粉末冶金材料应用

粉末冶金材料应用（通用6篇）

篇1：粉末冶金材料应用

粉末冶金材料的应用与发展

粉末冶金材料(powder metallurgy material)是指用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。

通常，粉末冶金材料按用途可分为7类：

①粉末冶金减摩材料，又称烧结减摩材料。通过在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。材料表面间的摩擦系数小，在有限润滑油条件下，使用寿命长、可靠性高；在干摩擦条件下，依靠自身或表层含有的润滑剂，即具有自润滑效果。广泛用于制造轴承、支承衬套或作端面密封等。

②粉末冶金多孔材料。又称多孔烧结材料。由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有30％～60％的体积孔隙度，孔径1～100微米。透过性能和导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。

③粉末冶金结构材料。又称烧结结构材料。能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。由于材料内部有残余孔隙存在，其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻件低，从而使其应用范围受限。

④粉末冶金摩擦材料。又称烧结摩擦材料。由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响小。主要用于制造离合器和制动器。

⑤粉末冶金工模具材料。包括 硬质合金、粉末冶金高速钢等。后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比熔铸高速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。

⑥粉末冶金电磁材料。包括电工材料和磁性材料。电工材料中，用作电能头材料的有金、银、铂等贵金属的粉末冶金材料和以银、铜为基体添加钨、镍、铁、碳化钨、石墨等制成的粉末冶金材料；用作电极的有钨铜、钨镍铜等粉末冶金材料；用作电刷的有金属-石墨粉末冶金材料；用作电热合金和热电偶的有钼、钽、钨等粉末冶金材料。磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料有磁性粉末、磁粉芯、软磁铁氧体、矩磁铁氧体、压磁铁氧体、微波铁氧体、正铁氧体和粉末硅钢等；硬磁材料有硬磁铁氧体、稀土钴硬磁、磁记录材料、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。

⑦粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、金属陶瓷、弥散强化和纤维强化材料等。用于制造高温下使用的涡轮盘、喷嘴、叶片及其他耐高温零部件。其中，典型的弥散强化材料有:(1)烧结铝粉(SAP)：用表面氧化法制造。SAP有很高的高温强度和抗蠕变性能，使用温度达500℃，远优于一般铝合金。它主要用于：反应堆中的核燃料包套，飞机机翼和机身，压气机叶轮，高温活塞等。(2)弥散强化铜：弥散质点一般为Al2O3，常用内氧化法制造。经弥散强化后，铜的强度、硬度得到很大的提高，导电性降低不多。它常用作电阻焊的电极，白炽灯灯丝引线，电子管零件和电子工业中的其他材料。(3)弥散强化高温合金：最早的弥散强化镍基合金是ThO2(2％)强化镍(TD-Ni)。一般用共沉淀法制得。机械合金化法出现之后，又发展了一系列镍基、铁基和钴基合金。已经使用的有10多种。MA754的性质优于ThO2-Ni-Cr，已成功地用作喷气发动机叶片。MA956E是以Fe-Cr-Al为基的材料，有优越的抗氧化性和抗腐蚀性。

MA6000E合金，1000h的断裂应力在800OC以上远优于TD-Ni和IN792。1100℃时，TD-Ni和IN792的1000h断裂应力只有20～30MPa，而

MA6000E还有160MPa。因此MA6000E是一种好的叶片材料。(4)其他：弥散强化铅(DS-Pb)，是惟一类似于SAP的例子，弥散相为PbO，主要用于声音衰减、化工器具、放射屏蔽和电池；含铝、锆的镁合金(铝和锆均溶于镁，但溶解后析出A1Zr4弥散相)；金属间化合物FeAl3、FeNiAl9强化的Al-Fe合金等。

总的来说，飞机和发动机上的刹车片、离合器摩擦片、松孔过滤器、多孔发汗材料、含油轴承、磁铁芯、电触点、高比重合金、硬质合金和超硬耐磨零件等因含有大量非金属成分或含有连通孔隙，都不能用普通铸、锻工艺制造，只能以粉末为原料经冷压、烧结等粉末冶金工艺来制造。航空航天工业中使用的粉末冶金材料比较重要的有刹车片材料、松孔材料和高强度粉末合金三类。刹车片材料，刹车片是飞机机轮刹车装置的核心。绝大多数军用飞机和民用机都采用粉末冶金刹车片。因为每次刹车都会发生磨损，100～500次后就需要更换刹车片，所以它是飞机上用量最大的粉末冶金材料制件。松孔材料，即多孔渗透性粉末冶金材料。涡轮发动机润滑系统和飞行器液压操纵系统中使用的青铜或不锈钢过滤器，是防止微粒堵塞和卡滞的重要部件。金属纤维松孔材料的强度和塑性较好，可用于高温部位，如涡轮喷气发动机叶尖密封环用的高温合金毡带和火箭发动机喷注器面板、燃烧室内壁和喉部用的发汗冷却松孔材料。高强度粉末合金，是经粉末热成形的完全致密的高温合金、铝合金和钛合金。一些现代飞机的发动机已使用了锻造的粉末高温合金涡轮盘和压气机盘。粉末铝合金主要用作飞行器和发动机结构材料。

汽车行业仍然是粉末冶金工业发展的最大动力和最大用户。一方面汽车的产量在不断增加，另一方面粉末冶金零件在单辆汽车上的用量也在不段增加。粉末冶金铁基零件在汽车上主要应用于发动机、传送系统、ABS系统、点火装置等。汽车发展的两大趋势分别为降低能耗和环保；主要技术手段则是采用先进发动机系统和轻量化。欧洲对汽车尾气过滤为粉末冶金多孔材料又提供了很大的市场。在目前的发动机工作条件下，粉末冶金金属多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能优势和成本优势。

工具材料是粉末冶金工业另一类重要产品，其中特别重要的是硬质合金。加工作业要求加工工具本身更锋利、刚性更好、韧性更高；加工材料的范围扩大到吕合、镁合金、钛合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；环境影响要减到最小，干式加工比例更大。这些新要求加快了粉末冶金工具材料的发展。

另外，信息行业的发展也为粉末冶金工业提供了新的契机。日本电子行业用的粉末冶金产品已经达到了每年4.3美元。

粉末冶金既是制造高新材料的重要工艺，有时还是惟一的方法，同时也是多、快、好、省地制造形状复杂、高精度金属零件的先进金属成形技术。因此，粉末冶金产业相继开发了三大领域，一为难熔金属与硬质合金工具材料，二为永磁材料，特别是稀土永磁材料。这两大类材料基本上都只能用粉末冶金工艺生产。第三大领域是将材料制造与金属成形相结合，逐渐形成的特种金属成形技术。以满足装备制造业对高性能钢铁粉末冶金产品的需求为重点发展粉末冶金。

粉末冶金是一种先进的金属成型技术，是金属及其它粉末通过加工压制成型、烧结和必要的后续处理制成机械零部件和金属制品的高新技术。由于其具有节能、省材、高效、环保等诸多优点，已受到广泛采用，并具有很大的市场潜力和发展前景。近年来，粉末冶金行业发展很快，特别是汽车行业、机械制造、金属行业、航空航天、仪器仪表、五金工具、工程机械、电子家电及高科技产业等迅猛发展，为粉末冶金行业带来了不可多得的发展机遇和巨大的市场空间。同时对该行业的技术水平也提出了更高的要求。纵观国际新材料研究发展的现状，西方主要工业发达国家正集中人力、物力，寻求突破，美国、欧共体、日本和韩国等在他们的最新国家科技计划中，都把新材料及其制备技术列为国家关键技术之一加以重点支持。而随着中国的“入世”及经济全球一体化进程的不断加快，粉末冶金行业面临着新的挑战。我国粉末冶金行业必须加速发展，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

粉末冶金材料和制品的今后发展方向主要有：有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展；制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金；用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金；制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金；加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

谁掌握了新材料，谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权！作为新材料的粉末冶金材料也将会发挥越来越显著的作用，影响社会发展的进程。

参考文献：

中国材料工程大典第14卷粉末冶金 材料工程韩凤麟、马福康、曹勇家 中国数控信息网采编部信息

我国热喷涂粉末材料的应用与发展现状（新闻）

2006第七届中国国际磁性材料及粉末冶金生产技术设备和应用展览会粉末合金材料技术粉末冶金世界粉末冶金的技术现状

上海勃曼工业控制技术有限公司公司新闻

兰州工业高等专科学校学报

百度词条

百度知道知识掌门人mfkdkthh2008

《粉末冶金技术特点及材料的发展方向》

篇2：粉末冶金材料应用

冶金08—4孟庆航

摘要：耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，每年消耗量极大，其中冶金用量占耐火材料总用量的六成到七成。因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关：本文对耐火材料与钢铁工业的相关性进行了定性与定量分析，并对其回 收与利用，与钢铁的发展做了适当的分析。

关键词：耐火材料 冶金 应用 发展 回收

Abstract: refractory material as high temperature kiln furnace building materials, annual consumption greatly, which accounted for refractories Metallurgical amount total amount of six to 70%.Therefore, the development of refractory material industry and the development of iron and steel industry are closely related : the refractory material and steel industry for the relevance of the qualitative and quantitative analysis, and on its back Collection and utilization of iron and steel, and to the development of the appropriate analysis.Key words: Refractory material

Metallurgy

Application Development Recycling

耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，主要用于冶金、化工、建材等工业部门，其中黑色冶金用量占耐火材料总用量的6 0％～7 0％，因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关。提高钢铁材料的综合性能，延长其使用寿命，是今后钢铁材料发展的主要方向之一；提高纯净钢冶炼技术是达到此目标的重要途径；合理选择和正确使用优质的耐火材料是冶炼纯净钢的重要保证。

根据笔者的研究可知，从二者的产量看出二者有很相似的演变规律：当钢产量增加或减少时，耐火材料产量也随之增加或减少；且基本同时达到峰值或谷值说明了二者之间有着较明显的相关性。钢铁的稳不稳定有很大的关系，这影响着耐火材料的应用和发展。钢铁行业稳定时，耐火材料行业稳定，发展迅猛。当钢铁行业不稳定时，经济萧条不景气，相应的耐火材料行业也随之下滑，甚至出现负增长。

炼铁技术发展的重点是提高高炉的喷煤量，同时要求高炉、热风炉的寿命要长(高炉寿命大于12年，部分达到15年)，热风炉的风温要高(平均高于1100℃，大型高炉的风温达到1200℃)。为满足这一需要，相应安排了高炉用陶瓷杯、高炉热态喷补料、高通铁量铁沟浇注料、热风炉用低蠕变砖等研究开发项目。研制出刚玉莫来石大型预制块，用在某大型高炉的炉缸，经几年的应用，证明效果很好，铁水的温度提高了10—15度，目前已有多座大型高炉的炉缸采用了这种材质的“陶瓷杯”结构。用s结合刚玉制作“陶瓷杯”工作取得进展，采用氮化烧结法合成出了性能优异的结合刚玉样块。研制的高炉喷补料，在高炉热态状况下进行喷补．可提高高炉寿命。

随着时间的发展，耐火材料有很多的发展。20 世纪50 年代后期，我国炼钢连铸开始进入工业化生产阶段。中间包内衬耐火材料使用黏土砖或高铝砖砌筑，由于当时连铸生产刚起步，连铸的钢种多为普通钢，中间包只是作为钢水的周转容器，中间包内衬的工作条件不是太恶劣，使用寿命为连浇5～12 炉，满足了当时连铸生产的需要。2.1.2 铝硅质浇注料 在砖砌中间包工作衬之后，我国又发展了浇注料浇注中间包工作衬，有些钢铁厂的中间包工作衬用Al2O3含量60%～80%左右的铝硅质。采用浇注料浇注的中间包工作衬，整体性能好，机械强度高；对于局部损毁严重部位可进行修补，因此，使用寿命长。20 世纪70 年代中期，洛阳耐火材料研究所与武钢耐火材料厂合作，在剖析国外产品的基础上，研制出了镁铬质中间包涂料。先后在上钢一厂和武钢试用，在上钢一厂连浇148 min；在武钢连浇111 min，通钢量 210 t。使用效果优于武钢从西德进口的同类产品，又在其他钢铁厂推广应用。所研制的镁铬质中间包涂料以烧结镁砂和铬矿为主要原料，以三聚磷酸钠作结合剂，添加适量的软质黏土、消石灰和纤维材料等配制而成。上世纪80 年代初，开发出了硅质绝热板，并在全国推广应用，取得了良好的效果。在上世纪80 年代后期和90 年代，硅质绝热板已经成为我国中间包工作衬要的耐火材料之一，如武钢二炼钢1985 年实现了中间包工作衬绝热板化。硅质绝热板的使用寿命因各厂家使用条件不同有一定差别，如首钢、武钢4～6 炉，上海钢7～10 炉，河南安钢8～13 炉等。生产实践证明，硅质绝热板与之前的镁铬质涂料和砖砌中间包工作衬相比，有以下优点：1）不需要烘烤，可冷包开浇。节约了时间，节省了燃料。2）硅质绝热板热导率低，保温效果好。

