1、緒論粉末冶金：是冶金學的一種，是制取金屬粉末，采用成形和燒結工藝將金屬粉末（添加或不添加外金屬粉末）制成材料和制品的一項工藝技術。粉末冶金的特點：優(yōu)：1.能生產其他方法無法生產成很難生產的材料和制品：Cu-W合金（假合金）（Cu、W完全不互熔、電觸頭、發(fā)汗材料）；2，能夠產生具有特殊性能的產品，性能優(yōu)越：多孔含油軸承；3.粉末冶金是一種少切削甚至不切削的工藝：生產45齒輪。缺：1.只適合大規(guī)模的生產，否則不經濟；2.在制取形狀復雜、尺寸大的產品時受到限制。第一章制粉法的分類：機械法(渦旋法，搗磨法，球磨法，切割磨法，超細粉碎法，霧化法)和物理化學法(冷凝法，熱分解法，還原法，沉淀法，置換法，電

2、解法，合金分解法，有機溶媒法)。還原過程的基本原理和還原劑的選擇(課本第9頁)。金屬氧化物還原的動力學(見課本第15頁)。多項反應的機理(1)“吸附自動催化”理論第一步：吸附氣體還原劑分子被金屬氧化物吸附。第二步：反應被吸附的還原劑分子固體氧化物中的氧相互作用并產生新相。第三步：解吸反應的氣體產物從固體表面上解吸MeO(固)+X(氣)=MeX(固)X(吸附)+ Me(固)X(吸附)=Me(固)XO(吸附) + Me(固)XO(吸附) =Me(固)+XO(氣) =MeO(固)+X(氣)=Me(固)+XO(氣)擴散到MeO的表面 （還原劑氧化物通過產物層擴散）（2）反應速度與時間關系曲線（見課本2

3、3頁）碳還原法制取鐵粉的本質影響還原過程和鐵粉質量的因素參照材料#（1）原料a 原料中雜質的影響；b 原料粒度的影響（2）固體碳還原劑 a 固體碳還原劑類型的影響；b 固體碳還原劑用量的影響）（3）還原工藝條件a 還原溫度和還原時間的影響；b 料層厚度的影響；c 還原罐密封程度的影響（4）添加劑a 加入一定的固體碳的影響；b 返回料的影響 ；c 引入氣體還原劑的影響；d 堿金屬鹽的影響（5）海綿鐵的處理退火的目的：1.提高鐵粉純度；2.消除加工硬化；3.防止粉末自燃影響固體碳還原鐵鱗的主要因素（1）原料A 鐵鱗 a 雜質 二氧化硅有害 焦炭無煙煤b 用量 根據碳氧比K值及還原溫度而定（2）還原

4、工藝條件A 還原溫度 適當提高溫度有利于還原，但還原溫度不宜過高 950-1100B 還原時間 隨溫度而定，溫度高時，時間可縮短，時間的影響遠不及溫度的影響C 料層厚度 溫度一定時，料層厚度增加，還原時間加長D 還原罐密封程度 密封不嚴時可造成還原不透或冷卻時氧化（3）添加劑A 往原料鐵鱗中加入一定量的固體碳時效果較好（疏松劑）B 往原料中加入一定量的反饋料，有利于還原過程（廢鐵粉）C 引入氣體還原劑揮發(fā)沉積長大機理：（1）鎢的氧化物具有揮發(fā)性，而且隨著溫度升高，揮發(fā)性升高；（2）WO3的揮發(fā)性 WO2的揮發(fā)性；（3）WO3揮發(fā)后的氣相被還原，然后沉積在已還原低價氧化鎢或金屬鎢顆粒表面使其長大

