2024年6月1日发(作者：凭骏英)

粉末制备习题

* 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途，请列举三种汽车用粉末冶金产品。

* 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝，为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。

* 粉末冶金一度称为金属陶瓷( Metal ceiamics) ， 是什么工序类似于陶瓷产品制备。

* 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么？这些差别是如何影响过程的。

* 粉末冶金的定义是什么？

* 粉末冶金的工程含义是什么？

* 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面，要求减少模具结构误差，以确保产品尺寸精度与性能，

在什么步骤上有利于减少产品加工成本（净静成形技术）

* 金属基复合材料，如 SiC 纤维强化铝合金，是粉末冶金应用的领域，你能说明复合材料制备方法吗？

* 在水雾化制粉时，怎样获得球形颗粒。

* 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。

①如何测试该碟状粉末的粒度。

②改变碟状粉末厚度的方法。

③哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。

* 用气体雾化制备合金粉末，雾化融液金属温度略高于液相线，对于粒径为100μm的颗粒，固化时间为

0.04s，估算在同样条件下10μm粒径粉末颗粒的固化时间。

* 采用水平雾化时，发现所得粉末颗粒太小，不适合后续的工序，建议改变三个过程参数以增大粒径。

* 在气体雾化时，如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大，粒度对颗粒形状会有何种作用？高的过热温度会

