发布时间 : 星期日 文章中南大学粉末冶金研究院-硕士研究生入学考试-粉末冶金原理-真题详解电子教案更新完毕开始阅读76a4c51e185f312b3169a45177232f60dccce7d1
致η相的出现，他不仅化合了一部分Co，并且很脆，从而降低合金强度，但是合金中含有少量的η相，并不影响合金整体硬度；游离石墨多时，影响材料致密性，强度也随之降低，但当合金中含少量碳时对合金强度影响很小。一般来说，当合金中碳含量在6.05-6.2%范围内波动时，合金强度变化不大。
2003
三、简答题
1、简述RZ工艺设计的依据。（第三次）
工艺设计思路：
1 解决纯铁高熔点所带来的工艺困难：工业纯铁的熔点在1500℃以上，熔炼温度达1650―1700℃，采用低硅高碳（3.2-3.6%）合金，使熔体温度保持在1300-1350℃。而过高的碳则会导致铁液的表面张力增加，难以得到细粉。 2 高碳铁水可减轻空气与铁反应形成铁氧化物所造成铁水粘度增加的趋势；同时，碳与氧在后续高温还原时具有脱氧作用，为焖火处理创造条件。 3 成形性能的改善：
A 利用雾化过程中铁中的碳与氧的反应使颗粒表面形成凹凸而粗粗糙化： Fe(C)(l)+O2=Fe(l)+CO2
CO2微气泡在逸至铁液滴表面时造成表面凹凸。 B 破碎时颗粒表面形成凹凸；
C 高温还原时使颗粒间产生轻度烧结，即细小颗粒粘结在大颗粒上。 三都有利于降低雾化铁粉的松比，改善粉末的成形性能。
？？2、从粉末压缩性和成形性的影响因素入手，如何获得压缩性和成形性都较好的金属粉末？
压缩性：表示粉末在指定的压制条件下，粉末被压紧的能力。一般用压坯密度（或相对密度表示）表示。主要取决于粉末颗粒的塑性，颗粒的表面粗糙程度和粒度组成。
粉末加工硬化，压缩性能差；退火后，塑性改善，显微硬度下降，压缩性提高；
当压坯密度较高时，塑性金属粉末内含有合金元素或非金属夹杂时，会降低粉末的压缩性；
碳、氧和酸不溶物含量的增加使压缩性变差； 粉末颗粒越细，压缩性越差，成形性越好；
由于压制性由压坯密度表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响 成形性：粉末经压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用压坯强度表示。即颗粒间的结合强度和有效接触面积大小反映了粉末颗粒的成形性能。
成形性受颗粒的形状和结构的影响最为明显。颗粒松软、形状不规则的粉末，压紧后颗粒的联结增强，成形性好。
综上所述：除了粉末的塑性（颗粒的显微硬度←颗粒合金化、氧化与否，粒度组成）以外，其它因素（粉末颗粒形状、颗粒表面状态、粒度）对两者的影响规律恰好相悖。该公司为了制取高压缩性与良好成形性的金属粉末，除设法提高其纯度和适当的粒度组成以外，表面适度粗糙的近球形粉末是一重要技术途径。
？？3、为什么粉末烧结钢的晶粒尺寸比普通钢细小？（同2002年分析题第1题）
粉末烧结初、中期，晶粒长大的趋势较小，在烧结后期才会发生可观察到的晶粒长大现象，但与普通材料相比较，烧结材料的这种长大现象几乎可以忽略，原因有二：1、孔隙、夹杂物对晶界迁移的阻碍；2、烧结温度低于铸造温度。
？？4、简述在目前材料技术中获得纳米晶材料十分困难的原因。
其技术困难在于纳米粉体的烧结是为了得到纳米晶全致密的块体材料这一矛盾，即在保持块体材料呈现纳米晶结构，而要能获得全致密化块体材料。 但是由于纳米（金属或非氧化物陶瓷）粉末，表面能和活性极高，导致氧的大量吸附，氧含量很高。这些氧对后续加工带来困难；同时由于活性高，烧结驱动力用于致密化和晶粒长大，烧结后产生晶粒粗化，变成非纳米晶结构；试样细寸细小，特别是难以得到出现性能突变的可供测试的样品，无法判断对应晶粒尺寸; 工程应用也受到制约.