5、。得到中細鎢粉措施:二階段還原法 WO3（經低溫）WO2（經高溫）W粉 得粗顆粒W粉一階段還原法 WO3（經高溫）W粉 操作方便若對粒度要求不大可用一階段還原法二階段還原法的優(yōu)點：1.得中、細顆粒；2.提高W粉質量的均勻程度；3.提高生產率金屬熱還原（制取稀有金屬Ta，Nb）還原劑的條件：1.還原反應后所產生的熱效應要大；2.形成的渣及殘余還原劑易于金屬分開；3.還原劑與制取金屬不能形成合金或其他化合物還原化合法制取WC粉電解法的特點：1所得粉末純度高；2粉末形狀為樹板狀；3粉末粒度易控制理論分析電壓：原電池平衡電動勢 E理論=陽-陰分解電壓：使電解顯著進行的外加電壓電解的定量定律法拉第定律：

6、第一定律 m=qIt；第二定律 q=w/（n*96500）成粉條件1.定性分析：只有陰極區(qū)陽離子濃度降到某一數(shù)值c時才可能粉末，只有當電流密度較大時，陰極區(qū)陽離子濃度才會急劇下降到ci2：定量分析（見課本84頁）電流效率Ni=M/（qIt）100%電能效率Ne=Wo/We=IotE（理論）/（IE（槽）t）100%霧化法1.定義：利用高壓流體（高壓水或氣體）或其他特殊方法將熔融金屬粉碎成粉末的過程2.氣體霧化機構：（圖見課本95頁）A、負壓紊流區(qū)（圖中I）：由于高速氣流的抽氣作用，在噴嘴中心孔下方形成負壓紊流層，金屬液流受到氣流波的振動，以不穩(wěn)的波浪狀向下流，分散成許多細纖維束，并在表面張力作

7、用下有自動收縮成液滴的趨勢。形成纖維束的地方離及出口的距離取決于金屬液流的速度，金屬液流速度越大，離形成纖維束的，距離就越短。 B、原始液滴形成區(qū)（圖中II）：在氣流的沖刺下從金屬液流柱或纖維束的表面不斷分裂出許多液滴。C、有效霧化區(qū)（圖中III）：由于氣流能量能集中于焦點，對原始液滴產生強烈擊碎作用，使其分散成細的液滴顆粒。D、冷卻凝固區(qū)（圖中）：形成的液滴顆粒分散開，并最終凝結成粉末顆粒。機械粉碎法1.定義：靠壓碎、擊碎和磨削等作用將塊狀金屬或金屬機械地粉碎成粉末的過程。2.球和物料隨球磨筒轉速不同的三種狀態(tài)：低轉速、適宜轉速和臨界轉速（詳細分析見課本111-112頁）3裝填系數(shù) V球/V

8、筒 0.4-0.5球料比 W球/W料 填滿球間的間隙稍微掩蓋住球體表面第二章粉末體：簡稱粉末，是由大量的粉末顆粒組成的一種分散體系，其中的顆粒彼此可以分離，或者說，粉末是由大量的顆粒及顆粒之間的空隙所構成的集合體。單顆粒：粉末中能分開并獨立存在的最小實體，主要影響燒結過程。二次顆粒：單顆粒的某種方式聚集起來而形成更大的顆粒，主要影響壓制過程。一次顆粒：構成二次顆粒的原始單顆粒。真密度：顆粒質量用除去開孔和閉孔的顆粒體積除得的商值。實際上就是粉末的固體密度。有效密度（又稱比重瓶密度）：顆粒質量用包括閉孔在內的顆粒體積去除得到的。流動性：50g粉末從標準的流速漏斗流出所需的時間，單位為s/50g。

9、壓縮性：粉末在壓制過程中被壓緊的能力。用壓坯密度表示。影響因素：塑型升高、雜志含量減小、松增大都使壓縮性增大。成形性：粉末壓制后壓坯保持即定形狀不變的能力。用壓坯強度表示。一切促進粉末嚙合的因素都講提高成形性。粒度：以mm或m表示的顆粒的大小稱為顆粒直徑，簡稱粒徑和粒度。粒度組成：具有不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量。中、粗顆粒：篩選粒度40m粉末。目數(shù)：是篩網1英寸長度上的網孔數(shù)，表示篩孔的孔徑和粉末的粒度。影響松裝密度的因素：1顆粒形狀規(guī)則時，松增大；2顆粒大時松增大；3粒度組成：外單一粒度組成時，松增大；4顆粒的內部結構：孔隙度增大時松減小。比表面：1g粉末所具有的總表面積。m2/g。

