现代粉末冶金材料课程报告

第一篇：现代粉末冶金材料课程报告

现代粉末材料课程报告

——关于粉末冶金材料

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2015年4月12日

1.引言

通过这半个学期对“现代粉末材料”选修课的学习，我更加深入地了解了粉末材料这一具有巨大潜能的新材料，下面就分四个方面介绍。

2.粉末冶金的基本定义

粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。

广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金制品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件(占绝大部分)、含油轴承和金属射出成型制品等。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

3.粉末冶金的特点

粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。

粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。

（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。

（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。

（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

（5）可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。

（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。

4.粉末冶金的应用

目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。

粉末冶金相关企业主要是适用于汽车行业、装备制造业、金属行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子家电等领域的零配件生产和研究，相关原料、辅料生产，各类粉末制备设备、烧结设备制造。产品包括轴承、齿轮、硬质合金刀具、模具、摩擦制品等等。军工企业中，重型的武器装备如穿甲弹，鱼雷等，飞机坦克等刹车副均需采用粉末冶金技术生产。粉末冶金汽车零件近年来已成为为中国粉末冶金行业最大的市场，约50%的汽车零部件为粉末冶金零部件。概括为以下几点：

（1）应用：汽车、摩托车、纺织机械、工业缝纫机、电动工具、五金工具、电器、工程机械、各种粉末冶金（铁铜基）零件等。

（2）分类：粉末冶金多孔材料、粉末冶金减摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温材料等。5.一种典型粉末材料应用——铝粉颜料

铝是当前应用最广泛的金属材料之一，铝制品及其化合物在日常生活和工农业生产中也有着重要的用途。下面就以铝粉的一种广泛应用——铝粉颜料为例介绍粉末材料的应用。

铝粉颜料又称涂料铝粉,是常见的金属颜料之一。

金属颜料是颜料中的一个特殊种类,它在人类文明发展史上出现已经很久了。随着现代工业的发展,对金属粉的需求量愈来愈大,种类也随之增加。常见的金属粉有铝粉、锌粉、铅粉等,合金形式的金属粉有铜金粉、锌铝粉、不锈钢粉等。与其它颜料相比较,金属颜料有它的特殊性。由于粉末状的金属颜料是以金属或合金组成,故有明亮的金属光泽和颜色。因此,许多金属颜料用做装饰性颜料。

铝粉颜料是鳞片状粉末,它调入成膜物并涂装成膜时,像落叶铺地一样与被涂物平行,互相连结,互相遮掩,多层排列,形成屏障,阻断了成膜物的微细孔,阻止外界有害气体或有害液体在涂膜中的渗透,保护了涂膜及被涂装物品。并且正是由于这种片状结构,当它平行于底材排列于涂膜中时,外观可有平光、银白到像镀铬膜一样的高亮度。

经过100多年不断的拓展,铝粉颜料获得了广泛的应用。主要应用领域是涂料、塑料和印刷油墨。推动铝粉颜料向前发展的最重要的应用领域是涂料工业,特别是汽车涂料。

铝粉颜料用量最大的三种涂料是:屋顶涂料(增加美观性,因反射紫外线和红外线能力强而延长涂料的寿命,多用浮型铝粉颜料)、保护涂料(利用铝粉颜料的片状结构起屏蔽作用,保护钢结构,可用浮型铝粉,也可用非浮型铝粉)、装饰性涂料(利用其随角异色等光学效应,采用非浮型铝粉颜料)。

不同用途的涂料对铝粉颜料的要求是不一样的。对于应用于海洋涂料、屋顶涂料、保护涂料的铝粉颜料,要求具有对光和热的高反射性和耐腐蚀性。对于应用于罐听涂料和应用于食品包装用的卷材涂料的铝粉颜料,要求具有安全无毒性。对于应用于粉末涂料中的铝粉颜料,要求能承受挤出操作。对于汽车涂料、建筑装饰和其它装饰用的卷材涂料以及一般工业涂料,则要求铝粉颜料具有较强的闪光性、随角异色效应和耐候(耐酸)性。目前国外铝粉颜料的开发和研究重点是改善产品颜料性能和开拓多种性能的产品。对铝粉颜料的生产研究,也多是着眼于改进产品质量,而基本生产工艺并没有改变。这种发展趋势在很大程度上是因为铝粉颜料的独特光学效应得到汽车制造商的认可,从而推动了铝粉颜料工业的发展。当今重点开发的许多铝粉颜料产品,如彩色铝粉颜料、水性漆用铝粉颜料和高闪光性、高耐酸性铝粉颜料等都是为满足汽车工业发展的需求而开发的。

6.总结

老师曾说，“存在就是合理的”。粉末冶金材料的存在也是有其缘由的。至于存在多久和怎么存在，就需要经过市场的检验了。我们期待粉末冶金材料的新发展！

第二篇：粉末冶金材料学

1.粉末冶金技术的特点（优越性）能制造熔铸法无法获得的材料和制品

1、难熔金属及其碳化物、硼化物和硅化物；

2、孔隙可控的多孔材料

3、假合金

4、复合材料；5 微、细晶（准晶）和过饱和固溶的块体金属和制品； 能制造性能优于同成分熔铸金属的粉末冶金材料

1、制造细晶粒、均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭；

2、制造成分偏析小、细晶、过饱和固熔的高性能合金；

具有高的经济效益

1、少无切削；

2、工序短，效率高；

3、设备通用性好，适合于大批量生产； 2.粉末冶金材料的分类

1、机械材料和零件；

2、多孔材料及制品；

3、硬质工具材料

4、电接触材料；

5、粉末磁性材料；

6、耐热材料；

7、原子能工程材料；

3.粉末冶金材料的孔隙产生过程及其存在形态

产生过程： 颗粒间隙（松装粉末聚集体或粉末成形素坯）烧结形成孔隙。存在形态：开孔：与外表面连通的孔隙，半开孔：孔隙只有一端与外表面连通的孔隙，闭孔：与外表面不连通的孔隙，连通孔：互相连通的孔隙

4.孔隙对材料性能影响的基本理论；

减小承载面积；应力集中剂（减小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙内表面圆滑处理能有效降低应力集中，从而提高强度和韧性）应力松弛剂：裂纹遇到孔隙后被磨钝，提高断裂水平

5.哪些力学性能对孔隙形状敏感：强度、弹性模量、延伸率、断裂韧性、冲击韧性、硬度

7.固溶强化机理 ：晶体中有合金元素，固溶原子与晶体中缺陷的交互作用，溶质元素使基体（溶剂）金属的塑性变形抗力、强度、硬度增大，延性和韧性降低

8.影响固溶度（合金溶解度）的因素：晶格因素，相对尺寸因素，化学亲和力，电子浓度因素

9.什么是金属材料热处理? 将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变金属或合金的内部组织结构，使材料满足使用性能要求。

10.加热奥氏体化时影响粒度的因素：加热温度和保温时间，加热速度，合金元素，原始组织 11.刚冷却时等温转变的基本类型及对应组织结构的名称

共析钢等温转变：珠光体，贝氏体，马氏体；亚共析钢等温转变：奥氏体，铁素体，珠光体；过共析钢等温转变：奥氏体，渗碳体，珠光体 12.烧结钢热处理的工艺特点及注意事项

工艺特点：奥氏体化温度高：致密钢为AC+30～50℃，烧结钢为AC+100～200℃，密度的要求：烧结钢密度过低（＜6.0g/cm3）淬火无任何效果，淬透性比致密钢差

注意事项：(1)孔隙率＞10%易腐蚀，不能在盐浴中加热(2)表面热处理前应进行封孔处理：滚压、精整、或氮化、硫化处理(3)加热时应气氛保护或添加保护性填料(4)淬火介质不能用水。13.烧结钢淬透性的影响因素：孔隙度，合金元素，氧、碳含量

14.身高结钢合金化的特点：

1、孔隙的影响： 密度低于6.5g/cm3，合金的强化作用很弱；

2、某些强化效果好合金元素，如Cr、Mn易氧化，常以中间合金粉或预合金粉引入；

3、铜和磷常用，4、烧结钢中常用的合金元素除碳外，主要有Cu、Ni、Mo、Cr、P等 15.C含量对烧结Fe-C系结构与性能的影响

珠光体随C含量而增大而增大，渗碳体随C含量而增大而增大强度有极大值，塑性（延伸率、断面收缩率）单调下降；由于碳分布不均匀，一般烧结钢显微组织为：珠光体+铁素体+少量渗碳体+孔隙+夹杂 16.常见烧结碳钢显微组织：铁素体，珠光体，渗碳体

