第一篇：現(xiàn)代粉末冶金材料課程報告

現(xiàn)代粉末材料課程報告

——關于粉末冶金材料

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2015年4月12日

1.引言

通過這半個學期對“現(xiàn)代粉末材料”選修課的學習，我更加深入地了解了粉末材料這一具有巨大潛能的新材料，下面就分四個方面介紹。

2.粉末冶金的基本定義

粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

廣義的粉末冶金制品業(yè)涵括了鐵石刀具、硬質(zhì)合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狹義的粉末冶金制品業(yè)僅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件(占絕大部分)、含油軸承和金屬射出成型制品等。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

3.粉末冶金的特點

粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。

粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。

（1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。（2）可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學、磁學、光學和力學性能。

（3）可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術(shù)。

（4）可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

（5）可以實現(xiàn)近凈形成形和自動化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。

（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

4.粉末冶金的應用

目前，粉末冶金技術(shù)已被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業(yè)等領域，成為新材料科學中最具發(fā)展活力的分支之一。

粉末冶金相關企業(yè)主要是適用于汽車行業(yè)、裝備制造業(yè)、金屬行業(yè)、航空航天、軍事工業(yè)、儀器儀表、五金工具、電子家電等領域的零配件生產(chǎn)和研究，相關原料、輔料生產(chǎn)，各類粉末制備設備、燒結(jié)設備制造。產(chǎn)品包括軸承、齒輪、硬質(zhì)合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業(yè)中，重型的武器裝備如穿甲彈，魚雷等，飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業(yè)最大的市場，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。概括為以下幾點：

（1）應用：汽車、摩托車、紡織機械、工業(yè)縫紉機、電動工具、五金工具、電器、工程機械、各種粉末冶金（鐵銅基）零件等。

（2）分類：粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。5.一種典型粉末材料應用——鋁粉顏料

鋁是當前應用最廣泛的金屬材料之一，鋁制品及其化合物在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有著重要的用途。下面就以鋁粉的一種廣泛應用——鋁粉顏料為例介紹粉末材料的應用。

鋁粉顏料又稱涂料鋁粉,是常見的金屬顏料之一。

金屬顏料是顏料中的一個特殊種類,它在人類文明發(fā)展史上出現(xiàn)已經(jīng)很久了。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對金屬粉的需求量愈來愈大,種類也隨之增加。常見的金屬粉有鋁粉、鋅粉、鉛粉等,合金形式的金屬粉有銅金粉、鋅鋁粉、不銹鋼粉等。與其它顏料相比較,金屬顏料有它的特殊性。由于粉末狀的金屬顏料是以金屬或合金組成,故有明亮的金屬光澤和顏色。因此,許多金屬顏料用做裝飾性顏料。

鋁粉顏料是鱗片狀粉末,它調(diào)入成膜物并涂裝成膜時,像落葉鋪地一樣與被涂物平行,互相連結(jié),互相遮掩,多層排列,形成屏障,阻斷了成膜物的微細孔,阻止外界有害氣體或有害液體在涂膜中的滲透,保護了涂膜及被涂裝物品。并且正是由于這種片狀結(jié)構(gòu),當它平行于底材排列于涂膜中時,外觀可有平光、銀白到像鍍鉻膜一樣的高亮度。

經(jīng)過100多年不斷的拓展,鋁粉顏料獲得了廣泛的應用。主要應用領域是涂料、塑料和印刷油墨。推動鋁粉顏料向前發(fā)展的最重要的應用領域是涂料工業(yè),特別是汽車涂料。

鋁粉顏料用量最大的三種涂料是:屋頂涂料(增加美觀性,因反射紫外線和紅外線能力強而延長涂料的壽命,多用浮型鋁粉顏料)、保護涂料(利用鋁粉顏料的片狀結(jié)構(gòu)起屏蔽作用,保護鋼結(jié)構(gòu),可用浮型鋁粉,也可用非浮型鋁粉)、裝飾性涂料(利用其隨角異色等光學效應,采用非浮型鋁粉顏料)。

不同用途的涂料對鋁粉顏料的要求是不一樣的。對于應用于海洋涂料、屋頂涂料、保護涂料的鋁粉顏料,要求具有對光和熱的高反射性和耐腐蝕性。對于應用于罐聽涂料和應用于食品包裝用的卷材涂料的鋁粉顏料,要求具有安全無毒性。對于應用于粉末涂料中的鋁粉顏料,要求能承受擠出操作。對于汽車涂料、建筑裝飾和其它裝飾用的卷材涂料以及一般工業(yè)涂料,則要求鋁粉顏料具有較強的閃光性、隨角異色效應和耐候(耐酸)性。目前國外鋁粉顏料的開發(fā)和研究重點是改善產(chǎn)品顏料性能和開拓多種性能的產(chǎn)品。對鋁粉顏料的生產(chǎn)研究,也多是著眼于改進產(chǎn)品質(zhì)量,而基本生產(chǎn)工藝并沒有改變。這種發(fā)展趨勢在很大程度上是因為鋁粉顏料的獨特光學效應得到汽車制造商的認可,從而推動了鋁粉顏料工業(yè)的發(fā)展。當今重點開發(fā)的許多鋁粉顏料產(chǎn)品,如彩色鋁粉顏料、水性漆用鋁粉顏料和高閃光性、高耐酸性鋁粉顏料等都是為滿足汽車工業(yè)發(fā)展的需求而開發(fā)的。

6.總結(jié)

老師曾說，“存在就是合理的”。粉末冶金材料的存在也是有其緣由的。至于存在多久和怎么存在，就需要經(jīng)過市場的檢驗了。我們期待粉末冶金材料的新發(fā)展！

第二篇：粉末冶金材料學

1.粉末冶金技術(shù)的特點（優(yōu)越性）能制造熔鑄法無法獲得的材料和制品

1、難熔金屬及其碳化物、硼化物和硅化物；

2、孔隙可控的多孔材料

3、假合金

4、復合材料；5 微、細晶（準晶）和過飽和固溶的塊體金屬和制品； 能制造性能優(yōu)于同成分熔鑄金屬的粉末冶金材料

1、制造細晶粒、均勻組織和加工性能好的稀有金屬坯錠；

2、制造成分偏析小、細晶、過飽和固熔的高性能合金；

具有高的經(jīng)濟效益

1、少無切削；

2、工序短，效率高；

3、設備通用性好，適合于大批量生產(chǎn)； 2.粉末冶金材料的分類

1、機械材料和零件；

2、多孔材料及制品；

3、硬質(zhì)工具材料

4、電接觸材料；

5、粉末磁性材料；

6、耐熱材料；

7、原子能工程材料；

3.粉末冶金材料的孔隙產(chǎn)生過程及其存在形態(tài)

產(chǎn)生過程： 顆粒間隙（松裝粉末聚集體或粉末成形素坯）燒結(jié)形成孔隙。存在形態(tài)：開孔：與外表面連通的孔隙，半開孔：孔隙只有一端與外表面連通的孔隙，閉孔：與外表面不連通的孔隙，連通孔：互相連通的孔隙

4.孔隙對材料性能影響的基本理論；

減小承載面積；應力集中劑（減小孔隙尺寸、孔隙球化、孔隙內(nèi)表面圓滑處理能有效降低應力集中，從而提高強度和韌性）應力松弛劑：裂紋遇到孔隙后被磨鈍，提高斷裂水平

5.哪些力學性能對孔隙形狀敏感：強度、彈性模量、延伸率、斷裂韌性、沖擊韌性、硬度

7.固溶強化機理 ：晶體中有合金元素，固溶原子與晶體中缺陷的交互作用，溶質(zhì)元素使基體（溶劑）金屬的塑性變形抗力、強度、硬度增大，延性和韌性降低

8.影響固溶度（合金溶解度）的因素：晶格因素，相對尺寸因素，化學親和力，電子濃度因素

9.什么是金屬材料熱處理? 將固態(tài)金屬或合金采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以改變金屬或合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，使材料滿足使用性能要求。

10.加熱奧氏體化時影響粒度的因素：加熱溫度和保溫時間，加熱速度，合金元素，原始組織 11.剛冷卻時等溫轉(zhuǎn)變的基本類型及對應組織結(jié)構(gòu)的名稱

共析鋼等溫轉(zhuǎn)變：珠光體，貝氏體，馬氏體；亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變：奧氏體，鐵素體，珠光體；過共析鋼等溫轉(zhuǎn)變：奧氏體，滲碳體，珠光體 12.燒結(jié)鋼熱處理的工藝特點及注意事項

工藝特點：奧氏體化溫度高：致密鋼為AC+30～50℃，燒結(jié)鋼為AC+100～200℃，密度的要求：燒結(jié)鋼密度過低（＜6.0g/cm3）淬火無任何效果，淬透性比致密鋼差

注意事項：(1)孔隙率＞10%易腐蝕，不能在鹽浴中加熱(2)表面熱處理前應進行封孔處理：滾壓、精整、或氮化、硫化處理(3)加熱時應氣氛保護或添加保護性填料(4)淬火介質(zhì)不能用水。13.燒結(jié)鋼淬透性的影響因素：孔隙度，合金元素，氧、碳含量

14.身高結(jié)鋼合金化的特點：

1、孔隙的影響： 密度低于6.5g/cm3，合金的強化作用很弱；

2、某些強化效果好合金元素，如Cr、Mn易氧化，常以中間合金粉或預合金粉引入；

3、銅和磷常用，4、燒結(jié)鋼中常用的合金元素除碳外，主要有Cu、Ni、Mo、Cr、P等 15.C含量對燒結(jié)Fe-C系結(jié)構(gòu)與性能的影響

珠光體隨C含量而增大而增大，滲碳體隨C含量而增大而增大強度有極大值，塑性（延伸率、斷面收縮率）單調(diào)下降；由于碳分布不均勻，一般燒結(jié)鋼顯微組織為：珠光體+鐵素體+少量滲碳體+孔隙+夾雜 16.常見燒結(jié)碳鋼顯微組織：鐵素體，珠光體，滲碳體

17．影響燒結(jié)碳鋼化合碳含量的因素：

1、石墨加入量，2、燒結(jié)氣氛

3、燒結(jié)溫度

4、燒結(jié)時間

5、氧含量 6.提高粉末冶金材料密度的方法 ： 復壓復燒，溶浸、粉末冶金熱鍛 18.燒結(jié)鋼牌號的標準及識別:

1、燒結(jié)鐵：FTG10—

10、FTG10—

15、FTG10—20；

2、燒結(jié)低碳鋼FTG30—

10、FTG30—

15、FTG30—20；

3、燒結(jié)中碳鋼：FTG60—

15、FTG60—20、FTG60—25；燒結(jié)高碳鋼：FTG90—20、FTG90—

25、FTG90--30 19．20．Fe-Cu系燒結(jié)時Cu、C含量對銅鋼尺寸的影響

1、與Fe-Cu二元系燒結(jié)尺寸變化區(qū)別較大；

2、碳降低Fe-Cu的熔點、降低Cu在γ–Fe中的溶解度，增加液相含量，促進收縮；

3、C加入可顯著改變Fe-Cu-C系燒結(jié)尺寸變化

4、有一個尺寸穩(wěn)定區(qū)：C＜1%；1% ＜ Cu ＜3%；

21．22．23．24.鉬、鎳、錳、鉻在燒結(jié)鋼中的作用及工藝注意事項

Mo的作用：固溶強化、主要是細化晶粒，提高淬透性和防止回火脆性 引入Mo應注意的事項：Mo在鐵中的擴散系數(shù)遠低于C，選用共還原Fe-Mo合金粉或Mo-Fe中間合金粉替代Mo粉 鎳是擴互溶產(chǎn)生固溶強化，在一定添加量內(nèi)鎳可提高強度而不降低韌性。注意事項：鎳在奧氏體鐵中的擴散系數(shù)低于碳和銅，選用細鎳粉并在較高溫度下燒結(jié)（1200℃）；當鎳含量超過2 ～3%時，鎳和碳對收縮同時起作用，溫度越高收縮也越大；引入少量的銅可控制這種過大的收縮。Mn的作用：固溶強化；提高鋼的淬透性 引入Mn應注意：錳與氧親合力強，在一般燒結(jié)氣氛下易氧化且難以還原，應以含碳的母合金形式引入Cr的作用

：提高鋼的強度，還可以改善鋼的抗氧化性和抗腐蝕性。當含量較少時，Cr主要是通過穩(wěn)定過冷奧氏體改善組織而其強化作用 引入Cr應注意：易氧化，采用混合粉燒結(jié)時Cr以Fe-Cr中間合金或σ相粉形式加入到配料中；燒結(jié)時嚴格控制氣氛的露點或真空燒結(jié) 25.磷鋼的燒結(jié)機制

燒結(jié)鋼中加入P可改善和提高強度和韌性1）固溶強化；2）與Fe在1050℃共晶反應，形成液相，促進致密化；3）鐵在鐵素體中的擴散系數(shù)比在奧氏體中的擴散系數(shù)大100倍左右。而P有縮小奧氏體相區(qū)的作用，使鐵在鐵素體相區(qū)或鐵素體+奧氏體雙相區(qū)燒結(jié)，故P能促進鐵的擴散，加速鐵的致密化和孔隙球化4）加P可使Fe-P合金收縮明顯，可分別或同時加入Cu和石墨來抑制收縮 26．采用銅，錫元素混合粉為原料制備錫青銅合金，燒結(jié)時應注意的事項

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

2、為改善錫青銅的性能，一般會引入其它合金元素如P、Zn、Ni等

27．鋅黃銅燒結(jié)為什么優(yōu)先采用合金粉，合金粉燒結(jié)時的注意事項

1、鋅在燒結(jié)時易揮發(fā)，故常用霧化合金粉，但仍存在燒損。注意事項：1）氣氛干燥；2）采用含鋅的填料密封；3）提高升溫和降溫速度

4、燒結(jié)溫度一般控制在固相線以下100℃左右，5、通過復壓復燒將孔隙率降至3～6%，冷鍛和熱鍛都可降至密度提高至97～98%； 28.什么是鎳銀合金？

將黃銅中的鋅用鎳替代10%～20%就得到鎳黃銅，Cu-NI-Zn三元合金呈銀白色，故又稱鎳銀合金。29.什么是燒結(jié)鋁，燒結(jié)鋁的基本工藝過程

鋁合金 包括兩個大類：鑄造鋁合金和變形鋁合金，工藝過程：制粉、混料、壓制、燒結(jié)和后處理等 30.粉末冶金熱鍛對粉末冶金原料的要求

1）優(yōu)先霧化預合金粉，保證成分均勻，有利于合金化和熱處理強化。2）合金元素的選擇要考慮其與氧的親和力。如Cr、Mn、V、Ti、Al等合金元素不宜，當Cr、Mn含量小于1%，進行防氧化處理措施后也可應用；常用的合金元素為Cu、Mo和Ni等。3）原料粉的純度要高，氧含量和非金屬夾雜物含量低。31.鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)材料燒結(jié)工藝及各工藝環(huán)節(jié)的氣氛控制

鐵基粉末冶金零件(主要是燒結(jié)鋼)通常是采用鐵、石墨和合金元素的混合粉經(jīng)壓制和燒結(jié)制成。在燒結(jié)過程中的完成燒結(jié)體與氣氛的反應以及合金化，并決定最終的組織結(jié)構(gòu)。只有制定合理的燒結(jié)工藝，才能獲得合格的燒結(jié)鋼產(chǎn)品。氣氛控制：1．預熱區(qū)Ⅰ段：為了有利于潤滑劑的燒除，此區(qū)需要氧化性氣氛。通常采用的是放熱型氣氛或混有空氣的氮、空氣混合氣體。2．預熱區(qū)Ⅱ段：預熱區(qū)Ⅱ段是氧化物還原區(qū)，此段需要還原性氣氛。通常采用吸熱性氣氛或還原性氮基氣氛。3．燒結(jié)區(qū)：燒結(jié)區(qū)是高溫區(qū)。兩個以上組元的壓坯在此區(qū)域?qū)l(fā)生合金化反應。因此這一區(qū)的氣氛必須要有維持燒結(jié)零件成分的作用。對燒結(jié)鋼而言，需要維持一定的碳勢，通常采用可控碳勢氣氛，如吸熱性氣氛或添加有甲烷的氮基氣氛，并通過調(diào)節(jié)氣氛中CO2、H2O或CH4的含量來維持一定的碳勢。4．預冷區(qū)：對燒結(jié)鋼而言，這一區(qū)為重新滲碳區(qū)。在燒結(jié)區(qū)產(chǎn)生脫碳的燒結(jié)零件，可在這—區(qū)域采用滲碳性氣氛．如CO、CH4含量較高的吸熱性氣氛或含甲烷的氮基氣氛，恢復或增加燒結(jié)鋼零件的碳含量。5．冷卻區(qū)：這一區(qū)的氣氛主要起保護作用，防止燒結(jié)零件氧化(變黑或變藍)，以便獲得正常的顯微結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定、再現(xiàn)性好的燒結(jié)零件。通常采用氮氣和有輕度還原的燒結(jié)氣氛。

32.鐵基粉末冶金零件的水蒸氣表面處理的熱力學和動力學原理：

3FeO+H2O=Fe3O4+H2；Fe+H2O=FeO+H2；3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2（低于570℃）根據(jù)熱力學原理△Z＝RTlnKp，Kp=pH2O/pH2反應取決于蒸汽壓與氫的氣壓比和溫度。在570℃下，只要不斷地通入水蒸氣，反應便會連續(xù)地朝生成Fe3O4的方向進行，因為水蒸氣中不存在氫。動力學：水蒸汽首先吸附于鐵的表面，發(fā)生氧和氫的分解反應，氧原子具有很強的活性，與鐵反應生成Fe3O4的速度很快。由于Fe3O4膜比較致密．在鐵的表面形成連續(xù)的氧化膜。33．燒結(jié)減磨材料常用的潤滑劑

石墨，硫和硫化物，硒化物和碲化物，氟化物，六方氮化硼，一些有機物 34.燒結(jié)含油軸承自潤滑的原理

1）熱的作用：軸旋轉(zhuǎn)時，因摩擦使軸承升溫，導致潤滑油粘度降低并同時受熱膨脹，油便從孔隙中滲出滲出形成油膜、維持潤滑。軸停止工作，軸承溫度降低，油因冷卻而收縮，在毛細管吸力下進入軸承內(nèi)的孔隙內(nèi)儲存起來2）泵的作用：軸旋轉(zhuǎn)時，把潤滑油從一個方向壓入孔隙，油通過軸承內(nèi)的孔隙通道滲至較遠處后又益處到工作面，使?jié)櫥筒粩嘌h(huán)使用、35.鋼背軸瓦復合減摩材料的種類：

1）銅鉛合金（鉛青銅）；2）多孔銅鎳合金，孔隙中浸漬巴氏合金；3）多孔錫青銅浸漬易熔減摩合金（或浸漬氟塑料、浸油）；

36.鋼背-燒結(jié)銅鉛合金雙金屬帶材生產(chǎn)工藝：粉末冶金+壓力加工+機械加工

1）制粉：霧化法制取鉛青銅粉。鉛含量可達50%以上，粉末粒度控制在0.40mm左右；2）鋼帶去銹，調(diào)平，根據(jù)需要可以電鍍銅或錫；3）布粉，布粉厚度在0.4至1.5mm之間，可預先在鋼帶上涂膠以穩(wěn)定粉末；4）還原氣氛下預燒，溫度780～850℃，保溫時間15～20分鐘；5）軋制，精確控制壓下量，以保證全致密，但壓下量過大會導致二次燒結(jié)出汗；6）二次燒結(jié)，工藝同預燒；7）二次精軋制至預定尺寸；8）后加工成軸瓦、軸套：下料、打彎、成形、整形和機械加工；9）電鍍Cu-Sn、Pb-Sn-Cu或Pb-In合金保護膜，膜厚0.05mm。

37.DU和DX復合減摩材料的性能

DU：1）可在干燥條件下工作，2）在-200～280℃范圍內(nèi)減摩性能和耐蝕性基本不變，3）強度高，可承受高的動負荷和靜負荷；4）滑動平穩(wěn)，5）對絕大多數(shù)溶劑和和許多工業(yè)液體（包括水和油）與氣體都是穩(wěn)定的，6）可用于粉塵濃度高的場所，7）適用于轉(zhuǎn)動、擺動、往復運動和滑動等，8）也可在液體潤滑條件下使用

DX：1）不適用于干摩擦，2）涂潤滑脂后壽命比DU長，3）適用范圍不及DU廣，3）在聚甲醛減摩層加入固體潤滑劑，如Pb、PbI2，以改進減摩性能； 38.摩擦材料的分類：

1）石棉摩擦材料2）半金屬摩擦材料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組成及各組元的作用

1.基體組元：其成分、結(jié)構(gòu)決定了摩擦材料的強度、耐熱性和耐磨性

2、潤滑組元：其成分、結(jié)構(gòu)決定了摩擦材料的強度、耐熱性和耐磨性

3、摩擦組元：提高摩擦系數(shù)，消除摩擦對偶件表面從燒結(jié)摩擦片轉(zhuǎn)移過來的金屬，減少對偶表面的擦傷和磨損。摩擦組元不是對配偶件的磨料磨損，而是保證與對偶件達到最佳嚙合，并使對偶表面保持良好的性能。40.低熔點金屬用作潤滑組元的自調(diào)節(jié)原理 在無潤滑摩擦狀態(tài)下，鉛由于摩擦溫升而融化，形成潤滑膜，降低摩擦系數(shù)，同時降低摩擦面的溫度，降溫后鉛又凝固，使摩擦系數(shù)回升至原有水平。稱之為低熔點金屬用作潤滑組元的自調(diào)節(jié)原理。41.粉末冶金摩擦材料的制造工藝