10、吸附法：測量吸附在固體表面上氣體單分子層的質量或體積，再由氣體分子的橫截面積計算1g物質的總表面積，即得克比表面。透過法：測定氣體透過粉末層（床）的透過率來計算粉末比表面或平均粒徑。第三章成形:是粉末冶金工藝過程的第二道基本工序，是使金屬粉末密室成具有一定形狀、尺寸、空隙度和強度坯塊的工藝過程。成形的重要性:1.代表粉末冶金的顯著特點；2.效率比較低的工序；3.效率比較低，限制產品的關鍵成形分類:普通模壓成形、特殊成形預處理包括:粉末退火、篩分、混合、制粒、加潤滑劑等。其目的是:1.改變粉末的化學成分，提高產品的性能；2.改善粉末的壓制成形性能，提高壓制產品的質量。退火目的:1.還原氧化物，降

11、低碳和其他雜質的含量，提高粉末的純度；2.消除粉末的加工硬化，穩(wěn)定粉末的晶體結構；3.某些超細金屬粉末的自燃，需要將其表面鈍化。混合:一般是指將兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻的過程。合批:為了需要將成分相同而粒度不同的粉末進行混合的過程。篩分:把顆粒大小不同的原始粉末進行分級。其目的是:在于把顆粒大小不同的原始顆粒進行分級，以便根據產品的用途及性能要求更加準確配制一定粒度組成的粉末。制粒:將小顆粒的粉末制成大顆粒或團粒的工序。其目的:改善粉末的流動性金屬粉末壓制過程會出現(xiàn)位移與變形。拱橋效應:粉末在松裝堆集時，由于表面不規(guī)則，彼此之間有摩擦，顆粒相互搭架而形成拱橋孔洞的現(xiàn)象。壓坯強度:是

12、指壓坯反抗外力作用保持其幾何形狀和尺寸不變的能力，是反映粉末質量優(yōu)劣的重要標志之一。產生原因:a粉末顆粒間的機械嚙合力；b粉末顆粒表面原子之間的引力。壓制壓力與壓坯密度的關系的解析:凈壓力:使粉末產生位移、變形和克服粉末的內摩擦的力壓力損失:克服粉末顆粒與模壁之間外摩擦的力應力分布規(guī)律:上部壓力比下部大，靠近模沖同一斷面上邊緣的壓力大于中部，靠近下模沖同一斷面上心部大于邊緣側壓力:壓制過程中由垂直壓力所引起的模壁施加于壓坯的側面壓力脫模壓力:使壓坯由模中脫出所需的壓力彈性后效:在壓制過程中，當除去壓制壓力并把壓坯壓出壓模之后，由于內應力的作用，壓坯發(fā)生彈性膨脹的現(xiàn)象壓坯密度的分布規(guī)律:a平均密

13、度沿高度逐漸降低；b在斷面密度靠近上模沖量邊緣高于心部，靠近下模沖量心部高于邊緣；c底部中心密度比上部中心密度高但H/D很大時相反壓制方式對分布及使用范圍:單向壓制：實用范圍：高徑比（H/D)小于等于1,高厚比小于等于3；雙向壓制：實用范圍：高徑比（H/D）大于等于1，高厚比大于等于3；帶摩擦芯桿的壓模：實用范圍：高徑比（H/D）大于等于46，適合壓制細長，薄壁產品。影響壓制過程的因素:1粉末性能對壓制過程的影響：a粉末物理性能的影響；b粉末純度的影響；c粉末粒度及粒度組成的影響；d粉末形狀的影響；e粉末松裝密度的影響；2潤滑劑和成形劑對壓制過程的影響：a潤滑劑和成形劑的種類及選擇原則；b潤滑

