粉末冶金复习资料

第一篇：粉末冶金复习资料

粉末冶金复习题

填空：

1.粉末冶金是用(金属粉末货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过程。

2.从制粉过程的实质来分，现有制粉方法可归纳为（物理化学法）和（机械法）。机械法是将原材料机械地粉碎，而（化学成分）基本上不发生变化的工艺过程；物理化学法是借助（化学的）或（物理）的作用，改变原材料的（化学成分）或（聚集状态）而获得粉末的工艺过程。

3.通常把固态物质按分散程度不同分成（致密体）、（粉末体）和（胶体）三类；〔1〕，即大小在1mm以上的称为（致密体），0.1μm以下的称为（胶体），而介于二者的称为（粉末体）。

4.粉末冶金工艺过程包括（制粉）工序，（成形）工序和（烧结）工序。

5.粉末冶金成形前的预处理包括（粉末退火）、（筛分）、（混合）、（制粒）、和（加润滑剂）等。6.粉末特殊成形方法有（等静压成形）、（连续成形）、（无压成形）、（注射成形）、（高能成形）等。

7.粉末的等温烧结过程，按时间大致可以划分为三个界限(1)(粘结阶段)(2)（烧结颈长大阶段）(3)（闭孔隙球化和缩小阶段）。8.通常按烧结过程有无明显的液相出现和烧结系统的组成进行分类分为（单元系烧结）、（多元系固相烧结）、（多元系液相烧结）。9.常用的粉末冶金锻造方法有（粉末热锻）和（粉末冷锻）；而粉末热锻又分为（粉末锻造）、（烧结锻造）和（锻造烧结）三种。10.粉末冶金复合材料的强化手段包括（弥散强化）、（颗粒强化）和（纤维强化）。

11.粉末是颗粒与颗粒间的空隙所组成的分散体系，因此研究粉末体时，应分别研究属于（单颗粒）、（粉末体）及（粉末体的孔隙）等的性质。

12.粉末在压制过程中，粉末的变形包括（弹性变形）、（塑性变形）和（脆性变形）。13.通常等静压按其特性分成（冷等静压）和（热等静压）。

14.烧结过程有自动发生的趋势。从热力学的观点看，粉末烧结是（系统自由能减小）的过程，即烧结体相对于粉末体在一定条件下处于（能量较低）状态。

15.典型的烧结机构包括（粘性流动）、（蒸发与凝聚）、（体积扩散）、（表面扩散）、（晶界扩散）、（塑性流动）和（综合作用烧结理论）等。

16.多孔预成形坏的变形特性是研究粉末冶金锻造过程塑性理论的基础。锻造时，与致密金属坯的塑性变形相比，多孔预成形坯具有以下（质量不变条件）、（低屈服强度和低拉伸塑性）、（小的横向流动）、（变形和致密的不均匀性）变形特性。

17.一般粉末治金材料是金属和孔隙的复合体，其孔隙度范围很广，有低于l～2％残留孔隙度的（致密材料），有10%左右孔限度的（半致密材料），有＞15%孔隙度的（多空材料），也有高达98%孔隙度的（泡沫材料）。

简答题：

一、还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程的因素有哪些？发展复合型铁粉的意义有哪些？ 答：铁氧化物的还原过程是分段进行的，即从高价氧化铁到低价氧化铁，最后转变成金属：Fe2O3→Fe3O4→Fe。固体碳还原金属氧化物的过程通常称为直接还原。当温度高于570°时，分三阶段还原：Fe2O3→Fe3O4→浮斯体（FeO·Fe3O4固溶体）→Fe 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 当温度低于570°时，由于氧化亚铁不能稳定存在，因此，Fe3O4直接还原成金属铁 Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2 影响因素：

（1）原料①原料中杂质的影响②原料粒度的影响

（2）固体碳还原剂①固体碳还原剂类型的影响②固体还原剂用量的影响

（3）还原工艺条件①还原温度和还原事件的影响②料层厚度的影响③还原罐密封程度的影响

（4）添加剂①加入一定的固体碳的影响②返回料的影响③引入气体还原剂的影响④碱金属盐的影响⑤海绵铁的处理 高密度、高强度、高精度粉末冶金铁基零件需要复合型铁粉。

二、电解法可生产哪些金属粉末？为什么？影响电解铜粉粒度的因素有哪些？ 1、1)水溶液电解法：可生产铜、镍、铁、银、锡、铅，铬、锰等金属粉末，在一定条件下可使几种元素同时沉积而制得Fe-Ni、Fe-Cu等合金粉末。