17．影响烧结碳钢化合碳含量的因素：

1、石墨加入量，2、烧结气氛

3、烧结温度

4、烧结时间

5、氧含量 6.提高粉末冶金材料密度的方法 ： 复压复烧，溶浸、粉末冶金热锻 18.烧结钢牌号的标准及识别:

1、烧结铁：FTG10—

10、FTG10—

15、FTG10—20；

2、烧结低碳钢FTG30—

10、FTG30—

15、FTG30—20；

3、烧结中碳钢：FTG60—

15、FTG60—20、FTG60—25；烧结高碳钢：FTG90—20、FTG90—

25、FTG90--30 19．20．Fe-Cu系烧结时Cu、C含量对铜钢尺寸的影响

1、与Fe-Cu二元系烧结尺寸变化区别较大；

2、碳降低Fe-Cu的熔点、降低Cu在γ–Fe中的溶解度，增加液相含量，促进收缩；

3、C加入可显著改变Fe-Cu-C系烧结尺寸变化

4、有一个尺寸稳定区：C＜1%；1% ＜ Cu ＜3%；

21．22．23．24.钼、镍、锰、铬在烧结钢中的作用及工艺注意事项

Mo的作用：固溶强化、主要是细化晶粒，提高淬透性和防止回火脆性 引入Mo应注意的事项：Mo在铁中的扩散系数远低于C，选用共还原Fe-Mo合金粉或Mo-Fe中间合金粉替代Mo粉 镍是扩互溶产生固溶强化，在一定添加量内镍可提高强度而不降低韧性。注意事项：镍在奥氏体铁中的扩散系数低于碳和铜，选用细镍粉并在较高温度下烧结（1200℃）；当镍含量超过2 ～3%时，镍和碳对收缩同时起作用，温度越高收缩也越大；引入少量的铜可控制这种过大的收缩。Mn的作用：固溶强化；提高钢的淬透性 引入Mn应注意：锰与氧亲合力强，在一般烧结气氛下易氧化且难以还原，应以含碳的母合金形式引入Cr的作用

：提高钢的强度，还可以改善钢的抗氧化性和抗腐蚀性。当含量较少时，Cr主要是通过稳定过冷奥氏体改善组织而其强化作用 引入Cr应注意：易氧化，采用混合粉烧结时Cr以Fe-Cr中间合金或σ相粉形式加入到配料中；烧结时严格控制气氛的露点或真空烧结 25.磷钢的烧结机制

烧结钢中加入P可改善和提高强度和韧性1）固溶强化；2）与Fe在1050℃共晶反应，形成液相，促进致密化；3）铁在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中的扩散系数大100倍左右。而P有缩小奥氏体相区的作用，使铁在铁素体相区或铁素体+奥氏体双相区烧结，故P能促进铁的扩散，加速铁的致密化和孔隙球化4）加P可使Fe-P合金收缩明显，可分别或同时加入Cu和石墨来抑制收缩 26．采用铜，锡元素混合粉为原料制备锡青铜合金，烧结时应注意的事项

1、低密度制品（＜7g/cm3）用混合粉；高密度制品（＞7g/cm3）用合金粉；

2、为改善锡青铜的性能，一般会引入其它合金元素如P、Zn、Ni等

27．锌黄铜烧结为什么优先采用合金粉，合金粉烧结时的注意事项

1、锌在烧结时易挥发，故常用雾化合金粉，但仍存在烧损。注意事项：1）气氛干燥；2）采用含锌的填料密封；3）提高升温和降温速度

4、烧结温度一般控制在固相线以下100℃左右，5、通过复压复烧将孔隙率降至3～6%，冷锻和热锻都可降至密度提高至97～98%； 28.什么是镍银合金？

将黄铜中的锌用镍替代10%～20%就得到镍黄铜，Cu-NI-Zn三元合金呈银白色，故又称镍银合金。29.什么是烧结铝，烧结铝的基本工艺过程

铝合金 包括两个大类：铸造铝合金和变形铝合金，工艺过程：制粉、混料、压制、烧结和后处理等 30.粉末冶金热锻对粉末冶金原料的要求

1）优先雾化预合金粉，保证成分均匀，有利于合金化和热处理强化。2）合金元素的选择要考虑其与氧的亲和力。如Cr、Mn、V、Ti、Al等合金元素不宜，当Cr、Mn含量小于1%，进行防氧化处理措施后也可应用；常用的合金元素为Cu、Mo和Ni等。3）原料粉的纯度要高，氧含量和非金属夹杂物含量低。31.铁基粉末冶金结构材料烧结工艺及各工艺环节的气氛控制

铁基粉末冶金零件(主要是烧结钢)通常是采用铁、石墨和合金元素的混合粉经压制和烧结制成。在烧结过程中的完成烧结体与气氛的反应以及合金化，并决定最终的组织结构。只有制定合理的烧结工艺，才能获得合格的烧结钢产品。气氛控制：1．预热区Ⅰ段：为了有利于润滑剂的烧除，此区需要氧化性气氛。通常采用的是放热型气氛或混有空气的氮、空气混合气体。2．预热区Ⅱ段：预热区Ⅱ段是氧化物还原区，此段需要还原性气氛。通常采用吸热性气氛或还原性氮基气氛。3．烧结区：烧结区是高温区。两个以上组元的压坯在此区域将发生合金化反应。因此这一区的气氛必须要有维持烧结零件成分的作用。对烧结钢而言，需要维持一定的碳势，通常采用可控碳势气氛，如吸热性气氛或添加有甲烷的氮基气氛，并通过调节气氛中CO2、H2O或CH4的含量来维持一定的碳势。4．预冷区：对烧结钢而言，这一区为重新渗碳区。在烧结区产生脱碳的烧结零件，可在这—区域采用渗碳性气氛．如CO、CH4含量较高的吸热性气氛或含甲烷的氮基气氛，恢复或增加烧结钢零件的碳含量。5．冷却区：这一区的气氛主要起保护作用，防止烧结零件氧化(变黑或变蓝)，以便获得正常的显微结构、性能稳定、再现性好的烧结零件。通常采用氮气和有轻度还原的烧结气氛。

32.铁基粉末冶金零件的水蒸气表面处理的热力学和动力学原理：

3FeO+H2O=Fe3O4+H2；Fe+H2O=FeO+H2；3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2（低于570℃）根据热力学原理△Z＝RTlnKp，Kp=pH2O/pH2反应取决于蒸汽压与氢的气压比和温度。在570℃下，只要不断地通入水蒸气，反应便会连续地朝生成Fe3O4的方向进行，因为水蒸气中不存在氢。动力学：水蒸汽首先吸附于铁的表面，发生氧和氢的分解反应，氧原子具有很强的活性，与铁反应生成Fe3O4的速度很快。由于Fe3O4膜比较致密．在铁的表面形成连续的氧化膜。33．烧结减磨材料常用的润滑剂

石墨，硫和硫化物，硒化物和碲化物，氟化物，六方氮化硼，一些有机物 34.烧结含油轴承自润滑的原理

1）热的作用：轴旋转时，因摩擦使轴承升温，导致润滑油粘度降低并同时受热膨胀，油便从孔隙中渗出渗出形成油膜、维持润滑。轴停止工作，轴承温度降低，油因冷却而收缩，在毛细管吸力下进入轴承内的孔隙内储存起来2）泵的作用：轴旋转时，把润滑油从一个方向压入孔隙，油通过轴承内的孔隙通道渗至较远处后又益处到工作面，使润滑油不断循环使用、35.钢背轴瓦复合减摩材料的种类：

1）铜铅合金（铅青铜）；2）多孔铜镍合金，孔隙中浸渍巴氏合金；3）多孔锡青铜浸渍易熔减摩合金（或浸渍氟塑料、浸油）；

36.钢背-烧结铜铅合金双金属带材生产工艺：粉末冶金+压力加工+机械加工

1）制粉：雾化法制取铅青铜粉。铅含量可达50%以上，粉末粒度控制在0.40mm左右；2）钢带去锈，调平，根据需要可以电镀铜或锡；3）布粉，布粉厚度在0.4至1.5mm之间，可预先在钢带上涂胶以稳定粉末；4）还原气氛下预烧，温度780～850℃，保温时间15～20分钟；5）轧制，精确控制压下量，以保证全致密，但压下量过大会导致二次烧结出汗；6）二次烧结，工艺同预烧；7）二次精轧制至预定尺寸；8）后加工成轴瓦、轴套：下料、打弯、成形、整形和机械加工；9）电镀Cu-Sn、Pb-Sn-Cu或Pb-In合金保护膜，膜厚0.05mm。