14、劑和成形劑的用量及效果；3壓制方式對壓制過程的影響：a加壓方式的影響；b加壓保持時間的影響；c振動壓制的影響；d磁場壓制的影響壓制過程中的廢品及其分析外形廢品：掉邊掉角、粘膜、尺寸不合格工藝廢品：分層、裂紋、未壓好、臟化一、分層特征：在制品的受壓斷面上沿壓坯棱角出現(xiàn)大約與受壓面呈45角整齊界面的層裂。產生原因：彈性受壓后彈性后效力過大所致剪切應力。凡是影響彈性后效的因素都會影響分層。1、粉末的金屬本性:塑性好的粉末變形大，密度高，強度大，接觸應力小。2、粉末的物理性能:粒度：細粉流動性差，松裝容積大，壓制壓力和壓力損失大，密度分布不均勻性大，分層傾向大。形狀：球形粉因接觸面積小，壓坯強度小，分

15、層傾向大。表面情況：長時間球形磨粉未變細，加工硬化，表面少量氧化，使分層傾向增大。3、成形劑和潤滑劑用量：成形劑多時，料粒塑性好，壓坯強度高，分層傾向小。潤滑劑多時，壓坯強度低，分層傾向增大。料粒大小：擦篩粒度變小，分層傾向增大。汽油殘留量：汽油殘留量越多，擦篩后料粒越細，粘滯性越大，流動性越差，分層傾向增大。料粒的溫度：升高溫度，料粒粘滯性增大，摩擦力增大，分層傾向增大。摻膠的均勻度：摻膠不均勻時，一部分太濕另一部分太干，擦篩時料粒過細，分層大4、壓制壓力：凡是增大壓制壓力的因素都將增大分層壓坯密度相同時，細粉末料所需壓力大，故分層大。收縮系數(shù)的影響：壓制同種粉末，因收縮系數(shù)大的模具所需壓力

16、小，故分層小。裝料不均勻時，易引起局部壓力過高，易分層。5、壓坯的形狀與尺寸：壓坯太高、太短時，密度分布不均勻，分層大 壓坯形狀太復雜時，裝料不均勻，分層大二、 裂紋特征：壓坯產生的有表面向內延伸，但無整齊界面的裂痕產生原因：彈性后效直接影響的結果消除方法：1.加壓速度與保壓時間：壓力速度要慢，保壓時間要長；2.壓制壓力：壓制壓力不能過高；3.壓模結構：合理設計模具，盡量減少應力集中部位；4.脫模：脫模速度要快，不可停留三、未壓好特征：由于壓坯內孔洞尺寸太大，在燒結過程中不能完全消失，使燒結體內殘留較多的特殊孔洞的現(xiàn)象產生原因：1.模具的收縮系數(shù)過大或設計不合理，使壓坯內局部壓力孔隙過大；2.

17、混合料團粒過硬過粗；3.料粒在模具腔內分布不均勻；4.壓制壓力過低；5.壓制速度過快。四、臟化特征：壓坯斷面有40雜質產生原因：一切摻進混合料中的其他雜質都有可能引起臟化五、彎曲特征：制品的表面不呈平面而呈某種弧度產生原因：單向壓制壓坯密度不均勻，出模后彈性后效不一引起彎曲第四章等靜壓制：將粉末或壓坯施以各方向大致相等壓力壓制。超前現(xiàn)象：擠壓過程中擠壓料與模壁之間有摩擦，中心部位的擠壓物料的流動速率比外層擠壓物料的流動速率快的現(xiàn)象。連續(xù)成型：粉末體在壓力的作用下，由松散狀態(tài)經歷連續(xù)變化成為具有一定密度和強度以及所需尺寸形態(tài)的壓塊方法。粉末軋制：將金屬粉末通過一個特制的漏斗喂入轉動的軋輥縫中，即

