粉末冶金原理知识要点Word文件下载.docx
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粉末冶金是一项新兴技术，但也是一项古老技术。
根据考古学资料，远在纪元前3000年左右，埃及人就在一种风箱中用碳还原氧化铁得到海绵铁，经高温锻造制成致密块，再锤打成铁的器件。
3世纪时，印度的铁匠用此种方法制造了“德里柱”，重达6.5t。
19世纪初，相继在俄罗斯和英国出现将铂粉经冷压、烧结，再进行热锻得致密铂，并加工成铂制品的工艺·
19世纪50年代出现了铂的熔炼法后，这种粉末冶金工艺便停止应用，但它对现代粉末冶金工艺打下了良好的基础。
直到1909年库利奇（W.D.Coolidge）的电灯钨丝问世后，粉末冶金才得到了迅速的发展。
5、粉末冶金在现代工业中的应用情况
高性能结构材料、金属陶瓷、超导材料、非晶态材料、纳米材料、复合材料、多孔材料
粉末冶金在解决材料领域问题的范围是很广泛的。
就材料成分而言，有铁基粉末冶金、有色金属粉末冶金、稀有金属粉末冶金等。
就材料性能而言，既有多孔材料，又有致密材料；
既有硬质材料，又有很软的材料，既有重合金，也有很轻的泡沫材料；
既有磁性材料，也有其他性能材料。
就材料类型而言，既有金属材料，又有复合材料。
复合材料广义地说，包括金属和金属复合材料、金属和非金属复合材料、金属陶瓷复合材料、弥散强化复合材料、纤维强化复合材料等。
粉末冶金由于在技术上和经济上有优越性，在国民经济中起的应用愈来愈广。
可以说，在没有哪一个工业部门不使用粉末冶金材料和制品的。
6、发展现代粉末冶金的战略意义
在节能节材、提高性能和提高劳动生产率和环保等方面发挥巨大作用；
作为特殊材料和高性能材料的制备技术促进了国防工业和技术产业的发展；
可能会引起一系列传统材料工艺过程的革命；
将赋于材料科学和冶金科学更丰富、更深刻的内涵。
7、我国粉末冶金行业与发达国家有哪些差距？
铁粉和铁基粉末冶金还不能满足国民经济发展的需要；
没有形成专门的粉末冶金工艺装备制造业；
缺乏全国的统一规划，条块分割严重，投资强度低，科研、开发和工业生产尚未形成一个有机整体；
刀具、工具等行业产业结构和技术水平还有待改善和提高。
8、粉末冶金中粉末的特征和特性（第六页）
它包括：
粉末的几何性能（粒度、比表面、孔径和形状等）；
粉末的化学性能（化学成分、纯度、氧含量和酸不溶物等）；
粉体的力学特性（松装密度、流动性、成形性、压缩性、堆积角和剪切角等）；
粉末的物理性能和表面特性（真密度、光泽、吸波性、表面活性、电位和磁性等）。
粉末性能往往在很大程度上决定了粉末冶金产品的性能。
几何性能最基本的是粉末的粒度和形状。
（1）粒度。
它影响粉末的加工成形、烧结时收缩和产品的最终性能。
某些粉末冶金制品的性能几乎和粒度直接相关。
生产实践中使用的粉末，其粒度范围从几百个纳米到几百个微米。
粒度越小，活性越大，表面就越容易氧化和吸水。
当小到一定程度时量子效应开始起作用，其物理性能会发生巨大变化，如铁磁性粉会变成超顺磁性粉，熔点也随着粒度减小而降低。
（2）粉末的颗粒形状。
它取决于制粉方法，如电解法制得的粉末，颗粒呈树枝状；
还原法制得的铁粉颗粒呈海绵片状；
气体雾化法制得的基本上是球状粉。
此外，有些粉末呈卵状、盘状、针状、洋葱头状等。
粉末颗粒的形状会影响到粉末的流动性和松装密度，由于颗粒间机械啮合，不规则粉的压坯强度也大，特别是树枝状粉其压制坯强度最大。
但对于多孔材料，采用球状粉最好。
力学特性粉末的力学性能即粉末的工艺性能，它是粉末冶金成形工艺中的重要工艺参数。
粉末的松装密度是压制时用容积法称量的依据；
粉末的流动性决定着粉末对压模的充填速度和压机的生产能力；
粉末的压缩性决定压制过程的难易和施加压力的高低；