1）鋼背的加工：銅基20鋼，鐵基合金鋼。2）鋼背涂覆：銅基鍍銅（10～15微米）+鍍錫（3～5微米）；鐵基鍍銅+鍍鎳或直接鍍銅，鈍化處理，使用時再酸洗。3）混料：一次混入或逐級混（銅基：Sn→SiO2→Pb→Fe→Cu→石墨；鐵基： 石棉粉→SiO2→BaSO4→Cu→Fe→石墨）、4）壓制：（1）將粉末直接壓在鋼背上（薄離合器片）：鐵基300～600MPa，銅基150～300MPa；（2）先將粉料壓型后再與鋼背疊合（制動片）5）燒結(jié)：壓力：銅基逐步加壓至1MPa。燒結(jié)溫度750～850℃ ；鐵基逐步加壓至1.5～1.8MPa，燒結(jié)溫度1030～1100℃；6）燒結(jié)后處理與檢測 42.粉末冶金多孔材料的主要用途

冶金和化學工業(yè)的高溫、高壓過濾和分離材料，催化反應的催化劑的載體，航空與液壓系統(tǒng)的油類的過濾與凈化，液態(tài)金屬如鈉、鋰和鉍的過濾；航空發(fā)動機和火箭高溫部件的冷卻部件等。43.金屬粉末多孔材料粉末常見的固結(jié)工藝

1、模壓成型與燒結(jié)

2、等靜壓制

3、松裝燒結(jié)

4、粉末增塑擠壓

5、粉漿澆注 44.泡沫金屬材料制備方法及用途

1、化學鍍和電鍍

2、液態(tài)金屬發(fā)泡法

3、熔鹽澆鑄法

4、粉末冶金法

用途：泡沫金屬主要用于：催化劑載體、多孔電極、阻火器、過濾器、消音減震器和熱交換器等。45.多孔材料汞壓入法孔徑測定的基本原理 潤濕現(xiàn)象

46.過濾精度及影響過濾精度的因素

1、過濾精度又稱凈化精度，可用過濾時透過多孔體的最大固體微粒的尺寸表示，也可用過濾時過濾元件所能截留的最小固體微粒的尺寸表示。過濾精度取決于過濾元件的孔徑大小。

2、過濾精度受原料粉末粒度、生產(chǎn)工藝（成形壓力、添加劑含量、燒結(jié)溫度等）和過濾過程等影響 47．影響多孔材料透過性能的因素

1、粉末性能

2、孔隙度

3、材料厚度

4、工作條件

5、制造工藝參數(shù) 48.常見粉末冶金多孔材料的種類

金屬粉末多孔材料，金屬纖維多孔材料，泡沫金屬材料

49.粉末冶金多孔材料用作熱交換材料進行冷卻的方式有哪些

1、發(fā)散冷卻

2、發(fā)汗冷卻

3、自發(fā)汗冷卻

50.接觸電阻：接觸電阻是指兩接觸元件在接觸部位產(chǎn)生的電阻。R=E/I接觸電阻包括兩部分：收縮電阻Rc和膜電阻Rf R=Rc+Rf 51.解釋觸頭材料熔焊現(xiàn)象

熔焊是指觸頭閉合后出現(xiàn)熔化而使開關不再斷開的現(xiàn)象，必須用外力才能拉開觸頭。觸頭熔焊分靜熔焊和動熔焊兩種。靜熔焊：觸頭閉合時，由于觸頭本身的電阻和接觸電阻的存在，使觸頭表面局部熔融而發(fā)生的熔焊。動熔焊：觸頭接通時，由于動觸頭打擊靜觸頭產(chǎn)生彈跳而引起電弧所產(chǎn)生的熔焊。52.電觸頭的破壞形式

1、起弧

2、氧化

3、熔焊

4、橋接 53.電觸頭材料的分類及實例

1、按電流、電壓等級分類：1）高、中壓觸頭材料：主要用于各類高壓重負載斷路器（如空氣斷路器、油斷路器、SF6斷路器及真空斷路器）的觸頭材料 2）低壓觸頭材料：分兩類：保護電器觸頭，控制電器觸頭3）弱電觸頭材料

2、按制造方法分類：1）熔煉加工觸頭材料：包括銅及其合金，銀及其合金，金基合金，鉑族合金；2）燒結(jié)觸頭材料：包括各類假合金、金屬-氧化物觸頭材料以及難熔金屬鎢、鉬觸頭。

3、按材料組合類型分類

1）金屬-金屬 2）金屬-金屬氧化物 3）金屬-無氧難熔化合物 4）金屬-減磨材料 54.壓制燒結(jié)法制備電觸頭材料常用工藝技術(shù)

固相燒結(jié)材料：Ag-Ni，Ag-Fe，Ag（Cu）-石墨，低W的Ag-W和Cu-W，活化燒結(jié)材料：W、Mo觸頭；液相燒結(jié)材料：高W的Cu-W、Ag-W或高WC的Ag-WC觸頭

55.采用壓制-燒結(jié)-復壓-復燒或退火工藝制備銀基觸點的注意事項

銀基觸點不能僅依靠提高壓力來提高密度，因為燒結(jié)時銀粉會釋放氣體，當素坯致密度過高時，孔隙通透性差會影響氣體排放而產(chǎn)生張力使坯體膨脹。必須選擇適當?shù)某尚螇毫蜔Y(jié)溫度，以保證足夠的燒結(jié)收縮以便于用同一模具復壓，該工藝獲得的觸點仍有一定的孔隙度，性能不高。56.壓制-燒結(jié)-擠壓工藝的優(yōu)點

1）擠壓后致密度高達99%，材料的物理機械性能和耐電弧燒損等電性能大為提高；2）材料成分及質(zhì)量較其它方法（如合金內(nèi)氧化法和共沉淀法）易于控制，產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性和一致性好；3）復合體系中的第二組元，如石墨、鎳、氧化物等成纖維狀排布，且纖維排列方向垂直于觸點使用面，耐電弧燒蝕性大大提高。57.Ag-C觸點為什么要進行表面脫碳處理

由于Ag-C觸頭抗熔焊性好，難焊接，在用壓制-燒結(jié)法制取時，均覆以純銀焊接層。燒結(jié)擠壓法沒有純銀覆層，所以要采用脫碳處理，使焊接表面燒出而獲得純銀覆層。58.溶浸法適合制造哪些觸點

該工藝可制備幾乎無孔的觸點，適用于高鎢或鉬的W-Ag、W-Cu、Mo-Cu及高碳化鎢的WC-Ag、WC-Cu等高壓觸點。

59.CdO在銀基觸點中的作用和機理

CdO使觸頭抗熔焊、耐電弧燒損；原因：（1）受熱分解而吸收大量的熱，靠Cd的揮發(fā)去冷卻基體并熄滅電弧；（2）CdO的存在提高了表面熔融物的粘度，防止融化的銀被電弧吹離（3）CdO相當于夾雜聚集在固-液界面，使形成的熔焊物變脆，減少熔焊的危險； 60.與W-Cu觸頭材料相比，Cu-Cr合金有哪些優(yōu)點

既保留了難熔組元-良導電金屬類材料的某些優(yōu)點，又使電流分段能力大為提高；由于Cu和Cr蒸氣壓相當，起弧時二者熔化與蒸發(fā)的量也大致相等，凝固后觸頭材料表面較為光滑平整，成分與熔化前相同，能保持開斷能力不下降；由于Cr與氧的親和力大，吸氧作用好，能使真空度維持在較低的恒定值，有利于觸點介質(zhì)具有較高的介電強度。

61.高性能粉末冶金材料及技術(shù)的特點

1、粉末冶金技術(shù)獲得高性能的基本方法是全致密化：熱壓、熱等靜壓、熱擠壓、粉末熱鍛以及各種粉末坯錠的熱加工；

2、在全致密化的過程中同時實現(xiàn)近終成形（近凈成形），節(jié)省貴重金屬用量，減少能耗

3、化學成分設計上的靈活性和微觀組織結(jié)構(gòu)的完整性方面優(yōu)于熔鑄合金。62.霧化粉末成分偏析現(xiàn)象及原因

a)溫度過冷：形成枝晶，枝晶間距與冷卻速度有關；b)成分過冷：凝固部分的成分不同于殘留的液相，液相內(nèi)含有過剩的溶質(zhì)，形成微偏析，典型的微偏析是晶內(nèi)偏析。

過冷層深形成枝晶凝固，過冷層薄形成胞狀組織 63.粉末冶金熱致密化的流動工藝模型

流動模工藝：比HIP經(jīng)濟的固結(jié)工藝，利用金屬內(nèi)膜在熱壓溫度下軟化，將壓力均勻傳遞到粉末上，達到近似HIP的效果。(1)可采用普通壓機，壓力比HIP高6～10倍；(2)熱壓溫度比HIP低（約1000℃左右），致密化時間可縮至1秒以內(nèi)；(3)合金晶粒極為細小，特別適合RSP粉；(4)流動模采用NI-Cr連續(xù)固溶體，其熔點和軟化溫度可調(diào)，模具可多次使用且能回收利用； 64.什么是氧化物彌散強化型高溫合金

氧化物彌散強化（ODS）高溫合金是一類由熱穩(wěn)定性好的超細氧化物質(zhì)點（大小為幾十個納米以內(nèi)、間距約100納米）均勻彌散在普通高溫合金基體中起補充強化作用的合金，該合金兼有沉淀強化和彌散強化兩種機制，合金經(jīng)熱加工后晶粒具有與定向凝固合金相似的織構(gòu)特征。65.ODS高溫合金的制造工藝過程

（1）粉末原料制備：a、選擇還原法 b、預合金粉末部分氧化法 c、機械合金化法（2）固結(jié)-熱機械加工

66.高速鋼中合金元素及作用

鎢 鎢是造成高速鋼紅硬性的主要元素，而且是強碳化物形成元素。鎢部分固溶于基體，而且與碳原子的親和力強，能提高回火馬氏體的分解溫度；同時鎢的原子半徑大，能提高鐵的自擴散激活能，改善鋼的回火穩(wěn)定性。鎢的碳化物在淬火加熱時很難溶解，對晶粒長大起阻礙作用，能提高淬火加熱溫度以提高奧氏體的合金度；回火時從奧氏體中析出碳化物，彌散分部在馬氏體基體內(nèi)，與碳化釩一起造成鋼的二次硬化效應。部分碳化物留在回火α相中，提高鋼的紅硬性和抗回火性。鎢的不利影響是大幅降低鋼的導熱性和增加碳化物的不均勻分布。

鉬 鉬與鎢同族，晶體結(jié)構(gòu)與原子半徑相近，化學性質(zhì)相同，在鋼中的作用也一樣。鉬也是強碳化物形成元素，能提高鋼的硬度和紅硬性，造成二次硬化。可取替代鎢。含鉬鋼的特點是碳化物偏析程度輕，熱塑性好。由于碳化物(Fe，Mo)6C溶于奧氏體溫度比(Fe，W)6C低，淬火加熱時易出現(xiàn)晶粒長大，過熱敏感型高；同時鉬高速鋼的氧化脫碳傾向也大。

鉻 鉻的主要作用是提高淬透性，含量都在4%左右，鉻主要生成Cr23C6型碳化物，而且與鎢鉬形成復式碳化物，防止鎢鉬的碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的WC和MoC使其以M6C型碳化物存在于鋼中。M6C在淬火加熱時易溶于奧氏體，提高鋼的合金度，增強二次硬化效應和鋼的紅硬性。鉻幾乎全部溶于奧氏體，提高其穩(wěn)定性和淬透性。鉻還能提高鋼的抗氧化、脫碳和抗腐蝕性。當鉻的含量超過4%，將增加殘余奧氏體的量，使淬火后硬度降低。高鉻鋼的殘余奧氏體回火穩(wěn)定性好，增加回火工序的困難。