18、可壓軋出具有一定厚度和連續(xù)長度且有適當強度的板帶坯料。擠壓成型：金屬粉末在外力作用下，通過規(guī)定擠壓嘴成型。密度分布規(guī)律：延縱向密度分布均勻，在橫斷面上由外向內逐漸減小要使粉末被咬入軋輥縫內，必須滿足摩擦系數(shù)u與測壓系數(shù)之和大于咬入角的正切值：tg au+第五章燒結:是粉末或粉末壓坯，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。單元系燒結:是指純金屬或有固定化學成分合物或均勻固態(tài)下的燒結，過程中不出現(xiàn)新的組成物或新相，也不發(fā)生凝聚狀態(tài)的改變。活化燒結:采用化學和物理的措施，使燒結溫度降低、燒結過程加快，或使燒結體的密度和其它性能得到提高的方法稱為活化燒結?；罨療Y的本質:通過改變燒結的熱力學

19、參數(shù)，達到改變燒結過程的動力學方程。液相燒結：液相燒結可得到具有多相組織的合金或復合材料，既由燒結過程中一直保持固相的難熔組分的顆粒和提供液相。熱壓：又稱加壓燒結，是把粉末裝在模腔內，在加壓的同時使粉末加熱到正常燒結溫度或更低一些，經過較短時間燒結成致密而均勻的制品。燒結過程的原動力是什么，具體包括哪幾個方面？燒結系統(tǒng)自由能的降低，是燒結過程的驅動力，包括下述幾個方面：1.由于顆粒結合面的增大和顆粒表面的平直化，粉末體的總比表面積和總表面自由能減少。2.燒結體內孔隙的總體積和總表面積減少。3.粉末顆粒內晶格畸變的消除。最低起始燒結溫度：燒結體的某種物理或力學性質出現(xiàn)明顯變化的因素。最低塔曼溫度

20、指數(shù)：燒結的絕對溫度與材料熔點之比。液相燒結的特點：低熔組元熔化或形成低熔共晶物，那么由液相引起的物質遷移比固相擴散快，而且最終液相將填滿燒結體內的孔隙，因此可獲得密度高、性能好的燒結產品。燒結在粉末冶金生產過程中的重要性:1燒結是粉末冶金生產過程中最基礎的工序之一；2燒結也是粉末冶金生產過程的最后一道主要工序，對最終產品的性能起著決定性作用；3燒結造成的廢品是無法通過以后的工序挽救；4在經濟上的意義很大。燒結理論的發(fā)展是圍繞哪兩個問題在討論:1燒結為什么會發(fā)生？也就是所謂燒結的驅動力或熱力學問題。2燒結是怎樣進行的？即燒結的機構和動力學問題。每種機構的物質遷移方式，特征方程,哪種燒結機構在什

21、么條件下起主導作用，其適用范圍:1、粘性流動（適用晶體粉末），在表面張力作用下，顆粒發(fā)生類似粘性流動，使表面積減少【x2t】2、蒸發(fā)與凝聚（適用飽和蒸氣壓高），蒸氣壓差使原子從球表面蒸發(fā)，重新在燒結勁凹面凝聚【x3t】3、體積擴散（適用高溫或燒結后期），空位由燒結頸表面通過顆粒內部向球體表面擴散 【x5t】4、表面擴散（適用燒結初期），空位由燒結頸表面通過顆粒表層向球體表面擴散【x7t】5、晶界擴散，空位通過晶界擴散或被晶界吸收【x6t】6、塑性流動，金屬粉末在表面張力作用下，發(fā)生塑性變形的結果，高溫蠕變【x9t】液相燒結的三個基本條件：1、濕潤性：包括溫度與時間的影響、表面活性物質的影響、粉

22、末表面狀態(tài)的影響氣氛的影響。2、溶解度：固相在液相中有一定溶解度是液相燒結的又一條件，因為：A固相有限溶解于液相可改善濕潤性；B固相溶于液相后，液相數(shù)量相對增加；C固相溶于液相，可借助液相進行物質遷移；D溶在液相中的組分，冷卻時如能析出，可填補固相顆粒表面的缺陷和顆粒間隙，從而增大固相顆粒分布的均勻性。3、液相數(shù)量。燒結氣氛的作用:1.防止或減少周圍環(huán)境對燒結產品的有害反應，如氧化、脫碳等，從而保證燒結順利進行和產品質量穩(wěn)定。2.排除有害雜質，如吸附氣體、表面氧化物或內部夾雜。3.維持或改變燒結材料中的有用成分。凈化后通?？商岣邿合酂Y的過程和對應的機構？液相燒結過程大致上可劃分三個界限不十

