粉末冶金（共12篇）
粉末冶金 篇1
1 温压技术
虽然温压技术只是一项新技术, 在近几年才取得了一些发展, 但是由于它生产出来的粉末冶金零件具有高密度、高强度的特点, 现阶段已经得到了大量的应用。这项技术和传统的粉末冶金工艺不同, 它可以采用特制的粉末加温、粉末输送和模具加热系统, 将加有特殊润滑剂的预合金粉末和模具等加热至130~150℃, 并将温度波动控制在±2.5℃以内, 之后的压制和烧结工序和传统工艺是一样的。与传统工艺相比, 区别点就集中在温压粉末制备和温压系统两个方面。采用这项技术不管是从压坯密度方面来说, 还是从密度方面来说, 都比采用传统工艺要好很多。在同样的压制压力下, 使用温压材料比采用传统工艺不管是屈服强度、极限拉伸强度, 还是冲击韧性都要高。此外, 由于温压零件的生坯强度比传统方法下的生坯强度要高很多, 可达20~30MPa, 如此一来, 既降低了搬运过程中生坯的破损率, 也保证了生坯的表面光洁度。另外, 采用该技术生产出来的零件不仅性能均一, 精度高, 而且材料的利用率很高。温压工艺的成本不高, 而且工艺并不复杂。与传统的工艺相比, 温压工艺下的粉末冶金的利用率高, 耗能低, 经济效益高, 是节能、节材的强有力手段。
2 流动温压技术
流动温压粉末冶金技术 (Warm Flow Compaction, 简称WFC) 是一种新型粉末冶金零部件成形技术, 目前国外还处于研究的初试阶段, 它的核心价值就是能够提高混合粉末的流动性、填充能力和成形性。
WFC技术有效利用了金属粉末注射成形工艺的优点并在粉末压制、温压成形工艺的基础上被发现。这项技术可以将混合粉末的流动性提高, 这样就使混合粉末可以在80~130℃温度下, 只需要在传统的压机上经过精密成形就可以形成各种各样外形的零件, 省掉了二次加工的步骤。WFC技术在成形复杂几何形状方面具有很大的优势, 是传统工艺无法比的, 而且成本不高, 具有非常广阔的应用前景。
综上所述, 我们可以归纳出WFC技术具有以下四个优势:一是能够制造出各种各样外形的零件;二是有着很好的材料的适应性;三是工艺简单, 成本低;四是压坯密度高、密度均匀。
3 模壁润滑技术
模壁润滑技术是在解决传统工艺面临的一系列难题的基础上应运而生。传统工艺是采用粉末润滑来减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦, 然而现实往往是由于加进去的润滑剂因密度低, 使得粉末冶金零件的密度也得不到有效的保证。此外, 润滑剂的烧结不仅会给环境造成很大的不利影响, 还可能会影响到烧结炉的寿命和产品的性能。现阶段, 有两个渠道可以进行模壁润滑:一是由于下模冲复位时与阴模及芯杆之间的配合间隙会出现毛细作用, 利用这个作用可以把液相润滑剂带到阴模及芯杆表面。二是选择带着静电的固态润滑剂粉末利用喷枪喷射到压模的型腔表面上, 就是安装一个润滑剂靴在装粉靴的前部。在开始成形时, 压坯会被润滑剂靴推开, 此时带有静电的润滑剂会被压缩空气从靴内喷射到模腔内, 但是此时得到的极性和阴模的是不一致的, 在电场牵引下粉末会撞击在模壁上, 同时粘连在上面, 之后装靴粉装粉, 只需进行常规压制即可。采用该项技术可使粉末材料的生坯密度达到7.4g/cm3, 大大提高了粉末材料的生坯密度, 并且采用该方法比采用传统的方法还能够大大提高铁粉的生坯强度。有研究结果结果表明, 利用温压、模壁润滑与高压制压力, 使铁基粉末压坯全致密也是有可能的。
4 高速压制技术
瑞典的Hoaganas公司曾经推出过一项名叫高速压制技术 (Hjgh Velocity Compaction) 的新技术, 简称HVC。虽然这项新技术生产零件的过程和过去的压制过程工序是一样的, 但是这项新技术的压制速度比过去的压制速度提高了500-1000倍, 同时也大大增加了液压驱动的锤头重量, 提高了压机锤头速度, 在这种情况下, 粉末利用高能量冲击只需0.02s就可以进行压制, 在压制的过程中会出现明显的冲击波。要想达到更高的密度, 通过附加间隔0.3s的多重冲击就能做到。HVC技术具有很多优势, 比如高密度、低成本、可成形大零件、高性能和高生产率等。现阶段该技术已经得到了广泛的应用, 很多产品都采用了该项技术, 比如制备阀门、气门导筒、轮毂、法兰、简单齿轮、齿轮、主轴承盖等。有了这项技术, 未来将会出现更多更复杂的多级部件。
5 动磁压制技术
动力磁性压制技术 (dynamic magnetic cornpaction) 是一种新型的压制技术, 简称DMC, 它能够使高性能粉末最终成形, 这项技术固结粉末的方式主要是通过利用脉冲调制电磁场施加的压力。虽然这项技术和传统的压制技术一样都是两维压制工艺, 但是不同的是传统的压制技术是轴向压制, 而这项技术是径向压制。利用该项技术进行压制只需1ms, 整个过程非常的迅速, 只需把粉末放入一个具有磁场的导电的容器 (护套) 内, 护套就会产生感应电流。利用磁场和感应电流之间的相互作用, 就可以完成粉末的压制工作。DMC具有成本低廉、不受温度和气氛的影响、适合所有材料、工作条件灵活、环保等优点。DMC技术适于制造柱形对称的零件, 薄壁管, 高纵横比部件和内部形状复杂的部件。现可以生产直径×长度:12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。