釩 釩是造成鋼的紅硬性好的主要元素之一，因為它形成穩(wěn)定的VC，回火后以細彌散質(zhì)點析出，硬化作用比鎢更強。鎢靠溶于固溶體中來提高馬氏體回火穩(wěn)定性的。VC的顯微硬度高，對提高耐磨性作用顯著，但釩能降低鋼的被磨削性能。超硬型高速鋼含有較多的釩，如W12Cr4V4Mo 鈷 鈷不形成碳化物，絕大部分溶于固溶體中。鈷能提高萊氏體熔化溫度，是形成碳化物元素更多地溶入奧氏體，增大合金度，從而顯著提高鋼的硬度和紅硬性。鈷還能促進鋼在回火過程中析出彌散度高的碳化物，提高回火硬度。但是，鈷降低鋼的淬透性，而且增加鋼的脆性，脫碳傾向也大。

碳 碳不僅與合金元素形成碳化物，同時還對鋼起固溶強化和提高淬透性的作用。高速鋼的碳含量必須嚴格控制：碳低，不能形成足夠數(shù)量的碳化物，降低淬火加熱時溶于奧氏體的碳與合金元素的含量，導致硬度和紅硬性不足；碳高，增加碳化物的不均勻性，降低鋼的塑性。67.不銹鋼中合金元素的種類及作用

(1)鉻 鉻對耐腐性起主要作用。一是使鋼在氧化性介質(zhì)中鈍化，形成致密的氧化薄膜，防止氧向深層擴散；二是提高Fe的電極電位使其由負變正，提高抗電化學腐蝕能力。11.7%r是不銹鋼的最低Cr含量，電極電位隨Cr含量增加按n/8規(guī)律跳躍式增大；Cr含量超過12.7%，鋼為單一的鐵素體組織。

(2)鎳 鎳是形成穩(wěn)定奧氏體的主要元素。不含Cr時，Ni含量需超過24%才能獲得低碳的奧氏體組織。Ni與Cr配合使用來提高耐蝕性，加入鎳是為了得到單一的奧氏體組織，從而提高其耐腐蝕性和工藝性；控制Ni的含量也可得到奧氏體-鐵素體雙相組織，可通過熱處理強化；

第三篇：粉末冶金材料學

粉末冶金材料學

一、填空題

1、液相沉淀法在粉末冶金中的應用主要有以下四種：金屬置換法、溶液氣體還原法、從熔鹽中沉淀法、輔助金屬浴法。

2、多相反應一個突出特點就是反應中反應物間具有界面。按界面的特點，多相反應一般包括五種類型：固氣反應、固液反應、固固反應、液氣反應、液液反應。

3、霧化法制粉過程中，根據(jù)霧化介質(zhì)對金屬液流作用的方式不同，霧化具有多種形式：平行噴射、垂直噴射、互成角度的噴射。從液態(tài)金屬制取快速冷凝粉末有傳導傳熱和對流傳熱兩種機制，其中基于傳導傳熱的方法有：熔體噴紡法、熔體沾出法；基于對流傳熱機制有：超聲氣體霧化法、離心霧化法、氣體霧化與旋轉(zhuǎn)盤霧化相結(jié)合的霧化法。

粉體顆粒粒度測定方法中的比表面粒徑包括以下三種：吸附法、透過法、潤濕熱法。

鋼的合金化基本原則是

多元適量、復合加入

。細化晶粒對鋼性能的貢獻是

既提高強度又提高塑韌性。

7、在鋼中，常見碳化物形成元素有

Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按強弱順序排列，列舉5個以上）。鋼中二元碳化物分為兩類：rc/rM ≤ 0.59為簡單點陣結(jié)構(gòu)，有 MC 和 M2C 型，其性能特點是 硬度高、熔點高、穩(wěn)定性好 ；

rc/rM > 0.59為 復雜點陣結(jié)構(gòu)，有 M3C、M7C3

和

M23C7

型。

8、選擇零件材料的一般原則是

力學性能、工藝性能

、經(jīng)濟性

和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。

9、奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9晶界腐蝕傾向比較大，產(chǎn)生晶界腐蝕的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6，為防止或減輕晶界腐蝕，在合金化方面主要措施有

加入Ti、Nb 等強碳化物形成元素

、降低鋼中的含C量。

10、影響鑄鐵石墨化的主要因素有

化學成分、冷卻速度

。球墨鑄鐵在澆注時要經(jīng)過

孕育

處理和

球化

處理。QT600-3是 球墨鑄鐵。

11、對耐熱鋼最基本的性能要求是

熱強性

、抗氧化性。

12、鐵基固溶體的形成有一定規(guī)律，影響組元在置換固溶體中溶解情況的因素有：

點陣結(jié)構(gòu)

、電子因素、原子半徑。

13、提高鋼淬透性的主要作用是

獲得均勻的組織，滿足力學性能要求、能采取比較緩慢的冷卻方式以減少變形、開裂傾向。

14、鋼的強化機制主要有 固溶強化、位錯強化、細晶強化、沉淀強化。其中

細晶強化

對鋼性能的貢獻是既提高強度又改善塑、韌性。

15、提高鋼淬透性的作用是 獲得均勻的組織，滿足力學性能要求、能采取比較緩慢的冷卻方式以減少變形、開裂傾向。

16、滾動軸承鋼GCr15的Cr質(zhì)量分數(shù)含量為

1.5%左右。滾動軸承鋼中

碳化物不均勻性主要是指

碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物網(wǎng)狀。

17、選擇零件材料的一般原則是 滿足力學性能要求

、良好的工藝性能、經(jīng)濟性

和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。

18、凡是擴大γ區(qū)的元素均使Fe-C相圖中S、E點向

左下

方移動，例

Mn、Ni 等元素（寫出2個）；凡封閉γ區(qū)的元素使S、E點向

左上

方移動，例 Cr、Mo 等元素（寫出2個）。S點左移意味著

共析碳含量降低。

19、QT600-3是

球墨鑄鐵

，“600”表示

抗拉強度不小于600MPa，“3”表示

延伸率不小于3%

20、H68是

黃銅，LY12是

硬鋁，QSn4-3是

錫青銅。

21、在非調(diào)質(zhì)鋼中常用微合金化元素有 Ti、V

等（寫出2個），這些元素的主要作用是

細晶強化

和

沉淀強化。

22、鋁合金熱處理包括固溶處理和

時效硬化

兩過程，和鋼的熱處理最大的區(qū)別是

沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

23、影響球磨的因素為：球磨筒的轉(zhuǎn)速、裝球量、球料比、球的大小、研磨介質(zhì)、被研磨物料的性質(zhì)。

24、鋼的電化學腐蝕的主要形式有：均勻腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕、腐蝕磨損。

25、影響熔鹽電解過程和電流效率的主要因素有： 電解質(zhì)成分、電介質(zhì)溫度、電流密度和 極間距離。

1、當量球直徑：是指用與顆粒具有相同特征參量的球體直徑來表征單顆粒的尺寸大小。

2、圓形度：與顆粒具有相等投影面積的圓的周長對顆粒投影像的實際周長之比。

3、電能效率：在電解過程中，一定質(zhì)量的物質(zhì)，在理論上所需的電能量與實際消耗的電能量之比。

4、球形度：與顆粒相同體積的相當球體的表面積對顆粒的實際表面積之比。

5、淬硬性：指在理想的淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成的馬氏體組織能夠達到的最高硬度，也稱可硬性。

6、纖維強化材料：將具有高強度的纖維或晶須加到金屬基體中，使金屬得到強化，這樣的材料稱為纖維強化材料。

7、二次顆粒：由多個一次顆粒在沒有冶金鍵合而結(jié)合成粉末顆粒稱為二次顆粒。

8、二流霧化法：由霧化介質(zhì)流體與金屬液流構(gòu)成的霧化體系稱為二流霧化。

9、蠕變極限： 是試樣在一定溫度下和在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生的蠕變變形量或第二階段的蠕變速率等于某規(guī)定值時的最大應力。

10、n/8規(guī)律：是固溶體電極電位隨鉻量的變化規(guī)律。固溶體中的鉻量達到12.5％原子比（即1/8）時，鐵固溶體電極電位有一個突然升高，當鉻量提高到25％原子比（2/8）時,電位有一次突然升高，這現(xiàn)象稱為二元合金固溶體電位的n/8規(guī)律。

11、淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬

度分布的特性，也就是鋼在淬火時能獲得馬氏體的能力。

12、極化：在實際電解過程中，分解電壓比理論分解電壓大，而且，電流密度愈高，超越的數(shù)值就愈大，就每一個電極來說，其偏離平衡電位值也愈多，這種偏離平衡電位的現(xiàn)象稱為極化。

13、臨界轉(zhuǎn)速：機械研磨時，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運動能夠正好經(jīng)過頂點位置而不發(fā)生拋落

14、顆粒分布：

15、硬質(zhì)合金：是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品，具有高強度和高耐磨性的特點。

16、松裝密度：粉末自由充滿規(guī)定的容積內(nèi)所具有的粉末重量成為松裝密度。

17、均相反應：在同一個相中進行的反應，即反應物和生成物或者是氣相的，或者是均勻液相的。、還原法制取鎢粉的過程機理是什么？影響鎢粉粒度的因素有哪些。氫還原。總的反應式：WO3+3H2====W+3H2O。鎢具有4種比較穩(wěn)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? 影響因素：⑴原料：三氧化鎢粒度、含水量、雜質(zhì)⑵氫氣：氫氣的濕度、流量、通氣方向；⑶還原工藝條件：還原溫度、推舟速度、舟中料層厚度；⑷添加劑

彌散強化的機理及其影響因素是什么？它在金屬基復合材料中有何意義。

機理：彌散強化機構(gòu)的代表理論是位錯理論。在彌散強化材料中，彌散相是位錯線運動的障礙，位錯線需要較大的應力才能克服障礙向前移動，所以彌散強化材料的強度高。位錯理論有多種模型用以討論屈服強度、硬化和蠕變。影響因素：

1、彌散相和基體的性質(zhì)；

2、彌散相的幾何因素和形態(tài)；

3、彌散相與基體之間的作用；

4、壓力加工；

5、生產(chǎn)方法。意義：

1、再結(jié)晶溫度高，組織穩(wěn)定；

2、屈服強度和抗拉強度高；

3、隨溫度提高硬度下降得少；

4、高溫蠕變性能好；

5、疲勞強度高；

6、高的傳導性。

3、簡述提高耐熱鋼熱強性的途徑。

提高鋼熱強性的途徑：強化基體（固溶體強化）、強化晶界（晶界強度增加）、彌散強化（碳化物彌散硬化）。?固溶體強化是耐熱鋼高溫強化的重要方法之一，加入合金元素，以增加原子之間的結(jié)合力，可使固溶體強化，外來原子溶入固溶體使晶格畸變，能提高強度；耐熱鋼中加入微量的硼或鋯或稀土元素后，可以凈化晶界，提高晶界的強度；碳化物相沉淀在位錯上，能阻礙位錯的移動，穩(wěn)定的碳化物彌散分布在固溶體內(nèi)，就能顯著地提高鋼的強度和硬度。