23、分明顯的階段：1、液相流動與顆粒重排階段：顆粒在液相中懸浮存在，在液相表面張力作用下，重新排列至最緊實狀態(tài)，燒結體致密度迅速增加-對應顆粒重排機構2、固相溶解和再析出階段：固相表面原子逐漸溶解，小顆?；蝾w粒表面有棱角和突起的部分先溶，顆粒越來越小，表面也趨于平滑，同時液相中的過飽和原子析出在顆粒表面，致密化速度減慢-對應溶解-再析出機構3、固相燒結階段：顆粒相互靠攏，在顆粒表面燒結，使顆粒相互結合稱骨架，剩余液相填充于孔隙，致密化顯著減慢-對應固架燒結機構放熱型和吸熱型氣氛的特點:吸熱型特點:氫氣，一氧化碳含量高，還原性強。放熱型特點:氫氣，一氧化碳含量低，還原性差。熱壓模具的選擇:對于低溫（

24、800）高壓（700）選高速鋼，合金鋼，硬質合金。對于高溫（800）低壓（700）選石墨。影響燒結過程的因素:一、原料的性質1、各種界面能rABrA+rB 2、擴散參數(shù):體積、表面、晶界擴散3、粘性系數(shù)4、臨界剪切應力5、飽和蒸氣壓差6.點陣類型:對稱性好的，燒結開始溫度低7.品型:有同素異晶轉變時燒結過程慢8.顆粒表面活性，顆粒小，活度大，燒結溫度低9.晶?；钚?晶粒小，晶界多，有利于擴散10.粘結相對基體的濕潤性:減少對液相燒結有利11.壓坯密度:增大，顆粒靠得近，接觸面大，有利。二、燒結的工藝1.升溫階段：升溫速度過快導致加熱不均勻，成型劑來不及排出。2.燒結階段：溫度：溫度：高時，可縮

25、短燒結時間，但不宜過高；時間：根據燒結溫度，制品大小，壓坯密度等因素而定。3.冷卻階段：冷卻速度的大小對產品的組織形貌和性能有一定影響，對制品的表面氧化也有影響。4.裝舟量：宜適中；過多：導致溫度不均勻；過少：導致生產率低。5.填料：Al2O3+C，作用：加熱均勻，防止產品氧化，防止產品粘結。三、外來物質1.部分溶于粘結相的外來物質：可加快燒結過程。2.表面氧化物：若在燒結時能被還原，則可加快燒結過程。3.燒結氣氛：氫氣、真空有利于燒結。4.某些不溶性雜質可阻礙燒結過程，如硅，錳。5.加入預合金粉有利于燒結過程。燒結廢品及其分析一、 按產生原因：1.由于破壞了規(guī)定的加熱規(guī)程；2.由于破壞了燒結

26、氣氛的條件；3.與產生壓坯所經過的過程有關二、按特征分為以下十類（一）變形和彎曲A、變形：燒結體不同部位的體積收縮不一導致形狀不規(guī)則的形變產生原因：a壓坯密度分布不均勻；b由于壓坯結構上厚薄比較懸殊，燒結溫度偏高，升溫速度過快；c燒舟變形嚴重，舟底不平以及裝舟方式不當消除方法：改進之B、彎曲定義：燒結體各部分體積收縮一樣，但處在同一坐標平面變成有規(guī)律的曲面產生原因：燒結體成分不均勻（主要指含碳量），因而各部分的凝固溫度不一消除方法：1.盡量混合均勻；2.氫氣的流量要?。?.燒結體的尺寸要?。?.正確裝舟；5.盡量避免燒結體與爐內氣氛接觸，密封裝舟（二）分層和裂紋A、分層 定義：同壓制 產生原因：壓制過程不合理（模具設計不合理、壓制壓力過高、粉末含氧量過高） 消除方法：提高粉末質量，改進壓