有利于形成球形颗粒吗？

* 离心雾化粉末通常有双峰形粒度分布曲线，讨论产生这种结果的原因。

* 分别用水雾化，气体雾化和还原方法制备Cμ粉（理论密度=8.9g/cm3），测试指数如下：

性能 A B C

平均粒度μm 48 25 40

松装密度g/cm3 2.8 1.7 4.4

振实密度g/cm3 3.3 2.4 4.7

流速 s/50g 32 50 21

BET表面积m2/g 0.014 0.063 0.017

区分数据全所对应的制备方法，且分析求证你的答案。

* 当用电解法制备合金粉末时（如黄铜“铜—锌合金”），会遇到什么困难？

* 在旋转圆盘雾化时，首先形成了长40μm、直径5.3μm圆筒体，能形成几个等尺寸的球形颗粒。如果

该薄片圆筒体分开时，能形成几个等直径的球形颗粒（设表面能维持不变）

* 为什么不能采用H2还原氧化Al制备Al粉？

* 球磨脆性粉末时，输入的总功与粉末粒径的1/2方成正比，当粉末由10μm减少到粒径1μm时，能量

变化有多大？

* 提供一种原因释气体雾化时，如果平均粉末粒度减少，粒度分布区域将会变窄。

* 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，

100μm粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。

* 金属学化合物比其对应的金属易于粉碎，关键原因是什么？

σ=（2Er/D）1/2 r 缺陷尺寸

D 粒径，E 弹性模量，σ 集冲出应力

* W-Cu复合粉末在搅拌球磨机中120rpm条件下研磨4小时，如果要在1小时条件下也获得相同的粒径，

那么速度应该是多少？

* 在气体雾化时，选择雾化条件，哪一个参数对颗粒尺寸最大，为什么？

* 为什么非晶粉末难于成形（与多晶粉末比较）。

* 一气体雾化粉末，平均粒径为40μm（重量法），χ — Ray分析中25%为非晶粉末；该粉末经400目

过筛，χ — Ray复检时发现-400目的粉末中有40%的非晶粉末。

a. 在+400目部分材料中非晶粉是多少？

b. 为什么会有大的非晶颗粒和结晶颗粒？

粉末表征习题

* 使用200g粉末测量粒度（Ni粉），测得平均粒度为120μm，估算在这一粉体样品中大约有多少颗粉末

（Ni（ρ）=8.9g/cm3）。

* 用筛分析测量粉体粒度，粉末颗粒为椭球形，长径120μm ，短径60μm，问那个粉末的尺寸与筛网尺

寸相符合。

* 对于边长为3μm的立方形颗粒：

a. 它的当量球形表面直径是多少？

b. 它的当量球形体积直径是多少？

* 筛分析铁粉成-325目和-100/+200目一个部分，粗粉部分的松装密度是2.6 g/cm3，用 20%的细粉混合

之后，松装密度达到了2.8 g/cm3，为什么？

* 空气透过长1cm，横截面为1cm2的Mo粉样品（松装密度为4.5 g/cm3），压降为1气压（2个大气压

降为1个大气压），流速为0.15cm/s，问当量球体直径是多少？（空均粘度=1.8×10--4 g/cm/s， Mo理

论密度：10.2 g/cm3，）

* 粉末的何种性质造成透过法测量表面积和吸附法测量表面积的差异。

* 解释：当振实密度（Tapdensilg）对松装密度的比值增加时，为什么会增加在Hall流速仪中测定的流

经时间？（松装密度小，粉末形状，振实密度相对于松装密度之比增加，所需流经的时间增加）。

* Al粉表面的氧化物可用来形成弥散强化质点，对于直径为10μm氧化层厚度为25nm，氧化物弥散质量

的体积百分数大约为多少？

* 用Stokesian定律测量粉末粒度时，为什么要求雷诺数略低于1.0，对于球形Al粉分析，能分析的最

大粒径为多少？（Al=2.7 g/cm3，水的1.0 g/cm3，水的粘度=10-2 g/s/cm）。

* 振实密度与松装密度之比，暗含有形状因素，讨论粉末形状和粒度对该比值的影响。

* 建立一个测检进厂粉末的质量控制流程图，流程图中的步骤应包括最少的但是有效的部分，以确保粉末

的重复性和可靠性，设粉末为-100目。

* 一分散性良好的粉末用光学显微镜观察，平均粒度为13μm，用沉降天平分析平均粒度为28μm，讨论

造成如此差别的原因。

* 2实验小组采用同一样品进行筛分析，第一组是平均颗粒粒径为54μm，第二组为75μm，为什么会存

在这种误差，假设其原因。

* 10克+325-270目铁粉，大约有多少个粉末颗粒，表面积有多大，铁理论密度为7.86 g/cm3。

* 计算一空气向上流动的速度可使10μm直径的Pb粉，维持在一定高度，（与重力平衡），空气粘度

=1.8×10-4 g/s/cm。空气密度=10-3 g/cm3，Pb理论密度=11.4 g/cm3。

* 如何将一钢粉与锡粉混合之后再行分离？

* 机械合金化是如何制备非晶粉末的？需要何种相图条件和过程条件。

* 硼被用来产生非晶金属，为什么B具有这种性质？

* 熔体粘度，扩散速率，形核速率，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？

* 合金冷却时，晶体形核速率与粘度成反比，粘度与过冷度的为： η（Pa · s）=5×10-5e（3000/σT）

粘度为1013 Pa · s， 如果熔体刚化，那么过冷度为多大时，能够冷却成玻璃相（非晶）

* 一粉末为40μm，枝晶间距（arm space）为1.9μm，如果该颗粒直径减少到20μm，计算枝晶间距是

多少？

* 对于共晶合金，枝晶间距大致上与过冷度成反比，固液表面变化速度与过冷度的平方成正比，在大过冷

度的条件下，哪种因素起决定作用，接下来会发生什么现象（或过程）

* 物理性质为：密度=8g/cm3，原子量50/mol，热容：24 J/mol/℃，固化温度：1150℃，熔解热：16KJ/

mol，用750℃气体，导热系数等于104J/（m2sC）从气体进行雾化时，计算一个25μm直径滴（1300℃）

的固化时间（温度从1300℃→75℃）。

* 在上述雾化条件下，假设喷嘴处的液滴具有初速度为0.5Km/s，那么在固化前，它能飞行多远？假设气

氛不产生粘性张力。

* 在什么样的条件球化时间小于固化时间。

* 一筒压力为14MPa（压力不变）氩气雾化1公斤表面能为1.2J/m2粉末，直径20μm的金属液滴，需气

体体积为0.5 m3，问因气体减压转化成粉末新表面的能量转化率有多大？设为理想气体状态，金属度为

8g/cm3，adiabafic气体膨胀功率于Rtln（P2/P1）。

* 在什么样的条件球化时间小于固化时间。

* 在略高于液相温度条件下熔化一合金粉末，对于直径为100μm的粉末，固化时间为0.04s，枝晶间距

为3μm，计算直径为10μm颗粒的固化时间和枝晶间距。

* 解释为什么非晶结构的防腐性能优于多晶体结构（同样组成）。

* 对于粒径为1mm的液滴，固化时间为4s且飞行10米，在同样条件下，如果制备10μm粒径的雾化粉末，

冷却室的尺寸应设计为多大？计算应作何假设。

* 一粒径为100nm铜粉表面形成CuO，即表面层为氧覆盖，问氧从体积%是多少？

* 设计一铁基多晶材料，晶界尺寸为1.2nm，如果该材料有20%从原子处于晶处，计算晶粒尺寸（及晶粒

为还应高到）

* 一弥散强化复合材料屈服强度随第二相尺寸变化如下：

晶粒μm 屈服强度MPa

4 90

5.9 118

3.6 160

2.8 186

如果用第二相为200nm粉末制备复合材料，固体屈服强度是多少？

* 在超真空条件下发现金粉颗粒有团聚现象，为什么？

* 一黄铜粉末，初始粒径为 40 μ m ，球磨 5 小时后，平均粒度为 22 μ m ，问进一号研磨到粒径为 10

μ m ，需要多少时间？

粉末成形技术习题

* 区分成形剂和润滑剂的作用。

* 添加润滑剂的有害作用是什么？

* -100 目 +325 目电铜粉是松装密度，以及随硝酸含量没变的压坯密度（ 350MPa 成形压力）的数据。

重量 wo% 松装密度 g/cm 3 压坯密度 g/cm 3

0.0 2.78 6.59

0.5 2.75 6.68

1.0 2.73 6.48

2.0 2.63 6.37

解释为什么松装密度会随着润滑剂百分含量增加而增加？

解释为什么压坯密度随润滑剂改变是非线性变化？

* 润滑剂对于离心雾化的粉末会产生何种影响？

* 采用 10 个随机样品分析混合均匀性，分别经 10 分钟和 30 分钟混合后。

* 对于长 45cm ，中心直径为 35cm 的双锥形混料器，最高旋转速度是多少为好？

* 软金属（锡）建议用作改进压坯密度的粉结剂，如使用这种粉结剂，会产生什么问题（不易去除）。

* 铁粉理论密度为 7.86g/cm2 ，松装密度为 3.04g/cm3 ，与 1wt% 酸锌均匀混合，问混合物的理论密度

是多少？并估算松装密度。

* 由混合方法准备 Fe-2%Cu 合金，铁粉与水雾化方法制得， 5% 为 +100 目， 20% 为 -325 目， 25% 为

-100 +325 。钼粉由还原方法制备， -100 目 100% ， -325% 目 44% ；计算每 g 铜粉所具有非颗粒数，

如果该混合料比重为 6.8g/cm 3 ，问每个铜粉之间的平均间距有多大？

* 在 Fe-8%Ni 合中，如果每个 Fe 颗粒都至少与一个 Ni 粒相邻（接触）的可性为 50% ，假设颗粒接触

相当数为 8 ，那么， D Fe /D Ni 的颗粒粒径比为多少？

* 计算含 0.11wt% 水分的 20 μ m 不锈钢粉混合物的结合温度，该粉末的振实密度为 5g/cm 3 ，

Pynomefer 密度为 8g/cm 3 ，水的密度为 1g/cm 3 ，水的表面能为 0.073J/cm 2 ，请推出一个不会因手

工搬动损坏的压坯尺寸。

* 有一种干燥粉末，产生流动剪切应力只有表现应力的 1/2 ，请问该粉末的自然堆集角是多少？

* 添加硬脂酸作润滑剂后，理论密度等于 2.6 g/cm 3 的银粉末被压制到 85% 的理论密度如果孔隙饱和

度小于 75% ，润滑剂加入和最大量是多少？