4、球墨鑄鐵的強度和塑韌性都要比灰口

鑄鐵好。

答案要點：灰鐵：G形態(tài)為片狀，易應力集中，產(chǎn)生裂紋，且G割裂基體嚴重，使材料有效承載面積大為減小。而球鐵：G形態(tài)為球狀，基體是連續(xù)的，相對而言，割裂基體的作用小，基體可利用率可達70~90%；且球狀G應力集中傾向也大為減小。因此鋼的熱處理強化手段在球鐵中基本都能采用，所以其強度和塑韌性都要比灰口鑄鐵好。鋁合金的晶粒粗大，不能靠重新加熱熱處理來細化。答案要點：

由于鋁合金不象鋼基體在加熱或冷卻時可以發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此不能像鋼一樣可以通過加熱和冷卻發(fā)生重結(jié)晶而細化晶粒。

6、在一般鋼中，應嚴格控制雜質(zhì)元素S、P的含量。答案要點：

S能形成FeS，其熔點為989℃，鋼件在大于1000℃的熱加工溫度時FeS會熔化，所以易產(chǎn)生熱脆；P能形成Fe3P，性質(zhì)硬而脆，在冷加工時產(chǎn)生應力集中，易產(chǎn)生裂紋而形成冷脆。

7、試總結(jié)Ni元素在合金鋼中的作用，并簡要說明原因。答案要點：

1）↑基體韌度 → Ni↓位錯運動阻力，使應力松弛； 2）穩(wěn)定A，→ Ni↓A1，擴大γ區(qū)，量大時，室溫為A組織； 3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”線右移，Cr-Ni復合效果更好； 4）↑回火脆性 → Ni促進有害元素偏聚； 5）↓Ms，↑Ar → ↓馬氏體相變驅(qū)動力。

8、試總結(jié)Si元素在合金中的作用，并簡要說明原因。1）↑σ，↓可切削性 → 固溶強化效果顯著； 2）↑低溫回火穩(wěn)定性 → 抑制ε-K形核長大及轉(zhuǎn)變； 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；

（2分）

4）↑淬透性 → 阻止K形核長大，使“C”線右移，高C時作用較大； 5）↑淬火溫度 → F形成元素，↑A1 ；

6）↑脫C、石墨化傾向 → Si↑碳活度，含Si鋼脫C傾向大。（2分）試從合金化原理角度分析9Mn2V鋼的主要特點。1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR較多，約20~22%，使工件變形較小； 3）V能克服Mn的缺點，↓過熱敏感性，且能細化晶粒；

4）含0.9%C左右，K細小均勻，但鋼的硬度稍低，回火穩(wěn)定性較差，宜在200℃以下回火；

5）鋼中的VC使鋼的磨削性能變差。9Mn2V廣泛用于各類輕載、中小型冷作模具。

從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要有哪些途徑。1）加入Ti、V、W、Mo等強碳化物形成元素，細化晶粒； 2）提高回火穩(wěn)定性，加入Ti、V等強碳化物形成元素和Si元素； 3）改善基體韌性，主要是加入Ni元素；

4）細化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、勻、圓；

5）降低或消除鋼的回火脆性，主要是Mo、W元素比較有效；（2分）

11、高錳鋼（Z

GMn13）在Acm以上溫度加熱后空冷得到大量的馬氏體，而水冷卻可得到全部奧氏體組織。答案要點：高錳鋼在Acm以上溫度加熱后得到了單一奧氏體組織，奧氏體中合金度高（高C、高Mn），使鋼的Ms低于室溫以下。如快冷，就獲得了單一奧氏體組織，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奧氏體的合金度降低，Ms上升，所以空冷時發(fā)生相變，得到了大量的馬氏體。

12、簡述高速鋼中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速鋼在淬火加熱時，如產(chǎn)生欠熱、過熱和過燒現(xiàn)象，在金相組織上各有什么特征。高速鋼的鑄態(tài)組織為：黑色組織（混合型）+白亮組織（M和AR）+萊氏體，高速鋼鑄態(tài)組織圖（略）。

W：提高紅硬性、耐磨性的主要元素；V：提高紅硬性、耐磨性的重要元素，一般高速鋼都含V，V能有效細化晶粒，且VC也細小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠熱：晶粒很細小，K很多；過熱：晶粒較大，K較少；過燒：晶界有熔化組織，即魚骨狀或黑色組織。

高速鋼有很好的紅硬性，但不宜制造熱錘鍛模。

答案要點：高速鋼雖有高的耐磨性、紅硬性，但韌性比較差、在較大沖擊力下抗熱疲勞性能比較差，高速鋼沒有能滿足熱錘鍛模服役條件所需要高韌性和良好熱疲勞性能的要求。

15、試定性比較40Cr、40CrNi、40CrNiMo鋼的淬透性、回火脆性、韌度和回火穩(wěn)定性，并簡要說明原因。

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

度：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Ni↑韌性，Mo細化晶粒。回穩(wěn)性：40Cr、40CrNi ＜ 40CrNiMo；Mo↑回穩(wěn)性。Ni影響不大。

16、高速鋼的熱處理工藝比較復雜，試回答下列問題： 1）淬火加熱時，為什么要預熱?

2）高速鋼W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加熱溫度在1200~1240℃，淬火加熱溫度為什么這樣高? 3）高速鋼回火工藝一般為560℃左右，并且進行三次，為什么? 4）淬火冷卻時常用分級淬火，分級淬火目的是什么? 1）高速鋼合金量高，特別是W，鋼導熱性很差。預熱可減少工件加熱過

程中的變形開裂傾向；縮短高溫保溫時間，減少氧化脫碳；可準確地控制爐溫穩(wěn)定性。

2）因為高速鋼中碳化物比較穩(wěn)定，必須在高溫下才能溶解。而高速鋼淬火目的是獲得高合金度的馬氏體，在回火時才能產(chǎn)生有效的二次硬化效果。

3）由于高速鋼中高合金度馬氏體的回火穩(wěn)定性非常好，在560℃左右回火，才能彌散析出特殊碳化物，產(chǎn)生硬化。同時在560℃左右回火，使材料的組織和性能達到了最佳狀態(tài)。一次回火使大部分的殘留奧氏體發(fā)生

了馬氏體轉(zhuǎn)變，二次回火使第一次回火時產(chǎn)生的淬火馬氏體回火，并且使殘留奧氏體更多地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，三次回火可將殘留奧氏體控制在合適的量，并且使內(nèi)應力消除得更徹底。4）分級淬火目的：降低熱應力和組織應力，盡可能地減小工件的變形與開裂。

一、填空題

1、液相沉淀法在粉末冶金中的應用主要有以下四種：金屬置換法、溶液氣體還原法、從熔鹽中沉淀法、輔助金屬浴法。

2、多相反應一個突出特點就是反應中反應物間具有界面。按界面的特點，多相反應一般包括五種類型：固氣反應、固液反應、固固反應、液氣反應、液液反應。

3、霧化法制粉過程中，根據(jù)霧化介質(zhì)對金屬液流作用的方式不同，霧化具有多種形式：平行噴射、垂直噴射、互成角度的噴射。從液態(tài)金屬制取快速冷凝粉末有傳導傳熱和對流傳熱兩種機制，其中基于傳導傳熱的方法有：熔體噴紡法、熔體沾出法；基于對流傳熱機制有：超聲氣體霧化法、離心霧化法、氣體霧化與旋轉(zhuǎn)盤霧化相結(jié)合的霧化法。

粉體顆粒粒度測定方法中的比表面粒徑包括以下三種：吸附法、透過法、潤濕熱法。

鋼的合金化基本原則是

多元適量、復合加入

。細化晶粒對鋼性能的貢獻是

既提高強度又提高塑韌性。

7、在鋼中，常見碳化物形成元素有

Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按強弱順序排列，列舉5個以上）。鋼中二元碳化物分為兩類：rc/rM ≤ 0.59為簡單點陣結(jié)構(gòu)，有 MC 和 M2C 型，其性能特點是 硬度高、熔點高、穩(wěn)定性好 ；

rc/rM > 0.59為 復雜點陣結(jié)構(gòu)，有 M3C、M7C3

和

M23C7

型。

8、選擇零件材料的一般原則是

力學性能、工藝性能

、經(jīng)濟性

和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。

9、奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9晶界腐蝕傾向比較大，產(chǎn)生晶界腐蝕的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6，為防止或減輕晶界腐蝕，在合金化方面主要措施有

加入Ti、Nb 等強碳化物形成元素

、降低鋼中的含C量。

10、影響鑄鐵石墨化的主要因素有

化學成分、冷卻速度

。球墨鑄鐵在澆注時要經(jīng)過

孕育

處理和

球化

處理。QT600-3是 球墨鑄鐵。

11、對耐熱鋼最基本的性能要求是

熱強性

、抗氧化性。

12、鐵基固溶體的形成有一定規(guī)律，影響組元在置換固溶體中溶解情況的因素有：

點陣結(jié)構(gòu)

、電子因素、原子半徑。

13、提高鋼淬透性的主要作用是

獲得均勻的組織，滿足力學性能要求、能采取比較緩慢的冷卻方式以減少變形、開裂傾向。

14、鋼的強化機制主要有 固溶強化、位錯強化、細晶強化、沉淀強

化。其中

細晶強化

對鋼性能的貢獻是既提高強度又改善塑、韌性。

15、提高鋼淬透性的作用是 獲得均勻的組織，滿足力學性能要求、能采取比較緩慢的冷卻方式以減少變形、開裂傾向。

16、滾動軸承鋼GCr15的Cr質(zhì)量分數(shù)含量為

1.5%左右。滾動軸承鋼中碳化物不均勻性主要是指

碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物網(wǎng)狀。

17、選擇零件材料的一般原則是 滿足力學性能要求

、良好的工藝性能、經(jīng)濟性

和環(huán)境協(xié)調(diào)性等其它因素。

18、凡是擴大γ區(qū)的元素均使Fe-C相圖中S、E點向

左下

方移動，例

Mn、Ni 等元素（寫出2個）；凡封閉γ區(qū)的元素使S、E點向

左上

方移動，例 Cr、Mo 等元素（寫出2個）。S點左移意味著

共析碳含量降低。

19、QT600-3是

球墨鑄鐵

，“600”表示

抗拉強度不小于600MPa，“3”表示

延伸率不小于3%

20、H68是

黃銅，LY12是

硬鋁，QSn4-3是

錫青銅。

21、在非調(diào)質(zhì)鋼中常用微合金化元素有 Ti、V

等（寫出2個），這些元素的主要作用是

細晶強化

和

沉淀強化。

22、鋁合金熱處理包括固溶處理和

時效硬化

兩過程，和鋼的熱處理最大的區(qū)別是

沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

23、影響球磨的因素為：球磨筒的轉(zhuǎn)速、裝球量、球料比、球的大小、研磨介質(zhì)、被研磨物料的性質(zhì)。

24、鋼的電化學腐蝕的主要形式有：均勻腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕、腐蝕磨損。

25、影響熔鹽電解過程和電流效率的主要因素有： 電解質(zhì)成分、電介質(zhì)溫度、電流密度和 極間距離。

二、名詞解釋

1、當量球直徑：是指用與顆粒具有相同特征參量的球體直徑來表征單顆粒的尺寸大小。

2、圓形度：與顆粒具有相等投影面積的圓的周長對顆粒投影像的實際周長之比。

3、電能效率：在電解過程中，一定質(zhì)量的物質(zhì)，在理論上所需的電能量與實際消耗的電能量之比。

4、球形度：與顆粒相同體積的相當球體的表面積對顆粒的實際表面積之比。

5、淬硬性：指在理想的淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成的馬氏體組織能夠達到的最高硬度，也稱可硬性。