2)熔盐电解法：可以制取Ti、Zr、Ta、Nb、Th、U、Be等纯金属粉末，也可以制取如Ta-Nb等合金粉末以及各种难熔化合物（如碳化物、硼化物和硅化物等）

2、（1）电解液的组成 1)金属离子浓度的影响。2）酸度（或H+浓度）的影响； 3）添加剂的影响（2）电解条件 1)电流密度的影响； 2）电解液温度的影响； 3）电解时搅拌的影响； 4）刷粉周期的影响；

5）关于放置不溶性阳极和采用水内冷阴极问题

三、粉末颗粒有哪几种聚集形式？它们之间的区别在哪里？

1、一次颗粒，二次颗粒（聚合体或聚集颗粒），团粒，絮凝体

2,通过聚集方式得到的二次颗粒被称为聚合体或聚集颗粒；团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华引力粘结而成的，其结合强度不大，用磨研、擦碎等方法或在液体介质中就容易被分散成更小的团粒或单颗粒；絮凝体是在粉末悬浮液中，由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒

四、压制前粉末需要进行哪些预处理？其作用如何？ 预处理包括：粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂 预先退火：使氧化物还原，降低碳和其他杂质的含量，提高粉末的纯度；消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构 混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀 筛分：把颗粒大小不同的原始粉末进行分级

制粒：将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒，改善粉末的流动性。在硬质合金生产中，为了便于自动成形，制粒使粉末能顺利充填模腔 加润滑剂：降低成形时粉末颗粒和模冲间摩擦，改善压坯的密度分布，有利于脱模

五、影响压制过程的因素有那些？

1、粉末性能对压制过程的影响 1)粉末物理性能的影响

（1）金属粉末本身的硬度和可塑性；（2）金属粉末的摩擦性能 2）粉末纯度（化学成分）的影响 3）粉末粒度及粒度组成的影响 4）粉末形状的影响 5）粉末松装密度的影响

2、润滑剂和成形剂对压制过程的影响

1）润滑剂和成形剂的种类 2）润滑剂和成形剂的用量 3）振动压制的影响 4）磁场压制的影响

六、粉末冶金技术中的特殊成型包括哪些？与一般压制法相比有什么特点？

1、等静压成型，粉末连续成型，粉浆浇注成型，粉末注射成形，爆炸成形

2、（1）等静压成型：

1）能够压制具有凹形、空心等复杂形状的杆件；

2）压制时，粉末体与弹性模具的相对移动很小，所以摩擦损耗也很小。单位压制压力较钢模制法低； 3）能够压制各种金属粉末及非金属粉末。压制坯件密度均匀，对难熔金属粉末及其化合物尤其有效； 4）压坯强度较高，便于加工和运输； 5）模具材料是橡胶和塑料，成本较低廉； 6）能在较低的温度下制得接近完全致密的材料（2）粉末连续成型：

1）能够生产一般轧制法难于或无法生产的板带材； 2）能够轧制出成分比较精确的带材； 3）粉末轧制的板带材料具有各向同性； 4）工艺过程短、解约能源；

5）粉末轧制法成材率比熔铸轧制法高； 6）不需大型设备，减少大量投资

（3）、粉浆浇注成型：制取某些新型特殊材料；生产羰基铁粉制品，适当烧结处理后，材料机械性能接近锻造材料；生产设备简单，生产费用低

（4）、粉末注射成形：制造形状复杂的坯块（5）、爆炸成形：能够压出相对密度极高的压坯

八、热等静压技术适宜加工什么样的材料？同热压法比较，它的特点是什么？

热等静压法制取的制品密度比热压法要高些，尤其在压制难熔金属时，差别更为明显。同一材料的热等静压制温度比热压法低。考虑到低的压制温度有利于获得细晶粒的合金材料，有利于制取一般方法难于制取的熔点相差悬殊的层叠复合材料，所以，热等静压材料性能普遍高于热压法制取的材料性能。