* 如果以直径为 20 μ m 的球型颗粒，排列成立方结构（每角一个球体），那么，在留下的间隙中，能

塞下，最大直径为多少的球形颗粒。如果该（ 20 μ m ）球形颗粒随机排列，孔隙尺寸（孔隙度）可能有

多少？

* 直径为 100 μ m 的球形颗粒随机排列，在 1 m 3 的立方体中达到 64% 的真

填充密度，问需要多少这种球形颗粒，以及颗粒的接触是多少？

* 一松装密度为 2.4 g/cm 3 （理论密度为 8.9 g/cm 3 ）的铜粉成形后，压坯孔隙度为 20% ，润滑剂

最多量为 20Vol% ，问若用该脂酸作润滑剂，在本例中能加入的最大量为多少？

* 不锈钢粉松装密度为 2.7 g/cm 3 ，压坯密度为 6.5 g/cm 3 ，问压缩是多少？当压坯为 4cm 高时，

粉末装填高度是多少？

* 简述一种维持压坯密度不变，压坯强度得以提高的方法。

* 一长方体压坯，尺寸分别为 20cm ， 1cm ，和 0.2cm ，为得到最佳压制性能，请画出模具简图和决定

压制方向。

* 球形粉末往往表现出较低压坯强度，解释其原因，并建议改进压坯强度的粉末处理方法。

* 一粉末与粘剂的混合体，粘度为 50Pa.s ，在 150 ℃，模压成形为长 32mm ，宽 12mm ，厚 6mm 的状

压坯，如果最大填充时间为 0.2 秒，问最大脱模压力为多少？

* 在分别由合金钢粉和铁含量混合粉末成形时，哪种粉末易于成形（其它条件相同）。

* 98%Fe 粉与 2%Ni （经由添加密度为 0.95 g/cm 3 . 混合后）相对密度为 65% ， Fe ， Ni 和粘结剂

的量各为多少？

* 采用亚微米粉末模压成形，脱模后发现有分层裂纹：

* 改变何种粉末性质可以防止分层性裂纹。

* 何种润滑剂最合适。

* 采用冷等静压是否可以消除分层裂纹。

* 一压坯外径为 D ，内径为 d ，单面压制，以此压坯为条件，演算（推）一个与 6.11 相似的议程。

* 对于一给定的粉末，为何等静压的密度会高于模压密度。

* 当压坯密度大于 75% 后，压坯中的气体压力与压制压力成线性影像，该压坯中心气体压力在脱模过程

中会产生裂纹吗？

* 空气雾化铅在较低压力下就得高密度， 280Mpa ， 90% 相对密度，如果当铅粉表面所成氯化物，且具

有较大体积含量，其结果会怎样呢？

* 对于强度值较高的粉末，如直径 5 μ m 的 Mo 粉，与模具壁之间的摩擦系数等于 0.3 ，压缩比为 0.5 ，

（轴的径度相同），当压坯直径为 1cm ，高度为 2cm ，松装密度为 2.8g/cm3 ，（理论密度为 10.2g/cm3 ）

压力为 500Mpa ，作图表示：

* 单向压制时压力分布随密度变化（压坯密度）。

* 双向压制时压力分布随高度变化。

* 图示，压坯强度在双向压制时，随压坯高度变化。

* 一不规则铜粉成形时（ -200 目），压坯性能随压制压力改变，所得数据如下：

压力 Mpa

1.0

220

330

440

550

660

压坯密度 相对

密度

63.3

74.7

81.4

85.6

89.0

91.1

压坯强度 Mpa

4.4

18.4

23.1

35.6

45.3

49.8

* 以压坯密度对压制压力作用，建立一个模型使该模型计算的数据与上述数据相接近。

* 建立压坯密度与压坯强度间的关系。

* 统计粉末特性，控制了这一压制试验后果。

* 三种粉末运行模后，压力为 440Mpa ； Ti 粉 -325 目，不锈钢 -325 目，铜粉 -100 目，哪种粉末会

具有最高压坯强度，为什么？

* 一具有 2 个台阶的压坯投影尺寸为 25mm × 25mm ，厚度分别为 1.2 和 12mm ，如果使用模具压制成

形，粉末相对密度为 52% ，压制密度要达到 94% ，理论密度，问填粉高度应为多少？提相对运动是多大

才能确保密度均一，该产品可成形方法制备吗？

* 如果要获得均一的密度分布，在压制多平台的产品时，可能会出现什么问题，该如何解决。

* 就成形简单形状的产品来说，粉末连续盛开具有明显优势，连续成形或致密化过程的方法及过程有何特

点：在致密化之前粉末有何特性要求，工艺参数主要是什么，基本过程是什么？

* 对于一种热膨胀参数为 400PPm/ ℃的粘结剂，在 20 ℃时，起始固化负荷为 62vol% ？

* 如果压制一薄壁杯形产品，将会有哪些限制，将如何解决这些问题，采用何种方法制备。

* 由于表面曲率， Ni 粉在 1300 ℃具有比平衡连更高的挥发压，计算如果粒径为 1mm 时，这种挥发压

之间的差别。

* 采用空气计算一壁厚为 10mm 多孔金属材料的表面层速度 [Superficial velocoty] ， P 0 降为一个

大气（降到环境压力） P 2 -P 1 =1 ，该材料的透过系数等于 7*10 -13 m 2 ，惰性系数等于 2*10 -7 m ，

空温条件下空气粘度等于 1.8*10 -5 kg/ms ，密度为 1.2kg/m 3 。

* 当相对密度从 70% 增加到 100% ，作图分析对应热导率、延伸率、热膨胀系数与相对密度的关系，表

征何种物理性能对空隙度变化最为敏感。

* 测量多孔不锈钢的腐蚀性能，结果表明：在相同的烧结条件下，密度对电化学腐蚀速率数据如下：

空隙度 % 电流 uA

19 0. 40

15 0. 15

1. 提出非线性空隙度对腐蚀速度的影响速率。

2. 当空隙度不改变，提高烧结温度有否可能减少腐蚀速率。

3. 采用真空烧结，对材料可能产生什么影响。

* 金属陶瓷复合材料，含 10% 陶瓷相，由热等静压方法制造（混合法），密度 HSP 压完到 100% ，该金

属和陶瓷从热导率分别等于 350 和 30w/km ，计算该复合材料热导率。

* 如何测量一具有不规则形状空隙的多孔材料的空隙度，假设该材料不能浸渍于水中。

* 根据表 10.1 中的数据，建立空隙度与密度、空隙度与延伸率的关系。表观密度与空隙度之间又是何种

数学关系呢？

* 就简单测试而言，透过率是如何测定的？

* 根据表 1013 中的数据，建立粉末冶金铜制品电学和热导率相对应关系。

* 测定冷煅和热熔铝合金力学性能，在每种煅次，热煅性能都优于冷煅性能，热煅后，屈服强度 255 对

214MPA （冷煅），延伸率 16% 对 8% （冷煅），根据这种结果，二者的显微结构会有何种差别呢？

* 给定方程 10.10 中的 C 值，使之最适合于表 10.3 中铜延伸数据。

* 压坯尺寸如下：宽 12mm ，厚 6mm ，长 32mm ，测量跨距 L=25mm ，测三点弯曲强度，最大值为 80N ，

计算该压坯弯强度。

粉末烧结技术习题

* 一铁粉压坯在 890 ℃烧结小时后，性能高于 930 ℃时同种压坯烧结性能（其它条件相同），解释在较

低烧结时为什么会有较高的性能？

* 成分相同的两批粉末，在相同压力，相同烧结条件下却获得了不同的烧结性能，简述造成这种判别的三

个因素。

* 给定烧结颈比值 X/D ，表面扩散对体积扩散都会促使烧结进行和减少颗粒尺寸。

* 一相对密度为 68% 的压坯，烧结后相对密度提高到 89% ，问什么是致辞密化参数，并计算线收缩。

* 在烧结初期，位错被认为是有利于烧结，请设计一实验证明这种推测。

* 一半径为 r 的球形孔洞位于晶界的中央，面积为 L 2 ，假定 γ sr 是孔隙表面能 / 每单位积，比较

这种状态下的能量值（无孔存在和有孔存在）

* 在铁基结构件粉末冶金中，希望产品烧结后没有变形，采取什么步骤可以养活收缩和变形。

* 在半径为γ的残余孔隙中充有惰性气体，残余孔隙分散分布在组织中，孔隙度约为 1% ，延长烧结时

间后孔隙尺寸（直径）增加了一倍，假设孔隙中惰性气体的质量没有设定，并且压力处于平衡状态，此时

烧结密度为多少？

* 在 W-Ag 电触头材料烧结时， W 并不能在液体 Ag 中溶解，为形成液相烧结需加入何种溶加物质，为

什么？

* 半径 r ，长度为 l 的圆柱形孔隙分布于（非连续地）在晶界上，孔之间的间距为 2h ，晶界能为 γ sr ，

导出能够继续孔隙收缩养活能量的 γ sr/ γ sr 最大值，假设处于烧结中间，无晶粒长大。

* 一离氧化性钢粉在 1000 ℃纯氢中烧结，烧结后公演分析发现，有脱碳发生，应用精确化学反应方程解

释为什么会发生脱碳。

* 边长为 40 μ m 或晶粒尺寸为 113 μ m 的 tetsakxidecahealron 晶粒的体积和面积各是多少？假定

各边长度都相同（ l ）

* 随着烧结温度上升，固液表面能 γ sr 通常会减少，假设其它界面能维持不变，二面角和接触角

（ dihedral angle ail cknfacf aagle ）将如何改变。

* 一烧结产品直径为 10mm ，相对密度为 85% ，那么，压坯相对密度为 83% 时模具尺寸应是多大？

* 因导电性能需要采用双向压制，一直径为 1cm ，长度 6cm 的铜棒压坯，烧结后什么位置的直径最小，

为什么？

* 烧结球形粉末，用接触电阻变化表示烧结初始过程，以球形颗粒的点接触导电率变化模型表现烧结过程，

假设导电率是由颗粒间的接触面积所控制。

* 采用一膨胀仪在恒定热（升沉）速率条件下进行烧结实验，作一图表示该试验中收缩和收缩率随温度改

变的行为。

* 下述数据为导热液相烧结 82 ω -8Mo-8Ni-2Fe 合金体系时所获：

时间（分钟）

30

120

480

960

晶粒尺寸（ μ m ）

6.0

13.4

21.3

31.6

建立晶粒尺寸 - 烧结时间关系，晶粒粒化的机理是什么（不管其原始晶粒）。

* 粉末烧结时，对应于表面积减少的收缩参数是什么？从这一关系曲线（收缩参数 - 面积）中，能得到

何种烧结机理的信息？

* 一平均粒径为 50 μ m 的不锈钢粉压坯在纯氢中烧结，（压坯密度为 58% ）收缩率数据如下示，表面

扩散，晶界扩散，体扩散活化能分别为 225 、 200 和 290KJ/mol ，从下述数据，给出烧结机理分析：

温度（℃）

1050

1100

1150

1200