为了适应现代化大型高炉上一系列苛刻的操作条件，除了在设计、施工、设备质量操作技术等方蕊精益求，还必须针对亮炉冶炼条件选用应静耐火材料，预期达到长海高产的目的。1妒感、炉缸耐火材料炉膳、炉缸承受高温、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。炉缸，破坏盼程瘦是决定高炉使用寿命的关键因素。

高炉出铁沟的工作层主要采用氧化铝、碳化硅、碳素组成的材料。数百立方米容积的小型高炉，每次出铁量少，散热快，单铁口出铁，清除残余渣铁较困难；一般采用非储铁式主沟，多采用免烘烤捣打料，施工简单，使用寿命较短，几天或十多天就需清沟重新铺沟。这类材料一般用树脂结合，在成型使用过程中产生有害气体较多，恶化了作业环境。中型、大型高炉一般有2～4个铁口，采用储铁式主沟主出铁沟多用的是Al。O。-Si-C质浇注料，按照施工方式可分为自流浇注料、快干浇注料等类型；按照结合系统，除水泥结合浇注料外，最近也多有溶胶结合、氮化物结合浇注料的报道；水泥结合浇注料中温强度有降低，其中碳素抗氧化的效果较差，使用寿命一次通铁量在8～12万t，高炉容积越大，顶压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加。武钢开发的溶胶结合浇注料为自洁净结合浇注料，不采用水泥结合，温度增加，抗压强度提高，不存在中温区强度损失，抗氧化性能好，自流型浇注料的通铁量可达到15万t；而快干型的浇注料成型后1 h即可脱模，快速烘烤2～3 h即可投入使用，在2 200 m3高炉主沟使用，经过1～2次修后通铁量可达到20万t。氮化物结合的主沟料有研究报道。

使用的耐火材料寿命达到国外九十年代中、后期先进水平，满足高温工业新技术发 展需要；使我国在国际上从耐火资源优势变为制品优势，为国民经济发展贡献出耐火材料工业应有贡献。(1)根据我国资源特点，为适应我国钢铁等高温工业技术多层次的需要，研究开发出具有我国特色的高性能耐火材料品种系列并进行产业化研究。(2)跟踪国外科技发展的新动向，结合我国资源特点，开展耐火材料学科前沿科技研究和应用基础理论研究，形成具有自主知识产权的耐火材料系列技术，推动我国耐火材料工业的技术创新。(3)以冶金、建材、轻工、化工等高温工业新技术、新工艺所急需的优质高技术耐火材料品种的研制、开发与应用为龙头，开展产、学 “一条龙”科技攻关。随着吨钢耐火材料消耗在下降，钢铁工业耐火材料消耗比重变化不大，占不到5 0％。主要是因为同时其它高温窑炉业对耐火材料的消耗也在下降，所以钢铁工业消耗比重并没有随着单耗的下降而下降，而是基本上保 持在与消耗比重同步发展的水平上。因此，耐火材料与钢铁的一直保持较强的相关性。说明：虽然耐火材料的主要消费大户钢铁工业对其的消耗在下降，但以近5 0％的消耗比重来看，钢铁工业的主要消费大户，耐火材料工业将仍主要受钢铁工业发展的制约和影响，应紧跟钢铁工业的技术发展步伐。

现在耐火材料的回收利用现在比过去任何时候的意义都更加重大。在积极鼓励回收各种制品的政策气候下，需要技术与工艺能满足日益加强的环境保护法规的要求。随着经济的飞速发展，这种影响力也日益全球化。因此，也迫使人们采取行动并予以厚望。

国外对冶金废弃耐火材料的综合利用都很重视，发达国家很早就对冶金废弃耐火材料的开发利用进行了深入的研究并取得了丰硕的成果。欧洲[目前利用废弃耐火材料量为人1.2kg，有82％的废旧耐火材料已经得到利用；日本钢铁工业用后的耐火材料主要用作造渣剂和型砂的替代物；新日铁开发出用废料生产连铸用出水口的生产方法；鹿岛钢铁厂研究了滑板的再利用工艺，使修复后的滑板使用寿命与新滑板一样；大同制钢公司废旧耐火材料的利用率达到58％，加拿大MCALPINE工厂、阿尔及利亚耐火材料公司及伊朗科技大学等机构几年来一直在进行回收利用废旧耐火材料及其课题研究工作。到目前为止，实际回收滑板的损毁主要集中在滑板孔及其附近的工作层，这些滑板只需在滑板孔区域处钻开，用浇注料浇注复原的方法和圆环镶嵌法并抛光工作层进行修复滑板，取得了成功。使修复后的滑板的使用寿命与新滑板一样。

我国钢铁冶金工业每年消耗耐火材料约800 万t，用后耐材达300 万t 以上[1]。近年来，随着我国环保政策的贯彻实施和耐火材料市场竞争的日益激烈，钢铁企业的降本增效以及人民群众不断增强的节约资源和改善环境的意识，因此，国内对用后废弃耐火材料的综合利用产生了高度的重视。宝钢综合开发公司专门从事宝钢废弃材料的回收利用已多年，并于2002年11月在宝山投产了国内第一家废弃耐火材料综合回收利用的工厂，能够处理宝钢多种废弃的耐火材料，目前每年回收宝钢废弃的耐火材料达10万t以上。一种是以转炉和钢包渣线用后镁炭砖为原料，经过拣选、除去表面夹杂、渣和氧化层、水化等处理后，进行镁炭砖再生。按最致密堆积的颗粒组成设计，添加3％特殊符合添加剂，外加热固性酚醛树脂结合剂3％～4％，进行配料，1000t摩擦压砖机成型。200℃烘烤，可得再生产的镁炭砖。另一种是废水玻璃结合铝镁浇注料回收后，以颗粒形式按20％的比例加入到原浇注料中，不影响原浇注料的使用性能，一年的使用结果表明，全年平均包龄达到了97.3 炉，比上一年不加废浇注料颗粒的包衬平均寿命还高3 炉；但以细粉形式按10％比例加入到浇注料中，会恶化原浇注料的性能指标，不宜作为浇注料的基质来使用。用10mm 筛下的废钢包浇注料的统料作为水玻璃结合的铝镁浇注料，用于中间包永久层代替原来的高铝砖，使用寿命达60炉次左右，比用高铝砖砌筑的永久层寿命增加约40炉次，使用效果良好。

参考文献： ［1］ 田守信，姚金甫，严永亮.超轻质镁质中间包涂料的研制与应

篇3：粉末冶金材料应用

金属基复合材料(Metal matrix composites,MMC)是以金属或合金为基体,以颗粒、晶须或纤维为增强体复合而成的材料。通过合理的设计可实现良好的复合效应,使基体与增强体相互取长补短,发挥出各自的性能及工艺优势。与传统的金属材料相比,MMC具有更高的比强度、比模量,耐热性能好,热膨胀系数低,尺寸稳定性更高;与陶瓷材料相比,MMC的塑性、韧性、二次加工成型性要优越得多[1]。

目前MMC常用的制备工艺主要有粉末冶金、搅拌铸造、喷射沉积和压力浸渗等。粉末冶金法(P/M)是最早开发用于制备颗粒增强MMC的工艺。P/M技术具有以下优点:工艺简单灵活,成本适中;由于制备温度一般低于铸造法,界面反应大大减弱;增强体的体积分数可以在大范围内精确调整,增强体的选择余地较大,可设计性强;制备的复合材料具有优良的综合性能[2,3,4]。随着粉末冶金技术的进一步完善,此方法正逐渐成为一项制备非连续增强MMC较为成熟的技术。据统计,目前全球近100家生产MMC的公司中有29%采用P/M工艺;就应用领域而言,航空航天及国防用MMC有57%采用P/M法制造;微电子及汽车领域的MMC分别有31%和43%采用P/M工艺制造[5]。此外,采用P/M金属基复合材料在要求高性能、低密度的航空航天领域具有不可替代的优势[6,7,8]。本文概述了粉末冶金制备MMC的工艺特点,简述国内外P/M金属基复合材料的研究和应用现状,探讨该工艺制备金属基复合材料的优缺点、研发关键问题以及应用前景。

1 P/M金属基复合材料的工艺特点

粉末冶金法的主要技术步骤一般包括:粉末筛分、粉末与增强体混合、 压制成型、高温除气、热压或热等静压致密化、二次加工(挤压、锻造、轧制、超塑性成型等)[9]。P/M工艺结合二次加工不仅可以获得完全致密的坯锭或产品,同时可满足所设计材料结构性能的需求,也可以直接将混合粉末进行高温塑性加工,在致密化的同时达到最终成形的目的。粉末冶金法对基体合金和增强颗粒种类基本没有限制,而且可以任意调整增强体的含量、尺寸和形貌等,大大提高了复合材料的可设计性。另外,由于P/M 法所使用的温度较低,从而减轻了基体与增强体之间的界面反应,所制得的复合材料具有良好的力学物理性能且质量稳定[2,9]。这些综合优势是液相法不能比拟的。P/M工艺的成本一般介于液相工艺与连续纤维复合材料之间,但材料的综合性能高于液相法制备的MMC,且使用范围更加广泛(见图1)[3]。

采用P/M工艺研制MMC时需要从产品的各项要求出发,综合考虑各个环节对产品性能的影响,如基体、增强体材料的选择、粉末处理、粉末固结、坯锭二次加工和其它后续处理过程等。

复合组元的选择对复合材料的加工制备和性能都有重要影响,特别是基体合金的性能和热处理工艺对复合材料的力学性能有较大影响。基体合金一般选择变形能力较好的合金体系,如美国于20世纪90年代研制的2009Al合金就是制备非连续增强MMC最理想的基体合金之一。

粉末处理是保证复合材料质量的一个重要环节,金属粉末与颗粒、晶须的均匀混合以及防止金属粉末的氧化是粉末处理的关键,已有大量研究和成熟的工艺[2,10]。机械合金化方法是在常规粉末冶金法的基础上发展起来的一种比较典型的制备非连续增强复合材料的技术,通过高能机械球磨可以实现亚微米乃至纳米颗粒的均匀混合,并有效细化基体晶粒,获得均匀的超细复合结构。机械合金化是一种制备高强度/韧性、高热稳定P/M金属基复合材料的重要手段[11]。

塑性变形不仅可以提高颗粒增强复合材料坯锭的致密度,而且还可以改善颗粒的分散状况。P/M法制备的复合材料大多具有较好的塑性加工性能。与未增强的合金相比,由于增强体多数为刚性的陶瓷,复合材料具备较高的弹性模量、强度以及硬度等,同时复合材料的塑性和韧性也有所下降,因此改变了复合材料的塑性加工性能。另外,高体积分数颗粒增强的复合材料的机加工性能通常比未增强的合金差[12,13]。

常用的二次加工方法有挤压、轧制、锻造、超塑性成形等。其中,挤压可用于各种不同方法制备的复合材料。复合材料在挤压过程中处于三向压应力状态,因而提高了塑性变形能力。挤压可以有效破碎颗粒氧化膜,改善界面结合和增强颗粒的分散状况,从而大幅度提高强度和塑性[13,14]。具有代表性的材料,如颗粒增强铝基复合材料通常可通过很大的塑性变形获得棒材、线材、异形材,但由于设备所限,挤压产品的尺寸受限。轧制和锻造过程引入较大的剪切应力通常也能改善增强颗粒分散,并且细化基体晶粒,从而明显提高复合材料的力学性能,采用锻造和轧制可制得大尺寸、组织均匀的复合材料板、锭或最终产品[10,14]。等温模锻是制备颗粒增强铝基复合材料零件的重要手段,可以进行非连续增强MMC的近终成形。复合材料在等温过程中变形可以保持良好的高温塑性,有利于塑性流动充填模腔[15]。近年来,颗粒增强铝基复合材料的超塑性研究取得了大量成果,使复合材料的超塑性模锻也成为可能,这将有利于复杂形状零件的近终成形。复合材料的模锻适合大批量零件生产。此外,P/M颗粒增强MMC一般具有细小的晶粒组织,在较高的温度(0.5～0.9Tm)和应变速率(0.01～10s-1)下可以表现出高拉伸塑性(100%～1500%),复合材料超塑性变形抗力非常低,而且不会产生局部不均匀变形,因此超塑性成型是最具优势的加工手段之一[13,16]。同时超塑性加工也是一种近终成形技术,有利于加工薄壁零件,如超塑性焊接等。国外已采用超塑性成型工艺成功地生产了7064/SiC/10p机翼前缘肋条板和正弦波桁条[17]。

