由垂直压⼒所引起的模壁施加于压坯的侧⾯压⼒称为侧压⼒。
弹性后效:粉末经模压推出模腔后,由于压坯内应⼒驰豫,压坯尺⼨增⼤的现象。
注射成型:将粉末与热塑性材料均匀混合使成为具有良好流动性能(在⼀定温度下)的流态物质,⽽后把这种流态物在注射成形机上经过⼀定的温度和压⼒,注⼊模具内成形。
烧结:粉末或粉末压坯,在适当温度和⽓氛下加热所发⽣的的现象或过程。
液相烧结:在烧结温度下,低熔组元融化或形成低熔共晶物,由液相引起的物质迁移现象或过程。
烧结机构:研究烧结过程中各种可能的物质迁移⽅式及速率。
硬质合⾦:利⽤粉末冶⾦的⽅法⽣产由难熔⾦属化合物和粘结⾦属构成的组合材料。
涂层硬质合⾦:在已经烧结好的硬质合⾦(基体)表⾯涂覆⼀层或⼏层耐磨性⾼的难容化合物。
粒度分布:具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量。
⼆、问答题1、碳还原法制取铁粉的过程机理是什么?影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素有哪些?机理:铁氧化物的还原过程是分段进⾏的,即从⾼价氧化物到低价氧化物最后转变成⾦属。
铁氧化物的直接还原,从热⼒学观点看,可认为是间接还原反应与碳的⽓化反应的加和反应,这就是碳还原的实质。
因素:⑴原料:原料中杂质、原料粒度⑵固体碳还原剂:固体碳还原剂类型、⽤量⑶还原⼯艺条件:还原温度与时间、料层厚度、还原罐密封程度⑷添加剂:加⼊⼀定固体碳的影响、返回料、引⼊⽓体还原剂、碱⾦属盐、海绵铁的处理4、还原法制取钨粉的过程机理是什么?影响钨粉粒度的因素有哪些?氢还原:总的反应式:WO3+3H2====W+3H2O。
粉末冶金原理期末复习题库一、选择题1. 粉末冶金是一种通过粉末压制和烧结来制造材料或零件的技术,以下哪项不是粉末冶金的特点?A. 高密度B. 可制造复杂形状C. 无需锻造D. 材料浪费少2. 粉末冶金中,粉末的粒度对材料的哪些性质有影响?A. 烧结温度B. 机械性能C. 粉末流动性D. 所有以上3. 在粉末冶金中,烧结温度的高低会影响以下哪些因素?A. 材料的孔隙率B. 材料的强度C. 材料的硬度D. 所有以上4. 粉末冶金中的粉末制备方法包括哪些?A. 机械粉碎B. 化学气相沉积C. 电解D. 所有以上5. 粉末冶金中,哪种烧结方式可以制造出接近全密度的材料?A. 常压烧结B. 热压烧结C. 冷压烧结D. 真空烧结二、填空题6. 粉末冶金中,________是指粉末颗粒之间的结合力。
7. 粉末冶金材料的孔隙率可以通过________来降低。
8. 粉末冶金中,________是指粉末颗粒在压制过程中的重新排列和变形。
9. 粉末冶金制品的机械性能可以通过________来提高。
10. 粉末冶金中,________是指在粉末颗粒之间形成金属键的过程。
三、简答题11. 简述粉末冶金在工业应用中的优势。
12. 解释粉末冶金中的“粉末流动性”及其重要性。
13. 描述粉末冶金中烧结过程的基本原理。
14. 粉末冶金中如何通过控制烧结条件来获得所需的材料性能?15. 粉末冶金制品在哪些领域有广泛的应用?四、计算题16. 假设有一批粉末冶金材料,其原始密度为ρ0,烧结后密度为ρ1,烧结温度为T,试计算烧结后材料的孔隙率。
17. 如果粉末冶金材料的原始粉末粒度为d0,经过压制后粒度变为d1,试计算压制过程中粉末颗粒的变形率。
五、论述题18. 论述粉末冶金技术在航空航天领域的应用及其重要性。
19. 分析粉末冶金技术在环保和可持续发展方面的优势。
20. 讨论粉末冶金技术在新材料开发中的潜力和挑战。
六、案例分析题21. 某粉末冶金工厂在生产过程中遇到了材料强度不足的问题,请分析可能的原因并提出解决方案。
粉末冶金总复习题(一)粉末性能和表征1.什么是粒度 ?粒度分布 ?平均粒度 ?粒度: 颗粒在空间范围所占大小的线性尺度. 粒度组成(粒度分布): 不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量. 平均粒度: 粉末颗粒粒径的统计平均值.2.常用粒度基准有哪些 ?粒度分布基准呢 ?粒度基准有:a)几何学粒径b)当量粒径c)比表面粒径d)衍射粒径粒度分布基准:1)个数基准分布2)长度分布基准3)面积分布基准4)质量基准分布3.什么是中位径 ?什么是比表面 ?积分曲线上对应50%的粒径称为中位径克比表面(S w): 1g 质量的粉末所具有的总表面积(m2/g);体积比表面(S v): (m2/cm3);4.什么是松装密度和振实密度 ?松装密度的控制有何重要意义 ?松装密度:自然充填容器时,单位体积的质量振实密度:粉末在振动容器中, 在规定条件下经过振动后测得的粉末密度意义:压制过程中, 采用容量装粉法, 即用充满形腔的粉末体积来控制压坯的密度和单重. 用松装密度和振实密度来描述粉体的这种容积性质.5.如何提高粉末的ρ松和流动性?松装密度高的粉末流动性也好,方法:粒度粗、形状规则、粒度组成用粗+细适当比例、表面状态光滑、无孔或少孔隙教材习题 : 2.1, 2.5 , 2.8, 2.9, 2.10(二)粉末的制取1. 简述△ Z0-T 图对还原制粉的指导作用。