1200

1200

1200

1250

1300

时间（ h ）

2.0

2.0

2.0

6.5

1.0

1.5

2.0

2.0

2.0

收缩 %

0.62

0.91

1.31

1.05

1.38

1.63

1.82

2.49

3.33

* 假定烧结初期在还原性气氛中，主要由表面扩散，给出这种假设的三个原因。

* 假设固相烧结是点阵扩散完成，其活化能为 181KJ/mol ，对于 r 种直径为 40 μ m 的粉末，通常在

1000 ℃烧结后需要多少时间，作此计算时，应作何种假设。

* 固 - 固晶界能： 0.80J/m 2 ，固 - 液晶界能 0.45J/m 2 ，晶粒直径为 20 μ m ，以此条件构成液

相烧结材料，预测烧结微结构中的平均固 - 固烧结颈尺寸是多大？

* 烧结中期，一球形孔隙，半径γ，位于尺寸为 G 的晶粒边缘，随温孔隙度不变，晶粒长大伴随孔隙长

大，解释晶粒粗化与孔隙增大之间的关系。

* 铜粉压坯粉末平均粒径为 60 μ m ，在 138MPa 下压制成形，在不同温度下烧结 15 小时收缩数据为：

温度 ℃ 760

收缩率 % 4.6

816

6.5

871

8.2

927

9.3

精确计算收缩为 7.5% 的烧结温度。

* 假设孔隙半径为γ，长度为 L 的圆柱形孔隙，位于 tetra laideca hedren （四面体）晶界边缘，晶

界边缘尺寸为 L ，根据方程 7.18 在孔隙度为坍墙（崩扩成）球形孔隙。

* 一混合组织， Ni 粉 12 μ m ， Fe 粉 5 μ m ，构成 Fe-2Ni 合成金，在 1250 ℃烧结 4h ，成为

完全的均匀化合金（右面混合体），如果 Ni 粉颗粒由 12 μ m 设定成 8 μ m ，需要多少时间获得相同

的均匀化合金组织。

* 直径 μ m 5 的炭基铁粉采用注射成形和惰性气氛烧结，初始粉末含 C 0.8% ，含氧 0.4% ，假设烧结

时烧结孔封闭后形成 CO 在孔中，那么烧结时最大烧结密度由何因素控制， CO 压力，作何改进可以提高

烧结密度。压坯，烧结后密度为 89% ，烧结粉率为 9.2% ，压坯密度是多少？

* 一注射成形压坯，烧结后密度为 89% ，烧结粉率为 9.2% ，压坯密度是多少？

* 惰性气体烧结，在烧结后，一对称孔隙，半径为 1 μ m ，惰性气体氢气的压力为 0.1MPa （ 1 大气

压）时最终孔隙半径是多少？如果 γ sv=1.5J/m 2 。

* 球形粉末用于高密度粉末冶金产品制造，何种因素影响 HJP 过程对粉末形状和选择？

* 为什么粉末冶金产品的搞腐蚀能力将随密度增加而提高。

* 对于粉末粒径为 20 μ m 的 Fe 粉， HJP 到相对密度为 85% 时，主要是因为晶界蠕变贡献，测量到

930 ℃时，压力为 1MPa ，需要量 6 小时，密度达到 85% ，压力增加到场 MPa ，时间减少到 8 小时，

就得同样密度，如果时间减少到 1 小时，压力应是多大？

* 粉末冶金技术也可用以制备高密度产品，如射雾化不锈钢管材，对于这种螫，何种粉末特性至关重要。

* 在 IHP 过程中，烧结和压制结合，密度和时间之间存在何种关系，（参考压力和温度参数）。

* 与加工产品（样品）相比， HIP 样品间力学性能的差异很小，为什么（原因是什么）？

* HIP 有利于获得密化产品，对于 Ni 基超合金，发现压力对密度影响如下：

* 时间 =3hr 温度： 1150 ℃ 球形粉末粒度 =120 μ m ， 初始密度 62%

* 65% 密度时： P=0.1MPa

* 80% 密度时： P=1MPa

* 90% 密度时： P=10Mo

* 99% 密度时： P=?

* 请计算（温度时间条件相同）

* 模具热压一圆柱形试样，首先加压到最大压力，然后以 5 ℃ /min 缓慢加热，作一曲线，表示密度随

时间改变，假设 d:ffrsion 控制致密化过程。

* 使用一个模型（本章中）预测粉末煅造时密度与高应变的关系，假设煅前压坯密度为 75% 。

如果一预成形坯于热煅前空气中加热，所产生的力学性能太低，为什么会这样，并如何解决问题。

* 一平均粒径为 40 μ m 的 Ni 粉，经 HIP 致密化，从压坯密度 62% 到 HIP 密度 98% 在于 0MPa 恒

压下，以不同温度和不同时间如 1100 ℃ 0.25h ， 1000 ℃ 1hr ，预测在 900 ℃需要多少时间？

* 粉末铁粉煅造，煅造温度 1100 ℃，密度 100% ，煅造压力 950MPa ，产品断裂随晶粒尺度增加而减少，

为什么会有这种晶粒尺寸效应。

* 一 RSR Ti 合金经固结达到全致密，但是取决于不同固结温度，有不同晶粒尺寸，下述为不同晶粒尺寸

和致密：

晶粒尺寸 μm 16.0 4.0 1.8 1.0

强度 DPH 112 125 137 151

如果晶粒尺寸继续减少到 0.5 μ m ，其预测强度值为多少？

* 粉末冶金制品作为医用入材料时，应作何种清洗处理以确保产品表面无菌和生物相容。

* 在多孔粉末冶金产品加工时，由于延性原因造成加工工具损坏，可能可以改变孔隙尺寸，解决这一问题，

假设当 PM 零件孔隙度为 15% ，孔隙尺寸为 100 μ m ，每钻头（花）在破坏前可钻 300 个孔，如果孔

隙度维持不变，孔隙尺寸与减少到 30 μ m ，每钻花在破坏前可钻多少个孔？

* 为什么采用精整合粉末冶金物件红饰花纹来替代用加工的方法给产品冲压纹饰花纹。

* 大致上讲，孔隙度每增加 1% ，导电率下降 2% ，解释孔隙度是如何影响产品加工时的导热率。

* 解释为什么粉末冶金热处理过程与烧结过程是分开的。

* 复压可以使密度为 85% 的简单圆柱体直径增加 0.5% ，如果产品厚 7mm ，直径 10mm ，影响直径变化

的最大应变（ strain ）是多少？

* 粉末冶金钢材部件的渗 C 处与气氛中 C 的表面渗透相关，通常渗 C 深度与渗 C 时间的平方根成比

例，渗 C 1 小时后在深度 0.4min 处 C 含量由 0.2% 增加到 0.8% ，问在 0.6mm 深度，达到 0.8% 时需

要多少时间（起始为 0.2% ）。

* 铁基产品进行蒸汽处理（发蓝处理）， 600 ℃，以形成稳定 Fe 6 o 4 。问此时水与氢气的压力比是

多少？在这一露点条件下水与氢气的质量比是多少？

* 物件熔渗 200mm 厚度需用 2 分钟，如果孔隙尺寸相同，熔渗 30mm 厚度需多少时间？

* 两种熔体被选择，渗熔多孔 P/M ，物件，一种粘度为 10 -2 Pa.s. 另一种为 3 × 10 -2 Pa.s. 当熔

渗的深度一致时，第一种熔体单独溶渗需要多长时间（与第一种相比）。

* 方程 9.7 中作出密度与超声波速度间关系，为 N ：合金（ d 理 =8.7g/cm 3 ）双密度为 7.2g/cm 3 提

升到 7.7g/cm 3 y ，相对的速度差值是多少？

* 用一粘性树脂渗溶一孔隙度为 10% ，第平方毫米（ mm 2 ）具有 1000 个开孔的粉末冶金产品，该树

脂表面能： 0.08J/m 2 ，粘度： 10 -1 Pa.s. 如果渗溶厚度为 20mm （单边 10mm ）的产品，在无外压

条件下需要多少时间？如果施 4 大气压的外压，需要多少时间？

* 为什么无油黄铜轴瓦材料在空隙约为 20% 时，最为有用。

* 一用于长效气体过滤的粉末冶金多孔材料，假使要过滤的气体含有引起脏化并温孔隙的油气，作图描述

此过程中的流动速率与时间的对应关系。

* 采用压贡空隙度分析仪测量某材料的空隙度，在压力为 40KPa 时对气压峰值，问空隙尺寸约是多少？

* 压坯材料经烧结后密度达到 6.8g/cm 3 , （预合金钢），在不同烧结温度和不同烧结时间下的冲击数

据如下：解释时间和烧结温度对韧性的作用，以及分析何种因素更为重要。

烧结温度℃

1120

1230

1290

10

12

15

18

烧结时间 min

20

14

18

22

30

15

21

26

* 采用 Daicy 公式分析， N 2 气流经水雾化粉末的多孔压坯时，流速随密度和粒径变化而变化，结果建

议方程 10.5 修正为σ =AD ε m 。此处 D 是粒径， A 和 m 为经验常数，作这种修正会产生什么问题？

* 下述数据取自于小容化铁粉压坯烧结，粉末过 100 筛，在不同压力下，压制成拉伸试样，氢中 1200 ℃

烧结。

孔隙度 %

0

12

21

31

37

43

强度 MPa 延伸率 %

330 30

208 9

142 5

82 3

49 2

34 1

a. 是什么原因造成孔隙度增加、强度降低。

b. 将上述强度数据与方程 10.8 中的预测行为进行比较后，确定指数 M 。

c. 延伸为何下降如此迅速。

d. 以延伸率数据计算出 10.10 中的 C 值。

e. 建立一个断裂韧性模型，表达性能正比于强度和延性的乘积，作图表示韧性与相应密度图的关系。

* 采用空气计算一壁厚为 10mm 多孔金属材料的表面层速度 [Superficial velocoty] ， P 0 降为一个

大气（降到环境压力） P 2 -P 1 =1 ，该材料的透过系数等于 7*10 -13 m 2 ，惰性系数等于 2*10 -7 m ，

空温条件下空气粘度等于 1.8*10 -5 kg/ms ，密度为 1.2kg/m 3 。

* 当相对密度从 70% 增加到 100% ，作图分析对应热导率、延伸率、热膨胀系数与相对密度的关系，表

征何种物理性能对空隙度变化最为敏感。

* 测量多孔不锈钢的腐蚀性能，结果表明：在相同的烧结条件下，密度对电化学腐蚀速率数据如下：

空隙度 % 电流 uA

19 0.40

15 0.15

６ 0.01

1. 提出非线性空隙度对腐蚀速度的影响速率。

2. 当空隙度不改变，提高烧结温度有否可能减少腐蚀速率。

3. 采用真空烧结，对材料可能产生什么影响。

考证方程 10.6 的推导是表示密度对热膨胀的影响。

2024年6月1日发(作者：凭骏英)