37.DU和DX复合减摩材料的性能

DU：1）可在干燥条件下工作，2）在-200～280℃范围内减摩性能和耐蚀性基本不变，3）强度高，可承受高的动负荷和静负荷；4）滑动平稳，5）对绝大多数溶剂和和许多工业液体（包括水和油）与气体都是稳定的，6）可用于粉尘浓度高的场所，7）适用于转动、摆动、往复运动和滑动等，8）也可在液体润滑条件下使用

DX：1）不适用于干摩擦，2）涂润滑脂后寿命比DU长，3）适用范围不及DU广，3）在聚甲醛减摩层加入固体润滑剂，如Pb、PbI2，以改进减摩性能； 38.摩擦材料的分类：

1）石棉摩擦材料2）半金属摩擦材料3）粉末冶金摩擦材料4）碳-碳摩擦材料 39.粉末冶金摩擦材料的组成及各组元的作用

1.基体组元：其成分、结构决定了摩擦材料的强度、耐热性和耐磨性

2、润滑组元：其成分、结构决定了摩擦材料的强度、耐热性和耐磨性

3、摩擦组元：提高摩擦系数，消除摩擦对偶件表面从烧结摩擦片转移过来的金属，减少对偶表面的擦伤和磨损。摩擦组元不是对配偶件的磨料磨损，而是保证与对偶件达到最佳啮合，并使对偶表面保持良好的性能。40.低熔点金属用作润滑组元的自调节原理 在无润滑摩擦状态下，铅由于摩擦温升而融化，形成润滑膜，降低摩擦系数，同时降低摩擦面的温度，降温后铅又凝固，使摩擦系数回升至原有水平。称之为低熔点金属用作润滑组元的自调节原理。41.粉末冶金摩擦材料的制造工艺

1）钢背的加工：铜基20钢，铁基合金钢。2）钢背涂覆：铜基镀铜（10～15微米）+镀锡（3～5微米）；铁基镀铜+镀镍或直接镀铜，钝化处理，使用时再酸洗。3）混料：一次混入或逐级混（铜基：Sn→SiO2→Pb→Fe→Cu→石墨；铁基： 石棉粉→SiO2→BaSO4→Cu→Fe→石墨）、4）压制：（1）将粉末直接压在钢背上（薄离合器片）：铁基300～600MPa，铜基150～300MPa；（2）先将粉料压型后再与钢背叠合（制动片）5）烧结：压力：铜基逐步加压至1MPa。烧结温度750～850℃ ；铁基逐步加压至1.5～1.8MPa，烧结温度1030～1100℃；6）烧结后处理与检测 42.粉末冶金多孔材料的主要用途

冶金和化学工业的高温、高压过滤和分离材料，催化反应的催化剂的载体，航空与液压系统的油类的过滤与净化，液态金属如钠、锂和铋的过滤；航空发动机和火箭高温部件的冷却部件等。43.金属粉末多孔材料粉末常见的固结工艺

1、模压成型与烧结

2、等静压制

3、松装烧结

4、粉末增塑挤压

5、粉浆浇注 44.泡沫金属材料制备方法及用途

1、化学镀和电镀

2、液态金属发泡法

3、熔盐浇铸法

4、粉末冶金法

用途：泡沫金属主要用于：催化剂载体、多孔电极、阻火器、过滤器、消音减震器和热交换器等。45.多孔材料汞压入法孔径测定的基本原理 润湿现象

46.过滤精度及影响过滤精度的因素

1、过滤精度又称净化精度，可用过滤时透过多孔体的最大固体微粒的尺寸表示，也可用过滤时过滤元件所能截留的最小固体微粒的尺寸表示。过滤精度取决于过滤元件的孔径大小。

2、过滤精度受原料粉末粒度、生产工艺（成形压力、添加剂含量、烧结温度等）和过滤过程等影响 47．影响多孔材料透过性能的因素

1、粉末性能

2、孔隙度

3、材料厚度

4、工作条件

5、制造工艺参数 48.常见粉末冶金多孔材料的种类

金属粉末多孔材料，金属纤维多孔材料，泡沫金属材料

49.粉末冶金多孔材料用作热交换材料进行冷却的方式有哪些

1、发散冷却

2、发汗冷却

3、自发汗冷却

50.接触电阻：接触电阻是指两接触元件在接触部位产生的电阻。R=E/I接触电阻包括两部分：收缩电阻Rc和膜电阻Rf R=Rc+Rf 51.解释触头材料熔焊现象

熔焊是指触头闭合后出现熔化而使开关不再断开的现象，必须用外力才能拉开触头。触头熔焊分静熔焊和动熔焊两种。静熔焊：触头闭合时，由于触头本身的电阻和接触电阻的存在，使触头表面局部熔融而发生的熔焊。动熔焊：触头接通时，由于动触头打击静触头产生弹跳而引起电弧所产生的熔焊。52.电触头的破坏形式

1、起弧

2、氧化

3、熔焊

4、桥接 53.电触头材料的分类及实例

1、按电流、电压等级分类：1）高、中压触头材料：主要用于各类高压重负载断路器（如空气断路器、油断路器、SF6断路器及真空断路器）的触头材料 2）低压触头材料：分两类：保护电器触头，控制电器触头3）弱电触头材料

2、按制造方法分类：1）熔炼加工触头材料：包括铜及其合金，银及其合金，金基合金，铂族合金；2）烧结触头材料：包括各类假合金、金属-氧化物触头材料以及难熔金属钨、钼触头。

3、按材料组合类型分类

1）金属-金属 2）金属-金属氧化物 3）金属-无氧难熔化合物 4）金属-减磨材料 54.压制烧结法制备电触头材料常用工艺技术

固相烧结材料：Ag-Ni，Ag-Fe，Ag（Cu）-石墨，低W的Ag-W和Cu-W，活化烧结材料：W、Mo触头；液相烧结材料：高W的Cu-W、Ag-W或高WC的Ag-WC触头

55.采用压制-烧结-复压-复烧或退火工艺制备银基触点的注意事项

银基触点不能仅依靠提高压力来提高密度，因为烧结时银粉会释放气体，当素坯致密度过高时，孔隙通透性差会影响气体排放而产生张力使坯体膨胀。必须选择适当的成形压力和烧结温度，以保证足够的烧结收缩以便于用同一模具复压，该工艺获得的触点仍有一定的孔隙度，性能不高。56.压制-烧结-挤压工艺的优点

1）挤压后致密度高达99%，材料的物理机械性能和耐电弧烧损等电性能大为提高；2）材料成分及质量较其它方法（如合金内氧化法和共沉淀法）易于控制，产品性能的稳定性和一致性好；3）复合体系中的第二组元，如石墨、镍、氧化物等成纤维状排布，且纤维排列方向垂直于触点使用面，耐电弧烧蚀性大大提高。57.Ag-C触点为什么要进行表面脱碳处理

由于Ag-C触头抗熔焊性好，难焊接，在用压制-烧结法制取时，均覆以纯银焊接层。烧结挤压法没有纯银覆层，所以要采用脱碳处理，使焊接表面烧出而获得纯银覆层。58.溶浸法适合制造哪些触点

该工艺可制备几乎无孔的触点，适用于高钨或钼的W-Ag、W-Cu、Mo-Cu及高碳化钨的WC-Ag、WC-Cu等高压触点。

59.CdO在银基触点中的作用和机理

CdO使触头抗熔焊、耐电弧烧损；原因：（1）受热分解而吸收大量的热，靠Cd的挥发去冷却基体并熄灭电弧；（2）CdO的存在提高了表面熔融物的粘度，防止融化的银被电弧吹离（3）CdO相当于夹杂聚集在固-液界面，使形成的熔焊物变脆，减少熔焊的危险； 60.与W-Cu触头材料相比，Cu-Cr合金有哪些优点

既保留了难熔组元-良导电金属类材料的某些优点，又使电流分段能力大为提高；由于Cu和Cr蒸气压相当，起弧时二者熔化与蒸发的量也大致相等，凝固后触头材料表面较为光滑平整，成分与熔化前相同，能保持开断能力不下降；由于Cr与氧的亲和力大，吸氧作用好，能使真空度维持在较低的恒定值，有利于触点介质具有较高的介电强度。