3.欲得细 W粉,应如何控制各种因素?(1)采用两阶段还原法,并控制WO2 的粒度细;(2)减少WO3的含水量和杂质含量;(3)H2 入炉前应充分干燥脱水以减少炉内水蒸气的浓度;(4)增大H2流量(有利于反应向还原方向进行,有利于排除水蒸气使WO3 在低温充分还原,从而可得细W粉);(5)采用顺流通H2 法;(6)减小炉子加热带的温度梯度;(7)减小推舟速度和舟中料层的厚度;(8)WO3中混入添加剂(如重铬酸氨的水溶液);4.用雾化法制取金属粉末有哪些优点?优点:① 易合金化—可制得预合金粉末(因需熔化), 但完全预合金化后, 又易使压缩性下降. 一般采用部分预合金.②在一定程度上, 粒度、形状易控制.③化学成分均匀、偏析小, 且化学成分较还原粉为纯.④生产规模大.5.简述水雾化和气体雾化法的基本原理。
粉末冶金原理试题及答案粉末冶金原理试题及答案一、名词解释:粉末加工硬化,二流雾化,假合金,二次颗粒,保护气氛金属粉末在研磨过程中由于晶格畸变和位错密度增加,导致粉末硬度增加,变形困难的现象称为加工硬化;由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化;不是根据相图规律构成的合金体系,假合金实际是混合物;由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒;为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系因入还原性气体或真空条件称为保护气氛;松装密度,成形性,粉末粒度,粉末流动性,粉末比表面积,粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度粉末在经模压之后保持形状的能力一定质量(一定体积)或一定数量的粉末的平均颗粒尺寸成为粉末粒度一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积50 克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末比表面积。
二、分析讨论:1 、与传统加工方法比较,粉末冶金技术有何重要优缺点,试举例说明。
解 :优点:材料利用率高,加工成本较低,节省劳动率,可以获得具有特殊性能的材料或产品,缺点:由于产品中孔隙存在,与传统加工方法相比,材料性能较差例子:铜—钨假合金制造,这是用传统方法不能获得的材料;2 、气体雾化制粉过程中,有哪些因素控制粉末粒度?解 :二流之间的夹角,夹角越大,雾化介质对金属流柱的冲击作用越强,得到的粉末越细;采用液体雾化介质时,由于质量大于气体雾化介质,携带的能量大,得到的粉末越细;金属流柱直径小,获得粉末粒度小;金属温度越高,金属熔体黏度小,易于破碎,所得粉末细小;3 、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
解 :粉末平均粒度越小,粉末形貌越复杂,粉末颗粒之间以及粉末表面留下空隙越大,松装密度越小;粉末平均粒度越小,粉末形貌越复杂,粉末颗粒之间的运动摩擦阻力越大,流动性越差,松装密度越小。
三、分析计算:1 、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉:FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数: LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 500 o C , 600 o C , 700 o C 时,平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
粉末制备习题* 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途,请列举三种汽车用粉末冶金产品。
* 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝,为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。
* 粉末冶金一度称为金属陶瓷( Metal ceiamics) ,是什么工序类似于陶瓷产品制备。
* 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么?这些差别是如何影响过程的。
* 粉末冶金的定义是什么?* 粉末冶金的工程含义是什么?* 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面,要求减少模具结构误差,以确保产品尺寸精度与性能,在什么步骤上有利于减少产品加工成本(净静成形技术)* 金属基复合材料,如 SiC 纤维强化铝合金,是粉末冶金应用的领域,你能说明复合材料制备方法吗?* 在水雾化制粉时,怎样获得球形颗粒。