粉末制备习题

* 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途，请列举三种汽车用粉末冶金产品。

* 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝，为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。

* 粉末冶金一度称为金属陶瓷( Metal ceiamics) ， 是什么工序类似于陶瓷产品制备。

* 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么？这些差别是如何影响过程的。

* 粉末冶金的定义是什么？

* 粉末冶金的工程含义是什么？

* 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面，要求减少模具结构误差，以确保产品尺寸精度与性能，

在什么步骤上有利于减少产品加工成本（净静成形技术）

* 金属基复合材料，如 SiC 纤维强化铝合金，是粉末冶金应用的领域，你能说明复合材料制备方法吗？

* 在水雾化制粉时，怎样获得球形颗粒。

* 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。

①如何测试该碟状粉末的粒度。

②改变碟状粉末厚度的方法。

③哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。

* 用气体雾化制备合金粉末，雾化融液金属温度略高于液相线，对于粒径为100μm的颗粒，固化时间为

0.04s，估算在同样条件下10μm粒径粉末颗粒的固化时间。

* 采用水平雾化时，发现所得粉末颗粒太小，不适合后续的工序，建议改变三个过程参数以增大粒径。

* 在气体雾化时，如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大，粒度对颗粒形状会有何种作用？高的过热温度会

有利于形成球形颗粒吗？

* 离心雾化粉末通常有双峰形粒度分布曲线，讨论产生这种结果的原因。

* 分别用水雾化，气体雾化和还原方法制备Cμ粉（理论密度=8.9g/cm3），测试指数如下：

性能 A B C

平均粒度μm 48 25 40

松装密度g/cm3 2.8 1.7 4.4

振实密度g/cm3 3.3 2.4 4.7

流速 s/50g 32 50 21

BET表面积m2/g 0.014 0.063 0.017

区分数据全所对应的制备方法，且分析求证你的答案。

* 当用电解法制备合金粉末时（如黄铜“铜—锌合金”），会遇到什么困难？

* 在旋转圆盘雾化时，首先形成了长40μm、直径5.3μm圆筒体，能形成几个等尺寸的球形颗粒。如果

该薄片圆筒体分开时，能形成几个等直径的球形颗粒（设表面能维持不变）

* 为什么不能采用H2还原氧化Al制备Al粉？

* 球磨脆性粉末时，输入的总功与粉末粒径的1/2方成正比，当粉末由10μm减少到粒径1μm时，能量

变化有多大？

* 提供一种原因释气体雾化时，如果平均粉末粒度减少，粒度分布区域将会变窄。

* 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，

100μm粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。

* 金属学化合物比其对应的金属易于粉碎，关键原因是什么？

σ=（2Er/D）1/2 r 缺陷尺寸

D 粒径，E 弹性模量，σ 集冲出应力

* W-Cu复合粉末在搅拌球磨机中120rpm条件下研磨4小时，如果要在1小时条件下也获得相同的粒径，

那么速度应该是多少？

* 在气体雾化时，选择雾化条件，哪一个参数对颗粒尺寸最大，为什么？

* 为什么非晶粉末难于成形（与多晶粉末比较）。

* 一气体雾化粉末，平均粒径为40μm（重量法），χ — Ray分析中25%为非晶粉末；该粉末经400目

过筛，χ — Ray复检时发现-400目的粉末中有40%的非晶粉末。

a. 在+400目部分材料中非晶粉是多少？

b. 为什么会有大的非晶颗粒和结晶颗粒？

粉末表征习题

* 使用200g粉末测量粒度（Ni粉），测得平均粒度为120μm，估算在这一粉体样品中大约有多少颗粉末

（Ni（ρ）=8.9g/cm3）。

* 用筛分析测量粉体粒度，粉末颗粒为椭球形，长径120μm ，短径60μm，问那个粉末的尺寸与筛网尺

寸相符合。

* 对于边长为3μm的立方形颗粒：

a. 它的当量球形表面直径是多少？

b. 它的当量球形体积直径是多少？

* 筛分析铁粉成-325目和-100/+200目一个部分，粗粉部分的松装密度是2.6 g/cm3，用 20%的细粉混合

之后，松装密度达到了2.8 g/cm3，为什么？

* 空气透过长1cm，横截面为1cm2的Mo粉样品（松装密度为4.5 g/cm3），压降为1气压（2个大气压

降为1个大气压），流速为0.15cm/s，问当量球体直径是多少？（空均粘度=1.8×10--4 g/cm/s， Mo理

论密度：10.2 g/cm3，）

* 粉末的何种性质造成透过法测量表面积和吸附法测量表面积的差异。

* 解释：当振实密度（Tapdensilg）对松装密度的比值增加时，为什么会增加在Hall流速仪中测定的流

经时间？（松装密度小，粉末形状，振实密度相对于松装密度之比增加，所需流经的时间增加）。

* Al粉表面的氧化物可用来形成弥散强化质点，对于直径为10μm氧化层厚度为25nm，氧化物弥散质量

的体积百分数大约为多少？

* 用Stokesian定律测量粉末粒度时，为什么要求雷诺数略低于1.0，对于球形Al粉分析，能分析的最

大粒径为多少？（Al=2.7 g/cm3，水的1.0 g/cm3，水的粘度=10-2 g/s/cm）。

* 振实密度与松装密度之比，暗含有形状因素，讨论粉末形状和粒度对该比值的影响。

* 建立一个测检进厂粉末的质量控制流程图，流程图中的步骤应包括最少的但是有效的部分，以确保粉末

的重复性和可靠性，设粉末为-100目。

* 一分散性良好的粉末用光学显微镜观察，平均粒度为13μm，用沉降天平分析平均粒度为28μm，讨论

造成如此差别的原因。

* 2实验小组采用同一样品进行筛分析，第一组是平均颗粒粒径为54μm，第二组为75μm，为什么会存

在这种误差，假设其原因。

* 10克+325-270目铁粉，大约有多少个粉末颗粒，表面积有多大，铁理论密度为7.86 g/cm3。

* 计算一空气向上流动的速度可使10μm直径的Pb粉，维持在一定高度，（与重力平衡），空气粘度

=1.8×10-4 g/s/cm。空气密度=10-3 g/cm3，Pb理论密度=11.4 g/cm3。

* 如何将一钢粉与锡粉混合之后再行分离？

* 机械合金化是如何制备非晶粉末的？需要何种相图条件和过程条件。

* 硼被用来产生非晶金属，为什么B具有这种性质？

* 熔体粘度，扩散速率，形核速率，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？

* 合金冷却时，晶体形核速率与粘度成反比，粘度与过冷度的为： η（Pa · s）=5×10-5e（3000/σT）

粘度为1013 Pa · s， 如果熔体刚化，那么过冷度为多大时，能够冷却成玻璃相（非晶）

* 一粉末为40μm，枝晶间距（arm space）为1.9μm，如果该颗粒直径减少到20μm，计算枝晶间距是

多少？

* 对于共晶合金，枝晶间距大致上与过冷度成反比，固液表面变化速度与过冷度的平方成正比，在大过冷

度的条件下，哪种因素起决定作用，接下来会发生什么现象（或过程）

* 物理性质为：密度=8g/cm3，原子量50/mol，热容：24 J/mol/℃，固化温度：1150℃，熔解热：16KJ/

mol，用750℃气体，导热系数等于104J/（m2sC）从气体进行雾化时，计算一个25μm直径滴（1300℃）

的固化时间（温度从1300℃→75℃）。