而粉末的成形性则决定坯的强度。
化学性能主要取决于原材料的化学纯度及制粉方法。
较高的氧含量会降低压制性能、压坯强度和烧结制品的力学性能，因此粉末冶金大部分技术条件中对此都有一定规定。
例如，粉末的允许氧含量为0.2％～1.5％，这相当于氧化物含量为1％～10％。
⑴粒度及粒度分布
粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。
实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。
实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。
⑵颗粒形状
即粉末颗粒的外观几何形状。
常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。
⑶比表面积
单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。
比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。
3.粉末的工艺性能
粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。
⑴填充特性
指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度。
常以松装密度或堆积密度表示。
粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。
⑵流动性
指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。
流动性受颗粒粘附作用的影响。
⑶压缩性
表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。
影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；
颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。
9、粉末的制取有哪些常用方法
为了满足对粉末的各种要求，也就要有各种各样生产粉末的方法，这些方法不外乎使金属、合金或者金属化合物从固态、液态或气态转变成粉末状态。
制取粉末的各种方法以及各种方法制得的粉末的典型实例如表
在固态下制备粉末的方法包括1从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法和电化腐蚀法2从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的有还原法，从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的有还原化合法。
在液态下制备粉末的方法包括：
1从液态金属与合金制金属与合金粉末的雾化法；
2从金属盐溶液置换和还原制金属、合金以及包覆粉末的置换法、溶液氢还原法；
从金属熔盐中沉淀制金属粉末的熔盐沉淀法；
从辅助金属浴中析出制金属化合物粉末的金属浴法；
3从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；
从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法。
在气态下制备粉末的方法包括：
1从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气冷凝法；
2从气态金属羰基物离解制取金属、合金以及包覆粉末的羰基物热离解法；
