冶金分析(粉末冶金原理综合试题)

粉末冶金原理课程综合试题（ 04 年）

一、名词解释：

临界转速，孔隙度，比表面积，松装密度，标准筛 （ 10 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；

孔隙度：粉体或压坯中孔隙体积与粉体体积或压坯体积之比；

比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积

松装密度：粉末自由充满规定的容积内所具有的粉末重量成为松装密度

标准筛：用筛分析法测量粉末粒度时采用的一套按一定模数（根号 2 ）金属网筛

弹性后效，单轴压制，密度等高线，压缩性，合批： （ 10 分）

弹性后效：粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象称作

单轴压制：在模压时，包括单向压制和双向压制，压力存在压制各向异性

密度等高线：粉末压坯中具有相同密度的空间连线称为等高线，等高线将压坯分成具有不同密度的区域

压缩性：粉末在模具中被压缩的能力称为压缩性

合批：具有相同化学成分，不同批次生产过程得到的粉末的混合工序称为合批

二、分析讨论：

1 、分析粉末冶金过程中是哪一个阶段提高材料利用率，为什么？试举例说明。（ 10 分）

解：
　　 粉末冶金过程中是由模具压制成形过程提高材料利用率，因为模具设计接近最终产品的尺寸，因此压坯往往与使用产品的尺寸很接近，材料加工量少，利用率高；例如，生产汽车齿轮时，如用机械方法制造，工序长，材料加工量大，而粉末冶金成形过程可利用模具成形粉末获得接近最终产品的形状与尺寸，与机械加工方法比较，加工量很小，节省了大量材料。

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）

解：
　　气体雾化制粉过程可分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 、分别分析单轴压制和等静压制的差别及应力特点，并比较热压与热等静压的差别。（ 10 分）

解：
　　单轴压制和等静压制的差别在于粉体的受力状态不同，一般单轴压制在刚模中完成，等静压制则在软模中进行；在单轴压制时，由于只是在单轴方向施加外力，模壁侧压力小于压制方向受力，因此应力状态各向异性，σ 1 》σ 2= σ 3 导致压坯中各处密度分布不均匀；等静压制时由于应力均匀来自各个方向，且通过水静压力进行，各方向压力大小相等，粉体中各处应力分布均匀，σ 1= σ 2= σ 3 因此压坯中各处的密度基本一致。

4 、分析还原制备钨粉的原理和钨粉颗粒长大的因素。（ 10 分）

解：
　　钨粉由氢气还原氧化钨粉的过程制得，还原过程中氧化物自高价向低价转变，最后还原成钨粉， WO3—WO2 — W ；其中还有 WO2 。 90—WO2 。 72 等氧化物形式。由于当温度高于 550 度时，氢气即可还原 WO3 ，由于当温度高于 700 度时，氢气即可还原 WO2 。因为在这种条件下水分子的氧离解压小于 WO3 ， WO2 离解压，水分子相对稳定， WO3 ， WO2 被还原，同时由于温度的作用，疏松粉末中还原产物容易经扩散排走，还原动力学条件满足，导致氧化钨被氢气还原；由于 WO3 ，和 WO2 在含有水分子的氢气中具有较大的挥发压，而且还原温度越高，挥发压越大，进入气相中的氧化钨被还原后，沉降在以还原的钨粉颗粒上导致钨粉颗粒长大。粉末在高温区停留的时间长也会因原子迁移致使钨粉颗粒长大。氢气湿度大，导致 WO3 和 WO2 细颗粒进入气相，也是导致钨粉颗粒长大的重要因素。

三、分析计算：

1 、一压坯高度是直径的三倍，压力自上而下单向压制，在压坯三分之二高度处压力只有压坯顶部压力的四分之三，求压制压力为 500Mpa 时，压坯三分之一高度和压坯低部的压制压力？（ 10 分）

解：
根据已知条件，在 h=2/3H 时， P2=3/4P1 ，计算得 EXP （ -Q1 ） =3/4
h=1/3H 时， P3=P1EXP （ -Q2 ） =281 。 25Mpa
在压坯底部压制压力 P=210 。 94MPa

2 、 若用镍离子浓度为 12 克 / 每摩尔（ g/mol ）的硝酸镍做电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才能够获得松散粉末？（ 10 分）

解：
镍离子浓度为 12 克 / 每升（ g/L ）时等于 12/58.71=0.205mol/L, 既
c=0.2051mol/L, 并已知 K=0.80
由 i=Kc, I=0.80 x 0.2051=0.164 A/cm2
=16 。 4A/dm2
至少需要电流密度等于 16 。 4A/dm2 才能够获得松散粉末 .

四、问答 ：

1 、什么是假合金 ， 怎样才能获得假合金 ？（ 10 分 ）

解：
两种或两种以上金属元素因不经形成固溶体或化合物构成合金体系通称为假合金，是一种混合物；
假合金形成的条件是形成混合物之后两种物质之间的界面能，小于他们单独存在时的表面能之和，即 γ AB < γ A+ γ B

2 、氧化铁氢还原方法制备还原铁粉：
FeO+H 2 =Fe+H 2 O
平衡常数： LgKp=-1000/T+0.5, Kp=P H2O /P H2
讨论还原温度分别为 500 o C ， 600 o C ， 700 o C 时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（ 10 分）

解：
T= 773 LgKp=-1000/773+0.5=-0.8, Kp=PH 2 O/PH 2 =
T =873 LgKp=-1000/873+0.5=-0.65, Kp=PH 2 O/PH 2 =
T =973 LgKp=-1000/973+0.5=-0.53, Kp=PH 2 O/PH 2 =
　　计算表明 , 温度月高 , 平衡常数值越大 ( 正 ), 说明随还原温度提高 , 气氛中的 H2O 比例可越大 , 氢气中水蒸气含量提高 , 提高温度有利于还原进行。