* 在上述雾化条件下，假设喷嘴处的液滴具有初速度为0.5Km/s，那么在固化前，它能飞行多远？假设气

氛不产生粘性张力。

* 在什么样的条件球化时间小于固化时间。

* 一筒压力为14MPa（压力不变）氩气雾化1公斤表面能为1.2J/m2粉末，直径20μm的金属液滴，需气

体体积为0.5 m3，问因气体减压转化成粉末新表面的能量转化率有多大？设为理想气体状态，金属度为

8g/cm3，adiabafic气体膨胀功率于Rtln（P2/P1）。

* 在什么样的条件球化时间小于固化时间。

* 在略高于液相温度条件下熔化一合金粉末，对于直径为100μm的粉末，固化时间为0.04s，枝晶间距

为3μm，计算直径为10μm颗粒的固化时间和枝晶间距。

* 解释为什么非晶结构的防腐性能优于多晶体结构（同样组成）。

* 对于粒径为1mm的液滴，固化时间为4s且飞行10米，在同样条件下，如果制备10μm粒径的雾化粉末，

冷却室的尺寸应设计为多大？计算应作何假设。

* 一粒径为100nm铜粉表面形成CuO，即表面层为氧覆盖，问氧从体积%是多少？

* 设计一铁基多晶材料，晶界尺寸为1.2nm，如果该材料有20%从原子处于晶处，计算晶粒尺寸（及晶粒

为还应高到）

* 一弥散强化复合材料屈服强度随第二相尺寸变化如下：

晶粒μm 屈服强度MPa

4 90

5.9 118

3.6 160

2.8 186

如果用第二相为200nm粉末制备复合材料，固体屈服强度是多少？

* 在超真空条件下发现金粉颗粒有团聚现象，为什么？

* 一黄铜粉末，初始粒径为 40 μ m ，球磨 5 小时后，平均粒度为 22 μ m ，问进一号研磨到粒径为 10

μ m ，需要多少时间？

粉末成形技术习题

* 区分成形剂和润滑剂的作用。

* 添加润滑剂的有害作用是什么？

* -100 目 +325 目电铜粉是松装密度，以及随硝酸含量没变的压坯密度（ 350MPa 成形压力）的数据。

重量 wo% 松装密度 g/cm 3 压坯密度 g/cm 3

0.0 2.78 6.59

0.5 2.75 6.68

1.0 2.73 6.48

2.0 2.63 6.37

解释为什么松装密度会随着润滑剂百分含量增加而增加？

解释为什么压坯密度随润滑剂改变是非线性变化？

* 润滑剂对于离心雾化的粉末会产生何种影响？

* 采用 10 个随机样品分析混合均匀性，分别经 10 分钟和 30 分钟混合后。

* 对于长 45cm ，中心直径为 35cm 的双锥形混料器，最高旋转速度是多少为好？

* 软金属（锡）建议用作改进压坯密度的粉结剂，如使用这种粉结剂，会产生什么问题（不易去除）。

* 铁粉理论密度为 7.86g/cm2 ，松装密度为 3.04g/cm3 ，与 1wt% 酸锌均匀混合，问混合物的理论密度

是多少？并估算松装密度。

* 由混合方法准备 Fe-2%Cu 合金，铁粉与水雾化方法制得， 5% 为 +100 目， 20% 为 -325 目， 25% 为

-100 +325 。钼粉由还原方法制备， -100 目 100% ， -325% 目 44% ；计算每 g 铜粉所具有非颗粒数，

如果该混合料比重为 6.8g/cm 3 ，问每个铜粉之间的平均间距有多大？

* 在 Fe-8%Ni 合中，如果每个 Fe 颗粒都至少与一个 Ni 粒相邻（接触）的可性为 50% ，假设颗粒接触

相当数为 8 ，那么， D Fe /D Ni 的颗粒粒径比为多少？

* 计算含 0.11wt% 水分的 20 μ m 不锈钢粉混合物的结合温度，该粉末的振实密度为 5g/cm 3 ，

Pynomefer 密度为 8g/cm 3 ，水的密度为 1g/cm 3 ，水的表面能为 0.073J/cm 2 ，请推出一个不会因手

工搬动损坏的压坯尺寸。

* 有一种干燥粉末，产生流动剪切应力只有表现应力的 1/2 ，请问该粉末的自然堆集角是多少？

* 添加硬脂酸作润滑剂后，理论密度等于 2.6 g/cm 3 的银粉末被压制到 85% 的理论密度如果孔隙饱和

度小于 75% ，润滑剂加入和最大量是多少？

* 如果以直径为 20 μ m 的球型颗粒，排列成立方结构（每角一个球体），那么，在留下的间隙中，能

塞下，最大直径为多少的球形颗粒。如果该（ 20 μ m ）球形颗粒随机排列，孔隙尺寸（孔隙度）可能有

多少？

* 直径为 100 μ m 的球形颗粒随机排列，在 1 m 3 的立方体中达到 64% 的真

填充密度，问需要多少这种球形颗粒，以及颗粒的接触是多少？

* 一松装密度为 2.4 g/cm 3 （理论密度为 8.9 g/cm 3 ）的铜粉成形后，压坯孔隙度为 20% ，润滑剂

最多量为 20Vol% ，问若用该脂酸作润滑剂，在本例中能加入的最大量为多少？

* 不锈钢粉松装密度为 2.7 g/cm 3 ，压坯密度为 6.5 g/cm 3 ，问压缩是多少？当压坯为 4cm 高时，

粉末装填高度是多少？

* 简述一种维持压坯密度不变，压坯强度得以提高的方法。

* 一长方体压坯，尺寸分别为 20cm ， 1cm ，和 0.2cm ，为得到最佳压制性能，请画出模具简图和决定

压制方向。

* 球形粉末往往表现出较低压坯强度，解释其原因，并建议改进压坯强度的粉末处理方法。

* 一粉末与粘剂的混合体，粘度为 50Pa.s ，在 150 ℃，模压成形为长 32mm ，宽 12mm ，厚 6mm 的状

压坯，如果最大填充时间为 0.2 秒，问最大脱模压力为多少？

* 在分别由合金钢粉和铁含量混合粉末成形时，哪种粉末易于成形（其它条件相同）。

* 98%Fe 粉与 2%Ni （经由添加密度为 0.95 g/cm 3 . 混合后）相对密度为 65% ， Fe ， Ni 和粘结剂

的量各为多少？

* 采用亚微米粉末模压成形，脱模后发现有分层裂纹：

* 改变何种粉末性质可以防止分层性裂纹。

* 何种润滑剂最合适。

* 采用冷等静压是否可以消除分层裂纹。

* 一压坯外径为 D ，内径为 d ，单面压制，以此压坯为条件，演算（推）一个与 6.11 相似的议程。

* 对于一给定的粉末，为何等静压的密度会高于模压密度。

* 当压坯密度大于 75% 后，压坯中的气体压力与压制压力成线性影像，该压坯中心气体压力在脱模过程

中会产生裂纹吗？

* 空气雾化铅在较低压力下就得高密度， 280Mpa ， 90% 相对密度，如果当铅粉表面所成氯化物，且具

有较大体积含量，其结果会怎样呢？

* 对于强度值较高的粉末，如直径 5 μ m 的 Mo 粉，与模具壁之间的摩擦系数等于 0.3 ，压缩比为 0.5 ，

（轴的径度相同），当压坯直径为 1cm ，高度为 2cm ，松装密度为 2.8g/cm3 ，（理论密度为 10.2g/cm3 ）

压力为 500Mpa ，作图表示：

* 单向压制时压力分布随密度变化（压坯密度）。

* 双向压制时压力分布随高度变化。

* 图示，压坯强度在双向压制时，随压坯高度变化。

* 一不规则铜粉成形时（ -200 目），压坯性能随压制压力改变，所得数据如下：

压力 Mpa

1.0

220

330

440

550

660

压坯密度 相对

密度

63.3

74.7

81.4

85.6

89.0

91.1

压坯强度 Mpa

4.4

18.4

23.1

35.6

45.3

49.8

* 以压坯密度对压制压力作用，建立一个模型使该模型计算的数据与上述数据相接近。

* 建立压坯密度与压坯强度间的关系。

* 统计粉末特性，控制了这一压制试验后果。

* 三种粉末运行模后，压力为 440Mpa ； Ti 粉 -325 目，不锈钢 -325 目，铜粉 -100 目，哪种粉末会

具有最高压坯强度，为什么？

* 一具有 2 个台阶的压坯投影尺寸为 25mm × 25mm ，厚度分别为 1.2 和 12mm ，如果使用模具压制成

形，粉末相对密度为 52% ，压制密度要达到 94% ，理论密度，问填粉高度应为多少？提相对运动是多大

才能确保密度均一，该产品可成形方法制备吗？

* 如果要获得均一的密度分布，在压制多平台的产品时，可能会出现什么问题，该如何解决。

