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1、20062006 粉末冶金原理课程（粉末冶金原理课程（ I I ）考试题）考试题 标准答案标准答案一、名词解释：（一、名词解释：（ 2020 分，每小题分，每小题 2 2 分）分） 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 时，筒体的转动速度 比表面积： 单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒： 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； 离解压： 每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越 大， 离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量： 这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每
2、96500 库仑应该有一克当量的物质经电解析出 气相迁移： 细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气 相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 颗粒密度： 真密度、似密度、相对密度 比形状因子： 将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子 压坯密度： 压坯质量与压坯体积的比值 粒度分布： 将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、 粉 末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对 粒径作图，即为粒度分布 二、分析讨论二、分析讨论 ： （ 2525 分）分） 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 重要优点：重要优
3、点： * 能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、 特殊功能材料（硬质合金）； * 因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加 工量少而节省材料； * 对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工 量少，制作成本低 , 如齿轮产品。 重要缺点：重要缺点： * 由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸 造加工产品偏低； * 由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造； * 规模效益比较小 2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分）气体雾化制粉过程可分
4、解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和 冷却区等四个区域。其特点如下： 金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍， 破坏了层流 状态，产生紊流； 原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用， 金属流柱被拉 断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的 冲击，使之破 碎，成为微小金属液滴； 冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐 球化。 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是 * 可以
5、获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的 钨粉二次颗粒要大。 * 采用蓝钨作为原料，蓝钨二次颗粒大，（一次颗粒小），在 H2 中挥发少， 通过气相迁移长大的机会降低，获得 WO2 颗粒小；在一段还原获得 WO2 后， 在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不明显，且产量高。 三、分析计算：（三、分析计算：（ 3030 分，每小题分，每小题 1010 分）分） 1 1 、 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需 要 5 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 50 微米，需要多少小时？ 提示 W=g （ Dfa-Dia ）， a=-2 解：解：
6、根据已知条件 W1= g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 100-2-200-2 ） , 初始研磨所做的功 W2 =g （ Df a -Di a ） =9.8 （ 50-2-100-2 ）进一步研磨所做的功 W1/W2=t1/t2, t2=t1(W2/ W1)= 20 小时 2 、 在低压气体雾化制材时，直径 1mm 的颗粒，需要行走 10 米和花去 4 秒 钟进 行固化，那么在同样条件下， 100 m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时 需 要作何种假设。 解：解： 固化时间： t = D D m m Cpln(Tm-To/Ts-To)Cpln(Tm-To/Ts-To) + + H
7、/Ts-To/6H/Ts-To/6 简化成 t t = K D D 并令并令 K= m m Cpln(Tm-To/Ts-To)Cpln(Tm-To/Ts-To) + + H/Ts-To/6H/Ts-To/6 , , 假设重力的作用很小时 , 有 4/X=1000K/100K X=0.4 秒 S=1 米 3 、 相同外径球型镍粉末沉降分析，设一种为直径 100 微米实心颗粒，一种 为有 内径为 60 的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间（沉降速度）， D 理 =8.1. 解：解： v=h/t=gd 2 2 ( 1 1 - - 2 2 )/(18 ) h/t=gd 2 2 ( 1 1 - - 2
8、2 )/(18 ) t=h/gd 2 2 ( 1 1 - - 2 2 )/(18 ) 求得 t1 （实心） =31 秒， t2=23 秒 四、问答：四、问答： （ 2525 分）分） 1 、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌与松装密度之间的关系。（ 10 分） 松装密度是粉末的一个重要物理性能，也是粉末冶金过程中的重要工艺参数， 粉末粒度粉末形状对松装密度影响显著： * 粉末越细松装密度越小 * 粉末形状越复杂松装密度越小 * 粉末质量（粉末颗粒中孔隙因素）越小、松装密度越小 * 在部分教大直径的粉末中加入少量较小粒径的粉末，构成一定粒度分布 , 有利于提高松装密度 2 、熔体粘度，扩散速率，形
9、核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它 们 各自对雾化粉末显微结构的作用如何？（ 15 分） 提示： I I = = IoIo D D 2 2 exp(-Qexp(-Q L L /kT)exp-W/kT)exp-W M M /(T/(T T T 2 2 ) 1 ） 形核率是过冷度的函数，在一定过冷度内（形核控制区内），过冷度越大 第二个指数项越大，形核速率增加；形核速率 I 与过冷度 T T 之间的关系如 下，过冷度与形核速率为负指数关系， I I = = IoIo D D 2 2 exp(-Qexp(-Q L L /kT)exp-W/kT)exp-W M M /(T/(T T T 2 2 ) 过冷度太大（扩散控制区内），原子排列时间不够，形核率降低 2 ）将上式变形 I/DI/D 2 2 = = IoIo exp(-Qexp(-Q L L /kT)exp-W/kT)exp-W M M /(T/(T T T 2 2 ) 晶粒直径与过冷度成正指数关系，增加过冷度，晶粒尺寸越小 3 ）通常地，过冷度越大，原子扩散速度越小，晶粒尺寸越小 4 ）通常地，温度越高，熔体黏度越小，过冷度大，溶体黏度变化梯度大，表 面张力作用时间短，颗粒多呈不规则形状。
