粉末冶金课后习题答案

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？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

2 、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W03+0.1H2====W02.9+0.1H20 W02.9+0.18H2 ==== W02.72+0.18H20

W02.72+0.72H2 ====W02+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

3、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？

雾化法属机械制粉法，是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法。

二流雾化法是用高速气流或高压水击碎金属液流的，雾化法只要克服液体金属原子间的键合力就能使之分散成粉末，因而雾化过程所消耗的外力比机械粉碎法小得多。

雾化过程是一复杂过程，按雾化介质与金属液流的相互作用的实质，既有物理-机械作用，又有物理-化学变化。四个区：负压紊流区、原始液滴形成区、有效雾化区、冷却凝固区。影响因素：⑴雾化介质：雾化介质类别、气体或谁的压力⑵金属液流:金属液的表面张力和粘度、金属液过热温度、金属液股流直径⑶其他工艺：喷射参数、聚粉装置参数

4 、离心雾化法有什么特点？

利用机械旋转的离心力将金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。综合了气体雾化和旋转盘雾化的特点。雾化法是一种简便的经济粉末生产方法，旋转电极雾化不仅可以雾化低熔点的金属，而且可以制取难容金属粉末

机械粉碎法（球磨的基本规律及其影响因素）

机械粉碎法是靠压碎、击碎、磨削等作用，将块状金属或合金机械的粉碎成粉末的。

球磨的基本规律：1)球磨机转速慢时，球和物体沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。这时的粉碎主要是靠球的摩擦作用。2）球磨机转速较高时，球在离心力作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力作用下掉下来，称为抛落。这时物料不仅靠球体与球体之间的摩擦作用，主要是靠球体落下时的冲击作用而被粉碎，其效果最好。3）继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力式，紧靠衬板的球不脱落筒壁而与筒体一起回转，此时无聊的粉碎作用将停止。

影响因素：1）球磨筒的转速2）装球量3）球料比4）球的大小5）研磨介质6）被研磨料的性质

5、压制前粉末料需进行哪些预处理？其作用如何？

退火：可使氧化物还原，降低碳和其他杂质含量，提高粉末的纯度；还能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的工序，常用来改善粉末的流动性。加成型剂、润滑剂：为了降低压形时粉末颗粒与模壁和模冲间和摩擦、改善压坯的密度分布、减少压模磨损和有利于脱模，加润滑剂。成形剂是为了提高压坯强度或为了防止粉末混合料离析。

6、选择成形剂的原则是什么？成形剂的加入方式有几种？

1有较好的粘结性和润滑性能，在混合粉末中容易均匀分布，且不发生化学变化。2软化点

较高，混合时不易因温度升高而熔化。3混合粉末中不致于因添加这些物质而使其松装密度和流动性明显变差，对烧结体特性也不能产生不利影响。4加热时，从压坯中容易呈液态排出，并且这种气体不影响发热元件、耐火材料的寿命。5对产品外观和性能无不良影响。方式：通常在混料过程中以干粉的形式加入，与主要成分的金属粉末一起混合，在某些场合也以溶液状态加入，此时，先将石蜡或合成橡胶溶于汽油或酒精中，再将它掺入料浆或干的混合料中。压制前，须将其中的汽油或酒精挥发。

7、粉末压制过程的特点怎样？以示意图表示

压力经上模冲传向粉末时，粉末在某种程度上表现有与液体相似的性质，于是引起了侧压力。粉末在压模内所受力的分布是不均匀的，因为粉末颗粒之间彼此摩擦、相互杆楔住，使得压力沿横向的传递比垂直方向难得多。压制过程中也产生摩擦力。中心部与边缘存在压力差。压坯内存在很大内应力。压坯出现膨胀现象-----弹性后效。

8、压制压力、净压力、摩擦压力、侧压力之间的关系怎样？

总压力=净压力+压力损失侧压力小于压制力

9、压制时压力的分布状况怎样？产生压力降的原因是什么？压坯中产生压力分布不均匀的原因有哪些？

由于存在压力损失，上部应力比底部应力大；在接近模冲的上部同一断面，边缘的应力比中心部位大；在远离模冲的底部，中心部位的应力比边缘应力大。由于粉末颗粒之间的摩擦和颗粒与模壁间的外摩擦等，压力不能均匀的全部传递。外摩擦力引起的压力降是导致压力沿高度分布不均匀的根本原因。取决于压坯、原料与压模材料之间的摩擦系数，压坯与压模材料间粘结的倾向，模壁加工的质量，润滑剂，粉末压坯高度，压膜的直径等。而压力在横向的分布不均是由颗粒与颗粒间的内摩擦力造成的。

10、压坯中密度分布不均匀的状况及其产生原因是什么？

压坯的密度分布，在高度方向和横断面上，是不均匀的。在与模冲相接触的压坯上层，密度和硬度都是从中心向边缘逐步增大的，顶部的边缘部分最大；在压坯纵向层中，沿着压坯高度从上而下降低。但是在靠近模壁的层中，由于外摩擦的作用，轴向压力的降低比压坯中心大得多，以致在压坯底部的边缘密度比中心的密度低，因此下层分布与上层相反。压力损失是主要原因。