* 就成形简单形状的产品来说，粉末连续盛开具有明显优势，连续成形或致密化过程的方法及过程有何特

点：在致密化之前粉末有何特性要求，工艺参数主要是什么，基本过程是什么？

* 对于一种热膨胀参数为 400PPm/ ℃的粘结剂，在 20 ℃时，起始固化负荷为 62vol% ？

* 如果压制一薄壁杯形产品，将会有哪些限制，将如何解决这些问题，采用何种方法制备。

* 由于表面曲率， Ni 粉在 1300 ℃具有比平衡连更高的挥发压，计算如果粒径为 1mm 时，这种挥发压

之间的差别。

* 采用空气计算一壁厚为 10mm 多孔金属材料的表面层速度 [Superficial velocoty] ， P 0 降为一个

大气（降到环境压力） P 2 -P 1 =1 ，该材料的透过系数等于 7*10 -13 m 2 ，惰性系数等于 2*10 -7 m ，

空温条件下空气粘度等于 1.8*10 -5 kg/ms ，密度为 1.2kg/m 3 。

* 当相对密度从 70% 增加到 100% ，作图分析对应热导率、延伸率、热膨胀系数与相对密度的关系，表

征何种物理性能对空隙度变化最为敏感。

* 测量多孔不锈钢的腐蚀性能，结果表明：在相同的烧结条件下，密度对电化学腐蚀速率数据如下：

空隙度 % 电流 uA

19 0. 40

15 0. 15

1. 提出非线性空隙度对腐蚀速度的影响速率。

2. 当空隙度不改变，提高烧结温度有否可能减少腐蚀速率。

3. 采用真空烧结，对材料可能产生什么影响。

* 金属陶瓷复合材料，含 10% 陶瓷相，由热等静压方法制造（混合法），密度 HSP 压完到 100% ，该金

属和陶瓷从热导率分别等于 350 和 30w/km ，计算该复合材料热导率。

* 如何测量一具有不规则形状空隙的多孔材料的空隙度，假设该材料不能浸渍于水中。

* 根据表 10.1 中的数据，建立空隙度与密度、空隙度与延伸率的关系。表观密度与空隙度之间又是何种

数学关系呢？

* 就简单测试而言，透过率是如何测定的？

* 根据表 1013 中的数据，建立粉末冶金铜制品电学和热导率相对应关系。

* 测定冷煅和热熔铝合金力学性能，在每种煅次，热煅性能都优于冷煅性能，热煅后，屈服强度 255 对

214MPA （冷煅），延伸率 16% 对 8% （冷煅），根据这种结果，二者的显微结构会有何种差别呢？

* 给定方程 10.10 中的 C 值，使之最适合于表 10.3 中铜延伸数据。

* 压坯尺寸如下：宽 12mm ，厚 6mm ，长 32mm ，测量跨距 L=25mm ，测三点弯曲强度，最大值为 80N ，

计算该压坯弯强度。

粉末烧结技术习题

* 一铁粉压坯在 890 ℃烧结小时后，性能高于 930 ℃时同种压坯烧结性能（其它条件相同），解释在较

低烧结时为什么会有较高的性能？

* 成分相同的两批粉末，在相同压力，相同烧结条件下却获得了不同的烧结性能，简述造成这种判别的三

个因素。

* 给定烧结颈比值 X/D ，表面扩散对体积扩散都会促使烧结进行和减少颗粒尺寸。

* 一相对密度为 68% 的压坯，烧结后相对密度提高到 89% ，问什么是致辞密化参数，并计算线收缩。

* 在烧结初期，位错被认为是有利于烧结，请设计一实验证明这种推测。

* 一半径为 r 的球形孔洞位于晶界的中央，面积为 L 2 ，假定 γ sr 是孔隙表面能 / 每单位积，比较

这种状态下的能量值（无孔存在和有孔存在）

* 在铁基结构件粉末冶金中，希望产品烧结后没有变形，采取什么步骤可以养活收缩和变形。

* 在半径为γ的残余孔隙中充有惰性气体，残余孔隙分散分布在组织中，孔隙度约为 1% ，延长烧结时

间后孔隙尺寸（直径）增加了一倍，假设孔隙中惰性气体的质量没有设定，并且压力处于平衡状态，此时

烧结密度为多少？

* 在 W-Ag 电触头材料烧结时， W 并不能在液体 Ag 中溶解，为形成液相烧结需加入何种溶加物质，为

什么？

* 半径 r ，长度为 l 的圆柱形孔隙分布于（非连续地）在晶界上，孔之间的间距为 2h ，晶界能为 γ sr ，

导出能够继续孔隙收缩养活能量的 γ sr/ γ sr 最大值，假设处于烧结中间，无晶粒长大。

* 一离氧化性钢粉在 1000 ℃纯氢中烧结，烧结后公演分析发现，有脱碳发生，应用精确化学反应方程解

释为什么会发生脱碳。

* 边长为 40 μ m 或晶粒尺寸为 113 μ m 的 tetsakxidecahealron 晶粒的体积和面积各是多少？假定

各边长度都相同（ l ）

* 随着烧结温度上升，固液表面能 γ sr 通常会减少，假设其它界面能维持不变，二面角和接触角

（ dihedral angle ail cknfacf aagle ）将如何改变。

* 一烧结产品直径为 10mm ，相对密度为 85% ，那么，压坯相对密度为 83% 时模具尺寸应是多大？

* 因导电性能需要采用双向压制，一直径为 1cm ，长度 6cm 的铜棒压坯，烧结后什么位置的直径最小，

为什么？

* 烧结球形粉末，用接触电阻变化表示烧结初始过程，以球形颗粒的点接触导电率变化模型表现烧结过程，

假设导电率是由颗粒间的接触面积所控制。

* 采用一膨胀仪在恒定热（升沉）速率条件下进行烧结实验，作一图表示该试验中收缩和收缩率随温度改

变的行为。

* 下述数据为导热液相烧结 82 ω -8Mo-8Ni-2Fe 合金体系时所获：

时间（分钟）

30

120

480

960

晶粒尺寸（ μ m ）

6.0

13.4

21.3

31.6

建立晶粒尺寸 - 烧结时间关系，晶粒粒化的机理是什么（不管其原始晶粒）。

* 粉末烧结时，对应于表面积减少的收缩参数是什么？从这一关系曲线（收缩参数 - 面积）中，能得到

何种烧结机理的信息？

* 一平均粒径为 50 μ m 的不锈钢粉压坯在纯氢中烧结，（压坯密度为 58% ）收缩率数据如下示，表面

扩散，晶界扩散，体扩散活化能分别为 225 、 200 和 290KJ/mol ，从下述数据，给出烧结机理分析：

温度（℃）

1050

1100

1150

1200

1200

1200

1200

1250

1300

时间（ h ）

2.0

2.0

2.0

6.5

1.0

1.5

2.0

2.0

2.0

收缩 %

0.62

0.91

1.31

1.05

1.38

1.63

1.82

2.49

3.33

* 假定烧结初期在还原性气氛中，主要由表面扩散，给出这种假设的三个原因。

* 假设固相烧结是点阵扩散完成，其活化能为 181KJ/mol ，对于 r 种直径为 40 μ m 的粉末，通常在

1000 ℃烧结后需要多少时间，作此计算时，应作何种假设。

* 固 - 固晶界能： 0.80J/m 2 ，固 - 液晶界能 0.45J/m 2 ，晶粒直径为 20 μ m ，以此条件构成液

相烧结材料，预测烧结微结构中的平均固 - 固烧结颈尺寸是多大？

* 烧结中期，一球形孔隙，半径γ，位于尺寸为 G 的晶粒边缘，随温孔隙度不变，晶粒长大伴随孔隙长

大，解释晶粒粗化与孔隙增大之间的关系。

* 铜粉压坯粉末平均粒径为 60 μ m ，在 138MPa 下压制成形，在不同温度下烧结 15 小时收缩数据为：

温度 ℃ 760

收缩率 % 4.6

816

6.5

871

8.2

927

9.3

精确计算收缩为 7.5% 的烧结温度。

* 假设孔隙半径为γ，长度为 L 的圆柱形孔隙，位于 tetra laideca hedren （四面体）晶界边缘，晶

界边缘尺寸为 L ，根据方程 7.18 在孔隙度为坍墙（崩扩成）球形孔隙。

* 一混合组织， Ni 粉 12 μ m ， Fe 粉 5 μ m ，构成 Fe-2Ni 合成金，在 1250 ℃烧结 4h ，成为

完全的均匀化合金（右面混合体），如果 Ni 粉颗粒由 12 μ m 设定成 8 μ m ，需要多少时间获得相同

的均匀化合金组织。

* 直径 μ m 5 的炭基铁粉采用注射成形和惰性气氛烧结，初始粉末含 C 0.8% ，含氧 0.4% ，假设烧结