3从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢还原法；
从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及涂层的化学气相沉积法。
但是，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。
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；
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。
粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法；
而气相沉积法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要。
10、双流雾化法、机械粉碎法和碳还原法生产的粉末分别有哪些特点?
1双流雾化粉末性能：
水雾化粉末形状一般很不规则，表面含氧量较高
气雾化粉末形状一般近于球形，若用惰性气体雾化，氧含量较低
2机械粉碎法
一般适用于制备脆性材料的粉末。
颗粒形状不规则，尺寸不均匀
3碳还原
11、机械粉碎法主要用于粉碎具有脆性的金属和合金，粉碎塑性金属和合金用旋涡研磨、冷气流研磨等方法
12、粉末颗粒形状的主要决定因素
粉末的颗粒形状。
13颗粒形状与工艺性能和制品性能的关系
但对于多孔材料，采用球状粉最好
14、粉末成型方法分类：
按粉末材料类别分为粉末冶金成型方法和陶瓷成型方法；
按坯料特性分为干坯料成型、可塑性坯料成型、浆料成型；
按成型连续性分为连续成型、非连续成型；
按有无模具分为有模具成型、无模具成型
15、粉末坯料的的塑性指标
可塑性坯料所含的各种成型剂的量较干坯料要多，但一般不超过20%~30%。
坯料呈半固化状态，具有一定得流变性，具有良好的可塑性，在成型后或成型再冷却后能够保持形状（书上P15）
16、成型坯体具有一定强度的原因：
由于颗粒的相互咬合和其他因素所产生的保形作用，成型坯体具有一定得强度。
能承受本身的重力和后续工序处理过程中适当大小的作用力，在完成烧结前不致破坏。
17、瘠性陶瓷粉末成型时压制压力不宜过大
对于陶瓷粉末这种塑性变形能力极差的瘠性粉末，在压力较高时发生较大的弹性变形，压力撤除后颗粒发生回弹，被压缩的气孔回复，会导致发生脆性断裂。
故压制压力不宜过大。
18、弹性后效的影响因素有哪些
压制压力越大，弹性后效一般也越大；
粉末颗粒越细，颗粒形状越复杂，压坯的弹性后效值越大；
压坯的弹性后效值随压坯孔隙率的增加而减少；
当粉体中加入表面活性的润滑剂时，粉体颗粒表面由于吸附作用而处于活化状态，颗粒变形容易进行，并由弹性变形转变为塑性变形，从而使弹性应力松弛，可大大降低弹性后效值；
而非表面活性润滑剂几乎对弹性后效值没有影响；
压模的材质和结构对弹性后效亦有明显的影响。
19、压制时压力的分布情况
与压制方法有关。
单向加压：
由于模壁的摩擦力作用，压制边沿从上向下受到的压制力不断减小，其密度也随之下降。
在压坯边缘的下部颗粒受到的压力最小，压坯密度也最小。
双向加压：
上下压力大，中间压力小。
这种方法虽然不会减小成型时的摩擦阻力，但由于压力梯度的有效传递距离减小了一半，因此，由于摩擦力作用导致的压制压力的减小仅为单向加压成型的一半。
四周静压成型：
各个方向受到的压力均匀且大小一致。
（粉末在压模内压缩时，作用在粉体上的压制压力有两个作用：
一部分用于克服粉末的内摩擦，并使粉末产生位移和变形；
而另一部分力用于克服粉末和模壁之间的外摩擦力。
压制的总压力为两者之和。
由于粉末在受到压制时力图向各个方向流动，对压模侧壁产生压力，即侧压力。
）
20、产生压力降的原因