十、粉末等温烧结的三阶段是怎样划分的？实际烧结过程包括哪些现象？ 答：粉末的等温烧结过程，按时间大致可划分为三个界限不十分明显的阶段：

（1）粘结阶段-烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。（2）烧结颈长大阶段-原子向颗粒结合面的大量迁移使烧结颈扩大，颗粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络。

（3）闭孔隙球化和缩小阶段-当烧结体密度达到90%以后，多数孔隙被完全分隔，闭孔隙数量大为增加，孔隙形状趋近球形并不断缩小。

实际烧结过程可能出现的现象例如粉末表面气体或水分的挥发、氧化物的还原和离解、颗粒内应力的消除、金属的回复和再结晶以及聚晶长大等。

十一、分析影响互溶多元系固相烧结的因素。答：影响因素：（1）烧结温度。

（2）烧结时间 在相同温度下，烧结时间越长，扩散越充分。（3）粉末粒度 合金化的速度随着粒度减小而增加。

（4）压坯密度 增大制压力，将使粉末颗粒间接触面积增大，扩散界面增大，加快合金化过程。

（5）粉末原料 采用一定数量的预合金粉或复合粉同完全使用混合粉比较，达到相同的均匀化程度所需的时间将缩短，因为这时扩散路程缩短，并可减少要迁移的原子数量。(6)杂质 有些杂质会存在于粉末表面或在烧结过程的杂质阻碍颗粒间的扩散进行。

十七、说明烧结的概念及烧结过程。

答：烧结是粉末或粉末压坯，在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。烧结的结果是颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，而且多数情况下，密度也提高。

烧结过程：粉末烧结后，烧结体的强度增加，首先是颗粒间的联结强度增大，即联结面上原子间的引力增大。在粉末或粉末压坯内，颗粒间接触面上能达到的原子引力作用范围的原子数目有限。但是在高温下，由于原子振动的振幅加大，发生扩散，接触面上才有更多的原子进入原子作用力的范围，形成粘结面，并且随着粘结面的扩大，烧结体的强度也增加。烧结面扩大进而形成烧结颈，使原来的颗粒界面形成晶粒界面，而且随着烧结的继续进行，晶界可以向颗粒内部移动，导致晶粒长大。名词解释

松装密度：粉末试样自然的充满规定容器时，单位容积的粉末质量。松装密度可以用漏斗法、斯科特容量计法来测量。

氢损：把金属粉末的试样在纯氢气气流中煅烧足够长的时间，粉末中的氧被还原生成水蒸气，某些元素与氢气生成挥发性化合物，与挥发性元素一同排出，测得试样粉末的质量损失称为氢损。

熔浸：将粉末压坏与液体金属接触或埋在液体金属内，让压坏的空隙被金属液体填充，冷却下来就得到致密材料或零件，这种工艺称为熔浸。

熔浸必须具备的基本条件：

(1)骨架材料与熔浸材料的熔点相差较大，不致造成零件变形。(2)

熔浸金属应能很好溶湿骨架材料，即润湿角小于90度。

(3)骨架与熔浸金属之间不发生互溶或溶解度不大，以避免在熔浸过程中产生新相而致使液相消失。(4)

熔浸金属的量应以填满压坏中的空隙为限度，过多或过少均为不利。

活化烧结：采用化学或物理的措施，使烧结温度降低，烧结过程加快，或使烧结体密度和其他性能得到提高的方法称为活化烧结。活化烧结从方法上可以分为两种类型：（1）依靠外界因素活化烧结过程。如加活性剂等。（2）提高粉末活性。活化烧结与预氧化烧结，添加少量合金元素，在气氛或填料中添加活化剂。

电火花烧结：利用粉末间火花放电所产生的高温，并且同时受外应力作用的一种特殊烧结法。压缩性：是金属粉末在规定的压制条件下被压紧的能力。成形性：指粉末压制后，压坏保持既定形状的能力。