6、纖維強化材料：將具有高強度的纖維或晶須加到金屬基體中，使金屬得到強化，這樣的材料稱為纖維強化材料。

7、二次顆粒：由多個一次顆粒在沒有冶金鍵合而結(jié)合成粉末顆粒稱為二次顆粒。

8、二流霧化法：由霧化介質(zhì)流體與金屬液流構(gòu)成的霧化體系稱為二流霧化。

9、蠕變極限： 是試樣在一定溫度下和在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生的蠕變變形量或第二階段的蠕變速率等于某規(guī)定值時的最大應力。

10、n/8

規(guī)律：是固溶體電極電位隨鉻量的變化規(guī)律。固溶體中的鉻量達到12.5％原子比（即1/8）時，鐵固溶體電極電位有一個突然升高，當鉻量提高到25％原子比（2/8）時,電位有一次突然升高，這現(xiàn)象稱為二元合金固溶體電位的n/8規(guī)律。

11、淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，也就是鋼在淬火時能獲得馬氏體的能力。

12、極化：在實際電解過程中，分解電壓比理論分解電壓大，而且，電流密度愈高，超越的數(shù)值就愈大，就每一個電極來說，其偏離平衡電位值也愈多，這種偏離平衡電位的現(xiàn)象稱為極化。

13、臨界轉(zhuǎn)速：機械研磨時，使球磨筒內(nèi)小球沿筒壁運動能夠正好經(jīng)過頂點位置而不發(fā)生拋落

14、顆粒分布：

15、硬質(zhì)合金：是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品，具有高強度和高耐磨性的特點。

16、松裝密度：粉末自由充滿規(guī)定的容積內(nèi)所具有的粉末重量成為松裝密度。

17、均相反應：在同一個相中進行的反應，即反應物和生成物或者是氣相的，或者是均勻液相的。

三、簡答題、還原法制取鎢粉的過程機理是什么？影響鎢粉粒度的因素有哪些。氫還原。總的反應式：WO3+3H2====W+3H2O。鎢具有4種比較穩(wěn)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? 影響因素：⑴原料：三氧化鎢粒度、含水量、雜質(zhì)⑵氫氣：氫氣的濕度、流量、通氣方向；⑶還原工藝條件：還原溫度、推舟速度、舟中料層厚度；⑷添加劑

彌散強化的機理及其影響因素是什么？它在金屬基復合材料中有何意義。

機理：彌散強化機構(gòu)的代表理論是位錯理論。在彌散強化材料中，彌散相是位錯線運動的障礙，位錯線需要較大的應力才能克服障礙向前移動，所以彌散強化材料的強度高。位錯理論有多種模型用以討論屈服強度、硬化和蠕變。

影響因素：

1、彌散相和基體的性質(zhì)；

2、彌散相的幾何因素和形態(tài)；

3、彌散相與基體之間的作用；

4、壓力加工；

5、生產(chǎn)方法。意義：

1、再結(jié)晶溫度高，組織穩(wěn)定；

2、屈服強度和抗拉強度高；

3、隨溫度提高硬度下降得少；

4、高溫蠕變性能好；

5、疲勞強度高；

6、高的傳導性。

3、簡述提高耐熱鋼熱強性的途徑。

提高鋼熱強性的途徑：強化基體（固溶體強化）、強化晶界（晶界強度增加）、彌散強化（碳化物彌散硬化）。?固溶體強化是耐熱鋼高溫強化的重要方法之一，加入合金元素，以增加原子之間的結(jié)合力，可使

固溶體強化，外來原子溶入固溶體使晶格畸變，能提高強度；耐熱鋼中加入微量的硼或鋯或稀土元素后，可以凈化晶界，提高晶界的強度；碳化物相沉淀在位錯上，能阻礙位錯的移動，穩(wěn)定的碳化物彌散分布在固溶體內(nèi)，就能顯著地提高鋼的強度和硬度。

4、球墨鑄鐵的強度和塑韌性都要比灰口鑄鐵好。

答案要點：灰鐵：G形態(tài)為片狀，易應力集中，產(chǎn)生裂紋，且G割裂基體嚴重，使材料有效承載面積大為減小。而球鐵：G形態(tài)為球狀，基體是連續(xù)的，相對而言，割裂基體的作用小，基體可利用率可達70~90%；且球狀G應力集中傾向也大為減小。因此鋼的熱處理強化手段在球鐵中基本都能采用，所以其強度和塑韌性都要比灰口鑄鐵好。鋁合金的晶粒粗大，不能靠重新加熱熱處理來細化。答案要點：

由于鋁合金不象鋼基體在加熱或冷卻時可以發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，因此不能像鋼一樣可以通過加熱和冷卻發(fā)生重結(jié)晶而細化晶粒。

6、在一般鋼中，應嚴格控制雜質(zhì)元素S、P的含量。答案要點：

S能形成FeS，其熔點為989℃，鋼件在大于1000℃的熱加工溫度時FeS會熔化，所以易產(chǎn)生熱脆；P能形成Fe3P，性質(zhì)硬而脆，在冷加工時產(chǎn)生應力集中，易產(chǎn)生裂紋而形成冷脆。

7、試總結(jié)Ni元素在合金鋼中的作用，并簡要說明原因。答案要點： 1）↑基體韌度 → Ni↓位錯運動阻力，使應力松弛； 2）穩(wěn)定A，→ Ni↓A1，擴大γ區(qū)，量大時，室溫為A組織； 3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”線右移，Cr-Ni復合效果更好； 4）↑回火脆性 → Ni促進有害元素偏聚； 5）↓Ms，↑Ar → ↓馬氏體相變驅(qū)動力。

8、試總結(jié)Si元素在合金中的作用，并簡要說明原因。答案要點：

1）↑σ，↓可切削性 → 固溶強化效果顯著； 2）↑低溫回火穩(wěn)定性 → 抑制ε-K形核長大及轉(zhuǎn)變； 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；

（2分）

4）↑淬透性 → 阻止K形核長大，使“C”線右移，高C時作用較大； 5）↑淬火溫度 → F形成元素，↑A1 ；

6）↑脫C、石墨化傾向 → Si↑碳活度，含Si鋼脫C傾向大。（2分）試從合金化原理角度分析9Mn2V鋼的主要特點。1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR較多，約20~22%，使工件變形較小； 3）V能克服Mn的缺點，↓過熱敏感性，且能細化晶粒；

4）含0.9%C左右，K細小均勻，但鋼的硬度稍低，回火穩(wěn)定性較差，宜在200℃以下回火；

5）鋼中的VC使鋼的磨削性能變差。9Mn2V廣泛用于各類輕載、中小型冷作模具。

從合金化角度考慮，提高鋼的韌度主要有

哪些途徑。

1）加入Ti、V、W、Mo等強碳化物形成元素，細化晶粒； 2）提高回火穩(wěn)定性，加入Ti、V等強碳化物形成元素和Si元素； 3）改善基體韌性，主要是加入Ni元素；

4）細化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、勻、圓；

5）降低或消除鋼的回火脆性，主要是Mo、W元素比較有效；（2分）

11、高錳鋼（ZGMn13）在Acm以上溫度加熱后空冷得到大量的馬氏體，而水冷卻可得到全部奧氏體組織。

答案要點：高錳鋼在Acm以上溫度加熱后得到了單一奧氏體組織，奧氏體中合金度高（高C、高Mn），使鋼的Ms低于室溫以下。如快冷，就獲得了單一奧氏體組織，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奧氏體的合金度降低，Ms上升，所以空冷時發(fā)生相變，得到了大量的馬氏體。

12、簡述高速鋼中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速鋼在淬火加熱時，如產(chǎn)生欠熱、過熱和過燒現(xiàn)象，在金相組織上各有什么特征。高速鋼的鑄態(tài)組織為：黑色組織（混合型）+白亮組織（M和AR）+萊氏體，高速鋼鑄態(tài)組織圖（略）。

W：提高紅硬性、耐磨性的主要元素；V：提高紅硬性、耐磨性的重要元素，一般高速鋼都含V，V能有效細化晶粒，且VC也細小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠熱：晶粒很細小，K很多；過熱：晶粒較大，K較少；過燒：晶界有熔化組織，即魚骨狀或黑色組織。

高速鋼有很好的紅硬性，但不宜制造熱錘鍛模。

高速鋼雖有高的耐磨性、紅硬性，但韌性比較差、在較大沖擊力下抗熱疲勞性能比較差，高速鋼沒有能滿足熱錘鍛模服役條件所需要高韌性和良好熱疲勞性能的要求。

15、試定性比較40Cr、40CrNi、40CrNiMo鋼的淬透性、回火脆性、韌度和回火穩(wěn)定性，并簡要說明原因。

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

度：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Ni↑韌性，Mo細化晶粒。回穩(wěn)性：40Cr、40CrNi ＜ 40CrNiMo；Mo↑回穩(wěn)性。Ni影響不大。

16、高速鋼的熱處理工藝比較復雜，試回答下列問題： 1）淬火加熱時，為什么要預熱?