产生压力降的原因主要有粉末之间的内摩擦力以及粉末与模壁之间的外摩擦力。
外摩擦力的存在使作用在压坯表面的压制压力沿轴向向下传递时压力不断损失。
21、粉末轧制带材密度分布特征及其原因：
长度方向：
带坯密度从起始端逐渐增加，至稳定阶段保持不变，从稳定阶段到结束不稳定阶段，带坯密度逐渐减小。
原因：
轧制起始阶段，由于粉末咬入量不断增加和压实程度不断增大，将引起轧制的弹性变形，被咬入的粉末将产生一种楔开力是轧辊缝隙增大，以让更多的粉末被咬入变形区。
当粉末的楔开力和轧机的弹性变形阻力达到平衡时，此时压实区以形成，轧制进入稳定阶段。
达到稳定阶段的标志就是密度沿长度方向一致。
在结束不稳定阶段，供料漏斗中粉末已降至一定的高度，粉末被咬入变形的量越来越少，轧制负荷也随之下降，轧制弹性变形减小，轧制缝隙恢复至最初尺寸，故密度沿长度方向逐渐减小。
厚度方向：
中心处密度大而两侧密度低，呈以中心为对称的分布。
在与轧制表面接触的粉末层，由于摩擦所受的是拉应力为主，而中心部位的粉末层则受多向压应力，带坯表面层粉末的变形受一定得抑制，甚至引起不均匀的拉伸，故中心粉末层受的压缩程度相对较大，这种受力状态的不同在一定条件下可能在带皮厚度方向上长生分层。
宽度方向：
中心处密度大而两侧密度低。
轧制时沿宽度方向中部和边部的粉末向变形区流动的速度不同，这种粉末流动的不均匀性最终导致宽度方向密度分布的不均匀性。
边部粉末流动速度较快，理应轧制后密度较高，但由于粉末和挡板之间的摩擦作用和边部不可避免的粉末泄漏流失，一般情况下，边部总是存在一定宽度的低密度区。
22、影响轧制带坯厚度和密度的因素及其影响机制
粉末性能的影响：
1粉末松装密度的影响：
带坯的厚度和密度会随着粉末松装密度的增加而增加。
2粉末流动性的影响：
随着流动性变差，带坯的密度和厚度减小，且带坯的完整性变差。
3压实性能和成型性能的影响：
压实性不好，带坯密度较低。
（这个不会，P71）
工艺参数和工艺条件的影响；
1、轧辊直径的影响：
增大轧辊直径不仅仅可以增大带坯厚度，也可以增大带坯密度。
2、轧辊缝隙的影响：
随着轧缝距离的减小，带坯的厚度减小，压制系数增大，带坯的密度随之增高。
3、轧辊表面状态的影响：
带坯的厚度与密度随着轧辊表面粗糙度的增加而增加，但是，当表面粗糙度增加到一定大小的时候，轧辊的厚度和密度增加的趋势变缓，粗糙度达到7um时，厚度和密度几乎不变。
轧制速度的影响：
随着轧制速度的的增高，无论是高速供料还是低速供料，均呈现出带坯的密度降低，厚度减小。
只是高速供料时带坯的密度与厚度要大于低速供料时带坯的密度与厚度。
供料厚度的影响：
随供料角的增大，带坯的密度与厚度增大，但供料角增至某一值时，继续增大供料角，密度与厚度却不再增加。
带坯宽度的影响：
随着带坯宽度的增加，所轧得的带坯厚度增大，而密度却降低。
轧制气氛的影响：
气相粘度越大，粉末流入咬入变形区的流速和单位时间内的流量越小，所得带坯的厚度也越小。
不仅如此，带坯的密度也随着气相粘度的增大而减小。
一、粉末性能的影响
1粉末流动性对带坯性能的影响
粉末流动性直接影响带坯的密度及其均匀性，影响轧制时的咬入角，带坯的厚度和平均密度随粉末流动性的变差而降低
2粉末松装密度对带坯性能的影响
松装密度小，粉末形状比较复杂，比表面大，颗粒直径小，粉末的轧制性能好，能够轧成强度较高的带坯。
粉末的松装密度对轧制带坯的性能产生明显的影响，随着粉末松装密度的增大，所获得的带坯的密度和厚度也随之增加。
轧制带坯的密度和厚度与粉末的松装密度的一次方成正比。
因为在咬入厚度相同的情况下，松装密度大的粉末在轧制时咬入的粉量按正比增大，自然会使带坯的厚度和密度同时增大。
二、轧辊直径的影响
对给定密度的带坯，其厚度将随轧辊直径的增大而增加；
大辊轧制的带坯密度要比小辊轧制的带坯密度大。