强化机理：使金属基体中含有高度分散的第二相质点而达到提高

致密化过程：

1快速致密化阶段——即在热压初期发生相对滑动，破碎和塑形变形，类似成形时的颗粒重排

2致密化减速阶段——以塑形流动为主要机构，类似于烧结后期的闭孔收缩阶段 3趋近终极密度阶段——受扩散控制的蠕变为主要机构，此时的晶粒长大使致密化速度大大降低，达到终极密度后，致密化过程完全停止

制取铁粉的主要还原方法有那些？比较其优缺点 碳还原：可以还原很多金属氧化物，但容易被碳污染

气体还原：可以制取合金粉，制取的铁粉比碳还原制取的纯，生产成本低 金属热还原：可以制取生产无碳金属，用于稀有金属 模压成型工艺的特点是什么？

（1）模压成型工艺的优点。模压成型工艺有以下几方面优点 ①与挤出和注射等成型工艺相比，模压成型工艺所需设备结构简单、制造精度不髙、制造费用低，所以投资少、见效快，为发展多品种、小批量的生产提供了有利条件，这也是模压成型工艺目前还在大量运用的原因之一。

②在模压成型过程中，由于塑料的流动距离很短，受填料的定向影响小，所以塑件的尺寸变动小，不易变形，尺寸稳定性好，机械性 能稳定。

③相同吨位的压机可以成型较大平面的制品。④模压成型工艺成熟，生产过程易于控制。

⑤模压成型中没有浇注系统，原材料浪费相对较少。对于不能重复利用的热固性材料来讲，节约原料尤为重要。

⑥模压成型基本上适合于加工各种塑料。尤其像氨基树脂、环氧树脂和聚酰亚胺等材料，用注射成型既困难又会影响制品外观质量；对于用石棉或玻璃纤维等增强的塑料，在注射和挤出成型中，纤维易在浇口部分断裂，使制品的机械强度特别是冲击强度降低，失去增强的意义；聚酯团状和片状模塑料若采用注射成型，则需特殊的强迫加料装置，导致设备费用昂贵。模压成型是制造高强度塑件最有效的方法。

（2）模压成型工艺的缺点。模压成型的缺点表现在以下三方面。①生产周期长，生产效率低。

②较难实现生产自动化，因而劳动强度大。

③因为飞边厚，塑件厚度方向的尺寸难以控制，所以模压成型不能模压尺寸精度要求较的制品。

1.什么是弹性后效其主要影响因素有哪些

答 当压力去除之后和将压坯脱拱之后由于内应力作用压坯产生的膨胀现象称为弹性后效。弹性后效的大小取决于残留应力的高低 主要影响因素 a.压制压力压制压力高弹性内应力高

b.粉末颗粒的弹性模量弹性模量越高弹性后效越大

c.粉末粒度组成越合理产生的弹性应力越小粒度小弹性后效大 d.颗粒形状形状复杂弹性应力大弹性后效大 f.粉末混合物的成份

烧结气氛的两个作用是什么

答 1保护功能控制烧结体与环境之间的化学反应如氧化和脱碳 2净化功能及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物

致密化：压力作用下松散状态→拱桥效应的破坏（位移→颗粒重排）+颗粒塑性变形→孔隙体积收缩→致密化 等静压成型

定义：粉末装于弹性（柔性）模具（包套）中，以流体为传压介质，各向均匀受压。分类：

冷等静压（CIP）：常温下进行的等静压 常温下，粉末装于弹性模具中，以液体为传压介质，粉末体各向均匀受压而密实成压坯 热等静压（HIP）：高温下进行的等静压 高温下，粉末或压坯装于包套中，在高压容器内，以气体为传压介质，使粉末同时承受高温和等静压力作用而获得致密材料或制品.等静压的一般特点：压坯形状、尺寸范围大，尤大尺寸、形状复杂压坯或制品；

压坯密度高且均匀 形粉末广，尤难熔金属化合物、陶瓷、高合金钢等 工艺简单，可不加润滑剂 设备：冷等静压机分类：螺 纹式、拉杆式、框架式

热等静压机分类：螺纹式、框架式 HIP特点：

① 压制、烧结同时进行，能消除粉末坯体中的所有孔隙，相对密度可达0.9999 ② 压力作用，使HIP的烧结温度低于通常的烧结温度 ③ HIP所需压制压力比CIP低

