粉末冶金基础与新技术研究生考试答案

1、1以Ti-6Al-4V(TC4)合金为例,请列举 2-3 种从粉末制备到致密零部件成形的粉末冶金工艺,并简介各工艺的优缺点和适用性。例 1. 将具有韧性的海绵钛粉置于肯定高温下成脆性氢化钛，将其裂开后在适当的温度和真空度下脱氢，得到氢HDH钛粉。 Ti 粉与Al-V 粉按质量比9：l5 hTi-6A1-4V 机中混炼 1 h，密炼机转速为50rmin，密炼温度150；通过制粒可以得到适合于注射成形的粒状喂料。在温度150、压力5.88 MPa 下将喂料注射成形，承受两步脱脂法将 成4h；然后在真空度为10-Pa、温度为72010-Pa，125下真 3 h，即可获得Ti-6A1-4V 过程中实现

2、，与其它方法相比该法工序削减并降低了合金生产过程中被污染的可能性， 因此可以降低产品的生产本钱并提高其最终性能。与传统的锻材加工技术相比，二者材 料性能接近，但粉末冶金技术易于制备外形简单的部件，且所制备的部件根本为净形， 可节约大量原材料，削减机械加工，降低本钱。其、制备出的材料显微组织均匀，可制 备高质量、高精度的简单小型零件。C 与Ti 之间的相互作用HDH法制取的钛合金粉中氧含量难以把握，影响了其粉末冶金制品的性能，其力学性能与国 内外承受气雾化粉制备的Ti-6Al-4V 合金仍存在肯定差距。另外，受模具限制不能制备尺寸较大的粉末冶金产品。适用性：工业用高质量、高精度的简单小型零件，如

3、手表、眼镜的零部件及高尔夫球杆 头等。例 2. 承受气体雾化法生产的球形Ti-6Al-4VTi-6Al-4V的条件下均匀参加都加工、焊接好不锈钢包套中，封好包套，留除气口。对装好粉的包 900，110MPa的条件下，保温保压1 小时，随后出炉。除去包套，得到预合金Ti-6Al-4V 粉末钛合金制件。优点：1与传统的锻材加工技术相比，二者材料性能接近，但粉末冶金技术易于制备 外形简单的部件，且所制备的部件根本为净形，可节约大量原材料，削减机械加工，降20%-50%；2与钛合金的铸造技术相比，二者都是近净形工艺，但粉末钛合金具有更优良的性能，热等静压固结的粉末钛合金可100%致密，具有良好的微观构

4、造，晶粒细小，组织均匀，无织构、偏析现象，性能可到达不低于锻件的水平；3用钛合金粉末冶金技术可制备高性能多功能钛基复合材料。缺点：由于钛是高熔点活性金属，在传统的陶瓷坩埚中熔化时易污染，无法保持纯度且 承受汽雾化方法制备粉末本钱相对较高。适用性：主要应用在航空航天及汽车工业的钛粉末冶金构造零部件上。假设制备高致密的Al-30%(vol.)SiC 复合材料，请选择2 种工艺，如何保证力学性能优于铸锻材料？工艺 1：粉末冶金法是将基体Al 颗粒与SiC 增加体颗粒按Al-30%(vol.)SiC均匀后制成复合坯料，然后将坯料装入金属或非金属的模具中经冷压、除气，然后加热到固液两相区进展真空热压或热

5、等静压制成复合材料锭块，再通过挤压、轧制、铸造等 二次加工制成型材或零件。工艺 2：将原始SiC 粉末干混得到混合粉末，参加粘结剂经捏合，密炼，制粒后获得碳化硅喂料，注射成形得到碳化硅预制件。按Al-30%(vol.)SiC 的比例将SiC 预制件、成形模具和铝合金置于真空容器中加热，待铝合金熔化后向容器中充入高压惰性气体，铝合金液体在气体压力作用下浸渗到预制件中形成复合材料或构件。工艺 1 中为了获得力学性能优于铸锻件的材料，可以承受液氮球磨法制备纳米级别的复合粉末。低温球磨能够制备出具有良好热稳定性的纳米晶。液氮环境下，通过机械合金 化的方法制备出的纳米晶材料可以削减氧的污染，同时低温环境