61.高性能粉末冶金材料及技术的特点

1、粉末冶金技术获得高性能的基本方法是全致密化：热压、热等静压、热挤压、粉末热锻以及各种粉末坯锭的热加工；

2、在全致密化的过程中同时实现近终成形（近净成形），节省贵重金属用量，减少能耗

3、化学成分设计上的灵活性和微观组织结构的完整性方面优于熔铸合金。62.雾化粉末成分偏析现象及原因

a)温度过冷：形成枝晶，枝晶间距与冷却速度有关；b)成分过冷：凝固部分的成分不同于残留的液相，液相内含有过剩的溶质，形成微偏析，典型的微偏析是晶内偏析。

过冷层深形成枝晶凝固，过冷层薄形成胞状组织 63.粉末冶金热致密化的流动工艺模型

流动模工艺：比HIP经济的固结工艺，利用金属内膜在热压温度下软化，将压力均匀传递到粉末上，达到近似HIP的效果。(1)可采用普通压机，压力比HIP高6～10倍；(2)热压温度比HIP低（约1000℃左右），致密化时间可缩至1秒以内；(3)合金晶粒极为细小，特别适合RSP粉；(4)流动模采用NI-Cr连续固溶体，其熔点和软化温度可调，模具可多次使用且能回收利用； 64.什么是氧化物弥散强化型高温合金

氧化物弥散强化（ODS）高温合金是一类由热稳定性好的超细氧化物质点（大小为几十个纳米以内、间距约100纳米）均匀弥散在普通高温合金基体中起补充强化作用的合金，该合金兼有沉淀强化和弥散强化两种机制，合金经热加工后晶粒具有与定向凝固合金相似的织构特征。65.ODS高温合金的制造工艺过程

（1）粉末原料制备：a、选择还原法 b、预合金粉末部分氧化法 c、机械合金化法（2）固结-热机械加工

66.高速钢中合金元素及作用

钨 钨是造成高速钢红硬性的主要元素，而且是强碳化物形成元素。钨部分固溶于基体，而且与碳原子的亲和力强，能提高回火马氏体的分解温度；同时钨的原子半径大，能提高铁的自扩散激活能，改善钢的回火稳定性。钨的碳化物在淬火加热时很难溶解，对晶粒长大起阻碍作用，能提高淬火加热温度以提高奥氏体的合金度；回火时从奥氏体中析出碳化物，弥散分部在马氏体基体内，与碳化钒一起造成钢的二次硬化效应。部分碳化物留在回火α相中，提高钢的红硬性和抗回火性。钨的不利影响是大幅降低钢的导热性和增加碳化物的不均匀分布。

钼 钼与钨同族，晶体结构与原子半径相近，化学性质相同，在钢中的作用也一样。钼也是强碳化物形成元素，能提高钢的硬度和红硬性，造成二次硬化。可取替代钨。含钼钢的特点是碳化物偏析程度轻，热塑性好。由于碳化物(Fe，Mo)6C溶于奥氏体温度比(Fe，W)6C低，淬火加热时易出现晶粒长大，过热敏感型高；同时钼高速钢的氧化脱碳倾向也大。

铬 铬的主要作用是提高淬透性，含量都在4%左右，铬主要生成Cr23C6型碳化物，而且与钨钼形成复式碳化物，防止钨钼的碳化物转变成稳定的WC和MoC使其以M6C型碳化物存在于钢中。M6C在淬火加热时易溶于奥氏体，提高钢的合金度，增强二次硬化效应和钢的红硬性。铬几乎全部溶于奥氏体，提高其稳定性和淬透性。铬还能提高钢的抗氧化、脱碳和抗腐蚀性。当铬的含量超过4%，将增加残余奥氏体的量，使淬火后硬度降低。高铬钢的残余奥氏体回火稳定性好，增加回火工序的困难。

钒 钒是造成钢的红硬性好的主要元素之一，因为它形成稳定的VC，回火后以细弥散质点析出，硬化作用比钨更强。钨靠溶于固溶体中来提高马氏体回火稳定性的。VC的显微硬度高，对提高耐磨性作用显著，但钒能降低钢的被磨削性能。超硬型高速钢含有较多的钒，如W12Cr4V4Mo 钴 钴不形成碳化物，绝大部分溶于固溶体中。钴能提高莱氏体熔化温度，是形成碳化物元素更多地溶入奥氏体，增大合金度，从而显著提高钢的硬度和红硬性。钴还能促进钢在回火过程中析出弥散度高的碳化物，提高回火硬度。但是，钴降低钢的淬透性，而且增加钢的脆性，脱碳倾向也大。

碳 碳不仅与合金元素形成碳化物，同时还对钢起固溶强化和提高淬透性的作用。高速钢的碳含量必须严格控制：碳低，不能形成足够数量的碳化物，降低淬火加热时溶于奥氏体的碳与合金元素的含量，导致硬度和红硬性不足；碳高，增加碳化物的不均匀性，降低钢的塑性。67.不锈钢中合金元素的种类及作用

(1)铬 铬对耐腐性起主要作用。一是使钢在氧化性介质中钝化，形成致密的氧化薄膜，防止氧向深层扩散；二是提高Fe的电极电位使其由负变正，提高抗电化学腐蚀能力。11.7%r是不锈钢的最低Cr含量，电极电位随Cr含量增加按n/8规律跳跃式增大；Cr含量超过12.7%，钢为单一的铁素体组织。

(2)镍 镍是形成稳定奥氏体的主要元素。不含Cr时，Ni含量需超过24%才能获得低碳的奥氏体组织。Ni与Cr配合使用来提高耐蚀性，加入镍是为了得到单一的奥氏体组织，从而提高其耐腐蚀性和工艺性；控制Ni的含量也可得到奥氏体-铁素体双相组织，可通过热处理强化；

第三篇：粉末冶金材料学

粉末冶金材料学

一、填空题

1、液相沉淀法在粉末冶金中的应用主要有以下四种：金属置换法、溶液气体还原法、从熔盐中沉淀法、辅助金属浴法。

2、多相反应一个突出特点就是反应中反应物间具有界面。按界面的特点，多相反应一般包括五种类型：固气反应、固液反应、固固反应、液气反应、液液反应。

3、雾化法制粉过程中，根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化具有多种形式：平行喷射、垂直喷射、互成角度的喷射。从液态金属制取快速冷凝粉末有传导传热和对流传热两种机制，其中基于传导传热的方法有：熔体喷纺法、熔体沾出法；基于对流传热机制有：超声气体雾化法、离心雾化法、气体雾化与旋转盘雾化相结合的雾化法。

粉体颗粒粒度测定方法中的比表面粒径包括以下三种：吸附法、透过法、润湿热法。

钢的合金化基本原则是

多元适量、复合加入

。细化晶粒对钢性能的贡献是

既提高强度又提高塑韧性。

7、在钢中，常见碳化物形成元素有

Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤ 0.59为简单点阵结构，有 MC 和 M2C 型，其性能特点是 硬度高、熔点高、稳定性好 ；

rc/rM > 0.59为 复杂点阵结构，有 M3C、M7C3

和

M23C7

型。

8、选择零件材料的一般原则是

力学性能、工艺性能

、经济性

和环境协调性等其它因素。

9、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有

加入Ti、Nb 等强碳化物形成元素

、降低钢中的含C量。

10、影响铸铁石墨化的主要因素有

化学成分、冷却速度

。球墨铸铁在浇注时要经过

孕育

处理和

球化

处理。QT600-3是 球墨铸铁。

11、对耐热钢最基本的性能要求是

热强性

、抗氧化性。

12、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：

点阵结构

、电子因素、原子半径。

13、提高钢淬透性的主要作用是

获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

14、钢的强化机制主要有 固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。其中

细晶强化

对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。

15、提高钢淬透性的作用是 获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

16、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为

1.5%左右。滚动轴承钢中

碳化物不均匀性主要是指

碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。

17、选择零件材料的一般原则是 满足力学性能要求

、良好的工艺性能、经济性

和环境协调性等其它因素。

18、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向

左下

方移动，例

Mn、Ni 等元素（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向

左上

方移动，例 Cr、Mo 等元素（写出2个）。S点左移意味着

共析碳含量降低。

19、QT600-3是

球墨铸铁

，“600”表示

抗拉强度不小于600MPa，“3”表示

延伸率不小于3%

20、H68是

黄铜，LY12是

硬铝，QSn4-3是

锡青铜。

21、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti、V

等（写出2个），这些元素的主要作用是

细晶强化

和

沉淀强化。

22、铝合金热处理包括固溶处理和

时效硬化

两过程，和钢的热处理最大的区别是

没有同素异构转变。

23、影响球磨的因素为：球磨筒的转速、装球量、球料比、球的大小、研磨介质、被研磨物料的性质。

24、钢的电化学腐蚀的主要形式有：均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀、腐蚀磨损。

25、影响熔盐电解过程和电流效率的主要因素有： 电解质成分、电介质温度、电流密度和 极间距离。

1、当量球直径：是指用与颗粒具有相同特征参量的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。

2、圆形度：与颗粒具有相等投影面积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比。

3、电能效率：在电解过程中，一定质量的物质，在理论上所需的电能量与实际消耗的电能量之比。

4、球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比。

5、淬硬性：指在理想的淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度，也称可硬性。

6、纤维强化材料：将具有高强度的纤维或晶须加到金属基体中，使金属得到强化，这样的材料称为纤维强化材料。

7、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。

8、二流雾化法：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。

9、蠕变极限： 是试样在一定温度下和在规定的持续时间内产生的蠕变变形量或第二阶段的蠕变速率等于某规定值时的最大应力。

10、n/8规律：是固溶体电极电位随铬量的变化规律。固溶体中的铬量达到12.5％原子比（即1/8）时，铁固溶体电极电位有一个突然升高，当铬量提高到25％原子比（2/8）时,电位有一次突然升高，这现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。