此外,某些情况还需要对复合材料零件进行均匀化处理和尺寸稳定化处理,通过热处理改善增强体分散状况,或通过降低、消除材料内部的残余应力来提高尺寸稳定性。

2 P/M金属基复合材料的主要品种

2.1 铝基复合材料

与其它金属基复合材料相比,铝基复合材料的性能特点是轻质、高强、高韧性、导热性好、适用的制备方法多、工艺灵活性大、易于塑性加工、制造成本低,因此研究最为广泛和深入,制造技术也相对成熟[18,19,20]。最具代表性的是颗粒增强铝基复合材料(PRAMC),它具有高比模量、高比强度、良好的塑性和较高的疲劳极限,以及耐高温、抗腐蚀等性能。图2为颗粒增强铝基复合材料与钛、铝合金的比强度和比刚度的比较;图3为颗粒增强铝基复合材料的热膨胀系数与增强颗粒含量的关系[12] 。同时,颗粒增强铝基复合材料还具备低密度、低热膨胀系数、良好的导热导电性能和高阻尼性能以及各向同性等综合优势[18,19,20]。常用的增强颗粒主要包括SiC、Si3N4、Al2O3、TiC、TiB2、AlN、B4C以及石墨颗粒或者金属颗粒等。

与液相法相比,P/M铝基复合材料具有更细更均匀的微观组织和更加优异的力学性能,并具有近终成型制造零件的能力。多数铝合金基复合材料除了通过颗粒载荷传递强化外,其力学性能还可以通过热处理得到大幅度的改善。首先,复合材料在固溶后淬火过程中,由于颗粒与基体合金的热膨胀系数差别较大,通常会在基体合金内形成大量位错,从而达到强化效果[21];其次,在复合材料中同样存在单相铝合金的固溶强化和析出强化(对于可时效强化铝合金)。但值得注意的是,由于增强相会显著影响合金基体的固溶时效行为,因此铝基复合材料的热处理制度将不同于基体合金[5]。

最早采用粉末冶金生产颗粒增强铝基复合材料的厂家主要有3大公司:美国的DWA Aluminum composite、Alyn公司和英国的Aerospace metal composites(AMC)公司。这些公司已经具备规模生产能力和丰富的产品规格。DWA铝基复合材料公司的主要产品为以6092、2009和6063为基体,SiC颗粒为增强体的复合材料。6092/SiC为其最早的产品系列,主要有板材和挤压型材,此系列产品的规格和性能参数见表1。

另外一个具有代表性的材料是2009/SiC/15p-T42,其锻造性能很好,DWA生产的此种复合材料可直接模锻成型制造零部件,其性能见表2。P/M铝基复合材料还可作为非结构应用,提高陶瓷颗粒的体积分数可有效降低其热膨胀系数,同时保持较高的导热率。此类材料密度小、导热高、膨胀低,在微电子封装领域得到应用。代表性的材料有6092/SiC/40p 和6063/SiC/50p,其性能见表2。

Alyn公司开发的铝基复合材料主要以SiC颗粒和B4C颗粒为增强体,分别采用冷等静压/烧结复合工艺和真空热压工艺来制备小尺寸和大尺寸复合材料的坯锭。AMC公司所采用的P/M工艺与前两者略有不同,AMC公司采用高能机械球磨混合粉末,这种工艺不仅可以均匀混合增强体和合金粉末,同时可以显著细化晶粒尺寸,获得细小均匀的复合结构,使材料的强度得到明显提高,同时其延伸率仍与传统P/M-SiC/Al相当(见表3)。该公司的铝基复合材料产品主要有4类,即AMC225XE(2124/SiC/25p)、AMC640XA (6061/SiC/40p)、AMC217XE (2124/SiC/17p)和AMC220BC (2124/B4C/20p)。

Sumitomo Electric公司采用粉末压制/烧结的简单工艺直接制出所需产品的方法是一种近终成型方法,由于省去了坯锭后续加工工序,其成本较低,增强颗粒体分也可在较大范围内调整,但制备出的材料强度很低,一般用作功能部件[20]。

P/M工艺也被用来制备SiC晶须增强铝基复合材料,其优点是晶须的体积分数易于控制,材料的比强度和比刚度高,抗高温蠕变性能好,但工序较长、制造成本高。表4列出了美国Advanced composite materials 公司研制的结构用P/M-SiC w/Al复合材料的性能[12]。

纵上所述,P/M铝基复合材料具备优良的力学和物理综合性能,在工程实际中可作为轻质高强结构材料或结构-功能一体化材料使用(见表5)。目前,国外在航空航天、高技术武器、交通运输、电子仪表以及体育娱乐用品等领域已批量使用P/M铝基复合材料,并逐步向高性能和低成本方向迈进,同时,规模化应用也不断推动着此类材料的研究开发[4,5,6,7,8,22]。

P/M铝基复合材料最典型的应用之一是DWA公司研制的2009/SiC/15p-T42粉末冶金锻造产品已替代钛合金成功用于Eurocopter公司生产的EC-120和N4直升机旋翼系统的1级关键零件上[22]。该材料的模锻件与铝合金件相比弹性模量提高40%,旋转弯曲疲劳强度(250MPa,107次循环)明显高于硬铝合金2024-T4和7075-T6(155～180MPa,107次循环),与钛合金相比零件质量大幅降低。图4为P/M铝基复合材料的应用实例,其中(a)、(b)为直升机旋翼连接件(锻造),(c)、(d)为发动机导流叶(挤压),(e)、(f)为F16战斗机腹翼(轧制)[19,22]。

另一个重要的应用是6092/SiC/17.5p成功替代石墨/环氧复合材料用于波音777商用飞机4xxx发动机导流叶片,这不仅提高了部件的比刚度、耐腐蚀性能、抵抗外来物体冲击破坏能力,而且大大降低了零件的加工和维护成本。此外,6092/SiC/17.5p还成功替代2024-T4用作F16战斗机腹鳍,使其服役寿命延长400%[22]。

P/M铝基复合材料在一些对性能要求较高的民用产品领域也具有较大的应用潜力(见表5)。在过去的几年中,P/M铝基纳米复合材料赛车零部件的研制也取得了重要进展,已经研制出可批量生产的纳米复合材料赛车传动轴、活塞以及齿环等零部件。纳米复合材料部件不仅具有很高的比强度和比刚度,还具有较高的常温抗疲劳强度,其综合性能显著高于钢、硬铝合金或铝基微米复合材料(见图5)[23]。

目前,国外正在结合航空航天领域轻量化发展的要求进行铝基复合材料在空间领域新应用的研究,因此,颗粒增强铝基复合材料逐渐会发展成为航空航天、军事领域不可替代的重要材料。

我国近年来在颗粒增强铝基复合材料方面取得了突飞猛进的发展。经过20世纪近20年的发展,材料的研制已达到国际先进水平,并逐步向高性能、高可靠、低成本、工程化发展,主要研究方向已经由材料研发逐步转变为应用技术的突破和应用推广,如北京有色金属研究总院经过十几年的努力,已经成功研制出具有高强韧、高刚度、耐疲劳的P/M 2009/SiC/15-25p复合材料,该复合材料可通过挤压、轧制、锻造、机加工等常规加工技术制造出航空航天用大尺寸、复杂形状零部件,研制能力达到国际先进水平。目前,国内已有几种典型的陶瓷颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域得到初步应用[6]。

2.2 钛基复合材料

铝基复合材料的极限工作温度大致在150℃左右,不能满足高温高性能结构与动力装置的选材要求。从20世纪80年代中期开始,研制耐热金属基复合材料已成为重要方向,其中之一就是钛基复合材料。与未增强的钛合金相比,颗粒增强钛基复合材料(TiC/Ti或TiB2/Ti)具有更高的常温和高温比刚度、比强度以及蠕变抗力,可替代钛合金、高温合金应用于航空航天等高温使用场合(600～900℃)。该材料的应用领域主要集中于飞行器及其发动机的耐热零部件[24,25]。

早期钛基复合材料的制备多采用工艺简单、成本较低的熔铸法,但由于钛的活性大,几乎与所有的增强体都发生反应,激烈的界面反应导致复合材料的性能大幅降低,甚至不如基材,给钛基复合材料的研究开发造成了很大困难。P/M方法通过运用冷等静压和热等静压等粉末致密化成型技术,在远低于熔点的温度范围内即可制备出致密的颗粒增强钛基复合材料,避免了液相的高活性和高反应性问题。

钛基复合材料的P/M法有2种:(1) 直接混合元素粉末(Blending element, BE)、中间合金粉或增强颗粒等,经冷压成坯后高温烧结制得致密均匀的材料;(2) 合金粉末(Pre-alloying, PA)高温固结形成块体材料。BE工艺相对简单,成本较低,可用来制备对成本要求较高的钛基复合材料。通过合理控制粉末工艺可以制备出完全致密的P/M钛产品,其性能可以与传统铸造钛基材料相比[25]。图6为目前采用BE和PA方法已经成功研制出的一些产品,其中(a)为丰田汽车上的Ti-6Al-4V进气阀(左)和TiB/Ti排气阀(右),(b)为TiB/Ti复合材料高尔夫球杆头[25] 。P/M钛基复合材料最早的产品是20世纪80年代中期美国报道的CermeTi。CermeTi 系列产品是采用冷/热等静压工艺生产的不同含量TiC颗粒增强的钛合金(Ti-6Al-4V)复合材料。加入10%(体积分数)TiCp的Ti-6Al-4V复合材料与Ti-6Al-4V相比,其弹性模量从室温到650℃可提高15%,加20%(体积分数)TiCp的Ti-6Al-4V的弹性模量又可提高10%;复合材料的蠕变速率可以降低1个数量级左右;由于高温性能和刚度的改善,复合材料的使用温度比Ti-6Al-4V可升高110℃左右[26]。

尽管颗粒增强钛基复合材料的研究起步较晚,但较高使用温度的发展潜力使其有望进一步向高性能化、低成本化和实用化发展。由于钛合金的高活性特点,将颗粒增强相原位合成先进技术与先进材料加工、成形工艺结合起来,将成为高性能颗粒增强钛基复合材料制备工艺的重要发展方向。

2.3 镁基复合材料

镁是自然界中可大量应用的最轻金属材料,其密度仅为铝的2/3。但镁合金的低硬度、低强度、低模量、高膨胀系数等限制了它的应用。镁基复合材料可以消除或减轻镁合金的这些不足,具有低密度、高比强度和比刚度、优良的抗震、抗冲击性能[27],近年来已成为继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料。

镁基复合材料的增强体主要是SiC晶须、SiC颗粒、B4C颗粒及Al2O3短纤维等。采用的制备工艺与铝基复合材料类似,但由于镁的活性高,混料、压制以及成型过程中需要注意粉末的氧化污染以及安全防护。非连续增强镁基复合材料的性能与制备工艺有很大关系,许多P/M法制备的镁合金比液态金属法制备的镁合金的强度高,粉末冶金法制备的镁基复合材料也具有优良的性能(见表6)[12]。

总体来看,目前镁基复合材料基本还处于研究阶段,尤其是P/M工艺,离大规模的商业应用还有一段距离。简化现有制备工艺,降低制备成本,改善成型性是非连续增强镁基复合材料规模化应用的关键。在基础研究方面还有较大的发展空间,特别是界面行为及其对镁基复合材料宏观性能的影响,以及复合材料的变形断裂机制等。

3 结语

尽管P/M金属基复合材料的研究与应用已经取得一定进展,但要实现规模化应用还需克服许多技术难题,如高性能铝基复合材料的性能重复性、产品可靠性,以及机加工、连接、回收等;实现粉末冶金复合材料的低成本化、高性能化、工程化,进一步拓展其应用领域。除此之外,国内外还在不断开发的新材料体系和开拓的新应用领域是:

(1) 研制粉末冶金高温铝基复合材料,提高铝基材料的使用温度,逐步取代某些高成本钛合金。

(2) 采用高能球磨或机械合金化技术在铝合金或钛合金中加入(或机原位自生)纳米颗粒或晶须增强体制备的复合材料不仅具有比微米复合材料更高的比强度和比刚度,同时还具有良好的机加工性能和塑性变形能力。纳米复合材料的开发是航空航天器和汽车轻量化、高性能化的重要途径之一,也是粉末冶金复合材料的新生长点之一。

(3) 颗粒增强泡沫铝合金的多孔特征使铝合金具备了轻质、减振、吸音、吸能、防火等特性,可广泛用作夹层材料、基座材料、减震的护罩、汽车防撞结构以及建筑材料等。

摘要：粉末冶金工艺(P/M)具有工艺灵活、可设计性强的特征,是制备高性能金属基复合材料的重要手段之一。简述了P/M法制备金属基复合材料的工艺特点及加工、成型特点,以若干较成功的应用实例为重点总结了粉末冶金金属基复合材料的性能特点,以及国内外的研究与应用现状,提出了该类材料未来的发展方向。

篇4：粉末冶金材料应用

公司自成立以来，始终以人为本，将职工的利益放在第一位，特别是《劳动合同法》公布实施后，为切实有效地保障职工的合法权益，在组织机构、基本保障、监察监督等方面做了大量工作，让每个职工都能把公司当作自己的家，使职工的生活和公司的发展融为一体。

强化领导责任完善相关制度

《劳动合同法》颁布实施后，该公司分期分批组织相关管理人员和班组骨干参加了娄底市劳动局和涟钢集团公司主办的《劳动合同法》培训班，成立了劳动合同和工资分配综合治理领导小组，安排专人负责劳动合同和工资分配综合治理工作。并且，在市总工会、市劳动局等部门的指导下，按照《公司法》、《劳动法》、《劳动合同法》等法规的要求，结合公司的改革发展实际，建立、健全了《劳动合同管理制度》、《基本工资制度》、《工资支付制度》、《职工奖惩制度》、《平等协商、集体合同制度》、《劳动争议调处制度》、《劳动保护制度》、《职工带薪年休假制度》等与《劳动合同法》相关的配套制度，保障了劳资双方的合法权益，有效促进了公司的生产经营，为公司的规范运作、稳顺发展奠定了基础。

落实相关政策维护职工权益

该公司近几年正是处于实施改制、重组等一系列企业重大变革的非常时期，职工的思想极度不稳定，此时，保护职工的合法权益，稳定队伍，凝聚人心，构建和谐劳动关系，显得尤为重要。

为此，该公司严格按照《劳动法》和《劳动合同法》的规定，主动要求与每一位职工（包括非全日制用工人员）签订劳动合同，并且为确保职工的薪酬、休息休假、劳保福利、安全卫生、培训等权益得到真正的落实，公司制订并实施了一系列的措施。

坚持推行工资集体协商制度，确保职工工资收入与公司效益同步增长。每年年初由工会牵头，慎重选出双方协商代表进行协商，并将工资分配制度和工资集体协议讨论稿发到各车间和科室，广泛征求意见，最后提交职代会通过。今年，公司职工的平均年收入拟增长至47000元。

结合公司实际情况，为所有正式职工购买了养老保险、失业保险、医疗保险、生育保险、工伤保险，另外还为女职工购买了女性防癌保险，为非全日制用工人员购买了工伤保险，确保了公司全体职工（包括农民工在内）的合法权益受到保障。

严格按《劳动法》安排职工的休息休假，制订了《带薪年休休假制度》。不提倡加班，确因工作需要加班的，也控制在《劳动法》规定的范围之内，对所有的加班（包括法定假日加班）都足额发放加班费。

关心职工的身心健康，真正做到人性化管理。为改善职工的工作条件，公司将饮水机、洗衣机、微波炉、冰柜、空调等设施配套到了班组。每年夏季，为全体职工发放防暑降温药品，按实际需要提供防暑降温冷饮。冬季，防寒保暖措施也全部到位。传统节日根据职工的建议发放生活物资。为了职工的身体健康，公司每两年组织一次全体职工免费体检，每年组织100多名职工进行休养，每年组织全体女职工进行防癌普查，连续4年由工会出资给职工提供羽毛球、乒乓球锻炼场地等，处处为职工着想，努力提高职工的福利待遇。

关爱弱势群体，将组织的温暖送到职工的心坎上。对那些遇有大病、重病、突发性灾害、子女上学等困难的职工，公司都会伸出援助之手给予帮扶，积极帮助他们渡过难关，每年给困难职工发放补助金8万元左右。凡职工住院、职工亲属亡故，公司都会组织慰问，职工子女考上大学，公司给予每位1000-3000元的奖励，从各个方面体现组织的关怀。今年，公司出现了因病丧失劳动能力，无法上班的职工，针对这个问题，公司正着手起草《职工长休假制度》，拟为这一部分人提供基本生活保障，不把困难推向社会。

督查法规执行构建和谐企业

为保证《劳动合同法》的贯彻执行得到真正的落实，该公司党委和工会负责对公司的各项劳动保障执行情况进行了跟进和监督。

工会代表职工与公司进行平等协商，签订了《集体合同》和《女职工权益保护专项集体合同》，从源头上维护职工的劳动和社会保障等方面的合法权益。

堅持职工代表大会和厂务公开等民主制度，认真开展劳动合同、集体合同实施情况的监督。凡是涉及到职工切身利益的问题都要提交职代会讨论，听取职工的意见和建议，让职工群众参与公司的各项管理，接受职工群众的监督。

篇5：粉末冶金材料学

一、填空题

1、液相沉淀法在粉末冶金中的应用主要有以下四种：金属置换法、溶液气体还原法、从熔盐中沉淀法、辅助金属浴法。

2、多相反应一个突出特点就是反应中反应物间具有界面。按界面的特点，多相反应一般包括五种类型：固气反应、固液反应、固固反应、液气反应、液液反应。

3、雾化法制粉过程中，根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化具有多种形式：平行喷射、垂直喷射、互成角度的喷射。从液态金属制取快速冷凝粉末有传导传热和对流传热两种机制，其中基于传导传热的方法有：熔体喷纺法、熔体沾出法；基于对流传热机制有：超声气体雾化法、离心雾化法、气体雾化与旋转盘雾化相结合的雾化法。

粉体颗粒粒度测定方法中的比表面粒径包括以下三种：吸附法、透过法、润湿热法。

钢的合金化基本原则是

多元适量、复合加入

。细化晶粒对钢性能的贡献是

既提高强度又提高塑韧性。

7、在钢中，常见碳化物形成元素有

Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤ 0.59为简单点阵结构，有 MC 和 M2C 型，其性能特点是 硬度高、熔点高、稳定性好 ；

rc/rM > 0.59为 复杂点阵结构，有 M3C、M7C3

和

M23C7

型。

8、选择零件材料的一般原则是

力学性能、工艺性能

、经济性

和环境协调性等其它因素。

9、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有

加入Ti、Nb 等强碳化物形成元素

、降低钢中的含C量。

10、影响铸铁石墨化的主要因素有

化学成分、冷却速度

。球墨铸铁在浇注时要经过

孕育

处理和

球化

处理。QT600-3是 球墨铸铁。

11、对耐热钢最基本的性能要求是

热强性

、抗氧化性。

12、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：

点阵结构

、电子因素、原子半径。

13、提高钢淬透性的主要作用是

获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

14、钢的强化机制主要有 固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。其中

细晶强化

对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。

15、提高钢淬透性的作用是 获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

16、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为

1.5%左右。滚动轴承钢中

碳化物不均匀性主要是指

碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。

17、选择零件材料的一般原则是 满足力学性能要求

、良好的工艺性能、经济性

和环境协调性等其它因素。

18、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向

左下

方移动，例

Mn、Ni 等元素（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向

左上

方移动，例 Cr、Mo 等元素（写出2个）。S点左移意味着

共析碳含量降低。

19、QT600-3是

球墨铸铁

，“600”表示

抗拉强度不小于600MPa，“3”表示

延伸率不小于3%

20、H68是

黄铜，LY12是

硬铝，QSn4-3是

锡青铜。

21、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti、V

等（写出2个），这些元素的主要作用是

细晶强化

和

沉淀强化。

22、铝合金热处理包括固溶处理和

时效硬化

两过程，和钢的热处理最大的区别是

没有同素异构转变。

23、影响球磨的因素为：球磨筒的转速、装球量、球料比、球的大小、研磨介质、被研磨物料的性质。

24、钢的电化学腐蚀的主要形式有：均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀、腐蚀磨损。

25、影响熔盐电解过程和电流效率的主要因素有： 电解质成分、电介质温度、电流密度和 极间距离。

1、当量球直径：是指用与颗粒具有相同特征参量的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。

2、圆形度：与颗粒具有相等投影面积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比。

3、电能效率：在电解过程中，一定质量的物质，在理论上所需的电能量与实际消耗的电能量之比。

4、球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比。

5、淬硬性：指在理想的淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度，也称可硬性。

6、纤维强化材料：将具有高强度的纤维或晶须加到金属基体中，使金属得到强化，这样的材料称为纤维强化材料。

7、二次颗粒：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。

8、二流雾化法：由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化。

9、蠕变极限： 是试样在一定温度下和在规定的持续时间内产生的蠕变变形量或第二阶段的蠕变速率等于某规定值时的最大应力。

10、n/8规律：是固溶体电极电位随铬量的变化规律。固溶体中的铬量达到12.5％原子比（即1/8）时，铁固溶体电极电位有一个突然升高，当铬量提高到25％原子比（2/8）时,电位有一次突然升高，这现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。

11、淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬

度分布的特性，也就是钢在淬火时能获得马氏体的能力。

12、极化：在实际电解过程中，分解电压比理论分解电压大，而且，电流密度愈高，超越的数值就愈大，就每一个电极来说，其偏离平衡电位值也愈多，这种偏离平衡电位的现象称为极化。

13、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

14、颗粒分布：

15、硬质合金：是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，具有高强度和高耐磨性的特点。

16、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。

17、均相反应：在同一个相中进行的反应，即反应物和生成物或者是气相的，或者是均匀液相的。、还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些。氢还原。总的反应式：WO3+3H2====W+3H2O。钨具有4种比较稳定的氧化物

WO3+0.1H2====WO2.9+0.1H2O

WO2.9+0.18H2?====?WO2.72+0.18H2O WO2.72+0.72H2?====WO2+0.72H2O??? WO2+2H2?====W+2H2O? 影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向；⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度；⑷添加剂

弥散强化的机理及其影响因素是什么？它在金属基复合材料中有何意义。

机理：弥散强化机构的代表理论是位错理论。在弥散强化材料中，弥散相是位错线运动的障碍，位错线需要较大的应力才能克服障碍向前移动，所以弥散强化材料的强度高。位错理论有多种模型用以讨论屈服强度、硬化和蠕变。影响因素：

1、弥散相和基体的性质；

2、弥散相的几何因素和形态；

3、弥散相与基体之间的作用；

4、压力加工；

5、生产方法。意义：

1、再结晶温度高，组织稳定；

2、屈服强度和抗拉强度高；

3、随温度提高硬度下降得少；

4、高温蠕变性能好；

5、疲劳强度高；

6、高的传导性。

3、简述提高耐热钢热强性的途径。

提高钢热强性的途径：强化基体（固溶体强化）、强化晶界（晶界强度增加）、弥散强化（碳化物弥散硬化）。?固溶体强化是耐热钢高温强化的重要方法之一，加入合金元素，以增加原子之间的结合力，可使固溶体强化，外来原子溶入固溶体使晶格畸变，能提高强度；耐热钢中加入微量的硼或锆或稀土元素后，可以净化晶界，提高晶界的强度；碳化物相沉淀在位错上，能阻碍位错的移动，稳定的碳化物弥散分布在固溶体内，就能显著地提高钢的强度和硬度。

4、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口

铸铁好。

答案要点：灰铁：G形态为片状，易应力集中，产生裂纹，且G割裂基体严重，使材料有效承载面积大为减小。而球铁：G形态为球状，基体是连续的，相对而言，割裂基体的作用小，基体可利用率可达70~90%；且球状G应力集中倾向也大为减小。因此钢的热处理强化手段在球铁中基本都能采用，所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。答案要点：