* 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。
①如何测试该碟状粉末的粒度。
②改变碟状粉末厚度的方法。
③哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。
* 用气体雾化制备合金粉末,雾化融液金属温度略高于液相线,对于粒径为100μm的颗粒,固化时间为0.04s,估算在同样条件下10μm粒径粉末颗粒的固化时间。
* 采用水平雾化时,发现所得粉末颗粒太小,不适合后续的工序,建议改变三个过程参数以增大粒径。
* 在气体雾化时,如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大,粒度对颗粒形状会有何种作用?高的过热温度会有利于形成球形颗粒吗?* 离心雾化粉末通常有双峰形粒度分布曲线,讨论产生这种结果的原因。
* 分别用水雾化,气体雾化和还原方法制备Cμ粉(理论密度=8.9g/cm3),测试指数如下:性能 A B C平均粒度μm 48 25 40松装密度g/cm3 2.8 1.7 4.4振实密度g/cm3 3.3 2.4 4.7流速 s/50g 32 50 21BET表面积m2/g 0.014 0.063 0.017区分数据全所对应的制备方法,且分析求证你的答案。
* 当用电解法制备合金粉末时(如黄铜“铜—锌合金”),会遇到什么困难?* 在旋转圆盘雾化时,首先形成了长40μm、直径5.3μm圆筒体,能形成几个等尺寸的球形颗粒。
一、名词解释:( 20 分,每小题 2 分)临界转速比表面积一次颗粒离解压电化当量气相迁移颗粒密度比形状因子二、分析讨论:( 25 分)1 粉末冶金技术有何重要优缺点,并举例说明。
( 10 分)2 分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
( 10 分)3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料?( 5 分)三、分析计算:( 30 分,每小题 10 分)1 机械研磨制备铁粉时,将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 个小时,问进一步将粉末粒度减少至 50 微米,需要多少小时?提示 W=g ( D f a -D i a ), a=-22 在低压气体雾化制材时,直径 1mm 的颗粒,需要行走 10 米和花去 4 秒钟进行固化,那么在同样条件下,100 μ m 粒度颗粒需要多长时间固化:计算时需要作何种假设。
3 、相同外径球型镍粉末沉降分析,沉降桶高度 100mm ,设一种为直径 100 微米实心颗粒,一种为有内径为 60 的空心粉末,求他们的在水中的沉降时间。
d 理 = 8.9g /cm 3 ,介质黏度η =1x10 -2 Pa · S四、问答:( 25 分)1 气体雾化制粉过程可分解为几个区域,每个区域的特点是什么?( 10 分)2 熔体粘度,扩散速率,形核速率,以及固相长大速率都与过冷度相关,它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何?( 15 分)一、名词解释:粉末加工硬化,二流雾化,假合金,二次颗粒,保护气氛( 10 分)松装密度,成形性,粉末粒度,粉末流动性,粉末比表面积,( 10 分)二、分析讨论:1 、与传统加工方法比较,粉末冶金技术有何重要优缺点,试举例说明。
( 20 分)2、气体雾化制粉过程中,有哪些因素控制粉末粒度?( 10 分)3 、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
( 10 分)三、分析计算:1 、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉:FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数: LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为 500 o C , 600 o C , 700 o C 时,平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