④ 晶粒细小、组织均匀，无成分偏析 ⑤ 材料综合性能好，是PM高新技术之一 ⑥ 设备投资大，成本 粉末冶金定义

制取金属及化合物粉末，采用成形和烧结工艺制 成金属材料、复合材料、陶瓷材料及其它们的制品 的技术科学。

粉末压制成形-致密化现象

Ø 致密化：压力作用下松散状态→拱桥效应的 破坏（位移→颗粒重排）+颗粒塑性变形→ 孔隙体积收缩→致密化；

Ø 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；

Ø 影响因素：与粉末松装密度、流动性存在一 定联系。脱模压力

脱模压力指把坯块从模具内取出所需的压力。什么是弹性后效?它对压坯有何影响? 加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效 弹性后效：在去除P压后，压坯所产生的胀大现象。

弹性后效危害：压坯及压模的弹性应变是产生压坯裂纹的主要原因之一，由于压坯内部弹性后效不均匀，脱模时在薄弱部位或应力集中部位就会出现裂纹。影响压坯密度分布的因素(P182)实验证明，增加压坯的高度会使压坯各部分的密度差增大，而 加大直径则会使密度的分布更加均匀。压坯中密度分布的不均匀 性，在很大程度上可以用双向压制来改善。在双向压制时，与上、下模冲接触的两端密度较高

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.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.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 压坯中密度分布不均匀的状况及其产生的原因是什么？如何改善密度分布? 密度分布不均匀的状况：一般，高度方向和横断面上都不均匀.①平均密度从高而低降低.② 靠近上模冲的边缘部分压坯密度最大;靠近模底的边缘部分压坯密度最小.③ 当H/D(高径比)较大时,则上端中心的密度反而可能小于下端中心的密度.产生的原因：压力损失 改善压坯密度不均匀的措施： ① 在不影响压坯性能前提下, 充分润滑;② 采用双向压制;③ 采用带摩擦芯杆的压模;④ 采用浮动模;⑤ 对于复杂形状采用组合模冲, 并且使各个模冲的压缩比相等;⑥ 改善粉末压制性(压缩性、成形性)— 还原退火;⑦ 改进模具构造或适当变更压坯形状.⑧ 提高模具型腔表面硬度和光洁度.HRC58～63,粗糙度9级以上.什么是等静压成形？它有什么优缺点？其基本原理是什么？

等静压成形是指，借助于高压流体的静压力作用，使弹性模套内的粉末在同一时间内各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的成形方法。优点：① 能成形凹形、空心等复杂形状.② 粉末与弹性模具间相对移动很小、摩擦损耗小,压制压强较钢模低.③ 能压制各种金属粉末及非金属粉末;压坯密度分布均匀.④ 压坯强度较高.⑤ CIP模具材料是橡胶、塑料, 成本低廉.⑥ 能在较低温度下制得接近完全致密的材料.—HIP 缺点：

① 压坯尺寸精度和表面光洁度都比钢模压制低;② 生产效率低于自动钢模压制;③ CIP中使用的橡胶或塑料包套寿命比金属压模要短得多;④ HIP中使用的包套都为一次性、消耗大,且包套材料种类受到限制.基本原理（帕斯卡原理）流体在密闭容器内任何一点所受的压应力,将无保留地传递到流体(或容器)的各处.① 流体内任意处的静压应力相等,称为准静力等静压,否则为非准静力等静压.②流体通过液-固(气-固)界面对固体施加压力.② ③HIP在加压同时还要加热,使成形和烧结过程同时完成

简述热等静压的过程和特点。

过程：将装于包套内的粉体置于充满气体介质的高温压力容器内,使粉体在压缩的同时经历高温烧结, 成为致密制品.特点：粉末体（粉末压坯或包套内的粉末）在等静压高压容器内同一时间经受高温和高压的联合作用，强化了压制与烧结过程，降低了制品的烧结温度，改善了制品的晶粒结构，消除了材料内部颗粒间的缺陷和孔隙，提高了材料的致密度和强度。