11、淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬

度分布的特性，也就是钢在淬火时能获得马氏体的能力。

12、极化：在实际电解过程中，分解电压比理论分解电压大，而且，电流密度愈高，超越的数值就愈大，就每一个电极来说，其偏离平衡电位值也愈多，这种偏离平衡电位的现象称为极化。

13、临界转速：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

14、颗粒分布：

15、硬质合金：是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，具有高强度和高耐磨性的特点。

16、松装密度：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。

17、均相反应：在同一个相中进行的反应，即反应物和生成物或者是气相的，或者是均匀液相的。、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。钨具有4种比较稳定的氧化物

WO3+0.1H2====WO2.9+0.1H2O

WO2.9+0.18H2?====?WO2.72+0.18H2O WO2.72+0.72H2?====WO2+0.72H2O??? WO2+2H2?====W+2H2O? 影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向；⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度；⑷添加剂

弥散强化的机理及其影响因素是什么？它在金属基复合材料中有何意义。

机理：弥散强化机构的代表理论是位错理论。在弥散强化材料中，弥散相是位错线运动的障碍，位错线需要较大的应力才能克服障碍向前移动，所以弥散强化材料的强度高。位错理论有多种模型用以讨论屈服强度、硬化和蠕变。影响因素：

1、弥散相和基体的性质；

2、弥散相的几何因素和形态；

3、弥散相与基体之间的作用；

4、压力加工；

5、生产方法。意义：

1、再结晶温度高，组织稳定；

2、屈服强度和抗拉强度高；

3、随温度提高硬度下降得少；

4、高温蠕变性能好；

5、疲劳强度高；

6、高的传导性。

3、简述提高耐热钢热强性的途径。

提高钢热强性的途径：强化基体（固溶体强化）、强化晶界（晶界强度增加）、弥散强化（碳化物弥散硬化）。?固溶体强化是耐热钢高温强化的重要方法之一，加入合金元素，以增加原子之间的结合力，可使固溶体强化，外来原子溶入固溶体使晶格畸变，能提高强度；耐热钢中加入微量的硼或锆或稀土元素后，可以净化晶界，提高晶界的强度；碳化物相沉淀在位错上，能阻碍位错的移动，稳定的碳化物弥散分布在固溶体内，就能显著地提高钢的强度和硬度。

4、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口

铸铁好。

答案要点：灰铁：G形态为片状，易应力集中，产生裂纹，且G割裂基体严重，使材料有效承载面积大为减小。而球铁：G形态为球状，基体是连续的，相对而言，割裂基体的作用小，基体可利用率可达70~90%；且球状G应力集中倾向也大为减小。因此钢的热处理强化手段在球铁中基本都能采用，所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。答案要点：

由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。

6、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P的含量。答案要点：

S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

7、试总结Ni元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。答案要点：

1）↑基体韧度 → Ni↓位错运动阻力，使应力松弛； 2）稳定A，→ Ni↓A1，扩大γ区，量大时，室温为A组织； 3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好； 4）↑回火脆性 → Ni促进有害元素偏聚； 5）↓Ms，↑Ar → ↓马氏体相变驱动力。

8、试总结Si元素在合金中的作用，并简要说明原因。1）↑σ，↓可切削性 → 固溶强化效果显著； 2）↑低温回火稳定性 → 抑制ε-K形核长大及转变； 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；

（2分）

4）↑淬透性 → 阻止K形核长大，使“C”线右移，高C时作用较大； 5）↑淬火温度 → F形成元素，↑A1 ；

6）↑脱C、石墨化倾向 → Si↑碳活度，含Si钢脱C倾向大。（2分）试从合金化原理角度分析9Mn2V钢的主要特点。1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR较多，约20~22%，使工件变形较小； 3）V能克服Mn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；

4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜在200℃以下回火；

5）钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。

从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径。1）加入Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒； 2）提高回火稳定性，加入Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素； 3）改善基体韧性，主要是加入Ni元素；

4）细化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、匀、圆；

5）降低或消除钢的回火脆性，主要是Mo、W元素比较有效；（2分）

11、高锰钢（Z

GMn13）在Acm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。答案要点：高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

12、简述高速钢中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。高速钢的铸态组织为：黑色组织（混合型）+白亮组织（M和AR）+莱氏体，高速钢铸态组织图（略）。

W：提高红硬性、耐磨性的主要元素；V：提高红硬性、耐磨性的重要元素，一般高速钢都含V，V能有效细化晶粒，且VC也细小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠热：晶粒很细小，K很多；过热：晶粒较大，K较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。

高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

15、试定性比较40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢的淬透性、回火脆性、韧度和回火稳定性，并简要说明原因。

淬透性：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Cr-Ni-Mo复合作用更大。回脆性：40CrNiMo ＜40Cr ＜ 40CrNi；Cr、Ni↑脆性，Mo有效↓。韧

度：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Ni↑韧性，Mo细化晶粒。回稳性：40Cr、40CrNi ＜ 40CrNiMo；Mo↑回稳性。Ni影响不大。

16、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下列问题： 1）淬火加热时，为什么要预热?

2）高速钢W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加热温度在1200~1240℃，淬火加热温度为什么这样高? 3）高速钢回火工艺一般为560℃左右，并且进行三次，为什么? 4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的是什么? 1）高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差。预热可减少工件加热过

程中的变形开裂倾向；缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控制炉温稳定性。

2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化效果。

3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分的残留奥氏体发生

了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。4）分级淬火目的：降低热应力和组织应力，尽可能地减小工件的变形与开裂。

一、填空题

1、液相沉淀法在粉末冶金中的应用主要有以下四种：金属置换法、溶液气体还原法、从熔盐中沉淀法、辅助金属浴法。

2、多相反应一个突出特点就是反应中反应物间具有界面。按界面的特点，多相反应一般包括五种类型：固气反应、固液反应、固固反应、液气反应、液液反应。

3、雾化法制粉过程中，根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化具有多种形式：平行喷射、垂直喷射、互成角度的喷射。从液态金属制取快速冷凝粉末有传导传热和对流传热两种机制，其中基于传导传热的方法有：熔体喷纺法、熔体沾出法；基于对流传热机制有：超声气体雾化法、离心雾化法、气体雾化与旋转盘雾化相结合的雾化法。

粉体颗粒粒度测定方法中的比表面粒径包括以下三种：吸附法、透过法、润湿热法。

钢的合金化基本原则是

多元适量、复合加入

。细化晶粒对钢性能的贡献是

既提高强度又提高塑韧性。

7、在钢中，常见碳化物形成元素有

Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤ 0.59为简单点阵结构，有 MC 和 M2C 型，其性能特点是 硬度高、熔点高、稳定性好 ；