2）高速鋼W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加熱溫度在1200~1240℃，淬火加熱溫度為什么這樣高? 3）高速鋼回火工藝一般為560℃左右，并且進行三次，為什么? 4）淬火冷卻時常用分級淬火，分級淬火目的是什么? 1）高速鋼合金量高，特別是W，鋼導熱性很差。預熱可減少工件加熱過

程中的變形開裂傾向；縮短高溫保溫時間，減少氧化脫碳；可準確地控制爐溫穩(wěn)定性。

2）因為高速鋼中碳化物比較穩(wěn)定，必須在高溫下才能溶解

。而高速鋼淬火目的是獲得高合金度的馬氏體，在回火時才能產(chǎn)生有效的二次硬化效果。

3）由于高速鋼中高合金度馬氏體的回火穩(wěn)定性非常好，在560℃左右回火，才能彌散析出特殊碳化物，產(chǎn)生硬化。同時在560℃左右回火，使材料的組織和性能達到了最佳狀態(tài)。一次回火使大部分的殘留奧氏體發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變，二次回火使第一次回火時產(chǎn)生的淬火馬氏體回火，并且使殘留奧氏體更多地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，三次回火可將殘留奧氏體控制在合適的量，并且使內(nèi)應力消除得更徹底。

4）分級淬火目的：降低熱應力和組織應力，盡可能地減小工件的變形與開裂。

第四篇：現(xiàn)代粉末冶金材料與技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代粉末冶金材料與技術(shù)的發(fā)展 概述

粉末冶金是研究金屬、合金、非金屬和化合物的粉末及其材料的性質(zhì)和制造理論與工藝的技術(shù)科學，是現(xiàn)代材料科學與工程發(fā)展最為迅猛的領域之一。

近代以來, 粉末冶金有了突破性進展，在西方發(fā)達國家更呈現(xiàn)出了加速發(fā)展的勢態(tài), 一系列新技術(shù)、新工藝大量涌現(xiàn)，例如, 超微粉或納米粉制備技術(shù)、快速冷 凝技術(shù)、機械合金化、粉末熱等靜壓、溫壓、粉末熱鍛、粉末擠壓、粉末注射形、粉末噴射成形、自蔓延高溫合成、涂層技術(shù)、電火花燒結(jié)、反應燒結(jié)、超固相線燒結(jié)、瞬時液相燒結(jié)、激光燒結(jié)、微波燒結(jié), 等等。

現(xiàn)代粉末冶金不但保持和發(fā)展了傳統(tǒng)優(yōu)點—實現(xiàn)少切削、無切削加工, 實現(xiàn)少偏析或無偏析, 低耗、節(jié)能、節(jié)材；易控制產(chǎn)品孔隙度；易實現(xiàn)金屬一非金屬復合、金屬一高分子復合, 而且新技術(shù)賦予傳統(tǒng)工藝步驟以新的內(nèi)容和含義, 使粉末冶金成為制取各種高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料和極限條件下工作材料的有效途徑。因此, 整個粉末冶金領域大大拓寬, 并向著縱深方向發(fā)展, 粉末冶金已由二類傳統(tǒng)工藝技術(shù)發(fā)展成為一門新興的技術(shù)科學, 它處于冶金科學與材料科學的交匯區(qū), 并且已深入地滲透到幾乎所有的冶金和材料科學的分支科學中去了。

由于技術(shù)上和經(jīng)濟上具有巨大的優(yōu)越性,粉末冶金技術(shù)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟的各個部門和國防建設的各個領域都得到了廣泛應用, 對機械、電子、化工、能源、航空、航天乃至農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及科技的進步, 都起到了重要的推動作用, 創(chuàng)造了巨大的社會財富, 帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。現(xiàn)代粉末冶金發(fā)展的主要特點

（一）新技術(shù)、新工藝大量涌現(xiàn)

新技術(shù)新工藝的應用, 使得粉末的制備朝著超微、超細、速凝、高純、均質(zhì)、成分可調(diào)控、大規(guī)模、多品種方向發(fā)展, 粉末冶金材料的制造朝著復合、全致密、高性能、高精度、復雜形狀、大批量系列化方向發(fā)展。

（二）新材料層出不窮

粉末冶金已發(fā)展成為制取各種高性能結(jié)構(gòu)材料和特種功能材料以及極限條件使用材料的有效途徑。這些新材料包括粉末低合金鋼、粉末高溫合金、粉末高速鋼、粉末不銹鋼、快速冷凝鋁合金、快速冷凝欽合金、彌散強化合金、高溫超導材料、欽鐵硼永磁材料、特種陶瓷、金屬基和陶瓷基復合材料、納米材料、梯度功能材料、粉末摩擦材料、涂層硬質(zhì)合金,等等。

（三）近凈型成形技術(shù)的崛起加速了粉末冶金的迅速發(fā)展

粉末冶金作為一項典型的近凈型成形制造技術(shù), 以它獨有的少切削、無切削及節(jié)材、節(jié)能的技術(shù)特點, 在與傳統(tǒng)的熔鑄、機加工競爭中不斷發(fā)展。近幾十年來,許多新的近型成形技術(shù)不斷涌現(xiàn), 如金屬注射成形、粉末噴射成形、粉末熱鍛和粉末熱等靜壓等使得粉末冶金產(chǎn)品更加接近最終產(chǎn)品形狀, 并且拓寬了粉末冶金近型成形產(chǎn)品的范圍。

（四）復合材料及其制造技術(shù)的發(fā)展為粉末冶金開拓了新的領域

目前, 復合材料的發(fā)展形成由宏觀復合形式向微觀復合形式發(fā)展、由結(jié)構(gòu)復合材料為主向與功能復合材料并重的局面。粉末冶金以它獨有的粉末混合、化學復合、機械合金化、涂層、骨架熔滲與浸潰、纖維網(wǎng)粉漿澆注、快速冷凝和原位復合等特長在復合材料制造中充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢, 在金屬基、陶瓷基復合材料和彌散強化、顆粒強化及纖維增強復合制造技術(shù)中顯示鮮明的特色。粉末冶金材料

3.1 傳統(tǒng)粉末冶金材料

（1）鐵基粉末冶金材料：鐵基粉末冶金材料是最重要的粉末冶金材料之一, 特別是汽車行業(yè)的快速發(fā)展對鐵基粉末冶金行業(yè)起了很大的推動作用。

（2）銅基粉末冶金材料：燒結(jié)銅基零件具有較好的耐蝕性、表面光潔及無磁性等優(yōu)點。銅基材料主要有燒結(jié)青銅(錫青銅和鋁青銅)、燒結(jié)黃銅、燒結(jié)鎳銀和燒結(jié)銅鎳合金, 此外還有彌散強化銅(如Cu2Al2O3)、燒結(jié)時效強化銅合金(Cu2Be、Cu2Be2Co和Cu2Cr合金)以及用于減震的燒結(jié)Cu2Mn合金。

（3）難熔金屬與硬質(zhì)合金：難熔金屬(鎢、鉬、鉭、鈮等)及其合金、復合材料以其高熔點、高硬度、高強度等獨特的物理與力學性能而廣泛應用于國防軍工、航空航天、電子信息、能源、防化、冶金和核工業(yè)等領域。硬質(zhì)合金是指以一種或多種難熔金屬的碳化物(如碳化鎢、碳化鈦等)作為硬質(zhì)相, 用金屬粘結(jié)劑作為粘結(jié)相, 經(jīng)粉末冶金技術(shù)制造出來的材料。硬質(zhì)合金廣泛用作切削刀具、礦用刀片和異型件, 已成為現(xiàn)代工業(yè)部門和新技領域不可缺少的工具材料, 被譽為“現(xiàn)代工業(yè)的牙齒”。

（4）粉末冶金電工材料：在電器、儀表及電工技術(shù)中, 廣泛應用于各種分斷和接通電路的電接觸元件、電阻焊用的電極以及電機上用于轉(zhuǎn)換電流的電刷。在無線電技術(shù)中, 普遍使用各種難熔化合物制成的各種固定電阻器。在真空技術(shù)中使用各種電子管陰極制品、各種電加熱元件和熱電偶材料。以上這些材料常常采用粉末冶金技術(shù)制造, 統(tǒng)稱為粉末冶金電工材料。

（5）燒結(jié)摩擦與減摩材料：摩擦材料以提高摩擦磨損性能為目的, 用于摩擦離合器與摩擦制動器的摩擦部分的材料稱為摩擦材料。燒結(jié)減摩材料是用粉末冶金方法制造的、具有低摩擦系數(shù)和高耐磨性能的金屬材料或金屬和非金屬的復合材料。

3.2 先進粉末冶金材料

（1）信息領域用粉末冶金材料：粉末冶金軟磁材料按材質(zhì)分類 可分為金屬軟磁材料和鐵氧體軟磁材料。鐵氧體軟磁材料出現(xiàn)較早, 是一種只能用粉末冶金燒結(jié)方法制造的軟磁材料。人們期望燒結(jié)軟磁材料具有高的磁導率和飽和磁化強度或剩磁以及低的矯頑力,壓粉磁芯或磁粉芯屬于這一類材料。金屬軟磁材料主要是鐵及其合金, 其中有純鐵、磷鐵、硅鋼、鐵鎳金、鐵鈷合金、鐵鋁合金和鐵鋁硅合金等。鐵氧體軟磁主要有錳鋅、鎂鋅、鎳鋅鐵氧體軟磁材料。

（2）能源領域用粉末冶金材料：能源材料是指那些正在發(fā)展的、可能支撐新能源體系的建立,滿足各種新能源以及節(jié)能新技術(shù)所要求的一類材料。按使用目的可分為新能源材料、節(jié)能材料和儲能材料。

（3）生物領域用粉末冶金材料：生物醫(yī)用材料對于挽救生命、救治傷殘、提高人類的生活質(zhì)量具有重要的意義。生物材料中的一些醫(yī)用金屬和合金, 醫(yī)用生物陶瓷就屬于粉末冶金材料。

（4）軍事領域用粉末冶金材料：粉末冶金材料對軍事工業(yè)作出了巨大的貢獻, 在國防建設中有著巨大的潛力和競爭力。粉末冶金材料廣泛用于航空航天工業(yè)、核工業(yè)和兵器工業(yè)等軍事領域。粉末冶金技術(shù)

4.1 粉末制備技術(shù)的發(fā)展

粉末冶金材料和制品不斷增多, 質(zhì)量不斷提高, 要求提供的粉末的種類也越來越多。為了滿足對粉末的各種要求, 出現(xiàn)了各種各樣生產(chǎn)粉末的新方法。從過程的實質(zhì)來看, 現(xiàn)有制粉方法大體上可歸納為兩大類, 即機械法和物理化學法。從工業(yè)規(guī)模而言, 應用最廣泛的是還原法、霧化法和電解法。但隨著科技的發(fā)展, 越來越多的新技術(shù)在粉末的制備過程中正起著越來越重要的作用。

(1）機械合金化：機械合金化是由Benjamin 等提出的一種制備合金粉末的高能球磨技術(shù)。它是在高能球磨條件下, 利用金屬粉末混合物的反復變形、斷裂、焊合、原子間相互擴散或發(fā)生固態(tài)反應形成合金粉末。機械合金化是在固態(tài)下實現(xiàn)合金化, 不經(jīng)過氣相、液相,不受物質(zhì)的蒸氣壓、熔點等物理特性因素的制約, 使過去用傳統(tǒng)熔煉工藝難以實現(xiàn)的某些物質(zhì)的合金化和遠離熱力學平衡的準穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài)及新物質(zhì)的合成成為可能, 因此機械合金化的理論和應用方面的研究均顯示出十分誘人的前景。

（2）噴霧干燥：噴霧干燥是指用霧化器將一定濃度的原料液噴射成霧狀液滴, 并用熱空氣(或其它氣體)與霧滴直接接觸的方式使之迅速干燥, 從而獲得粉粒狀產(chǎn)品的一種粉末制備過程。采用噴霧干燥可以制備出質(zhì)量均

一、重復性良好的粉料, 并且縮短粉料的制備過程, 有利于自動化、連續(xù)化生產(chǎn), 是大規(guī)模制備優(yōu)良超微粉的有效方法。

4.1 粉末冶金成型技術(shù)的發(fā)展

目前, 粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。近年來, 一系列粉末冶金新的成形技術(shù)層出不窮, 并呈現(xiàn)出加速發(fā)展態(tài)勢, 粉末注射成形、溫壓成形、流動溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術(shù)不斷涌現(xiàn), 使得粉末高致密化成形技術(shù)得到了很大的發(fā)展。