粉末冶金原理试题及答案粉末冶金原理试题及答案一、名词解释:粉末加工硬化,二流雾化,假合金,二次颗粒,保护气氛金属粉末在研磨过程中由于晶格畸变和位错密度增加,导致粉末硬度增加,变形困难的现象称为加工硬化;由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化;不是根据相图规律构成的合金体系,假合金实际是混合物;由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒;为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系因入还原性气体或真空条件称为保护气氛;松装密度,成形性,粉末粒度,粉末流动性,粉末比表面积,粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度粉末在经模压之后保持形状的能力一定质量(一定体积)或一定数量的粉末的平均颗粒尺寸成为粉末粒度一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积50 克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末比表面积。
二、分析讨论:1 、与传统加工方法比较,粉末冶金技术有何重要优缺点,试举例说明。
解:优点:材料利用率高,加工成本较低,节省劳动率,可以获得具有特殊性能的材料或产品,缺点:由于产品中孔隙存在,与传统加工方法相比,材料性能较差例子:铜—钨假合金制造,这是用传统方法不能获得的材料;2 、气体雾化制粉过程中,有哪些因素控制粉末粒度?解:二流之间的夹角,夹角越大,雾化介质对金属流柱的冲击作用越强,得到的粉末越细;采用液体雾化介质时,由于质量大于气体雾化介质,携带的能量大,得到的粉末越细;金属流柱直径小,获得粉末粒度小;金属温度越高,金属熔体黏度小,易于破碎,所得粉末细小;3 、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。
解:粉末平均粒度越小,粉末形貌越复杂,粉末颗粒之间以及粉末表面留下空隙越大,松装密度越小;粉末平均粒度越小,粉末形貌越复杂,粉末颗粒之间的运动摩擦阻力越大,流动性越差,松装密度越小。
三、分析计算:1 、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉:FeO+H 2 =Fe+H 2 O平衡常数:LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2讨论还原温度分别为500 o C ,600 o C ,700 o C 时,平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。
试题1 、碳还原法制取铁粉的过程机理是什么?影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素有哪些?2 、制取铁粉的主要还原方法有哪些?比较其优缺点。
3 、发展复合型铁粉的意义何在?4 、还原法制取钨粉的过程机理是什么?影响钨粉粒度的因素有哪些?5 、作为还原钨粉的原料,蓝钨比三氧化钨有什么优越性,其主要工艺特点是什么?6 、试举出还原 - 化合法的应用范围。
7 、试举出气相沉积法的应用范围。
8 、试举出液相沉淀法的应用范围。
9 、水溶液电解法的成粉条件是什么?与电解精炼有什么异同?10 、影响电解铜粉粒度的因素有哪些?11 、电解法可生产哪些金属粉末?为什么?12 、金属液气体雾化过程的机理是什么?影响雾化粉末粒度、成分的因素有哪些?13 、离心雾化法有什么特点?14 、快速冷凝技术的特点是什么?快速冷凝技术的主要方法有哪些?15 、雾化法可生产哪些金属粉末?为什么?16 、有哪些方法可生产铁粉?比较各方法的优缺点。
17 、从技术上、经济上比较生产金属粉末的三大类方法:还原法,雾化法和电解法。
18 、试论述超细粉末的前景及应用。
19、粉末颗粒有哪几种聚集形式?它们之间的区别在哪里?20、氢损法测定金属粉末的氧含量的原理是什么?该方法适用于怎样的金属?为什么说它测定的一般不是全部氧含量?21、什么叫当量球直径?今假定有一边为 1 m 的立方体颗粒,试计算它的当量球体积直径和当量球表面直径各是多少?22、假定某一不规则形状颗粒的投影面积为 A ,表面积为 S ,体积为 V ,请分别导出与该颗粒具有相等 A 、 S 和 V 的当量球投影面直径 D A ,当量球表面直径 D s 和当量球体积直径 D V 的具体表达式。
23、请解释为什么粉末的振实密度对松装密度的比值愈大时,粉末的流动性愈好?24、将铁粉过筛分成— 100+200 目和— 325 目两种粒度级别,测得粗粉末的松装密度为2.6g/cm 3 。
再将 20% 的细粉与粗粉合批后测得松装密度为 2.8g/cm 3 ,这是什么原因?请说明。
名词解释露点:在标准大气压下,气氛中水蒸汽开始凝结的温度,是其中水蒸汽与氢分压比的量度。
碳势: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。
CIP:冷等静压,借助于高压泵的作用将流体介质压入耐高压钢质密闭容器,高压流体的静压力直接作用于弹性模套内的粉末体,依照帕斯卡原理使粉末体受到各个方向上大致相等的压力作用。