rc/rM > 0.59为 复杂点阵结构，有 M3C、M7C3

和

M23C7

型。

8、选择零件材料的一般原则是

力学性能、工艺性能

、经济性

和环境协调性等其它因素。

9、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有

加入Ti、Nb 等强碳化物形成元素

、降低钢中的含C量。

10、影响铸铁石墨化的主要因素有

化学成分、冷却速度

。球墨铸铁在浇注时要经过

孕育

处理和

球化

处理。QT600-3是 球墨铸铁。

11、对耐热钢最基本的性能要求是

热强性

、抗氧化性。

12、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：

点阵结构

、电子因素、原子半径。

13、提高钢淬透性的主要作用是

获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

14、钢的强化机制主要有 固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强

化。其中

细晶强化

对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。

15、提高钢淬透性的作用是 获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

16、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为

1.5%左右。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指

碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。

17、选择零件材料的一般原则是 满足力学性能要求

、良好的工艺性能、经济性

和环境协调性等其它因素。

18、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向

左下

方移动，例

Mn、Ni 等元素（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向

左上

方移动，例 Cr、Mo 等元素（写出2个）。S点左移意味着

共析碳含量降低。

19、QT600-3是

球墨铸铁

，“600”表示

抗拉强度不小于600MPa，“3”表示

延伸率不小于3%

20、H68是

黄铜，LY12是

硬铝，QSn4-3是

锡青铜。

21、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti、V

等（写出2个），这些元素的主要作用是

细晶强化

和

沉淀强化。

22、铝合金热处理包括固溶处理和

时效硬化

两过程，和钢的热处理最大的区别是

没有同素异构转变。

23、影响球磨的因素为：球磨筒的转速、装球量、球料比、球的大小、研磨介质、被研磨物料的性质。

24、钢的电化学腐蚀的主要形式有：均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀、腐蚀磨损。

25、影响熔盐电解过程和电流效率的主要因素有： 电解质成分、电介质温度、电流密度和 极间距离。

二、名词解释

1、当量球直径：是指用与颗粒具有相同特征参量的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。

2、圆形度：与颗粒具有相等投影面积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比。

3、电能效率：在电解过程中，一定质量的物质，在理论上所需的电能量与实际消耗的电能量之比。

4、球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比。

5、淬硬性：指在理想的淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度，也称可硬性。

6、纤维强化材料：将具有高强度的纤维或晶须加到金属基体中，使金属得到强化，这样的材料称为纤维强化材料。

7、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。

8、二流雾化法：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。

9、蠕变极限： 是试样在一定温度下和在规定的持续时间内产生的蠕变变形量或第二阶段的蠕变速率等于某规定值时的最大应力。

10、n/8

规律：是固溶体电极电位随铬量的变化规律。固溶体中的铬量达到12.5％原子比（即1/8）时，铁固溶体电极电位有一个突然升高，当铬量提高到25％原子比（2/8）时,电位有一次突然升高，这现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。

11、淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，也就是钢在淬火时能获得马氏体的能力。

12、极化：在实际电解过程中，分解电压比理论分解电压大，而且，电流密度愈高，超越的数值就愈大，就每一个电极来说，其偏离平衡电位值也愈多，这种偏离平衡电位的现象称为极化。

13、临界转速：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

14、颗粒分布：

15、硬质合金：是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，具有高强度和高耐磨性的特点。

16、松装密度：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。

17、均相反应：在同一个相中进行的反应，即反应物和生成物或者是气相的，或者是均匀液相的。

三、简答题、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。钨具有4种比较稳定的氧化物

WO3+0.1H2====WO2.9+0.1H2O

WO2.9+0.18H2?====?WO2.72+0.18H2O WO2.72+0.72H2?====WO2+0.72H2O??? WO2+2H2?====W+2H2O? 影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向；⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度；⑷添加剂

弥散强化的机理及其影响因素是什么？它在金属基复合材料中有何意义。

机理：弥散强化机构的代表理论是位错理论。在弥散强化材料中，弥散相是位错线运动的障碍，位错线需要较大的应力才能克服障碍向前移动，所以弥散强化材料的强度高。位错理论有多种模型用以讨论屈服强度、硬化和蠕变。

影响因素：

1、弥散相和基体的性质；

2、弥散相的几何因素和形态；

3、弥散相与基体之间的作用；

4、压力加工；

5、生产方法。意义：

1、再结晶温度高，组织稳定；

2、屈服强度和抗拉强度高；

3、随温度提高硬度下降得少；

4、高温蠕变性能好；

5、疲劳强度高；

6、高的传导性。

3、简述提高耐热钢热强性的途径。

提高钢热强性的途径：强化基体（固溶体强化）、强化晶界（晶界强度增加）、弥散强化（碳化物弥散硬化）。?固溶体强化是耐热钢高温强化的重要方法之一，加入合金元素，以增加原子之间的结合力，可使

固溶体强化，外来原子溶入固溶体使晶格畸变，能提高强度；耐热钢中加入微量的硼或锆或稀土元素后，可以净化晶界，提高晶界的强度；碳化物相沉淀在位错上，能阻碍位错的移动，稳定的碳化物弥散分布在固溶体内，就能显著地提高钢的强度和硬度。

4、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。

答案要点：灰铁：G形态为片状，易应力集中，产生裂纹，且G割裂基体严重，使材料有效承载面积大为减小。而球铁：G形态为球状，基体是连续的，相对而言，割裂基体的作用小，基体可利用率可达70~90%；且球状G应力集中倾向也大为减小。因此钢的热处理强化手段在球铁中基本都能采用，所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。答案要点：

由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。

6、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P的含量。答案要点：

S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

7、试总结Ni元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。答案要点： 1）↑基体韧度 → Ni↓位错运动阻力，使应力松弛； 2）稳定A，→ Ni↓A1，扩大γ区，量大时，室温为A组织； 3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好； 4）↑回火脆性 → Ni促进有害元素偏聚； 5）↓Ms，↑Ar → ↓马氏体相变驱动力。

8、试总结Si元素在合金中的作用，并简要说明原因。答案要点：

1）↑σ，↓可切削性 → 固溶强化效果显著； 2）↑低温回火稳定性 → 抑制ε-K形核长大及转变； 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；

（2分）

4）↑淬透性 → 阻止K形核长大，使“C”线右移，高C时作用较大； 5）↑淬火温度 → F形成元素，↑A1 ；

6）↑脱C、石墨化倾向 → Si↑碳活度，含Si钢脱C倾向大。（2分）试从合金化原理角度分析9Mn2V钢的主要特点。1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR较多，约20~22%，使工件变形较小； 3）V能克服Mn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；

4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜在200℃以下回火；

5）钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。

从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有

哪些途径。

1）加入Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒； 2）提高回火稳定性，加入Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素； 3）改善基体韧性，主要是加入Ni元素；

4）细化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、匀、圆；

5）降低或消除钢的回火脆性，主要是Mo、W元素比较有效；（2分）

11、高锰钢（ZGMn13）在Acm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。

答案要点：高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

12、简述高速钢中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。高速钢的铸态组织为：黑色组织（混合型）+白亮组织（M和AR）+莱氏体，高速钢铸态组织图（略）。

W：提高红硬性、耐磨性的主要元素；V：提高红硬性、耐磨性的重要元素，一般高速钢都含V，V能有效细化晶粒，且VC也细小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠热：晶粒很细小，K很多；过热：晶粒较大，K较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。

高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

15、试定性比较40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢的淬透性、回火脆性、韧度和回火稳定性，并简要说明原因。

淬透性：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Cr-Ni-Mo复合作用更大。回脆性：40CrNiMo ＜40Cr ＜ 40CrNi；Cr、Ni↑脆性，Mo有效↓。韧

度：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Ni↑韧性，Mo细化晶粒。回稳性：40Cr、40CrNi ＜ 40CrNiMo；Mo↑回稳性。Ni影响不大。

16、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下列问题： 1）淬火加热时，为什么要预热?

2）高速钢W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加热温度在1200~1240℃，淬火加热温度为什么这样高? 3）高速钢回火工艺一般为560℃左右，并且进行三次，为什么? 4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的是什么? 1）高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差。预热可减少工件加热过

程中的变形开裂倾向；缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控制炉温稳定性。

2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高温下才能溶解

。而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化效果。

3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。

4）分级淬火目的：降低热应力和组织应力，尽可能地减小工件的变形与开裂。

第四篇：现代粉末冶金材料与技术的发展

现代粉末冶金材料与技术的发展 概述

粉末冶金是研究金属、合金、非金属和化合物的粉末及其材料的性质和制造理论与工艺的技术科学，是现代材料科学与工程发展最为迅猛的领域之一。

近代以来, 粉末冶金有了突破性进展，在西方发达国家更呈现出了加速发展的势态, 一系列新技术、新工艺大量涌现，例如, 超微粉或纳米粉制备技术、快速冷 凝技术、机械合金化、粉末热等静压、温压、粉末热锻、粉末挤压、粉末注射形、粉末喷射成形、自蔓延高温合成、涂层技术、电火花烧结、反应烧结、超固相线烧结、瞬时液相烧结、激光烧结、微波烧结, 等等。

现代粉末冶金不但保持和发展了传统优点—实现少切削、无切削加工, 实现少偏析或无偏析, 低耗、节能、节材；易控制产品孔隙度；易实现金属一非金属复合、金属一高分子复合, 而且新技术赋予传统工艺步骤以新的内容和含义, 使粉末冶金成为制取各种高性能结构材料、特种功能材料和极限条件下工作材料的有效途径。因此, 整个粉末冶金领域大大拓宽, 并向着纵深方向发展, 粉末冶金已由二类传统工艺技术发展成为一门新兴的技术科学, 它处于冶金科学与材料科学的交汇区, 并且已深入地渗透到几乎所有的冶金和材料科学的分支科学中去了。