由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。

6、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P的含量。答案要点：

S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

7、试总结Ni元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。答案要点：

1）↑基体韧度 → Ni↓位错运动阻力，使应力松弛； 2）稳定A，→ Ni↓A1，扩大γ区，量大时，室温为A组织； 3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好； 4）↑回火脆性 → Ni促进有害元素偏聚； 5）↓Ms，↑Ar → ↓马氏体相变驱动力。

8、试总结Si元素在合金中的作用，并简要说明原因。1）↑σ，↓可切削性 → 固溶强化效果显著； 2）↑低温回火稳定性 → 抑制ε-K形核长大及转变； 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；

（2分）

4）↑淬透性 → 阻止K形核长大，使“C”线右移，高C时作用较大； 5）↑淬火温度 → F形成元素，↑A1 ；

6）↑脱C、石墨化倾向 → Si↑碳活度，含Si钢脱C倾向大。（2分）试从合金化原理角度分析9Mn2V钢的主要特点。1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR较多，约20~22%，使工件变形较小； 3）V能克服Mn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；

4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜在200℃以下回火；

5）钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。

从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径。1）加入Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒； 2）提高回火稳定性，加入Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素； 3）改善基体韧性，主要是加入Ni元素；

4）细化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、匀、圆；

5）降低或消除钢的回火脆性，主要是Mo、W元素比较有效；（2分）

11、高锰钢（Z

GMn13）在Acm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。答案要点：高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

12、简述高速钢中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。高速钢的铸态组织为：黑色组织（混合型）+白亮组织（M和AR）+莱氏体，高速钢铸态组织图（略）。

W：提高红硬性、耐磨性的主要元素；V：提高红硬性、耐磨性的重要元素，一般高速钢都含V，V能有效细化晶粒，且VC也细小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠热：晶粒很细小，K很多；过热：晶粒较大，K较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。

高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

15、试定性比较40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢的淬透性、回火脆性、韧度和回火稳定性，并简要说明原因。

淬透性：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Cr-Ni-Mo复合作用更大。回脆性：40CrNiMo ＜40Cr ＜ 40CrNi；Cr、Ni↑脆性，Mo有效↓。韧

度：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Ni↑韧性，Mo细化晶粒。回稳性：40Cr、40CrNi ＜ 40CrNiMo；Mo↑回稳性。Ni影响不大。

16、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下列问题： 1）淬火加热时，为什么要预热?

2）高速钢W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加热温度在1200~1240℃，淬火加热温度为什么这样高? 3）高速钢回火工艺一般为560℃左右，并且进行三次，为什么? 4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的是什么? 1）高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差。预热可减少工件加热过

程中的变形开裂倾向；缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控制炉温稳定性。

2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化效果。

3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分的残留奥氏体发生

了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。4）分级淬火目的：降低热应力和组织应力，尽可能地减小工件的变形与开裂。

一、填空题

1、液相沉淀法在粉末冶金中的应用主要有以下四种：金属置换法、溶液气体还原法、从熔盐中沉淀法、辅助金属浴法。

2、多相反应一个突出特点就是反应中反应物间具有界面。按界面的特点，多相反应一般包括五种类型：固气反应、固液反应、固固反应、液气反应、液液反应。

3、雾化法制粉过程中，根据雾化介质对金属液流作用的方式不同，雾化具有多种形式：平行喷射、垂直喷射、互成角度的喷射。从液态金属制取快速冷凝粉末有传导传热和对流传热两种机制，其中基于传导传热的方法有：熔体喷纺法、熔体沾出法；基于对流传热机制有：超声气体雾化法、离心雾化法、气体雾化与旋转盘雾化相结合的雾化法。

粉体颗粒粒度测定方法中的比表面粒径包括以下三种：吸附法、透过法、润湿热法。

钢的合金化基本原则是

多元适量、复合加入

。细化晶粒对钢性能的贡献是

既提高强度又提高塑韧性。

7、在钢中，常见碳化物形成元素有

Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤ 0.59为简单点阵结构，有 MC 和 M2C 型，其性能特点是 硬度高、熔点高、稳定性好 ；

rc/rM > 0.59为 复杂点阵结构，有 M3C、M7C3

和

M23C7

型。

8、选择零件材料的一般原则是

力学性能、工艺性能

、经济性

和环境协调性等其它因素。

9、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有

加入Ti、Nb 等强碳化物形成元素

、降低钢中的含C量。

10、影响铸铁石墨化的主要因素有

化学成分、冷却速度

。球墨铸铁在浇注时要经过

孕育

处理和

球化

处理。QT600-3是 球墨铸铁。

11、对耐热钢最基本的性能要求是

热强性

、抗氧化性。

12、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：

点阵结构

、电子因素、原子半径。

13、提高钢淬透性的主要作用是

获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

14、钢的强化机制主要有 固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强

化。其中

细晶强化

对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。

15、提高钢淬透性的作用是 获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

16、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为

1.5%左右。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指

碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。

17、选择零件材料的一般原则是 满足力学性能要求

、良好的工艺性能、经济性

和环境协调性等其它因素。

18、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向

左下

方移动，例

Mn、Ni 等元素（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向

左上

方移动，例 Cr、Mo 等元素（写出2个）。S点左移意味着

共析碳含量降低。

19、QT600-3是

球墨铸铁

，“600”表示

抗拉强度不小于600MPa，“3”表示

延伸率不小于3%

20、H68是

黄铜，LY12是

硬铝，QSn4-3是

锡青铜。

21、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti、V

等（写出2个），这些元素的主要作用是

细晶强化

和

沉淀强化。

22、铝合金热处理包括固溶处理和

时效硬化

两过程，和钢的热处理最大的区别是

没有同素异构转变。

23、影响球磨的因素为：球磨筒的转速、装球量、球料比、球的大小、研磨介质、被研磨物料的性质。

24、钢的电化学腐蚀的主要形式有：均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀、腐蚀磨损。

25、影响熔盐电解过程和电流效率的主要因素有： 电解质成分、电介质温度、电流密度和 极间距离。

二、名词解释

1、当量球直径：是指用与颗粒具有相同特征参量的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。

2、圆形度：与颗粒具有相等投影面积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比。

3、电能效率：在电解过程中，一定质量的物质，在理论上所需的电能量与实际消耗的电能量之比。

4、球形度：与颗粒相同体积的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积之比。

5、淬硬性：指在理想的淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度，也称可硬性。

6、纤维强化材料：将具有高强度的纤维或晶须加到金属基体中，使金属得到强化，这样的材料称为纤维强化材料。

7、二次颗粒：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。

8、二流雾化法：由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化。

9、蠕变极限： 是试样在一定温度下和在规定的持续时间内产生的蠕变变形量或第二阶段的蠕变速率等于某规定值时的最大应力。

10、n/8

规律：是固溶体电极电位随铬量的变化规律。固溶体中的铬量达到12.5％原子比（即1/8）时，铁固溶体电极电位有一个突然升高，当铬量提高到25％原子比（2/8）时,电位有一次突然升高，这现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。

11、淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，也就是钢在淬火时能获得马氏体的能力。

12、极化：在实际电解过程中，分解电压比理论分解电压大，而且，电流密度愈高，超越的数值就愈大，就每一个电极来说，其偏离平衡电位值也愈多，这种偏离平衡电位的现象称为极化。

13、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

14、颗粒分布：

15、硬质合金：是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，具有高强度和高耐磨性的特点。

16、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。

17、均相反应：在同一个相中进行的反应，即反应物和生成物或者是气相的，或者是均匀液相的。

三、简答题、还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些。氢还原。总的反应式：WO3+3H2====W+3H2O。钨具有4种比较稳定的氧化物

WO3+0.1H2====WO2.9+0.1H2O

WO2.9+0.18H2?====?WO2.72+0.18H2O WO2.72+0.72H2?====WO2+0.72H2O??? WO2+2H2?====W+2H2O? 影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向；⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度；⑷添加剂

弥散强化的机理及其影响因素是什么？它在金属基复合材料中有何意义。

机理：弥散强化机构的代表理论是位错理论。在弥散强化材料中，弥散相是位错线运动的障碍，位错线需要较大的应力才能克服障碍向前移动，所以弥散强化材料的强度高。位错理论有多种模型用以讨论屈服强度、硬化和蠕变。

影响因素：

1、弥散相和基体的性质；

2、弥散相的几何因素和形态；

3、弥散相与基体之间的作用；

4、压力加工；

5、生产方法。意义：

1、再结晶温度高，组织稳定；

2、屈服强度和抗拉强度高；

3、随温度提高硬度下降得少；

4、高温蠕变性能好；

5、疲劳强度高；

6、高的传导性。

3、简述提高耐热钢热强性的途径。

提高钢热强性的途径：强化基体（固溶体强化）、强化晶界（晶界强度增加）、弥散强化（碳化物弥散硬化）。?固溶体强化是耐热钢高温强化的重要方法之一，加入合金元素，以增加原子之间的结合力，可使

固溶体强化，外来原子溶入固溶体使晶格畸变，能提高强度；耐热钢中加入微量的硼或锆或稀土元素后，可以净化晶界，提高晶界的强度；碳化物相沉淀在位错上，能阻碍位错的移动，稳定的碳化物弥散分布在固溶体内，就能显著地提高钢的强度和硬度。

4、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。

答案要点：灰铁：G形态为片状，易应力集中，产生裂纹，且G割裂基体严重，使材料有效承载面积大为减小。而球铁：G形态为球状，基体是连续的，相对而言，割裂基体的作用小，基体可利用率可达70~90%；且球状G应力集中倾向也大为减小。因此钢的热处理强化手段在球铁中基本都能采用，所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。答案要点：

由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。

6、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P的含量。答案要点：

S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

7、试总结Ni元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。答案要点： 1）↑基体韧度 → Ni↓位错运动阻力，使应力松弛； 2）稳定A，→ Ni↓A1，扩大γ区，量大时，室温为A组织； 3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好； 4）↑回火脆性 → Ni促进有害元素偏聚； 5）↓Ms，↑Ar → ↓马氏体相变驱动力。

8、试总结Si元素在合金中的作用，并简要说明原因。答案要点：

1）↑σ，↓可切削性 → 固溶强化效果显著； 2）↑低温回火稳定性 → 抑制ε-K形核长大及转变； 3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；

（2分）

4）↑淬透性 → 阻止K形核长大，使“C”线右移，高C时作用较大； 5）↑淬火温度 → F形成元素，↑A1 ；

6）↑脱C、石墨化倾向 → Si↑碳活度，含Si钢脱C倾向大。（2分）试从合金化原理角度分析9Mn2V钢的主要特点。1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR较多，约20~22%，使工件变形较小； 3）V能克服Mn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；

4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜在200℃以下回火；

5）钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。

从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有

哪些途径。

1）加入Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒； 2）提高回火稳定性，加入Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素； 3）改善基体韧性，主要是加入Ni元素；

4）细化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、匀、圆；

5）降低或消除钢的回火脆性，主要是Mo、W元素比较有效；（2分）

11、高锰钢（ZGMn13）在Acm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。

答案要点：高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

12、简述高速钢中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。高速钢的铸态组织为：黑色组织（混合型）+白亮组织（M和AR）+莱氏体，高速钢铸态组织图（略）。

W：提高红硬性、耐磨性的主要元素；V：提高红硬性、耐磨性的重要元素，一般高速钢都含V，V能有效细化晶粒，且VC也细小；Cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。欠热：晶粒很细小，K很多；过热：晶粒较大，K较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。

高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

15、试定性比较40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢的淬透性、回火脆性、韧度和回火稳定性，并简要说明原因。

淬透性：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Cr-Ni-Mo复合作用更大。回脆性：40CrNiMo ＜40Cr ＜ 40CrNi；Cr、Ni↑脆性，Mo有效↓。韧

度：40Cr ＜ 40CrNi ＜ 40CrNiMo；Ni↑韧性，Mo细化晶粒。回稳性：40Cr、40CrNi ＜ 40CrNiMo；Mo↑回稳性。Ni影响不大。

16、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下列问题： 1）淬火加热时，为什么要预热?