6、下可以通过削减球磨过 程中的热量聚拢而转变粉末形变动力学机理使粉末在不断的断裂和冷焊过程中朝着更容 易断裂的方向进展。后续烧结机加工过程中的工艺把握工艺 2 中为了获得力学性能优于铸锻件的材料，制备材料的浸渗过程中是否在真空的条件下进展对于材料的致密度影响很大，真空度愈高，残留在预制件中的气体就愈少，浸 渗后复合材料及构件中的孔隙率就愈小，材料力学性能愈好，因此要尽量提高渗透过程 中的真空度。注射成形坯的制备过程中的工艺把握Zr50Cu40Al10 合金粉末的全致密化？其致密化机理有哪些特点？微波烧结是一种材料烧结工艺的方法，它具有升温速度快、能源利用率高、加热效率 高和安全卫生无污染等特点，

7、并能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观 构造和性能。微波烧结实现Zr50Cu40Al10 非晶态合金粉末的致密化过程是利用微波加热来对Zr50Cu40Al10 非晶态合金粉末进展加热烧结。利用微波具有的特别波段与材料的基 本微小构造耦合而产生热量，承受与Zr50Cu40Al10 合金耦合的特别微波波段对合金粉末 进展加热烧结，利用Zr50Cu40Al10 合金粉末的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而 实现非晶态合金粉末Zr50Cu40Al10 导或辐射方式传递至被加热物而使其到达某一温度，热量从外向内传递，烧结时间长， 使得非晶粉末简洁在烧结过程中发生晶化。而微波烧结则是利用微波

8、的体积加热，实现材料中大区域的零梯度均匀加热，快速烧结，削减甚至避开了烧结过程中的非晶晶化。微波与材料直接耦合，导致整体加热：由于微波的体积加热，得以实现材料中大区域的 零梯度均匀加热，使材料内部热应力削减，从而削减开裂、变形倾向。同时由于微波能 被材料直接吸取而 80%左右。 微波烧结升温速度快，烧结时间短：某些材料在温度高于临界温度后，其损耗因子快速 增大，导致升温极快。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的烧结进程，缩短 了烧结时间。短时间烧结晶粒不易长大，易得到均匀的细晶粒显微构造，内部孔隙少， 空隙外形比传统烧结的圆，因而具有更好的延展性和韧性。同时，烧结温度亦有不同程 度的降低

9、。微波可对物相进展选择性加热：由于不同的材料、不同的物相对微波的吸取存在差异，因此，可以通过选择性和加热或选择性化学反响获得材料和构造。还可以通过添加 吸波物相来把握加热区域，也可利用强吸取材料来预热微波透亮材料，利用混合加热烧 结低损耗材料。此外，微波烧结易于把握、安全、无污染。术。通过 SPS 技术实现 Zr50Cu40Al10 非晶态合金粉末的全致密化为：将成分为Zr50Cu40Al10 的非晶粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于非晶粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成烧结过程， 制得高性能Zr50Cu40Al10 非晶块体材料。由于放电等离子烧结能够在较低温度下快速的 完成粉末的烧结，因此可以避开常规烧结过程的高温长时间而导致的非晶粉末烧结过程中发生晶化。放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中 的加压有利于降低粉末的烧结温度，同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致 密。 电冲击压力、焦耳热和电场集中作用。在SPS 烧结过程中，电极通入直流脉冲电流时瞬间产生的放电等离子体，使烧结体内部各个颗粒均匀的自身产生焦耳热并使颗粒外表活化。与自身加热反响合成法SHS和微波烧结法类似，SPS 是有效利用粉末内部的自身SPS 结果。除加热和加压这两个促进烧结的因素外，在SPS局部高温，可以使外