由于技术上和经济上具有巨大的优越性,粉末冶金技术产品在国民经济的各个部门和国防建设的各个领域都得到了广泛应用, 对机械、电子、化工、能源、航空、航天乃至农业、医药、食品等产业的发展以及科技的进步, 都起到了重要的推动作用, 创造了巨大的社会财富, 带来了巨大的经济效益和社会效益。现代粉末冶金发展的主要特点

（一）新技术、新工艺大量涌现

新技术新工艺的应用, 使得粉末的制备朝着超微、超细、速凝、高纯、均质、成分可调控、大规模、多品种方向发展, 粉末冶金材料的制造朝着复合、全致密、高性能、高精度、复杂形状、大批量系列化方向发展。

（二）新材料层出不穷

粉末冶金已发展成为制取各种高性能结构材料和特种功能材料以及极限条件使用材料的有效途径。这些新材料包括粉末低合金钢、粉末高温合金、粉末高速钢、粉末不锈钢、快速冷凝铝合金、快速冷凝钦合金、弥散强化合金、高温超导材料、钦铁硼永磁材料、特种陶瓷、金属基和陶瓷基复合材料、纳米材料、梯度功能材料、粉末摩擦材料、涂层硬质合金,等等。

（三）近净型成形技术的崛起加速了粉末冶金的迅速发展

粉末冶金作为一项典型的近净型成形制造技术, 以它独有的少切削、无切削及节材、节能的技术特点, 在与传统的熔铸、机加工竞争中不断发展。近几十年来,许多新的近型成形技术不断涌现, 如金属注射成形、粉末喷射成形、粉末热锻和粉末热等静压等使得粉末冶金产品更加接近最终产品形状, 并且拓宽了粉末冶金近型成形产品的范围。

（四）复合材料及其制造技术的发展为粉末冶金开拓了新的领域

目前, 复合材料的发展形成由宏观复合形式向微观复合形式发展、由结构复合材料为主向与功能复合材料并重的局面。粉末冶金以它独有的粉末混合、化学复合、机械合金化、涂层、骨架熔渗与浸溃、纤维网粉浆浇注、快速冷凝和原位复合等特长在复合材料制造中充分发挥自己的优势, 在金属基、陶瓷基复合材料和弥散强化、颗粒强化及纤维增强复合制造技术中显示鲜明的特色。粉末冶金材料

3.1 传统粉末冶金材料

（1）铁基粉末冶金材料：铁基粉末冶金材料是最重要的粉末冶金材料之一, 特别是汽车行业的快速发展对铁基粉末冶金行业起了很大的推动作用。

（2）铜基粉末冶金材料：烧结铜基零件具有较好的耐蚀性、表面光洁及无磁性等优点。铜基材料主要有烧结青铜(锡青铜和铝青铜)、烧结黄铜、烧结镍银和烧结铜镍合金, 此外还有弥散强化铜(如Cu2Al2O3)、烧结时效强化铜合金(Cu2Be、Cu2Be2Co和Cu2Cr合金)以及用于减震的烧结Cu2Mn合金。

（3）难熔金属与硬质合金：难熔金属(钨、钼、钽、铌等)及其合金、复合材料以其高熔点、高硬度、高强度等独特的物理与力学性能而广泛应用于国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领域。硬质合金是指以一种或多种难熔金属的碳化物(如碳化钨、碳化钛等)作为硬质相, 用金属粘结剂作为粘结相, 经粉末冶金技术制造出来的材料。硬质合金广泛用作切削刀具、矿用刀片和异型件, 已成为现代工业部门和新技领域不可缺少的工具材料, 被誉为“现代工业的牙齿”。

（4）粉末冶金电工材料：在电器、仪表及电工技术中, 广泛应用于各种分断和接通电路的电接触元件、电阻焊用的电极以及电机上用于转换电流的电刷。在无线电技术中, 普遍使用各种难熔化合物制成的各种固定电阻器。在真空技术中使用各种电子管阴极制品、各种电加热元件和热电偶材料。以上这些材料常常采用粉末冶金技术制造, 统称为粉末冶金电工材料。

（5）烧结摩擦与减摩材料：摩擦材料以提高摩擦磨损性能为目的, 用于摩擦离合器与摩擦制动器的摩擦部分的材料称为摩擦材料。烧结减摩材料是用粉末冶金方法制造的、具有低摩擦系数和高耐磨性能的金属材料或金属和非金属的复合材料。

3.2 先进粉末冶金材料

（1）信息领域用粉末冶金材料：粉末冶金软磁材料按材质分类 可分为金属软磁材料和铁氧体软磁材料。铁氧体软磁材料出现较早, 是一种只能用粉末冶金烧结方法制造的软磁材料。人们期望烧结软磁材料具有高的磁导率和饱和磁化强度或剩磁以及低的矫顽力,压粉磁芯或磁粉芯属于这一类材料。金属软磁材料主要是铁及其合金, 其中有纯铁、磷铁、硅钢、铁镍金、铁钴合金、铁铝合金和铁铝硅合金等。铁氧体软磁主要有锰锌、镁锌、镍锌铁氧体软磁材料。

（2）能源领域用粉末冶金材料：能源材料是指那些正在发展的、可能支撑新能源体系的建立,满足各种新能源以及节能新技术所要求的一类材料。按使用目的可分为新能源材料、节能材料和储能材料。

（3）生物领域用粉末冶金材料：生物医用材料对于挽救生命、救治伤残、提高人类的生活质量具有重要的意义。生物材料中的一些医用金属和合金, 医用生物陶瓷就属于粉末冶金材料。

（4）军事领域用粉末冶金材料：粉末冶金材料对军事工业作出了巨大的贡献, 在国防建设中有着巨大的潜力和竞争力。粉末冶金材料广泛用于航空航天工业、核工业和兵器工业等军事领域。粉末冶金技术

4.1 粉末制备技术的发展

粉末冶金材料和制品不断增多, 质量不断提高, 要求提供的粉末的种类也越来越多。为了满足对粉末的各种要求, 出现了各种各样生产粉末的新方法。从过程的实质来看, 现有制粉方法大体上可归纳为两大类, 即机械法和物理化学法。从工业规模而言, 应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法。但随着科技的发展, 越来越多的新技术在粉末的制备过程中正起着越来越重要的作用。

(1）机械合金化：机械合金化是由Benjamin 等提出的一种制备合金粉末的高能球磨技术。它是在高能球磨条件下, 利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或发生固态反应形成合金粉末。机械合金化是在固态下实现合金化, 不经过气相、液相,不受物质的蒸气压、熔点等物理特性因素的制约, 使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化和远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质的合成成为可能, 因此机械合金化的理论和应用方面的研究均显示出十分诱人的前景。

（2）喷雾干燥：喷雾干燥是指用雾化器将一定浓度的原料液喷射成雾状液滴, 并用热空气(或其它气体)与雾滴直接接触的方式使之迅速干燥, 从而获得粉粒状产品的一种粉末制备过程。采用喷雾干燥可以制备出质量均

一、重复性良好的粉料, 并且缩短粉料的制备过程, 有利于自动化、连续化生产, 是大规模制备优良超微粉的有效方法。

4.1 粉末冶金成型技术的发展

目前, 粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。近年来, 一系列粉末冶金新的成形技术层出不穷, 并呈现出加速发展态势, 粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现, 使得粉末高致密化成形技术得到了很大的发展。

（1）粉末注射成型：粉末注射成形是传统粉末冶金技术和先进塑料注射成形相结合而发展形成的一门新型粉末冶金近净成形技术。它的基本工艺过程是: 首先将金属或陶瓷粉末与有机粘结剂均匀混合, 用注射成形机成形, 然后将成形坯中的粘结剂脱离, 最后经烧结致密化得到最终产品。粉末注射成形的材料已经从早期的铁基、硬质合金、陶瓷等对杂质含量不敏感、性能要求不是非常苛刻的体系, 发展到了镍基高温合金、钛合金和铌材料。材料应用领域也从结构材料向功能材料发展, 如热沉材料、磁性材料和形状记忆合金。材料结构也从单一均匀结构向复合结构发展。