烧结

1．什么是烧结?如何分类? 一定气氛下, 粉末或压坯, 在低于主要组分熔点温度下的加热处理过程.分类：1）按有无液相分和烧结系统的组成分：单元系烧结、多元系固相烧结和多元系液相烧结。

烧结推动力

粉体颗粒尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能，即使在加压成型体中，颗粒间接触面积也很小，总表面很大而处于较高能量状态。根据能量最低原理，它将自发地向最低能量状态变化，并伴随使系统的表面能减少。可见，烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。

粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这是烧结过程的推动力，粉体经烧结后，晶界能取代了表面能，这是烧结后多晶材料稳定存在的原因。

什么是液相烧结?有哪些液相烧结技术?各有什么应用? 烧结温度下,低熔点组元熔化或形成低熔共晶、产生可流动液相的烧结.在近现代, 液相烧结的应用领域迅速扩大, 涉及电触头、工具钢、超合金、硬质合金、高密度合金、金刚石-金属复合材料、绝缘材料、难熔材料、磁性材料、汽车结构零件和高强度陶瓷等.液相烧结的优点和缺点各有哪些? 优点:① 由液相引起的物质迁移要比固相扩散快;② 液相产生的毛细力促使液相流动和颗粒发生适位的位移(重排),提高烧结速度;③ 最终,液相将填满烧结体内的孔隙,可以获得密度高、性能好的产品.局限性：① 尺寸控制较固相烧结难.因为液相烧结的材料尺寸变化大,有的线收缩可>20%;有些材料烧结过程会发生膨胀.② 可能出现变形、开裂和坍塌.液相烧结过程中压坯强度较低,同时,压坯的密度不均匀,在液相烧结过程中会造成收缩不均匀,可能引起较大的变形、甚至造成开裂.当液相量过多时,则可能出现坍塌.通常,大的压坯容易发生开裂, 压坯的悬臂部分容易发生坍塌.一般要求严格控制加热速度(保证刚度和均匀收缩).液相烧结的三个基本条件是什么? 良好的润湿性;固相在液相中有一定溶解度;适当的液相数量.液相烧结可以分为哪三个阶段?各阶段基本特点是什么?（1）液相流动与颗粒重排阶段:颗粒在液相内近似呈悬浮状态,受液相表面张力推动,颗粒可发生位移、相对滑动.烧结体密度迅速增大.(2)固相溶解-再析出阶段:该过程一般特征是显微组织粗化,固相在液相中的溶解度随温度和颗粒形状、大小而变化.小颗粒、颗粒表面凸起、棱角因具有较高饱和溶解度,将优先溶解,使小颗粒趋向减小、颗粒表面趋向平整光滑;同时,液相中一部分过饱和原子在大颗粒表面沉析,使大颗粒趋于长大.结果: 颗粒外形逐渐趋于球形、小颗粒逐渐缩小或消失,大颗粒更加长大, 从而使颗粒更加靠拢,烧结体发生收缩.这阶段致密化速度已显著减慢、气孔已基本消除.颗粒间距更加缩小,液相流进孔隙更加困难.3）固相烧结阶段 经前两阶段,颗粒间互相靠拢、接触、粘结并形成连续骨架,剩余液相充填于骨架间隙.刚性骨架阻碍颗粒更进一步重新排列,使该阶段致密化速率明显减慢.液相不完全润湿固相或液相数量较少时,该阶段将表现得更为突出.固相骨架形成后的烧结过程与固相烧结相似.扩散作用会导致固体颗粒间接触长大,故,大多数液相烧结材料性能将随该阶段时间延长而降低

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：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。

第五篇：粉末冶金概述

粉末冶金产品与工艺流程概述

粉末冶金是用金属粉末（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过程。粉末冶金工艺一般都是如下步骤：制粉、成形、烧结、后处理。

制粉主要可以归纳为两大类：机械法和物理化学法。机械法是将原材料机械粉碎，不改变其化学成分；物理化学法是借助化学或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末。粉末的生产方法有很多，从工业规模上来说，应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法。在制得的粉末里加入其他添加剂，混合均匀，便制成了需要的粉末。