设压紧系数值相同，给定咬入角、轧制带坯密度，则可得粉末咬入截面与带坯厚度成正比
三、给料方式的影响
其他轧制条件不变，仅改变给料量都将影响轧制带坯的厚度或密度。
若带坯厚度不变而减少给料量必然降低轧制带坯的密度；
反之亦然。
在轧制变形区前的粉末，因承受料柱或强制给料的压力的作用而预先被压缩，结果粉末的松装密度增大。
在变形区的粉末体被预先压缩使其相对密度增大，而导致侧压系数值增大，结果使咬入角也伴之增大；
在变形区的粉末体受到压力的作用，使延伸系数值下降，结果也使轧制带坯的相对密度增加
四、轧制速度的影响
在固定喂料速度和辊缝的条件下，增加轧制速度会使轧制带坯的密度和厚度减小。
其原因是，轧值。
当速度增大制速度直接影响摩擦系数，当速度增大摩擦系数值减小。
五、轧制气氛的影响
采用粘度较小的气体（例如氢气）作为轧制气氛有利于提高带坯的密度和厚度。
当其他条件不变时，在氢气中轧制较在空气中轧制得到的带坯密度和厚度可增加70%
用降低空气压力的办法或采用低粘度的气体充填粉末进行轧制，特别对细颗粒粉末能够获得密度均匀的带坯。
要获得一定厚度和密度的带坯，可以采取降低轧制气氛的压力
六、辊缝的大小的影响
七、轧辊表面加工程度的影响
喷砂处理的轧辊所轧制的带坯要比高度磨光的轧辊轧出带坯厚度增加一倍。
这可用粉末体与轧辊表面的摩擦系数的增加以及咬入角的扩大来解释。
23、挤压模嘴的压缩比，锥角、定型带长度对挤压力和压坯质量的影响
挤压力的大小与压缩比有关，压缩比大则要求较大的挤压力；
锥角越大，则挤压阻力越大，要求更大的挤压力；
定型带长则附加内应力增大，坯体容易出现纵向裂纹；
而定型带过短则挤出的坯体容易产生弹性膨胀，从而产生横向裂纹。
24、注浆成型方法的类型
注浆成型方法又分为基本注浆方法和加速注浆方法。
基本注浆方法有空心注浆和实心注浆两种；
加速注浆方法有真空注浆、压力注浆和离心注浆等类型。
25、注射成型工艺中最关键的工序：
P118
注射成型工艺中最关键的工序是脱脂过程。
脱脂是通过加热及其他物理方法将成型体内的有机物排除并产生少量烧结的过程。
脱脂是注射成型中最困难和最重要的因素，是注射成型工艺过程中耗时最长的一步。
26、粉末注射成型的来源
粉末注射成形是粉末冶金技术同塑料注射成形技术相结合的一项新工艺，其过程是将粉末与热塑性材料（如聚苯乙烯）均匀混合使成为具有良好流动性能（在一定温度条件下）的流态物质，而后把这种流态物在注射成形机上经一定的温度和压力，注入模具内成形。
这种工艺能够制出形状复杂的坯块。
所得到的坯块经溶剂处理或专门脱除粘结剂的热分解炉后，再进行烧结。
27、粉末压制成型、轧制成型、挤压成型、注浆成型、注射成型的定义，工艺过程与特点。
压制成型：
定义：
粉末料在钢制模具中经单轴向压制而成为一定形状成型体（压坯）的过程为压制成型。
工艺过程：
特点：
轧制成型：
金属粉末由供料装置不断送入转动方向相反且处于同一平面的两个轧辊之间的缝隙，通过轧辊的压力将其压实成连续的坯材。
供料、轧制成型、烧结。
适于生产截面形状较为简单的带材或板材，属连续成型过程。
能生产成分精确的带材、板材
工艺简单、成本低、节能
成材率高
设备投资少
挤压成型：
挤压成型是塑性成型方法的一种，其方法是将具有塑性的粉末或坯料放入挤压机内，在外力的作用下，通过压模嘴挤成一定形状的坯体。
在这种成型方法中，压模嘴即为成型模具，通过更换压模嘴可以挤出不同形状的坯体。
（将具有塑性的粉末或坯料放入挤压机，在外力作用下，通过挤压模嘴挤成一定形状坯体。
适宜管状和截面一致产品，常用于制造棒、管及片状制品，也能挤压形状较复杂制品
产品壁厚可以很薄
生产效率高，易于自动化操作
可获得均匀致密材料
返料可以继续使用
挤压模嘴制造精度要求高
制品烧成收缩大
注浆成型：