（2）温压成型：温压成形是从20 世纪90 年代新发展起来的一项新技术。它是采用特制的粉末加热、粉末输送和模具系统, 将加有特殊润滑剂的混合粉末和模具加热至130～150 ℃温度进行刚性模压, 最后采用传统的烧结工艺进行致密化的技术。利用该工艺可成形形状非常复杂的零件,如垂直于压制方向上的凹槽、孔以及螺纹孔等,而不需要后续二次机械加工。（3）喷射成型：喷射成形(Spray Forming)技术, 也称为喷射沉积(Spray Deposition)或喷射铸造(Spray Casting)技术, 这是20 世纪80 年代以来工业发达国家在传统快速凝固P粉末冶金(RSPPM)工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。

（4）高速压制成型：高速压制技术是瑞典H¨ogan¨as AB 公司在2001 年推介的一种新技术。高速压制生产零件的过程和传统的压制过程工序相同;混合粉末加进送料斗中, 粉末通过送粉靴自动填充模腔压制成形之后, 零件被顶出并转入烧结工序。所不同的是高速压制的压制速度比传统压制高500～1000 倍, 压机锤头速度高达2～30mPs , 液压驱动的锤头质量达5～1200kg , 粉末在0.02s 之内通过高能量冲击进行压制, 压制时产生强烈的冲击波。通过附加间隔0.3s 的多重冲击能达到更高的密度。与传统压制相比, 高速压制的铁基零件密度可提高0.3gPcm3 左右, 因而抗拉强度和屈服强度能相应地提高20 %～25 %。高速压制压坯的径向弹性后效很小, 故脱模压力较小, 并且压坯密度均匀, 其偏差小于0.01gPcm3。该技术可以制得质量达5kg 以上的大型压坯以及高径比达到3 的压坯。同时, HVC 技术还具有高生产率和低成本等特点。

4.1 粉末冶金烧结技术的发展

粉末冶金烧结是指粉末或粉末压坯在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。烧结工艺是决定粉末冶金制品性能的重要环节, 一直是人们研究的重点;各种促进烧结的方法不断涌现, 如微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等。

（1）微波烧结：微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结的方法, 它始于20 世纪70 年代。烧结中微波不仅仅只是作为一种加热能源, 其本身也是一种活化烧结过程。微波烧结技术是利用材料吸收微波能转化为内部分子的动能和热能, 使得材料整体均匀加热至一定温度而实现致密化烧结的一种方法, 是快速制备高质量的新材料和制备具有新的性能的传统材料的重要技术手段。

（2）放电等离子体烧结(SPS)也称作等离子体活化烧结(Plasma Activated Sintering , PAS)或脉冲电流热压烧结(Pulse Current Pressure Sintering), 是20 世纪90 年代以来国外开始广泛研究的一种快速烧结新工艺。它最早源于1930 年美国科学家提出的脉冲电流烧结原理,但直到日本于1988 年研制出第一台工业型SPS装置, 该技术才真正引起世人的关注。由于它融等离子体活化、热压、电阻加热为一体, 具有烧结时间短、温度控制准确、易自动化、烧结样品组织均匀、致密度高等优点, 仅在几分钟之内就使烧结产品的相对理论密度接近100 % , 而且能抑制样品颗粒的长大, 提高材料的各种性能。

（3）自蔓延高温合成：自蔓延高温合成(SHS), 也称燃烧合成(Combustion Synthesis , CS), 它是一种利用化学反应自身放热使反应持续进行, 最终合成所需材料或制品的新技术。自1967 年苏联科学家发现并提出自蔓延高温合成的概念以来, 自蔓延高温合成在世界范围内得到了广泛的研究和开发, 并在工业生产中得到应用。展望

粉末冶金是提高材料性能和发展新材料的重要手段, 已经成为当代材料科学发展的前沿领域。粉末冶金新材料、新技术、新工艺的不断出现, 必将促进高技术产业和国防工业的快速发展, 也必将带给材料工程和制造技术光明的前景。近年来, 我国粉末冶金行业得到了快速发展, 技术水平和工艺装备均比以前有了很大的提高, 但与国外先进技术水平相比仍存在较大差距。因此, 大力开展粉末冶金新材料、新技术新工艺的研究, 对提高我国粉末冶金产品的档次和技术水平, 缩短与国外先进水平的差距具有非常重要的意义。

参考文献

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第五篇：粉末冶金基础知识

粉末冶金是制取金属粉末并通过成形和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。

粉末冶金材料和工艺与传统材料工艺相比，具有以下特点：

1．粉末冶金工艺是在低于基体金属的熔点下进行的，因此可以获得熔点、密度相差悬殊的多种金属、金属与陶瓷、金属与塑料等多相不均质的特殊功能复合材料和制品。

2．提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定，以及良好的冷、热加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化相含量，从而发展新的材料体系。

3．利用各种成形工艺，可以将粉末原料直接成形为少余量、无余量的毛坯或净形零件，大量减少机加工量。提高材料利用率，降低成本。

粉末冶金的品种繁多，主要有：钨等难熔金属及合金制品；用Co、Ni等作粘结剂的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）等硬质合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的钻头、车刀、铣刀，还可制造模具等；Cu合金、不锈钢及Ni等多孔材料，用于制造烧结含油轴承、烧结金属过滤器及纺织环等。随着粉末冶金生产技术的发展，粉末冶金及其制品将在更加广泛的应用。粉末冶金是将金属粉末（或掺入部分非金属粉末）经过成形和烧结，制成金属材料或机械零件的一种加工工艺方法．它既可以直接制成符合装配要求的零件，也可以生产一般冶炼方法难以生产的金属材料和制品．粉末冶金广泛的应用于机械、冶金、化工、交通、运输、以及航空航天工业。

粉末冶金的生产工艺过程客分为以下五个阶段：

一）制粉

制粉是将原料制成粉末的过程。常用的制粉方法有机械法和氧化物还原法。１。机械法 是利用球磨或利用动力（如气流或液流）使金属物料碎块间产生碰撞、摩擦获得金属粉末的方法。

２。氧化物还原法 是用固体或液体还原剂还原金属氧化物制成粉末的方法。

二）混料

混料是将各种所需的粉末按一定的比例混合，并使其均匀化制成坯粉的过程。分干式、半干式和湿式三种，分别用于不同要求。

１。干式 用于各组元密度相近且混合均匀程度要求不高的情况。

２。半干式 用于各组元密度相差较大和要求均匀程度较高的情况。混料时加入少量的液体（如机油）。

３。湿式 混料时加入大量的易挥发液体（如酒精），并同时伴以球磨，提高混料均匀程度，增加各组元间的接触面积和改善烧结性能。为改善混料的成形性，在混料重要添加增塑剂。

三）成形

成形是将混合均匀的混料，装入压模重压制成具有一定形状、尺寸和密度的型坯的过程。压形常用的方法哟以下两种：

１。常温加压成形 在机械压力下使粉末颗粒间产生机械噬合力和原子间吸附力，从而形成冷焊结合，制成形坯。优点是对设备、模具材料无特殊要求，操作简便；缺点是粉末颗粒间结合力较弱，形坯容易损坏，形坯由于是在常温下成形，因此需要施加较大的压力克服由于粉末颗粒产生塑性变形而造成的加工硬化现象。另外，常温加压成形的形坯的密度较低，因此其孔隙度较大。

２。加热加压成形 高温下粉末颗粒变软，变形抗力减小，用较小的压力就可以获得致密的形坯。

四）烧结

烧结是通过焙烧，使形坯颗粒间发生扩散、熔焊、再结晶等过程，使粉末颗粒牢固地焊合在一起，使孔隙减小密度增大，最终得到“晶体结合体”。从而获得所需要的具有一定物理及力学性能的过程

五）后处理

粉末冶金制品经烧结后可以直接使用；但当制品的性能要求较高时，还常常需要进行后处理。

常用的后处理方法有以下几种：

１。整形 将烧结后的零件装入与压模结构相似的整形模内，在压力机上再进行一次压形，以提高零件的尺寸精度和减少零件的表面粗糙度，用于消除在烧结过程中造成的微量变形。

２。侵油 将零件放入１００－２００℃热油重或在真空下使油渗入粉末零件孔隙中的过程，经浸油后的零件可提高耐磨性，并能防止零件生锈。

３。蒸汽处理 铁基零件在５００－６００℃水蒸气中处理，使零件内外表面形成一层硬而致密的氧化膜，从而提高零件的耐磨性和防止零件生锈。

４。硫化处理 将零件放置在１２０℃的熔融硫槽内，经十几分钟后取出，并在氢气的保护下再加热到７２０℃，使零件表面孔隙形成硫化物。硫化处理能大大提高零件的减磨性和改善加工性能。

另外，粉末冶金制品还可以进行切削加工，压力加工，焊接，以及各种热处理和表面镀覆。