制粉之后先要进行粉末的预处理，其包括：粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂等。再之后就是成形与烧结。成形和烧结有很多种方法，通过不同种方法的组合就形成了很多种工艺。

⑴．粉末→热压→粉末冶金成品：粉末加压烧结，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。

⑵．粉末→松装烧结→粉末冶金成品：金属粉末不经成形而松散(或振实)装在耐高温的模具内直接进行的粉末烧结。松装烧结主要用来制取透过性大、净化精度要求不很高的多孔材料。

⑶．粉末→粉浆浇注→烧结→粉末冶金成品：将粉末与水（或其他液体如甘油、酒精）制成一定浓度的均匀无聚集颗粒的悬浮粉浆，注入具有所需形状的石膏模中，待石膏模将粉浆中液体吸干后，取出注件后小心去除多余料再进行干燥。最后经过烧结制得成品。

⑷．粉末→压制→烧结→浸透→粉末冶金成品：金属粉末在压模中经过一定的压力压制成形后烧结，再经过熔浸又称浸透，让坯块内孔隙为金属液填充制得致密材料。这样的工艺一般又叫做溶浸烧结，为了提高多孔毛坯的强度等性能，在高温下把多孔毛坯与能润湿它的固态表面的液体金属或合金相接触，由于毛细管作用力，液态金属会充填毛坯中的孔隙。这种工艺适合于制造钨银、钨铜、铁铜等合金材料或制品。

⑸．粉末→压制→烧结→热处理→粉末冶金成品：粉末在经过压制和烧结之后通过热处理来改善金属材料的物理性能已达到产品需求。（热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。）

⑹．粉末→压制→烧结→电镀→粉末冶金成品：粉末在经过压制烧结后制得的金属产品为改善其外观与性能在外层再电镀一层金属。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、光滑性、耐热性和表面美观。

⑺．粉末→压制→预烧结→高温烧结→锻打→拉丝→粉末冶金成品：先进行压制成形后，进行预烧结，即将试样在氮气保护下升温(升温速度为5℃/min)，升温到400℃时保温1h脱蜡;温度到1380℃时，保温1h使烧结物体致密化后，冷却至室温。再进行高温烧结，锻打使结构致密，拉丝使得金属材料横截面积被压缩,并获得所要求的横截面积形状和尺寸，制得成品。

⑻．粉末→压制→预烧结→复压→复烧→粉末冶金成品：复压复烧使得材料制品密度得到很大的提高，材料强度和伸长度得到提高。

⑼．粉末→压制→烧结→精整→浸油→粉末冶金成品：金属塑性加工后，为满足用户对产品在表面质量、尺寸、外形和某些性能方面的最终要求而进行的一系列作业。主要包括火焰清理、热加工后的冷却、卷取、切断、矫直、缺陷的物理检测和修磨(见表面缺陷清理)、标志、包装等工序。再经过浸油得到成品。

⑽．粉末→压制→烧结→锻造→热处理→粉末冶金成品 ⑾．粉末→压制→烧结→轧制→粉末冶金成品 ⑿．粉末→压制→烧结→挤压→粉末冶金成品

⒀．粉末→等静压制→烧结→粉末冶金成品：等静压制对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软模零件表面施以各向大致相等压力的压制成形烧结成成品。

⒁．粉末→轧制→烧结→粉末冶金成品：将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的压辊缝中，即可压轧出具有一定厚度和连续长度且有适当强度的板带材料，在经过烧结既可以得到成品。这种方法可以进行连续操作，能够轧制出成分精确的带材，且工艺过程短，节约能源，成材率较高。

⒂．粉末→挤压→烧结→粉末冶金成品：粉末在压力作用下，通过规定的压模嘴挤成坯块或制品，再经过烧结就制得成品。

粉末冶金工艺中的成形是要制得一定形状和尺寸的压坯，使其具有一定的密度和强度以方便后续的操作。烧结是使得粉末颗粒体之间发生粘结，烧结体的强度增加，密度提高。后处理工序如锻打、拉丝、精整、热处理、电镀等是为了使产品更加符合客户需要，产品性能得到更多的提高。