消除了粉末与模套之间的外摩擦。
密度分布均匀,同一密度所需压力较模压降低。
HIP:包套置于一具有发热元件的高压容器内,抽出缸内空气。
压入30—60Mpa 的氩气,加热至100Mpa左右,借助于高温、高压的联合作用使粉末体发生充分致密化,获得全致密、高性能P/M制品。
弹性后效:指压坯脱出模腔后由于内应力的作用尺寸胀大的现象。
合批:相同成分不同粒度的粉末的混合拱桥效应:颗粒间由于摩擦力的作用而相互搭架形成拱桥孔洞的现象内摩擦:粉末颗粒之间的摩擦烧结:烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。
液相烧结:烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程,即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。
瞬时液相烧结:在烧结中、初期存在液相,后期液相消失。
烧结中初期为液相烧结,后期为固相烧结。
活化烧结:系指能降低烧结活化能,使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。
溶解-在析出阶段:对于固相在液相中具有一定溶解度的LPS体系由于化学位的差异,化学位高的部位将发生优先溶解并在附近的液相中形成浓度梯度,发生扩散并在化学位低的部位析出。
填空题1.对于存在溶解析出的液相烧结体系,化学位较高的部位是颗粒尖角处与细颗粒,而大颗粒表面和颗粒凹陷处是化学位较低的部分。
2.在粉末压制过程中,通过颗粒的滑动和转动实现粉末颗粒的位移。
3.在熔浸过程中,前期发生固相烧结,而后期发生液相烧结。
4.粉末压坯的强度受控于颗粒之间的结合强度、颗粒之间的接触面积和残余应力的大小。
粉末冶金原理2010-2011上学期材化07级一、名词术语解释(20分,每小题2分)1、松装密度粉末在规定条件下自然充满容器时,单位体积的粉末质量2、电化当量3、Nozzle4、BET BET是BET吸附法比表面积测试法的简称5、当量面积直径与颗粒体积相等的圆球直径6、当量体积直径7、弹性后效8、偏斜应力9、单轴压制10、相对体积11、烧结驱动力12、烧结活化能13、聚集再结晶14、晶格扩散15、两面角16、过冷度材料的实际结晶温度总是低于理论结晶温度的,这种现象成为过冷现象,两者的温度差值被称为过冷度。
17、气氛的露点18、碳势19、快速原形制备20、机械合金化用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。
二、填空题(10分,每空1分)1、雾化制粉获得细小粉末的条件是(),(),()。
2、金属粉末的硬度与()程度,()程度以及()有关。
3、包含粉末孔隙的密度称为(),相对体积是()。
4、湿磨介质的重要作用有(湿磨尖壁作用)和(),以有利于裂纹扩展,促进颗粒破碎。
三、判断题(10分,每题1分)1、机械合金化主要是通过高能研磨,是组元间发生反应,形成合金。
()2、理解压是金属形成氧化物的氧分压。
()3、使用氨气还原,可以制备钨、铜、铬、镍、铌等金属粉末。
(错)4、用TEM可以准确测量一次粉末颗粒直径。
()5、细粉末制备的粉末压坯,在烧结温度较低时产生收缩时表面扩散作用的结果。
()6、粉末颗粒的显微硬度越高,粉末压坯的弹性后效越大。
()7、CIP与传统刚性模压制在导致粉末压坯致密化机理方面是相同的。
()8、粉末烧结过程进行的标志之一是烧结体产生收缩。
()9、粉末烧结一般是多种烧结机构共同起作用的结果。
()10、固相烧结后期,孔隙通过晶界扩散而球化。
()四、分析计算题(30分,每题10分)1、雾化制粉时,依据支晶间距与颗粒直径的关系,如果已知支晶间距为25微米,求对应于过程常数等于9.8,n值等于1/2条件下的颗粒直径?2、已知一直径为150微米的镍粉颗粒弹性模量等于56GPa,如果该颗粒表面有一15微米的裂纹,计算需要多大冲击力才能破坏该颗粒?3、今假定有一边长为5微米的立方体颗粒,试计算它的当量球体积直径和当量球表面直径各是多少?4、铁粉理论密度为7.86g/cm3,松装密度为3.04 g/cm3,与1wt%酸锌均匀混合,问混合物的理论密度是多少?并估算松装密度。
一、判断题1.粉末冶金技术已经有3000年的历史了。
2.粉末冶金工艺只能生产多孔材料。
3.粉末冶金工艺只能生产金属结构材料和制品。
4.古代的海绵铁是采用还原法生产的。
5.近代粉末冶金工业发展的第二阶段出现了含油轴承制品。
6.压制成形、挤压成形、注浆成形、热压注成形都适合制备金属制品。
7.国内目前应用最广泛的制Fe粉方法是双流雾化法。
8.气雾化粉末形状一般不规则,氧含量都较高。
9.水雾化粉末形状一般近于球形,但氧含量较高。
10.水雾化法比气雾化法制备金属粉末不容易氧化。
11.Taylor筛制的分度以400目筛孔尺寸0.074mm为基准。