（1）粉末注射成型：粉末注射成形是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)和先進塑料注射成形相結(jié)合而發(fā)展形成的一門新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。它的基本工藝過程是: 首先將金屬或陶瓷粉末與有機粘結(jié)劑均勻混合, 用注射成形機成形, 然后將成形坯中的粘結(jié)劑脫離, 最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。粉末注射成形的材料已經(jīng)從早期的鐵基、硬質(zhì)合金、陶瓷等對雜質(zhì)含量不敏感、性能要求不是非常苛刻的體系, 發(fā)展到了鎳基高溫合金、鈦合金和鈮材料。材料應用領域也從結(jié)構(gòu)材料向功能材料發(fā)展, 如熱沉材料、磁性材料和形狀記憶合金。材料結(jié)構(gòu)也從單一均勻結(jié)構(gòu)向復合結(jié)構(gòu)發(fā)展。

（2）溫壓成型：溫壓成形是從20 世紀90 年代新發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它是采用特制的粉末加熱、粉末輸送和模具系統(tǒng), 將加有特殊潤滑劑的混合粉末和模具加熱至130～150 ℃溫度進行剛性模壓, 最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝進行致密化的技術(shù)。利用該工藝可成形形狀非常復雜的零件,如垂直于壓制方向上的凹槽、孔以及螺紋孔等,而不需要后續(xù)二次機械加工。（3）噴射成型：噴射成形(Spray Forming)技術(shù), 也稱為噴射沉積(Spray Deposition)或噴射鑄造(Spray Casting)技術(shù), 這是20 世紀80 年代以來工業(yè)發(fā)達國家在傳統(tǒng)快速凝固P粉末冶金(RSPPM)工藝基礎上發(fā)展起來的一種全新的先進材料制備與成形技術(shù)。

（4）高速壓制成型：高速壓制技術(shù)是瑞典H¨ogan¨as AB 公司在2001 年推介的一種新技術(shù)。高速壓制生產(chǎn)零件的過程和傳統(tǒng)的壓制過程工序相同;混合粉末加進送料斗中, 粉末通過送粉靴自動填充模腔壓制成形之后, 零件被頂出并轉(zhuǎn)入燒結(jié)工序。所不同的是高速壓制的壓制速度比傳統(tǒng)壓制高500～1000 倍, 壓機錘頭速度高達2～30mPs , 液壓驅(qū)動的錘頭質(zhì)量達5～1200kg , 粉末在0.02s 之內(nèi)通過高能量沖擊進行壓制, 壓制時產(chǎn)生強烈的沖擊波。通過附加間隔0.3s 的多重沖擊能達到更高的密度。與傳統(tǒng)壓制相比, 高速壓制的鐵基零件密度可提高0.3gPcm3 左右, 因而抗拉強度和屈服強度能相應地提高20 %～25 %。高速壓制壓坯的徑向彈性后效很小, 故脫模壓力較小, 并且壓坯密度均勻, 其偏差小于0.01gPcm3。該技術(shù)可以制得質(zhì)量達5kg 以上的大型壓坯以及高徑比達到3 的壓坯。同時, HVC 技術(shù)還具有高生產(chǎn)率和低成本等特點。

4.1 粉末冶金燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展

粉末冶金燒結(jié)是指粉末或粉末壓坯在適當?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所發(fā)生的現(xiàn)象或過程。燒結(jié)工藝是決定粉末冶金制品性能的重要環(huán)節(jié), 一直是人們研究的重點;各種促進燒結(jié)的方法不斷涌現(xiàn), 如微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、自蔓延高溫合成、燒結(jié)硬化等。

（1）微波燒結(jié)：微波燒結(jié)是一種利用微波加熱來對材料進行燒結(jié)的方法, 它始于20 世紀70 年代。燒結(jié)中微波不僅僅只是作為一種加熱能源, 其本身也是一種活化燒結(jié)過程。微波燒結(jié)技術(shù)是利用材料吸收微波能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部分子的動能和熱能, 使得材料整體均勻加熱至一定溫度而實現(xiàn)致密化燒結(jié)的一種方法, 是快速制備高質(zhì)量的新材料和制備具有新的性能的傳統(tǒng)材料的重要技術(shù)手段。

（2）放電等離子體燒結(jié)(SPS)也稱作等離子體活化燒結(jié)(Plasma Activated Sintering , PAS)或脈沖電流熱壓燒結(jié)(Pulse Current Pressure Sintering), 是20 世紀90 年代以來國外開始廣泛研究的一種快速燒結(jié)新工藝。它最早源于1930 年美國科學家提出的脈沖電流燒結(jié)原理,但直到日本于1988 年研制出第一臺工業(yè)型SPS裝置, 該技術(shù)才真正引起世人的關注。由于它融等離子體活化、熱壓、電阻加熱為一體, 具有燒結(jié)時間短、溫度控制準確、易自動化、燒結(jié)樣品組織均勻、致密度高等優(yōu)點, 僅在幾分鐘之內(nèi)就使燒結(jié)產(chǎn)品的相對理論密度接近100 % , 而且能抑制樣品顆粒的長大, 提高材料的各種性能。

（3）自蔓延高溫合成：自蔓延高溫合成(SHS), 也稱燃燒合成(Combustion Synthesis , CS), 它是一種利用化學反應自身放熱使反應持續(xù)進行, 最終合成所需材料或制品的新技術(shù)。自1967 年蘇聯(lián)科學家發(fā)現(xiàn)并提出自蔓延高溫合成的概念以來, 自蔓延高溫合成在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究和開發(fā), 并在工業(yè)生產(chǎn)中得到應用。展望

粉末冶金是提高材料性能和發(fā)展新材料的重要手段, 已經(jīng)成為當代材料科學發(fā)展的前沿領域。粉末冶金新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn), 必將促進高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國防工業(yè)的快速發(fā)展, 也必將帶給材料工程和制造技術(shù)光明的前景。近年來, 我國粉末冶金行業(yè)得到了快速發(fā)展, 技術(shù)水平和工藝裝備均比以前有了很大的提高, 但與國外先進技術(shù)水平相比仍存在較大差距。因此, 大力開展粉末冶金新材料、新技術(shù)新工藝的研究, 對提高我國粉末冶金產(chǎn)品的檔次和技術(shù)水平, 縮短與國外先進水平的差距具有非常重要的意義。

參考文獻

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第五篇：粉末冶金基礎知識

粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機械零件，省工省料。但其模具和金屬粉末成本較高，批量小或制品尺寸過大時不宜采用。

粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比，具有以下特點：

1．粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點下進行的，因此可以獲得熔點、密度相差懸殊的多種金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復合材料和制品。

2．提高材料性能。用特殊方法制取的細小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。

3．利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機加工量。提高材料利用率，降低成本。

粉末冶金的品種繁多，主要有：鎢等難熔金屬及合金制品；用Co、Ni等作粘結(jié)劑的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等硬質(zhì)合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的鉆頭、車刀、銑刀，還可制造模具等；Cu合金、不銹鋼及Ni等多孔材料，用于制造燒結(jié)含油軸承、燒結(jié)金屬過濾器及紡織環(huán)等。隨著粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金及其制品將在更加廣泛的應用。粉末冶金是將金屬粉末（或摻入部分非金屬粉末）經(jīng)過成形和燒結(jié)，制成金屬材料或機械零件的一種加工工藝方法．它既可以直接制成符合裝配要求的零件，也可以生產(chǎn)一般冶煉方法難以生產(chǎn)的金屬材料和制品．粉末冶金廣泛的應用于機械、冶金、化工、交通、運輸、以及航空航天工業(yè)。

粉末冶金的生產(chǎn)工藝過程客分為以下五個階段：

一）制粉

制粉是將原料制成粉末的過程。常用的制粉方法有機械法和氧化物還原法。１。機械法 是利用球磨或利用動力（如氣流或液流）使金屬物料碎塊間產(chǎn)生碰撞、摩擦獲得金屬粉末的方法。

２。氧化物還原法 是用固體或液體還原劑還原金屬氧化物制成粉末的方法。

二）混料

混料是將各種所需的粉末按一定的比例混合，并使其均勻化制成坯粉的過程。分干式、半干式和濕式三種，分別用于不同要求。

１。干式 用于各組元密度相近且混合均勻程度要求不高的情況。

２。半干式 用于各組元密度相差較大和要求均勻程度較高的情況。混料時加入少量的液體（如機油）。

３。濕式 混料時加入大量的易揮發(fā)液體（如酒精），并同時伴以球磨，提高混料均勻程度，增加各組元間的接觸面積和改善燒結(jié)性能。為改善混料的成形性，在混料重要添加增塑劑。

三）成形

成形是將混合均勻的混料，裝入壓模重壓制成具有一定形狀、尺寸和密度的型坯的過程。壓形常用的方法喲以下兩種：

１。常溫加壓成形 在機械壓力下使粉末顆粒間產(chǎn)生機械噬合力和原子間吸附力，從而形成冷焊結(jié)合，制成形坯。優(yōu)點是對設備、模具材料無特殊要求，操作簡便；缺點是粉末顆粒間結(jié)合力較弱，形坯容易損壞，形坯由于是在常溫下成形，因此需要施加較大的壓力克服由于粉末顆粒產(chǎn)生塑性變形而造成的加工硬化現(xiàn)象。另外，常溫加壓成形的形坯的密度較低，因此其孔隙度較大。

２。加熱加壓成形 高溫下粉末顆粒變軟，變形抗力減小，用較小的壓力就可以獲得致密的形坯。

四）燒結(jié)

燒結(jié)是通過焙燒，使形坯顆粒間發(fā)生擴散、熔焊、再結(jié)晶等過程，使粉末顆粒牢固地焊合在一起，使孔隙減小密度增大，最終得到“晶體結(jié)合體”。從而獲得所需要的具有一定物理及力學性能的過程

五）后處理

粉末冶金制品經(jīng)燒結(jié)后可以直接使用；但當制品的性能要求較高時，還常常需要進行后處理。

常用的后處理方法有以下幾種：

１。整形 將燒結(jié)后的零件裝入與壓模結(jié)構(gòu)相似的整形模內(nèi)，在壓力機上再進行一次壓形，以提高零件的尺寸精度和減少零件的表面粗糙度，用于消除在燒結(jié)過程中造成的微量變形。

２。侵油 將零件放入１００－２００℃熱油重或在真空下使油滲入粉末零件孔隙中的過程，經(jīng)浸油后的零件可提高耐磨性，并能防止零件生銹。

３。蒸汽處理 鐵基零件在５００－６００℃水蒸氣中處理，使零件內(nèi)外表面形成一層硬而致密的氧化膜，從而提高零件的耐磨性和防止零件生銹。

４。硫化處理 將零件放置在１２０℃的熔融硫槽內(nèi)，經(jīng)十幾分鐘后取出，并在氫氣的保護下再加熱到７２０℃，使零件表面孔隙形成硫化物。硫化處理能大大提高零件的減磨性和改善加工性能。

另外，粉末冶金制品還可以進行切削加工，壓力加工，焊接，以及各種熱處理和表面鍍覆。