6 放电等离子烧结技术
早在1930年美国科学家就提出了这项放电等离子烧结技术 (Spark Plasma Sintering) , 简称SPS, 然而该技术直到近几年才得到世人的关注。SPS技术独到之处就在于无需预先成形, 也不需要任何添加剂和粘结剂, 是集粉末成形和烧结于一体的新技术。这项技术主要是通过先把粉末颗粒周围的各种物质清除干净, 如此一来粉末表面的扩散能力会得到提高, 然后再利用强电流短时加热粉末就可以达到致密的目的, 注意加热时应在较低机械压力情况下。有研究结果显示, 采用该项技术由于场活化等作用的影响, 不仅有效降低了粉体的烧结温度, 也大大缩短了烧结时间, 再加上粉体自身可以发热的影响, 不仅热效率很高, 加热也很均匀, 所以采用该技术只需一次成形就可以得到质量上乘的、符合要求的零件。现阶段, 该技术大范围应用的主要是在陶瓷、金属间化合物、纳米材料、金属陶瓷、功能材料及复合材料等。另外, 该技术在金刚石、制备和成形非晶合金等领域也得到了不错的发展。
7 爆炸压制技术
爆炸压制 (Explosive Compaction) 是一种利用化学能的高能成形方法, 也被叫做冲击波压制。一般情况下, 它都是通过在一定结构的模具内对金属粉末材料施加爆炸压力, 在爆炸过程中产生的化学能可以转化为四周介质中的高压冲击波, 然后利用脉冲波就可以实现粉末致密。整个过程只需10-100us, 其中粉末成形时间只有大约1ms。这种压制方式最大的优势是可以解决传统的压制方式一直无法解决的难题, 即可以使松散材料达到理论密度, 比如金属陶瓷材料、低延性金属等采用传统的压制方法无法使其致密, 一直是一个未解的难题, 随着爆炸压制技术的出现, 我们发现采用这项技术就可以把其压制成复合材料, 并制造成零件。
我国的粉末冶金技术带来的前景是非常广阔的, 作为一种新工艺、新技术, 与国外先进水平相比, 它还有很多地方需要改进、需要提高。
参考文献
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粉末冶金 篇2
粉末冶金原理综述
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2015年 11 月 12日
粉末冶金原理综述
一、前言
粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）为原料，经过混合成形和烧结生产金属材料、复合材料和各种类型制品的冶金工程与材料科学和机械零件制造技术。它包括两部分内容：制造金属粉末（也包括合金粉末，以下统称“金属粉末”）；用金属粉末（有时也添加少量非金属粉末）作原料，经过混合、成形和烧结，制造材料（称为“粉末冶金材料”）或制品（称为“粉末冶金制品”）。近些年来, 由于一些新技术的兴起, 如机械合金化、粉末注射成形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等, 使得粉末冶金材料和技术得到了各国的普遍重视, 其应用也越来越广泛。目前, 粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。
粉末冶金最突出的优点有两个：一是能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。二是能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些制品中以铁代铜，做到了“省材、节能”。
二、粉末冶金特点
粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。
（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性 能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末 高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。
（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。
（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