12.粉末粒度的累计分布曲线是一条单调下降的曲线。
13.将单位质量粉末的总表面积称为体积比表面积。
14.金属粉末的杂质含量可用酸不溶法测量。
15.圆形度是指颗粒的实际周长与颗粒相同投影面积的圆的周长之比。
16.流变极限应力与出现裂纹前的最大变形量的乘积是粉末坯料的塑性指标。
17.粉末成形制坯时都需要施加压力。
18.陶瓷粉末压制成形的压力往往高于金属粉末成形的压力。
19.粉末轧制成形带坯厚度方向上的密度通常是不均匀的。
20.注浆成形适于制造几何形状复杂的大型零件。
21.粉末挤压成形也可以将粉末包套挤压。
22.粉末挤压成形产品壁厚可以很薄。
23.烧结是粉末冶金不可缺少的一道工序。
24.表面能大于晶界能是烧结的驱动力。
25.烧结系统自由能升高是粉末烧结过程的驱动力。
26.粉末挤压成形温度高于室温时称为热挤压法。
27.有些粉末冶金工艺中没有烧结工序。
28.烧结温度比烧结时间对烧结体性能的影响大。
二、填空题1.粉末冶金工艺中粉末准备工作的主要内容有、、等。
2.粉末颗粒最大投影面积为f,则其正方形名义径可表示为。
3.粉末的工艺性能包括、、等。
4. 圆柱体压坯高径比大,采用单向压制产品密度不均匀时,改善的方法有 、 、 等。
5. 粉末颗粒有 、 和 等几种聚集形式。
6. 粉末压制性是 和 的总称。
名词解释机械研磨时,使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时,筒体的转动速度单位质量或单位体积粉末具有的表面积(一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积)由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒每种金属氧化物都有离解的趋势,而且随温度提高,氧离解的趋势越大,离解后的氧形成氧分压越大,离解压即是此氧分压。
这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系,表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压,在高温经挥发进入气相,被还原后沉降在大颗粒上,导致颗粒长大的过程颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。
真密度实际上就是粉末的固体密度g/cm3 将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子d=ρ/ρ理)的倒数称为相对体积,用β=1/d表示粉末样品总质量(总颗粒数量、总粉末体积)的百分数对粒径作图,即为粒度分布;(一定体积或一定重量(一定数量)粉末中各种粒径粉末体积(重量、数量)占粉末总量的百分数的表达称为粒度分布)变形困难的现象称为加工硬化(其它物质流)击碎制造粉末的方法由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化将金属或合金的熔液快速冷却(冷却速度>105℃/s),保持高温相、获得性能奇异性能的粉末和合金(如非晶、准晶、微晶)的技术,是传统雾化技术的重要发展两种或两种以上金属元素因不是根据相图规律、不经形成固溶体或化合物而构成的合金体系,假合金实际是混合物为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系加入还原性气体或真空条件称为保护气氛克粉末流经标准漏斗所需要的时间称为粉末流动性。
2 )制备的金属网筛密度的区域具有相同化学成分,不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合批雾化制粉时,用来冲击破碎金属流柱的高压液体或高压气体称为雾化介质发生物理或化学反应时,形成中间络合物所需要的能量称为活化能在某一温度、某一压力下,反应达到平衡时,生成物气体分压与反应物气体分压之比称为平衡常数细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压,在高温经挥发进入气相,被还原后沉降在大颗粒上,导致颗粒长大的过程物质通过固溶性质,固相物质经由固溶进入液相,形成饱和固溶体后继而析出,进行物质迁移的过程在标准大气压下,气氛中水蒸汽开始凝结的温度,是其中水蒸汽与氢分压比的量度烧结是指粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下借助于原子迁移实现颗粒间联结的过程。
烧结过程中驱使原子定向迁移的因素压,使粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程室温下,利用高压流体静压力直接作用在弹性模套内的粉末体的压制方法系指能降低烧结活化能,使体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行、烧结体性能得以提高的烧结方法。