11、影响压制过程的因素数有哪些？

⑴粉末性能对压制过程的影响：物理性能（粉末的硬度和可塑性、摩擦性能），粉末纯度，粉末粒度及粒度组成，粉末形状，粉末松装密度⑵润滑剂及成型剂：种类及选择原则、用量及效果⑶压制方式：加压方式、加压保持时间、震动压制的影响、磁场压制的影响。

12、烧结理论研究的两个基本问题是什么？为什么说粉末体表面自由能降低是烧结体系自由能降低的主要来源或部分？

一是为什么发生烧结，即烧结的驱动力或热力学问题；二是烧结过程如何进行，即烧结的机构和动力学问题。自由能的降低是烧结过程的原动力，主要包括：(1)由于粉末结合面(烧结颈)的增大和颗粒表面的平直化，粉末体的总表面积和总表面自由能减小；(2)烧结体内部孔隙的总体积和总表面积减小；(3)粉末颗粒内晶格畸变的消除。

13、粉末等温烧结的三个阶段是怎样划分的？实际烧结过程还包括哪些现象？

⑴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。⑵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；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔隙大量消失。烧结体收缩，密度和强度增加是这一阶段主要特征⑶闭孔隙球化和缩小阶段----在这一阶段，整个烧结体仍可缓慢收缩，但主要靠小孔的消失和孔隙数量的减少来实现。可以延续很长时间，但仍残留少量的隔离小孔隙不能消除。还包括:粉

末表面的气体或水分的挥发、氧化物的还原的离解、颗粒内应力的消除、金属的回复和再结晶以及聚晶长大等

14、应用空位体积扩散的学说解释烧结后期孔隙尺寸和形状的变化规律。

弗伦克尔把粘性流动的宏观过程最终归结为原子在应力作用下的自扩散。基本观点是，晶体内存在着超过该温度下平衡浓度的过剩空位，空位浓度梯度就是导致空位或原子定向移动的动力。皮涅斯认为，在颗粒接触面上空位浓度高，原子与空位交换位置，不断地向接触面迁移，使烧结颈长大；而且烧结后期，在闭孔周围的物质内，表面应力使空位的浓度增高，不断向烧结体外扩散，引起孔隙收缩。实际上，空位源远不止是烧结颈表面，还有小孔隙表面、凹面及位错；相应的，可成为空位阱的还有晶界、平面、凸面、大孔隙表面、位错等。因此，当空位由孔隙向颗粒表面扩散以及空位由小孔隙向大孔隙扩散时，烧结体就发生收缩，小孔隙不断消失和平均孔隙尺寸增大。

15、从晶界扩散的烧结机构出发，说明烧结金属的晶粒长大（再结晶）与孔隙借空位向或沿晶界扩散的关系。

靠近晶界的孔隙总是优先消失或减少，而隔离闭孔却长大并可能超过原始粉末的大小。弯曲晶界移动并在扫过的面上消除微孔，但是当晶界移到新位置时，微孔将聚集成大孔隙，对晶界的继续移动起阻碍作用，直至空位通过晶界很快向外扩散，孔隙减小后，晶界又能克服阻力而继续移动。孔隙周围的空位向晶界扩散并被其吸收（或沿晶界向两端扩散，消失在烧结体之外），使孔隙缩小、烧结体收缩。

16、简要叙述粉末粒度和压制压力如何影响单元系固相烧结体系的收缩值？

粉末粒度影响聚晶长大。因为孔隙尺寸随粉末粒度增大而增大，对境界移动的阻力也增加，故聚晶长大趋势小。压制力很高，烧结时由于内应力急剧消除使密度反而降低。缓慢升温，使压坯内气体容易在孔隙封闭前排除，可减少压坯的膨胀。

17、分析影响互溶多元系固相烧结的因素。

烧结温度：原子互扩散系数随温度升高而显著增大。烧结时间：在相同温度下，烧结时间越长，扩散越充分，合金程度就越高。粉末粒度：合金化的速度随粒度减小而增加。压坯密度：增大压制力，将使粉末颗粒间接触面增大，扩散界面增大，加快合金化过程。粉末原料：采用一定数量的欲合金粉或复合粉同完全使用混合粉比较，达到相同的均匀化时间短。杂质：存在在粉末表面或烧结过程形成杂质阻碍颗粒间扩散

18、互不溶系固相烧结的热力学条件是什么？为获得理想的烧结组织，还就满足怎样的充分条件？

A-B的比界面能必须小于A、B单独存在的比表面能之和（即rAB|rA-rB|，那么在两组元的颗粒间形成烧结颈的同时，他们可互相靠拢至某一临界值；如果rAB<|rA-rB|,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。

19、简明阐述液相烧结的溶解- 再析出机构及对烧结后合金组织的影响。

因颗粒大小不同、表面形状不规整，各部位的曲率不相同造成饱和溶解度不相等，引起颗粒之间或颗粒不同部位之间通过液相迁移时，小颗粒或颗粒表面曲率大的部位溶解较多，相反的，溶解物质又在大颗粒表面或具有负曲率的表面析出。在这一阶段，致密化过程已明显减慢，因为这时气孔已基本上消失，而颗粒间距离更缩小。使液相流进孔隙变得更加困难。对组织的影响：溶解和再析出过程使得颗粒外形逐渐趋于球形，固相颗粒发生重结晶长大，冷企鹅后的颗粒多呈卵形，紧密的排列在粘结相内。