2）高速钢W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加热温度在1200~1240℃，淬火加热温度为什么这样高? 3）高速钢回火工艺一般为560℃左右，并且进行三次，为什么? 4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的是什么? 1）高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差。预热可减少工件加热过

程中的变形开裂倾向；缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控制炉温稳定性。

2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高温下才能溶解

。而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化效果。

3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。

篇6：粉末冶金材料学复习内容

一、粉末冶金材料学概述

1.简介粉末冶金的特点

粉末冶金技术：是以金属粉末或非金属粉末或其混合物为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。

粉末冶金材料：是用粉末冶金技术制得的近全致密或多孔材料（包括制品）特点:

1)技术多样性；粉末制备技术, 成形技术, 烧结技术

2)工艺复杂性；制粉,制备金属粉末、合金粉末、金属化合物粉末以及包覆粉末;成形,分加压成形和无压成形两类, 其他加压成形方法有等静压成形、粉末轧制、粉末挤压等;烧结, 单元系烧结和多元系烧结，其烧结温度都比所含金属与合金的熔点要低。烧结后处理, 有精整、熔浸、机加工、热处理（淬火、回火 和化学处理）和电镀等.3)性能优越性；材料具有特殊结构和性能, 能制造性能更优的材料（与熔炼法比）粉末高速钢、粉末超合金可避免成分的偏析，保证合金具有均匀组织和稳定性能，同时，这种合金具有细晶粒组织使热加工性大为改善

4)零件复杂性；零件的孔隙度可控, 零件的形状、结构复杂

5)手段先进性；

6)规模扩大性；

7)成本低廉性。

2.粉末冶金发展趋势与学科前沿

发展趋势

① 辐射领域越来越广(研制新材料、开发新应用)； ② 新技术层出不穷（如喷射成形、注射成形等)；

③ 多学科交叉（材料、化学、化工、冶金、物理、机械等）； ④ 高致密化、高性能化、集成化和低成本化；

⑤ 非平衡及超细材料和制品的制备，如非晶、微晶、纳米晶、准晶等； ⑥ 具有独特组分的复合材料设计与制备。

学科前沿

① 粉末制取新技术、新工艺及其过程理论。向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。② 建立以“近净成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模拟理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。

③ 建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。如热等静压、微波烧结、高能成形等。

粉末冶金材料设计、表征和评价新技术。粉末冶金材料的孔隙特性、界面问题及强韧化机理的研究。

3.粉末冶金的优缺点

优点:

1]致密度可控，如多孔材料、高密度材料等；

2]晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析；

3]近净成形，原材料利用率>95%（表1）；

4]少无切削，切削加工仅40~50%；

5]材料组元可控，利于制备复合材料；

6]利于难熔金属、陶瓷材料与核材料的制备。不足:

1]原料粉末价格较贵；

2]残余孔隙影响其性能，材料韧性较差；

3]氧和杂质含量较高，制备高纯活性金属困难；

4]制品大小和形状受到一定限制

二、粉末冶金材料的孔隙特征及影响

1.孔隙对粉末冶金材料力学性能的影响

孔隙的共性影响

① 孔隙大小与形状：烧结后较大孔隙一般呈不规则形状，较小孔隙一般呈规则的球形或近球形形状，而不规则孔隙会使应力集中更加严重，从而使力学性能降低，孔隙大小与形状对冲击韧性和延伸率的影响尤其明显；

② 孔隙分布：孔隙分布越不均匀，越易发生聚集成为大孔隙或缺陷，从而引起应力集中，并使力学性能下降；

③ 孔隙度：孔隙度越高，粉末冶金材料力学性能越低，材料磨损率越高，传导性越差，强度、塑性、冲击韧性、硬度、传导性与孔隙度均存在非线性关系。在上述三种影响因素中，孔隙度最为重要

力学性能包括断裂韧性、静态强度、塑性、动态性能、硬度和弹性模量等

 粉末冶金材料的平面应变断裂韧性随着孔隙度的降低而增加

 粉末材料的静态强度包括抗拉、抗弯和抗压强度.它与孔隙度的关系大体可用下式表示： σb ＝Kσ0f(θ)在粉末材料中，孔隙不会引起相当大的应力集中

此公式可以解释同成分、同孔隙度材料，由于制造工艺不同所得的不同抗拉强度值

 塑性包括延伸率和断面收缩率

粉末材料由于孔隙的存在，有利于裂纹的形成和扩张，所以表现出低拉伸塑性和脆性

延伸率强烈地依赖于试样密度，它受孔隙度的强烈影响，并对孔隙形状很敏感  主要包括冲击韧性和疲劳强度，它们强烈地依赖于材料的塑性，因而也象塑性一样强烈地依赖于孔隙度

孔隙度为15％～20％的粉末材料的冲击韧性值很小，纤维材料的冲击韧性比粉末材料高得多。

材料对能量很大、次数很少的冲击抗力主要决定于材料的冲击韧性；对小能量、次数很多的冲击抗力主要决定于材料的强度

多孔材料冲击韧性虽然很低，孔隙的存在使材料的弹性内耗很大，减震性能好，小能量多次冲击性能很好。

 烧结钢疲劳强度低的主要原因是孔隙起了断裂源的作用  硬度对孔隙形状不敏感的性能，主要取决于材料的孔隙度。如烧结铁的HB硬度值对孔隙形状不敏感，主要依赖于孔隙度

 弹性模量表征着点阵中原子间的结合强度，是应力－应变曲线在弹性范围内直线段的斜率 烧结多孔铁的弹性模量随孔隙度的增加而降低

2.孔隙对粉末冶金材料断裂机理的影响

孔隙对断裂机理的共性影响

按照孔隙对材料断裂影响的机理不同，可将粉末冶金材料分为两大类：脆性粉末冶金材料和塑性粉末冶金材料。

a)脆性粉末冶金材料包括硬质合金、金属陶瓷、难熔化合物等，塑性粉末冶金材料包括烧结金属、合金、多孔金属等；

脆性粉末冶金材料断裂机理：孔隙引起强烈的应力集中，成为材料中的薄弱环节，使材料在较低的应力下断裂。

在脆性粉末冶金材料中，能引起应力集中和强度下降的孔隙因素包括：孔隙度的增大、孔隙不规则程度的增加、孔隙曲率半径的减小、孔隙间距的减小和孔隙邻接度的增加等。

b)塑性粉末冶金材料断裂机理：孔隙没有引起相当大的应力集中，主要是削弱了试样承载的有效断面，存在着应力在材料中的不均匀分布，从而使材料断裂；

[高孔隙度烧结铁断裂机理：主要沿原始颗粒晶间断裂，由于孔隙的非均匀分布，原始颗粒之间的联结很弱，容易发生解理和分离，所以断裂在原始颗粒之间孔隙的连接处发生；

低孔隙度烧结铁断裂机理：主要是穿晶断裂，细小孔隙在切应力作用下迅速长大，然后增殖、聚合，最后连接形成断裂。]

三、材料的强韧化

1.颗粒强化

钢结硬质合金以钢为粘结剂，以硬质化合物作硬质相，其结构与硬质合金类似，但硬度、耐磨性能明显强于钢，故被称为钢结硬质合金。其组织特点是硬而耐磨的硬质相均匀分布于钢基体中，钢基体赋予合金广泛的工艺特性，而硬质相则使得合金的硬度和耐磨性能大幅提高。应用：工模具、耐磨零件与机器零件、刃具。

强化颗粒对材料性能的影响因素

GbG屈服强度 2C复合材料的屈服强度与基体及第二相颗粒的本身性质有关，并与颗粒间距平方根成反比关系。

 第二相颗粒与基体之间存在界面，如颗粒存在尖角，则容易在界面尖角处形成应力集中，故作为第二相的强化颗粒理想的形态应为圆形或椭圆形，并且表面较光滑。 当第二相颗粒含量一定时，粒子愈细则数量愈多，因而粒子间距也就愈小，材料强度也越高。

 当第二相颗粒大小一定时，其含量越高则粒子间距越小，材料强度也越高，但当颗粒含量达到某一比例时，由于颗粒聚集而产生的应力集中反而会使材料强度下降。 第二相颗粒分布越均匀弥散，材料强度越高。

颗粒增强铝基复合材料(PRAC)以铝或铝合金为基体，与颗粒增强体人工合成的复合材料，是最具发展潜力的金属基复合材料之一，其中以碳化硅、氧化铝颗粒增强铝基复合材料的发展最为迅猛。

2.弥散强化

弥散强化材料主要利用基体的强度，工作温度不能太高，使用温度通常为基体材料熔点的80％－85％;3.纤维强化

纤维强化材料则是利用纤维的强度，它有可能在基体熔点附近的高温使用;

将具有高强度的纤维或晶须加到金属（合金）基体中使金属得到强化，这样的材料称为纤维强化金属材料;纤维强化的机理

 纤维强化材料所用纤维均是具有高键合强度的硬质材料，硬质材料虽有高键合强度，但由于裂纹的存在，导致断裂强度大幅下降，使键合强度不能充分利用。

 与弥散强化相比，二者虽都是软硬两种材料掺和在一起，但强化机理是不同的。纤维强化主要依靠纤维本身承受主要负荷，在工作过程中，外力可能同时作用到基体和纤维上，作用到基体上的力，通过基体的范性流变将负荷转移到纤维上；弥散强化则主要利用硬的粒子阻碍位错的运动或增强加工硬化的作用，因而弥散粒子间距对强化极为关键

4.弥散强化材料的性能

弥散强化材料尽管有低延性的缺点，但其在性能上的优越性是主要的。主要 有：

• 再结晶温度高，组织稳定。• 屈服强度和抗拉强度高。• 随温度提高硬度下降得少。• 高温蠕变性能好。• 疲劳强度高。

传导性高

5.金属陶瓷性能及其影响因素

金属陶瓷利用金属硬质化合物相的高温强度与金属的塑性而用作耐热材料

金属陶瓷包括：氧化物基金属陶瓷；碳化物基金属陶瓷；其他难熔金属化合物（氮化物、硼化物、硅化物）基金属陶瓷等

以碳化钛基金属陶瓷为例，讨论其性能及其影响因素

• 粘结剂含量极大地影响金属陶瓷的密度、硬度和强度。随着粘结剂含量的增加，密度和抗弯强度是增加的，而硬度是降低的。

• 金属陶瓷一般具有较好的抗氧化性，材料的抗氧化能力取决于表面氧化物的特征，• 致密的表面氧化层抗氧化能力较高。

抗热震性是材料抵抗由于环境温度突然变化而产生的热应力导致破坏的能力。材料的抗拉强度要大于热应力，材料才不致破坏。一般说来，金属陶瓷的热震性是比较差的，需要注意改善抗热震性的研究

四、粉末冶金减摩耐磨材料

1.粉末冶金减摩耐磨材料的特点

粉末冶金减磨耐磨材料是指用粉末冶金方法制造的、具有低摩擦系数和高耐磨性能的金属材料或金属与非金属的复合材料，通常由具有一定强度的金属基体和起减摩耐磨作用的润滑组元所组成。基体应保证减摩零件的强度，以便承受使用条件下外力对接触表面的载荷。均匀分布在基体孔隙中的润滑油或固体润滑组元能起到减摩作用，它们在摩擦表面形成稳定而连续的油膜或固体润滑膜，而使摩擦系数大大降低。这种由材料内部提供润滑源的方式称为“自润滑”，其作用是使减摩耐磨材料在有限外供油的条件下和在干摩擦条件下仍能正常工作。

用粉末冶金方法制成的减摩耐磨材料具有以下特点：

• 可利用烧结金属的多孔性，以浸渍和储存润滑油；

• 能充分利用各种粉末状的固体润滑剂，也可在制造过程中形成新的固体润滑相； • 可在较宽成分范围内组合各种金属和非金属物质，制造出不同组织和结构的复合材料，满足各种摩擦条件的需要；

• 材料的润滑性能稳定，磨损小，磨合性、抗卡性良好，从而可靠性高，使用寿命长。• 由于粉末冶金方法可在较大范围内调整基体和减摩润滑组元的成分及含量,这种材料具有良好的自润滑性能，因而应用范围比一般铸造金属或塑料减摩材料广泛，能在缺油甚至无油润滑的干摩擦条件下，或在高速、高载荷、高温、高真空等极限润滑条件下工作，使用寿命较长和可靠性较高

• 作为一类新型润滑材料，粉末冶金减摩耐磨固体自润滑材料在性能上极 大地突破了传统材料的使用极限，这就为解决现代高技术机械急需解决的超低温、超高真空、强辐射、高速高负载、特殊介质等典型特殊工况条件下的摩擦磨损问题提供了强有力的技术支持，同时也为提高机械的稳定性和可靠性奠定了重要的基础。