(采用化学或物理的措施,使烧结温度降低、烧结过程加快,或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结)是泛指能够增加烧结速率,或能够强化烧结体性能(合金化或抑制晶粒长大)的所有烧结过程由溶解-再析出过程造成的晶粒长大现象WOX+H2O→WOX.nH2O(g)↑,气相中的钨氧化物被氢还原沉积在钨颗粒上,导致W颗粒长大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粉末颗粒之间的摩擦粉末颗粒与模具(阴模内壁、模冲、芯棒)之间的因相对运动而出现的摩擦借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒形成一团粒,减小团粒间的摩擦力,大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积,增大运动单元的动力的过程使压坯从模中脱出所需的压力,与坯件的弹性模量,残留应变量即弹性后效及其与模壁之间的摩擦系数直接相关150℃)下的刚模压制方法一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,将粉末与热塑性材料均匀混合使成为具有良好流动性能(在一定温度下)的流态物质,而后把这种流态物在注射成形机上经过一定的温度和压力,注入模具内成形在挤压筒的径向上,愈靠近模壁受阻力越大,愈接近中心受阻力愈小。
结果中心部位的挤压物料的流动速度比外层挤压物料的流动速度快,这种现象称为超前现象球表面层原子向颈部扩散。
表面层原子向空间蒸发,借蒸汽压差通过气相向颈部空间扩散,沉积在颈部。
借助于空位运动,原子等向颈部迁移。
非晶材料,在剪切应力作用下,产生粘性流动,物质向颈部迁移。
烧结温度接近物质熔点,当颈部的拉伸应力大于物质的屈服强度时,发生塑性变形,导致物质向颈部迁移。
位错为非完整区域,原子易于沿此通道向颈部扩散,导致物质迁移。
纯金属、固定化学成分的化合物和均匀固溶体的粉末烧结体系,是一种简单形式的固相烧结。
(单元系烧结是指纯金属或有固定化学成分的化合物或均匀固熔体在固态下的烧结,过程不出现新的组成物或新相,也不发生凝聚状态的改变(不出现液相),故也称为单相烧结)由两种以上的组元(元素、化合物、合金、固溶体)在固相线以下烧结的过程烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程,即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结在烧结中、初期存在液相,后期液相消失。
烧结中初期为液相烧结,后期为固相烧结。
烧结过程始终存在液相。
结,后期为液相烧结。
全致密假合金如W-Cu等。
液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程溶质浓度的变化导致液体表面张力的不同,产生液相流动的现象s 、γl以及两相的界面张力(界面能)γsl所决定又称为加热烧结,是把粉末装在模腔内,在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一点,经过较短时间烧结成致密而均匀的制品借助于机械和物理活化使基体与合金元素间的合金化和弥散粒子分布均匀元素与氢生成挥发性的化合物,与挥发性金属一同排除,测得试样粉末的相对质量损失,称为氢损。
其值可用下式表示:(A—B)/(A—C)*100%,其中A-粉末试样(5g)加烧舟质量,B-氢中煅烧后残余物加烧舟质量,C-烧舟质量蓝钨是不掺杂钨粉和掺杂钨粉生产的原料,经煅烧仲钨酸铵而制得,是一种无确定成分的化合物,可描述为(NH4)xHyWO3等静压制中的水作用在粉末体中,粉末体受到的各个方向上相等的压力由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒真密度、似密度、相对密度。
分析题1 、粉末冶金技术有何重要优缺点,并举例说明。
答:重要优点:①能够制备部分其他方法难以制备的材料,如难熔金属,假合金、多孔材料、特殊功能材料(硬质合金);②因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具,因此产品加工量少而节省材料;③对于一部分产品,尤其是形状特异的产品,采用模具生产易于,且工件加工量少,制作成本低,如齿轮产品。
重要缺点:①由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除,因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低;②由于成形过程需要模具和相应压机,因此大型工件或产品难以制造;③规模效益比较小(优点:材料利用率高,加工成本较低,节省劳动率,可以获得具有特殊性能的材料或产品,缺点:由于产品中孔隙存在,与传统加工方法相比,材料性能较差例子:铜—钨假合金制造,这是用传统方法不能获得的材料)2 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率,为什么?试举例说明。