时烧结孔封闭后形成 CO 在孔中，那么烧结时最大烧结密度由何因素控制， CO 压力，作何改进可以提高

烧结密度。压坯，烧结后密度为 89% ，烧结粉率为 9.2% ，压坯密度是多少？

* 一注射成形压坯，烧结后密度为 89% ，烧结粉率为 9.2% ，压坯密度是多少？

* 惰性气体烧结，在烧结后，一对称孔隙，半径为 1 μ m ，惰性气体氢气的压力为 0.1MPa （ 1 大气

压）时最终孔隙半径是多少？如果 γ sv=1.5J/m 2 。

* 球形粉末用于高密度粉末冶金产品制造，何种因素影响 HJP 过程对粉末形状和选择？

* 为什么粉末冶金产品的搞腐蚀能力将随密度增加而提高。

* 对于粉末粒径为 20 μ m 的 Fe 粉， HJP 到相对密度为 85% 时，主要是因为晶界蠕变贡献，测量到

930 ℃时，压力为 1MPa ，需要量 6 小时，密度达到 85% ，压力增加到场 MPa ，时间减少到 8 小时，

就得同样密度，如果时间减少到 1 小时，压力应是多大？

* 粉末冶金技术也可用以制备高密度产品，如射雾化不锈钢管材，对于这种螫，何种粉末特性至关重要。

* 在 IHP 过程中，烧结和压制结合，密度和时间之间存在何种关系，（参考压力和温度参数）。

* 与加工产品（样品）相比， HIP 样品间力学性能的差异很小，为什么（原因是什么）？

* HIP 有利于获得密化产品，对于 Ni 基超合金，发现压力对密度影响如下：

* 时间 =3hr 温度： 1150 ℃ 球形粉末粒度 =120 μ m ， 初始密度 62%

* 65% 密度时： P=0.1MPa

* 80% 密度时： P=1MPa

* 90% 密度时： P=10Mo

* 99% 密度时： P=?

* 请计算（温度时间条件相同）

* 模具热压一圆柱形试样，首先加压到最大压力，然后以 5 ℃ /min 缓慢加热，作一曲线，表示密度随

时间改变，假设 d:ffrsion 控制致密化过程。

* 使用一个模型（本章中）预测粉末煅造时密度与高应变的关系，假设煅前压坯密度为 75% 。

如果一预成形坯于热煅前空气中加热，所产生的力学性能太低，为什么会这样，并如何解决问题。

* 一平均粒径为 40 μ m 的 Ni 粉，经 HIP 致密化，从压坯密度 62% 到 HIP 密度 98% 在于 0MPa 恒

压下，以不同温度和不同时间如 1100 ℃ 0.25h ， 1000 ℃ 1hr ，预测在 900 ℃需要多少时间？

* 粉末铁粉煅造，煅造温度 1100 ℃，密度 100% ，煅造压力 950MPa ，产品断裂随晶粒尺度增加而减少，

为什么会有这种晶粒尺寸效应。

* 一 RSR Ti 合金经固结达到全致密，但是取决于不同固结温度，有不同晶粒尺寸，下述为不同晶粒尺寸

和致密：

晶粒尺寸 μm 16.0 4.0 1.8 1.0

强度 DPH 112 125 137 151

如果晶粒尺寸继续减少到 0.5 μ m ，其预测强度值为多少？

* 粉末冶金制品作为医用入材料时，应作何种清洗处理以确保产品表面无菌和生物相容。

* 在多孔粉末冶金产品加工时，由于延性原因造成加工工具损坏，可能可以改变孔隙尺寸，解决这一问题，

假设当 PM 零件孔隙度为 15% ，孔隙尺寸为 100 μ m ，每钻头（花）在破坏前可钻 300 个孔，如果孔

隙度维持不变，孔隙尺寸与减少到 30 μ m ，每钻花在破坏前可钻多少个孔？

* 为什么采用精整合粉末冶金物件红饰花纹来替代用加工的方法给产品冲压纹饰花纹。

* 大致上讲，孔隙度每增加 1% ，导电率下降 2% ，解释孔隙度是如何影响产品加工时的导热率。

* 解释为什么粉末冶金热处理过程与烧结过程是分开的。

* 复压可以使密度为 85% 的简单圆柱体直径增加 0.5% ，如果产品厚 7mm ，直径 10mm ，影响直径变化

的最大应变（ strain ）是多少？

* 粉末冶金钢材部件的渗 C 处与气氛中 C 的表面渗透相关，通常渗 C 深度与渗 C 时间的平方根成比

例，渗 C 1 小时后在深度 0.4min 处 C 含量由 0.2% 增加到 0.8% ，问在 0.6mm 深度，达到 0.8% 时需

要多少时间（起始为 0.2% ）。

* 铁基产品进行蒸汽处理（发蓝处理）， 600 ℃，以形成稳定 Fe 6 o 4 。问此时水与氢气的压力比是

多少？在这一露点条件下水与氢气的质量比是多少？

* 物件熔渗 200mm 厚度需用 2 分钟，如果孔隙尺寸相同，熔渗 30mm 厚度需多少时间？

* 两种熔体被选择，渗熔多孔 P/M ，物件，一种粘度为 10 -2 Pa.s. 另一种为 3 × 10 -2 Pa.s. 当熔

渗的深度一致时，第一种熔体单独溶渗需要多长时间（与第一种相比）。

* 方程 9.7 中作出密度与超声波速度间关系，为 N ：合金（ d 理 =8.7g/cm 3 ）双密度为 7.2g/cm 3 提

升到 7.7g/cm 3 y ，相对的速度差值是多少？

* 用一粘性树脂渗溶一孔隙度为 10% ，第平方毫米（ mm 2 ）具有 1000 个开孔的粉末冶金产品，该树

脂表面能： 0.08J/m 2 ，粘度： 10 -1 Pa.s. 如果渗溶厚度为 20mm （单边 10mm ）的产品，在无外压

条件下需要多少时间？如果施 4 大气压的外压，需要多少时间？

* 为什么无油黄铜轴瓦材料在空隙约为 20% 时，最为有用。

* 一用于长效气体过滤的粉末冶金多孔材料，假使要过滤的气体含有引起脏化并温孔隙的油气，作图描述

此过程中的流动速率与时间的对应关系。

* 采用压贡空隙度分析仪测量某材料的空隙度，在压力为 40KPa 时对气压峰值，问空隙尺寸约是多少？

* 压坯材料经烧结后密度达到 6.8g/cm 3 , （预合金钢），在不同烧结温度和不同烧结时间下的冲击数

据如下：解释时间和烧结温度对韧性的作用，以及分析何种因素更为重要。

烧结温度℃

1120

1230

1290

10

12

15

18

烧结时间 min

20

14

18

22

30

15

21

26

* 采用 Daicy 公式分析， N 2 气流经水雾化粉末的多孔压坯时，流速随密度和粒径变化而变化，结果建

议方程 10.5 修正为σ =AD ε m 。此处 D 是粒径， A 和 m 为经验常数，作这种修正会产生什么问题？

* 下述数据取自于小容化铁粉压坯烧结，粉末过 100 筛，在不同压力下，压制成拉伸试样，氢中 1200 ℃

烧结。

孔隙度 %

0

12

21

31

37

43

强度 MPa 延伸率 %

330 30

208 9

142 5

82 3

49 2

34 1

a. 是什么原因造成孔隙度增加、强度降低。

b. 将上述强度数据与方程 10.8 中的预测行为进行比较后，确定指数 M 。

c. 延伸为何下降如此迅速。

d. 以延伸率数据计算出 10.10 中的 C 值。

e. 建立一个断裂韧性模型，表达性能正比于强度和延性的乘积，作图表示韧性与相应密度图的关系。

* 采用空气计算一壁厚为 10mm 多孔金属材料的表面层速度 [Superficial velocoty] ， P 0 降为一个

大气（降到环境压力） P 2 -P 1 =1 ，该材料的透过系数等于 7*10 -13 m 2 ，惰性系数等于 2*10 -7 m ，

空温条件下空气粘度等于 1.8*10 -5 kg/ms ，密度为 1.2kg/m 3 。

* 当相对密度从 70% 增加到 100% ，作图分析对应热导率、延伸率、热膨胀系数与相对密度的关系，表

征何种物理性能对空隙度变化最为敏感。

* 测量多孔不锈钢的腐蚀性能，结果表明：在相同的烧结条件下，密度对电化学腐蚀速率数据如下：

空隙度 % 电流 uA

19 0.40

15 0.15

６ 0.01

1. 提出非线性空隙度对腐蚀速度的影响速率。

2. 当空隙度不改变，提高烧结温度有否可能减少腐蚀速率。

3. 采用真空烧结，对材料可能产生什么影响。

考证方程 10.6 的推导是表示密度对热膨胀的影响。