2.多孔含油轴承

• 多孔含油轴承是一种具有直接储存润滑油进行自润滑特点的轴承。这种材料是多孔结构的，孔隙约占体积的10-35%。它的基体被加工成为多孔的组织结构，具有一定渗透性；制成后用适当的润滑剂(一般用润滑油)加以浸渍，使润滑剂充填到基体的孔隙中储存起来。利用烧结体多孔性的浸油特性，工作状态下能实现在自行供油的滑动支承称为多孔含油轴承。轴承运转时，由于轴颈转动的抽吸作用及轴承发热时油的膨胀作用，这些润滑剂会从孔隙中渗出，润滑工作表面；停止运转时，因毛细管作用，润滑剂又重缩回到多孔基体中储存起来。润滑剂的流失量一般甚少，故在相当长时间内，即使不加润滑油仍能很好地工作。如果定期给以供油，则使用效果更佳。但由于其韧性较小，故宜用于平稳无冲击载荷及中低速度情况。

多孔含油轴承的最大优点是结构简单，使用方便。在其尺寸公差、多孔率和表面粗糙度得到可靠控制后,具有较低的加工成本和较好的性能,已在汽车电气设备、音响设备、家电产品等领域得到广泛的应用。• • 由于轴承中的储油空间是用材料换取来的，因而牺牲了部分机械的强度，含油轴承的强度比实体轴承低，不适于重载和有冲击载荷的工况。尽管如此，含油轴承与固体润滑的轴承相比，磨擦系数低5倍以上，并且具有工作噪音低和占用空间小的优点。含油轴承另外一个优点是成本低廉。由于制造过程无切削，材料利用率高，适于大批量规模化生产，从而广泛应用于各个行业。我国已有专门制造含油轴承的工厂，需用时可根据设计手册选用。

3.钢背双金属减摩材料

• • • 钢背双金属减摩材料不仅赋予材料良好的减摩性能和较好的抗咬合性，还使材料具有高的强度和硬度，增强材料的耐磨性能，可以较好的满足现代发动机轴瓦的要求。钢背双金属减摩材料按成分和结构可分为：钢-青铜、钢-高镍青铜、钢-高铅青铜、钢-聚合物等类型。

钢-青铜：在钢带上烧结青铜多孔层，补充熔浸易熔减摩合金、氟化物或油；钢-高镍青铜：在钢背上烧结一层铜（60%）和镍（40%）粉末混合物，并熔浸巴氏合金；钢-高铅青铜：在钢背上烧结含铅青铜，根据使用条件调整铅含量；钢-聚合物：在钢背上制造一层聚合物自润滑材料，如聚四氟乙烯等。

为了实现金属基合金与钢背的有效结合，制备出性能优异的钢背金属基复合轴瓦材料，已开发出多种复合方法。这些复合方法主要可分为三大类，即：固-固复合法、固-液复合法和固-半固复合法。主要包括固-固相复合法中的爆炸复合法、轧制复合法、烧结复合法和固-液复合法中的轧制复合法及固-半固复合法中的半固态凝固法等。•

五、粉末冶金摩擦材料

1.粉末冶金摩擦材料的特点及分类

“以提高摩擦磨损性能为目的，用于摩擦离合器与摩擦制动器的摩擦部分的材料”称为摩擦材料。

通常所用的摩擦材料，摩擦系数小，能正常工作的温度低，抗咬合性能差，寿命短。粉末冶金摩擦材料是一种以金属或合金为基体，添加了摩擦组元、润滑组元，经混合、成形、烧结等工艺生产的复合材料。这种材料综合了金属与非金属的优点，并能按需合理调配材料组元及其含量。

与传统的摩擦材料相比，粉末冶金摩擦材料具有以下特点：

• 摩擦系数μ大，且可在较宽的温度范围内保持稳定。• 导热性好。

• 强度高，可提高使用的许用压力。

• 可在相当大的范围内调整材料的成分，如加入不同类型和不同含量的润滑剂和摩擦剂，以适应各种不同的要求。

• 使用寿命长。烧结摩擦材料磨合性好，不易变质，耐磨性优异，工作可靠。一般比石棉-树脂材料寿命长5-10倍。

摩擦材料一般有如下几种分类方法：

• 以使用功能划分：制动摩擦材料：用于吸收动能，并以热量的形式传递。这种材料的响应时间（即制动开始到结束）为一秒至几十秒；离合摩擦材料：用于传递力矩。这类材料的响应时间仅为1秒之内。

• 按工作介质分为润滑油中工作的湿式摩擦材料；在空气中工作的干式摩擦材料以及使用在空间或真空状态环境下的无介质摩擦材料，无介质摩擦材料又称为纯静摩擦材料。

根据摩擦承载中摩擦材料承受负荷大小划分为轻负荷摩擦材料、中负荷摩

擦材料、重负荷摩擦材料。负荷大小往往由材料能承载的摩擦热也就是保持使用性能的温度来区分的

• 按材料的基体材质来划分，分为铜基、铁基、铁/铜基铜摩擦材料、金属陶瓷等摩擦材料。

2.摩擦环境对材料摩擦磨损性能的影响

在实际使用中，摩擦环境对材料的摩擦磨损性能有直接的影响。除前面已论述的介质环境之外，影响粉末冶金摩擦材料的摩擦系数有：滑动速度，压力以及工作温度。

• 滑动速度 ：摩擦系数和滑动速度的关系是比较复杂的，当滑动速度增大，此时由于材料表面强度降低，摩擦表面硬质点啮合强度降低，摩擦系数下降。当滑动速度加到一定之后，此时，材料会产生粘着磨损，磨损增加，摩擦系数增大。

• 压力：随着压力增大，摩擦系数呈下降趋势。在许用压力范围内，压力增加，磨损率不增加；当超许用压力时，随压力增加，磨损急剧增加。压力允用范围内，速度增加磨损将有所降低，超过允用范围，材料出现粘着磨损，磨损加剧。

• 温度：随着摩擦压力和速度的提高，滑动面温度上升或者连续摩擦制动之后，表面累积温度没有传递散出，环境温度增加，材料的摩擦系数会缓慢下降，但对磨损有重大影响，特别是在600~800℃时，表面熔化、氧化，磨损急剧增加，甚至导致制动(离合)系统失效。

综合考虑摩擦系数对材料摩擦磨损性能的影响，是设计制造粉末冶金摩擦材料制品的关键。粉末冶金摩擦材料是一种复合材料，可以通过提高基体转化或熔化温度，或改变摩擦组元的种类、含量、形状来提高许用温度，从而增加材料的适用性

六、粉末冶金钛合金

1.简介氢化脱氢法制备钛粉

• 钛粉的生产方法有：

金属（钠、镁）热还原法，熔盐电解法，氢化-脱氢法，等离子旋转电极法等方法。金属热还原和熔盐电解从TiO2制得海绵钛，将海绵钛破碎，并经真空退火处理后即制得纯钛粉。氢化-脱氢法可制造纯钛和钛合金粉末。由于成分控制等方面的原因，钛合金粉末的制备相对钛粉更难，制备方法更少。

具体的钛合金粉制备方法有离心雾化法、等离子旋转电极法、Leybold-Heraeus电子束旋转盘、真空雾化和Colt-Crucible法、气体超声雾化法，但气体超声雾化法是一种新的发明专利，还有待于工程实践的检验。能制备钛合金粉末的方法基本都能用于制备钛粉。

氢化-脱氢（HDH）法是制取粒度细、质量好、价格低的钛粉末的重要工业方法之一。该法是利用钛的活性高，吸氢后生成氢化钛的特性。氢化钛性脆，极易研磨成细粉。氢化钛经真空脱氢后就得到不含氢的纯钛粉。

HDH法所用原料的来源广，工艺过程简单。

【1】将钛加工后的几何废料、残屑、碎片或铸锭车屑，经清洗去掉其中的砂石、金属杂物及油脂后，在Oremet氢化炉内进行氢化。

【2】原料装在多层式料盘内，反应罐是由19mm厚的304不锈钢板焊接而成，加热过程中保持系统的真空度。

【3】达到规定的氢化温度后切断真空阀，将计量准确的氢气送进反应罐与钛起反应。氢化是放热反应，控制好氢流量以保证物料氢化均匀，氢气的纯度不低于99.995%。

【4】当达到反应要求的氢含量后切断氢气源，用振动球磨机将氢化钛研磨成粉末，整个球磨过程在氩气气氛中。磨碎的料筛分为三级：+35目粉重新返回球磨机；-35+200目粉为合格粉;-200目粉另行处理。

【5】将合格粉用磁选的方法去掉球磨中带进的磁性杂质。氧和氮是钛粉中最有害的元素，HDH粉的氧含量比原料高700~800ppm。HDH钛粉末的颗粒形状为不规则角状。-35+200目粉末的松装密度为1.5g/cm3，摇实密度 1.9g/cm3，流动性较差，适合于冷压成形。

2.钛合金中的元素分类

七、粉末冶金电工材料

1.电触头的破坏形式

电触头材料是最重要的电工材料之一。电触头亦称触头或接点，是各类电器开关、仪器仪表中的重要元器件，它担负着电路间接通与断开以及负载相应电路中电流的任务，直接影响到开关、电器运行的可靠性及使用寿命，所以人们将电触头称为电器的“心脏”。采用粉末冶金方法制造的触头材料称为粉末冶金触头材料，俗称烧结触头材料

电触头在使用过程中，其破坏形式有以下几种：

• 电弧侵蚀：分断电路时，触头对之间发生电弧；触头闭合时，触头的反跳也会引起电弧。在电弧作用下，材料产生蒸发、熔化及转移。

• 氧化：由于电弧的热量加速了触头表面的氧化。大多数金属氧化膜是不导电的，它们使接触电阻升高。在大电流电路中，使触头的温升值增大；在低电流低电压线路中，氧化膜可能增厚到使表面完全绝缘而不导电。故氧化是引起触头失效的一个重要原因。

• 熔焊：由前述各种原因引起触头熔焊后，只有加大分断力才可解除熔焊的危险。如果熔焊强度超过了开关装臵的分断力，则触头不能分断，导致整个电气系统毁坏。• 桥接：当触头分断时，由于接触压力逐渐减小，接触面积亦逐渐减小，故接触处的电流密度增大到能使材料局部熔化，形成金属熔桥。当继续拉开时，“桥”被拉长，两端电压继续升高，熔桥的温度也继续升高，足以使材料蒸发，熔桥变得不稳定，最后断裂，于是电路断开形成电弧，一个触头表面产生凹坑，另一个表面形成凸瘤。此外形成的“桥”也可能使触头对相互连结而妨碍其机械分离。

• 磨损：磨损是滑动触头的主要破坏形式，一般分为粘着磨损和磨粒磨损。粘着磨损是在触头的真实接触部位金属之间彼此熔焊，较软一方金属向较硬一方金属转移；磨粒磨损是在硬度差别大的材料之间相互摩擦或是软质材料间有一方含有硬质粒子时发生的磨损，这种作用是单纯的机械摩擦过程。磨粒磨损比粘着磨损的破坏作用更大，因为磨粒磨损形成的磨屑造成触头材料直接损失，而粘着磨损仅仅是发生材料的转移。

2.电触头材料的分类

电触头材料按照不同工作状态、电压等级以及材料的加工方法以及材料组合类型等有不同的分类方法

按工作状态分类

• 开闭触头材料：主要用在开关电器中承担接通、断开、载流和隔离等任务。这类触头材料要求接触电阻低、操作可靠、使用寿命长；

• 固定触头材料：在线路系统中承担母线和导线的固定连接，主要要求材料能长期耐大气腐蚀，保持良好的接触；

• 滑动触头材料：用于电机、机车、仪表、电信装臵等设备中滑动连接处，要求摩擦系数小，使用寿命长。

按电流、电压等级分类

我国规定凡工作电压在1KV以上的电器称为高压电器，1KV以下的为低压电器，按电压等级可分为：

• 高、中压触头材料：指应用于各类高压负载断路器（如空气断路器、油断路器、SF6断路器及真空断路器等）的触头材料。这类触头开闭时产生强电弧，故要求材料耐电弧烧损、耐熔焊和有一定的机械强度和冲击韧性。常采用难熔金属W、Mo与良导电金属组成复合材料，如高钨或高碳化钨含量的W-Cu、W-Ag、WC-Ag等。• 低压触头材料：指工作电压220～240V、工作电流5～4000A的触头材料。低压电器分为保护电器和控制电器两大类，前者主要要求在额定电流下触头温升不超过规定值，能自动开、断故障短路电流而不熔焊；后者则要求有良好的抗电磨损性能，低而稳定的接触电阻，在正常工作条件下不发生熔焊。