( 10 分)解:粉末冶金过程中是由模具压制成形过程提高材料利用率,因为模具设计接近最终产品的尺寸,因此压坯往往与使用产品的尺寸很接近,材料加工量少,利用率高;例如,生产汽车齿轮时,如用机械方法制造,工序长,材料加工量大,而粉末冶金成形过程可利用模具成形粉末获得接近最终产品的形状与尺寸,与机械加工方法比较,加工量很小,节省了大量材料。
3 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域,每个区域的特点是什么?答:气体雾化制粉过程可分解为金属液流负压紊流区,原始液滴形成区,有效雾化区和冷却凝固区等四个区域。
其特点如下:金属液流紊流区:金属液流在雾化气体的回流作用下,金属流柱流动受到阻碍,破坏了层流状态,产生紊流;原始液滴形成区:由于下端雾化气体的冲刷,对紊流金属液流产生牵张作用,金属流柱被拉断,形成带状 - 管状原始液滴;有效雾化区:因高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击,使之破碎,成为微小金属液滴;冷却区凝固区:此时,微小液滴离开有效雾化区,冷却,并由于表面张力作用逐渐球化。
4 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料?(5 分)答:采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是①可以获得粒度细小的一次颗粒,尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。
②采用蓝钨作为原料,蓝钨二次颗粒大,(一次颗粒小),在 H2 中挥发少,通过气相迁移长大的机会降低,获得 WO2 颗粒小;在一段还原获得 WO2 后,在干氢中高温进一步还原,颗粒长大不明显,且产量高。
5、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌与松装密度之间的关系。
答:松装密度是粉末在规定条件下自然填充容器时,单位体积内的粉末质量,它是粉末的一个重要物理性能,也是粉末冶金过程中的重要工艺参数,粉末粒度、粉末形状及形貌对松装密度影响显著:①粉末平均粒度越小,粉末形貌越复杂,粉末颗粒之间以及粉末表面留下空隙越大,松装密度越小;②粉末平均粒度越小,粉末形貌越复杂,粉末颗粒之间的运动摩擦阻力越大,流动性越差,松装密度越小。
③粉末质量(粉末颗粒中孔隙因素)越小、松装密度越小④在部分教大直径的粉末中加入少量较小粒径的粉末,构成一定粒度分布 , 有利于提高松装密度6 、熔体粘度,扩散速率,形核速率,以及固相长大速率都与过冷度相关,它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何?提示: I = Io D 2exp(-Q L /kT)exp{-W M /(T Δ T 2)} 答:1 )形核率是过冷度的函数,在一定过冷度内(形核控制区内),过冷度越大第二个指数项越大,形核速率增加;形核速率 I 与过冷度Δ T 之间的关系如下,过冷度与形核速率为负指数关系,I = Io D 2 exp(-Q L /kT)exp{-W M /(T Δ T 2 )}过冷度太大(扩散控制区内),原子排列时间不够,形核率降低2 )将上式变形I/D 2 = Io exp(-Q L /kT)exp{-W M /(T Δ T 2 )}晶粒直径与过冷度成正指数关系,增加过冷度,晶粒尺寸越小3 )通常地,过冷度越大,原子扩散速度越小,晶粒尺寸越小4 )通常地,温度越高,熔体黏度越小,过冷度大,溶体黏度变化梯度大,表面张力作用时间短,颗粒多呈不规则形状。
7 、气体雾化制粉过程中,有哪些因素控制粉末粒度?解 :二流之间的夹角,夹角越大,雾化介质对金属流柱的冲击作用越强,得到的粉末越细;采用液体雾化介质时,由于质量大于气体雾化介质,携带的能量大,得到的粉末越细;金属流柱直径小,获得粉末粒度小;金属温度越高,金属熔体黏度小,易于破碎,所得粉末细小;介质压力大,冲击作用强,粉末越细8 、用比表面吸附方法测试粉末粒度的基本原理是什么?解 :粉末由于总表面积大,表面原子力场不平衡,对气体具有吸附作用,在液氮温区,物质对气体的吸附主要为物理性质的吸附(无化学反应),经数学处理,若知道吸附的总的气体体积,换算成气体的分子数,在除以一个气体分子的体积,即获得粉末的表面积,通常采用一克粉末进行测量,因此我们将一克质量粉末所具有的表面积定义为比表面积,当我们知道了总表面积数值后,可以假设粉末为球形,然后根据球当量直径与表面积的关系(形状因子),获得粉末平均粒径。