5、在粉末注射成形时采用微细粉末作原料具有哪些技术上的优越性。（第三次）
细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件。
四、分析题
1、从烧结驱动力的角度，分析纳米粉末烧结活性极好的原因。（同2002年第1题）
（1）烧结热力学
具有巨大的表面能，为烧结过程提供很高的烧结驱动力，使烧结过程加快 （2）烧结动力学
由烧结动力学方程(X/a)m=F(T).t/am-n 纳米粉末颗粒的a值很小
达到相同的x/a值所需时间很短，烧结温度降低。 纳米粉末烧结活性很高
？？(但学长有解)2、分析氧化铝弥散强化复合材料在高温下（如8500c）具有高硬度的原因。
强化原理
弥散强化的实质是弥散质点阻碍基体中位错运动。 强化方式：
.Orowan强化（位错绕过质点机制）：弥散质点导致基体中位错线产生一定程度的弯曲，阻碍位错运动。当位错线通过弥散质点以后，合金发生屈服。 强化效果τc=μb/λ
μ=基体的切变模量；λ=弥散质点间距；b=伯格斯矢量，反映位错强度。
-1/31/3
或τc=（3/4π）μbfP/rP
可见，强化效果与弥散质点的体积分数fP、质点尺寸rP和基体的特性（μ、b）紧密相关。
.位错切过机制：
弥散质点阻碍位错运动，造成滑移面上的位错在弥散质点附近塞积。当塞积应力达到质点的剪切强度时，质点发生破坏，合金屈服。
* 1/21/6-1/2
强化效果σs=0.56(μ.μb/C)fPrP
强化效果与弥散质点的体积分数、粒子尺寸基体和质点的特性有关。 高温（>0.5Tm）下的强化
.位错攀移机构：自扩散造成位错攀移。
423
高应力：蠕变速度dε/dt=4πσλDv/(μkTrP) Dv=自扩散系数；σ=施加应力；T=工作温度。
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低应力：蠕变速度dε/dt=2πbσDv/（kTrP）
？？3、为什么在模压坯件中出现密度分布？产生密度分布有什么主要危害？（第一问同2001年分析题第3题）
刚模压制时，由于摩擦力的作用，在压坯高度方向存在压力降低。因此造成压坯的各处密度不均匀。
压坯密度分布不均匀的后果：
.不能正常实现成形，如出现分层，断裂，掉边角等； .烧结收缩不均匀，导致变形； .限制拱压产品的形状和高度。
4、分析液相烧结的三个基本条件在致密化过程中的作用。（第三次）
液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量
（1）液相必须润湿固相颗粒：这是液相烧结得以进行的前提（否则产生反烧结现象）。即烧结体系需满足方程 γS=γSL+γLCOSθ (θ为润湿角)
液相烧结需满足的润湿条件是θ<90；
当θ=0，液相充分润湿固相颗粒，这是最理想的液相烧结条件； 当θ>90O，固相颗粒将液相推出烧结体，发生反烧结现象。 当0<θ<900，这是普通的液相烧结情况，烧结效果一般。
如果θ>90，烧结开始时液相即使生成，液会很快跑出烧结体外，称为渗出。这样，烧结合金中的低熔组分将大部分损失掉，使烧结致密化过程不能顺利完成。
液相只有具备完全或部分润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界。
（2）固相在液相中具有有限的溶解度：有限的溶解可改善润湿性；增加液相的数量即体积分数，促进致密化；马栾哥尼效应（溶质浓度的变化导致液体表面张力的不同，产生液相流动）有利于液相迁移；增加了固相物质迁移通道，加速烧结；颗粒表面突出部位的化学位较高产生优先溶解，通过扩散和液相流动在颗粒凹陷处析出，改善固相晶粒的形貌和减小颗粒重排的阻力。但较高的溶解度导致烧结体的变形和为晶粒异常长大提供条件，这是不希望的。
（3）液相数量：在一般情况下，液相数量的增加有利于液相均匀地包覆固相颗粒，为颗粒重排列提供足够的空间和致密化创造条件。同时，也可减小固相颗粒间的接触机会。但过大的液相数量造成烧结体的形状保持性下降。
2004
？？1、比较经粉末热挤压制造的Cu、Cu-2%Al2O3、Cu（0.5Al）—2% Al2O3（体积）三种棒材在室温、800oC时的硬度和室温导电性能的差异，并简述其原因。
（1）在室温下硬度：Cu（0.5Al）—2% Al2O3> Cu-2%Al2O3>Cu
因为合金的硬度一般比其组分中任一金属的硬度大,故Cu-2%Al2O3>Cu，Cu（0.5Al）—2% Al2O3>Cu；并且纯度越高，硬度越低，故Cu（0.5Al）—2% Al2O3> Cu-2%Al2O3
（2）在800oC下硬度：Cu（0.5Al）—2% Al2O3< Cu-2%Al2O3 因为多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点，故在高温下硬度降低 （3）室温导电性能：Cu（0.5Al）—2% Al2O3< Cu-2%Al2O3 因为合金的导电性低于任一组分金属，故Cu（0.5Al）—2% Al2O3< Cu-2%Al2O3 2、注射成形坯件的两种基本脱脂方式是什么？为什么注射成形用粉末的粒度要求细小？（第四次） 注射成形的两种基本脱脂方式：溶剂脱脂和热脱脂；细粉末提高粉末烧结驱动力和脱脂后坯体的强度，便于混练和注射，制造形状复杂、薄壁、小尺寸件。 ？？3、某粉末公司在利用氮气雾化法生产铝粉时，发现所得的铝粉的粒度满足用户提出的要求，而粉末的松装密度偏低。请简述造成这一技术问题的原因和提出相应的改正措施。 因为铝粉的粒度满足要求而粉末的松装密度偏低，则可能是由于颗粒表面粗糙造成，表面粗糙增大颗粒之间的摩擦力，降低粉末的松装密度，可采用适当的球磨和氧化来提高松装密度。 ？？4、有一铁基粉末冶金齿轮在成形后一端出现了掉边、掉角现象，请提出相应的解决这一技术问题的方法。 这很可能是由于压坯密度分布不均匀而造成的后果；降低压坯密度的方法有以下几种： （1）降低压坯的高径比。 （2）采用膜壁光洁度很高的压膜并在膜壁上涂润滑油，能够减少外摩擦系数，改善压坯的密度分布。 （3）可以用双向压制法来改善密度分布不均匀的现象。 （4）在带有浮动阴模或摩擦芯杆的压膜中压制。 根据题中所给条件，可采用（2）、（3）、（4）的方法来解决。 5、液相烧结的基本条件是什么？简述其在烧结致密化过程中的作用。（第4次） 液相烧结的三个基本条件：润湿性、溶解度和液相数量 （1）液相必须润湿固相颗粒：这是液相烧结得以进行的前提（否则产生反烧结现象）。即烧结体系需满足方程 γS=γSL+γLCOSθ (θ为润湿角) 液相烧结需满足的润湿条件是θ<90；