将制备好的浆料注入多孔性模型内，由于多孔性模型的吸水（溶液）性，料浆在贴近模壁的一侧被模型吸水而形成一均匀的坯料层，并随时间的延长而加厚，当达到所需厚度时，将多余的浆料倾出，最后该坯料层继续脱水收缩而与模型脱离，从模型取出后即为料坯。
（PPT）
将陶瓷或金属粉末分散在液态介质中制成悬浮液，使之具有良好的流动性。
将此悬浮液注入一定形状的模腔中，通过模具的吸水作用使悬浮液固化，制得具有一定形状的生坯。
（课本）目前将所有基于坯料具有一定液态流动性的成型方法统归为注浆成型。
优点：
设备简单、适用性强
能制出任意复杂外形和大型薄壁注件
可结合热等静压等技术制备某些新型特殊性能材料
成型技术容易掌握，生产成本低
坯体结构均匀
缺点：
劳动强度大，操作工序多，生产效率低
生产周期长，石膏模占用场地面积大
注件含水量高，密度小，收缩大，烧成时容易变形
模具损耗大
不适合连续化、自动化、机械化生产
注射成型：
粉末与粘结剂混合后制成适合于注射成型的喂料，升温使喂料产生较好的流动性，在一定压力下用注射成型机将喂料注射到模具的型腔中制成毛坯，冷却固化的成型体在一定的温度下进行脱脂，去除毛坯中黏结剂再烧结得到产品。
适应性强、周期短、生产率高、易于自动化控制
零部件几何形状的自由度高，制件各部分密度均匀、尺寸精度高，适于制造几何形状复杂、精密及具有特殊要求的小型零件（0.2g-200g）
产品质量稳定、性能可靠，制品的相对密度可达95－98%，可进行渗碳、淬火、回火等处理
28、粉末与工艺参数对压制成型、轧制成型、挤压成型、注浆成型工艺性能及坯体质量的影响。
一、粉体性能的影响：
不论何种粉末，硬度的提高总会对压模造成较大的磨损。
对于金属粉末，纯度对压制过程也有重要影响，粉末的纯度越高越容易压制，因为金属粉末的杂质多以氧化态的形式存在于粉末颗粒表面，而金属氧化物即为陶瓷，硬度高且塑性差。
粉料的流动性和堆积密度对压制性能的影响是很大的。
流动性好、堆积密度高则有利于压坯密度的提高。
粉末的流动性和其粒度及形状有关。
粉末越细则流动性越差，越容易形成拱桥效应；
而球形粉末颗粒的流动性较好，在堆积过程中容易相互滑动，不易架空形成拱桥效应。
粉末的粒径配比对其在模具中的填充密度有很大影响。
适当的粒径配比对提高压坯的密度是有益的。
二、工艺参数的影响：
1、加压速度的影响：
冲击成型比静压成型的效率高得多；
对于达到同样压坯密度的压坯，动态压制的压坯强度明显高于静态压制的压坯强度；
在加压过程中，适当的放慢加压速度有利于压坯中气体的排除，对提高压坯的密度是有益的。
2、保压时间和卸压速度：
压制大型、较高和较复杂的压坯时，适度延长保压时间有利于压力的传递，使得压坯各部分的密度趋于均匀。
而且，保压时间的延长让压坯中的气体有充分的时间排出体外。
保压时间的延长有利于压坯强度的提高和电阻率的降低。
在卸压时，对减压速度加以控制能防止因受压发生弹性变形的颗粒迅速反弹，从而产生层裂。
一、粉末性能的影响：
1、粉末松装密度的影响：
在一定的轧制工艺条件下，采用松装密度较小、成型性好的粉末，可获得孔隙率高、厚度薄的多孔带材，而采用松装密度密度大、压实性能好的粉末，则可获得密度较高、厚度较大的带材。
2、粉末的流动性的影响：
对流动性好的粉末，应选择较高的轧制速度，且带坯的厚度和密度都大，带坯的完整性较好。
3、粉末的压实性能和成型性能的影响：
成形性好的粉末，在较低的轧制压力下能成型成完整的，具有一定强度的带坯；
压实性好的粉料，成型后可得到致密度较好的带坯。
二、工艺参数和工艺条件的影响：
增大轧辊直径可以获得厚度较大、相对密度较高的带坯；
采用较小直径的轧辊可以轧制较薄的多孔带材。
2、轧辊
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