• 弱电触头材料：这类触头的工作电压和工作电流都很低，电压为几伏至十几伏，电流为十几毫安至几百毫安，开断频繁，每秒动作几次至几十次。因此要求触头间接触可靠，接触电阻尽可能小而稳定，并有良好的化学稳定性、抗熔焊性及高的电寿命，且金属迁移小。

其他分类

按加工制造方法可将触头分为熔炼加工触头材料和粉末冶金触头材料。粉末冶金触头材料包括前文所述各类假合金及金属-氧化物触头材料以及难熔金属W、Mo触头等。按材料组合类型可分为金属-金属、金属-金属氧化物、金属-难熔化合物以及金属-减摩材料四类

3.粉末冶金电工材料的发展趋势

超低温、高真空等特殊工作条件下的新型电工材料的研发

• 随着航空、航天技术的飞速发展，必然会需要适用于超低温、高真空条件下的电接触材料、测温材料、温控材料等，这就需要人们去积极开发新型的适用于特殊条件的电工材料。制备工艺的改进

• 由于超细、纳米粉末制备技术的不断发展，必然会对传统的粉末冶金工艺产生一定的推动作用。如机械合金化技术制备的W-Cu、Mo-Cu复合粉末，采用常规烧结方法便可使其烧结坯相对密度达到98%以上，与熔渗工艺相比，减少了制备步骤，从而减少了生产时间，与此同时也克服了熔渗工艺无法制备形状复杂零件的缺点。此外，微波烧结等快速烧结技术的应用，使得能在极短时间内得到性能更好的粉末冶金制品。新工艺的发展，能有效的减少工序，缩短生产时间，从而极大的提高生产效率，特别是对材料性能的提高具有重要意义，对于整个粉末冶金行业来说，也将是未来研究的重中之重。

八、粉末冶金高温合金

1.高温合金粉末制备方法

制取高质量的合金粉末是制造无偏析和组织均匀的高性能部件的关键工艺步骤。制粉工艺为了获得清洁、含有更少杂质、具有一定颗粒大小(53～250μm)和形态好(最好是球状)的预合金粉末，这也是保证粉末高温合金质量的关键。

目前，制备高纯度的高温合金粉末的方法主要有三种，氩气雾化法（Argon atomization，AA）、等离子体旋转电极法（Plasma rotating electrode process，PREP）和真空雾化法(Vacuum atomization, VA，又叫溶入气体雾化法或溶氢雾化法。其它的方法如超声波制粉法和冷流法等使用较少

〃氩气雾化法是指合金原料在雾化设备的真空室中熔化后从浇口流出，在高压氩气流的作用下雾化成合金粉末。高温合金的气体雾化通常在惰性气体（一般为氩气）下进行，由此制备出的颗粒以球形为主。〃等离子旋转电极法（PREP）可以避免陶瓷相污染，非常适合制备Ni基高温合金粉末，PREP 制粉设备结构紧凑，主要包括制粉部分，等离子发生器，供电、供气、供水及真空系统。其原理是：以高温合金作为旋转自耗电极，钨电极为固定电极。在两电极之间产生等离子电弧，使高速旋转的棒料电极端面连续熔化。由于电极旋转使端面熔化的液态金属流向棒料端面的边缘，当熔融金属的质量不断增加，使得其表面张力无法提供旋转所需的离心力时，便从端面飞射出去，在表面张力的作用下形成球形成小液滴。喷射出的金属液滴在飞溅到腔壁之前被惰性气体以约104℃/ s 的速度冷凝成球形粉末。

PREP方法要严格控制制粉工艺参数，才能保证粉末成分和组织的高度均匀性，并且氧和其它杂质的含量在允许值范围内。PREP方法中，控制粉末颗粒大小的主要工艺参数包括电极直径、电极转速、等离子枪功率等。另一个重要工艺参数是惰性气体介质

PREP制得的颗粒中没有残留的惰性气体，表面光滑洁净，粉末的球形度好，无空心粉、片状粉和串状粉，粒度分布比较窄，但是细颗粒组分较低。这种颗粒比AA法颗粒具有更好的成形加工性能。另外还发现，PREP方法合金粉末中MC型碳化物的尺寸大于AA方法 〃真空雾化法，又叫溶入气体雾化法，它是将高压氢气作用于熔化的高温合金，经过转换管排入真空室时，金属发生激烈的排气反应，同时在回收室中产生细小的金属液滴，进而雾化成粉体。

颗粒通常比较细小，颗粒趋于球状，大颗粒粉主要是片状，所含的“星形”颗粒少于AA法，但是，颗粒外形不规则性增加，合金粉末的粒度和树枝晶枝间距都比AA法颗粒稍微大一些。颗粒内部也含有较多的孔洞，同时表面相对比较粗糙。颗粒中的孔洞相互连接，这是由于氢气的逸出造成的，而非气体残留的结果

2.高温合金粉末处理技术

粉末的处理工艺通常包括粉末的筛分处理、静电去除陶瓷夹杂、气体浮选、气流磨、真空脱气处理等。

在工艺研究方面，主要集中于静电分离非金属夹杂处理。高温合金粉末摩擦电选分离原理是，在真空和惰性气体保护下，根据粉末中金属颗粒、陶瓷类夹杂在带电金属滚筒动态摩擦表面导电特性的差异进行陶瓷分离

真空预脱气处理工艺也是粉末处理的一个重要手段，能有效地减少和最大限度地消除热等静压后合金中的残留气孔，改善合金性能，而其它处理工艺如气体浮选和气流磨等尚处于研究阶段。

3.ODS高温合金的性能

3.3.1 ODS合金的高温强度

• ODS高温合金性能取决于合金成分和它的组织结构。Ni基ODS合金可以分为含有r’沉淀相（如MA754）和不含有r’沉淀相（如MA760和MA6000等）的两种类型。图4.33显示了MA754合金在1366K下1000h的纵向蠕变断裂强度，可以看出, 用机械合金化法制备的纳米氧化物弥散强化MA754高温合金比铸造法Ni基高温合金Mar-M200(合金成分Ni-9Cr-20Co-12.5W-5Al-2Ti-1Nb)具有更高的蠕变断裂强度。另外，MA754棒材的高温应力断裂性能取决于测试方向,如表4.16所示，纵向断裂应力总比横向的高, 这是晶粒在两个方向的尺寸差异造成。而且可以看出，温度越高，合金的纵向和横向强度相差越大。

3.3.2 ODS合金的高温抗氧化性能

• 作为高温材料, 除需要具有较高的高温强度外, 还必须具有良好的抗高温腐蚀能力。MA956合金（Fe基）在氧化过程中的重量变化很小, 而Ni基超合金发生严重的氧化剥离失重。Fe基ODS合金（如MA956）综合性能优异，还具有优异的抗氧化性、抗硫化和碳化性能。此类合金的高温组织稳定性好，热膨胀系数低，冷、热和机加工性能好。最初研发此合金是用于涡轮机的燃烧室。由于它在直到1300℃，都具有较高的强度，因而它不仅是先进航空发动机主燃烧室及加力燃烧室内衬和尾喷管的主要材料，而且广泛应用其他民用行业的高温腐蚀性环境中。

九、粉末冶金新技术

1.动磁压制

动磁压制工作原理是将粉末装于一个导电的容器(护套)内，臵于高强磁场线圈的中心腔中。电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流，线圈腔中形成磁场，护套内产生感应电流。感应电流与施加磁场相互作用，产生由外向内压缩护套的磁力，因而粉末得到二维压制。整个压制过程不足1ms 优点

a)由于不使用模具，成型时模壁摩擦减少到0，因而可达到更高的压制压力，有利于提高产品质量，并且由粉末材料一次制成近终形定子与转子，从而获得高性能产品，大大降低生产成本 ；

b)由于在任何温度与气氛中均可施压，并适用于所有材料，因而工作条件更加灵活；

由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂，因而成型产品中不含有杂质，性能较高，而且还有利于环保

应用

a)动磁压制适用于制造柱形对称的近终形件、薄壁管、纵横比高的零件和内部形状复杂的零件；

b)动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体。由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密度高，其磁能积可提高15%-20%；

c)对于象Ｗ、ＷＣ与陶瓷粉末等难压制材料，动磁压制可达到较高的密度，从而降低烧结收缩率；

d)目前许多动磁压制的应用已接近工业化阶段，第一台动磁压制系统已在运行中。

2.温压成形

a)温压技术是是在混合物中添加高温新型润滑剂，然后将粉末和模具加热至423K左右进行刚性模压制，最后采用传统的烧结工艺进行烧结的技术；

b)是普通模压技术的发展与延伸，被国际粉末冶金界誉为 “开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉末冶金技术革命”的新型成形技术。

特点：

a)能以较低成本制造出高性能粉末冶金零部件；

b)提高零部件生坯密度和强度，便于制造形状复杂以及要求精密的零部件； c)产品密度均匀 应用：

a)温压技术主要适合生产铁基合金零件，由于温压零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉末冶金制品的可靠性；

b)同时人们正在尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件；

c)温压技术在汽车制造、机械制造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。

3.放电等离子烧结

a)放电等离子烧结是将金属等粉末装入由石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲和通电电极将特定烧结电源和压制压力施加在烧结粉末，放电等离子烧结炉； b)经放电活化、热塑变形和冷却阶段完成制取高性能材料或制件的一种方法；

c)是粉末冶金的一种新的烧结技术，是将电能和机械能同时赋于烧结粉末的一种新工艺。

SPS工作原理 d)由于脉冲放电产生的放电冲击波以及电子、离子在电场中反方向的高速流动，可使粉末吸附的气体逸散，粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可被击穿，使粉末得以净化、活化；

e)由于脉冲是瞬间、断续、高频率发生，在粉末颗粒未接触部位产生的放电热，大大促进了粉末颗粒原子的扩散，其扩散系数比通常热压条件下的要大得多，而达到粉末烧结的快速化和均匀化。

优点

a)粉末原料广泛：各种金属、非金属、合金粉末，特别是活性大的各种粒度粉末都可以用作SPS 烧结原科； b)

成形压力低：SPS烛结时经充分微放电处理，烧结粉末表面处于向度活性化状态．为此，其成形压力只需要冷压烧结的l/10~1/20；

c)

烧结时间短：烧结小型制件时一般只需要数秒至数分钟，其加热速度可以高达106℃/s，自动化生产小型制件时的生产率可达400件/h；

d)大气下烧结：电火花烧结时一般是在大气下进行，甚至高活性铍制件也可以在大气下烧结；

e)成本低：采用石墨模具，加工方便；

f)节约能源：热效率高，耗电量只相当于电阻烧结的1/10。

应用：

a)制备梯度功能材料

b)制备BaTiO3高介电材料

c)生产硬质合金

d)生产精细陶瓷

e)制备多孔材料

4.超固相线液相烧结

a)粉末冶金烧结技术通常分为加压烧结和无压烧结，加压烧结包括热压、热等静压、热锻、热挤压等，有利于制造高性能、高密度大材料，它们通过同时控制温度、压力、应变速率来使粉末压坯致密化；

b)但加压烧结成本高、工序复杂、尺寸精度难控制，故大多数零件采用无压液相烧结，金属制品的约70%通过液相烧结制造；

c)超固相线液相烧结(Supersolidus Liquid Phase Sintering, SLPS)：将预合金粉末加热到合金相图的固相线和液相线之间的某一温度，使每一个预合金粉末的晶粒内、晶界处及颗粒表面形成液相，从而使烧结体迅速致密化；

SLPS工艺原理

a)液相形成：在固相线温度附近，液相在晶界、树枝晶间等处首先形成；这些部位通常是成分偏析、低熔点成分处；

b)颗粒重排和破碎：液相沿晶界铺展，随着含量的增加形成包裹晶粒和颗粒的液膜；在毛细管力作用和不断弱化的晶界的耦合影响下，颗粒发生重排和破碎，填充孔隙； c)晶粒圆化：在液相的溶解析出作用下，界面平直化和圆滑化。

工艺参数 a)粉末特性 b)压坯密度 c)保护气氛 d)烧结温度

e)保温时间 f)冷却速度 g)烧结后处理

① 退火：在一定气氛中于适当温度对原料粉末进行加热处理。其目的有还原氧化物、降低碳和其他杂质含量，提高粉末纯度；同时，也能消除粉末在处理过程中产生的加工硬化，提高粉末压缩性。

② 筛分：其目的在于将粉末原料按粒度大小进行分级处理。

③ 混合：将两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。

④ 制粒：将小颗粒粉末制成大颗粒粉末或团粒的操作过程。常用来改善粉末的流动性和稳定粉末的松装密度。