（5）可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。
（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。
三、粉末冶金的生产过程
（1）生产粉末。粉末的生产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。为改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡胶或石蜡等增塑剂。
（2）压制成型。粉末在500~600MPa压力下，压成所需形状。（3）烧结。在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。
（4）后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。
粉末制造方法主要有物理化学法和机械粉碎法两大类。前者包括还原法、电解法和羰基法等；后者包括研磨法和雾化法。还原法是用还原剂把金属氧化物中的氧夺取出来，从而得到金属粉末的一种方法。还原剂是指能够夺取氧化物中氧的物质。制取金属粉末所用的还原剂，是指能够除掉金属氧化物中氧的物质。就金属氧化物而言，凡是与其中氧的亲合力大于这种金属与氧的亲合力的物质，都称其为这种金属氧化物的还原剂。粉末还原退火的目的主要有以下三个方面：去除金属粉末颗粒表面的氧化膜；除掉颗粒表面吸附的气体和水分等异物；消除颗粒的加工硬化。
为了满足对粉末的各种要求，也就要有各种各样生产粉末的方法，这些方法不外乎使金属、合金或者金属化合物从固态、液态或气态转变成粉末状态。在固态下制备粉末的方法包括从固态金属与合金制取金属与合金粉末的有机械粉碎法和电化腐蚀法从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的有还原法，从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的有还原化合法。在液态下制备粉末的方法包括：从液态金属与合金制金属与合金粉末的雾化法；从金属盐溶液臵换和还原制金属、合金以及包覆粉末的臵换法、溶液氢还原法；从金属熔盐中沉淀制金属粉末的熔盐沉淀法；从辅助金属浴中析出制金属化合物粉末的金属浴法；从金属盐溶液电解制金属与合金粉末的水溶液电解法；从金属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔盐电解法。在气态下制备粉末的方法包括：从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸气冷凝法；从气态金属羰基物离解制取金属、合金以及包覆粉末的羰基物热离解法；从气态金属卤化物气相还原制取金属、合金粉末以及金属、合金涂层的气相氢还原法；从气态金属卤化物沉积制取金属化合物粉末以及涂层的化学气相沉积法。
但是，从过程的实质来看，现有制粉方法大体上可归纳为两大类，即机械法和物理化学法。机械法是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化；物理化学法是借助化学的或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末的。粉末的生产方法很多，从工业规模而言，应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法；而气相沉积法和液相沉淀法在特殊应用时亦很重要。用于粉末冶金的粉末性能测定一般有三项：化学成分、物理性能和工艺性能。用于粉末冶金的粉末物理性能主要包括以下三项：粉末的颗粒形状；粉末的粒度和粒度组成；粉末的比表面。用于粉末冶金的粉末工艺性能主要包括以下五项：松装密度；振实密度：流动性；压缩性；成形性。由于粉末的制取方法不同，其颗粒形状也不同。大体有不规则状、片状、多面体状、树枝状、粒状、球状、滴状、纤维状。粉末的粒度范围是指在两个规定的粒度之间变动的粉末颗粒的粒度。如果某粉末的粒度范围为-80+150目，就是说这些粉末的粒度等于或小于80目，而大于150目。换句话说就是，这些粉末通过了80目筛，而却通不过150目筛。
四、世界粉末冶金的发展现状
2003年全球粉末货运总量约为88万吨，其中美国占51%，欧洲18%，日本13%，其它国家和地区18%。铁粉占整个粉末总量的90%以上。从2001年起，世界铁粉市场持续增长，4年时间增加了近20%。现粉末冶金机械零件生产企业，西欧约100家，北美约140家(含内制厂30家)，日本约45家。
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。现状汽车上使用的粉末冶金零部件日趋增多，它可分为两类，一类是只能用粉末冶金法，而不能用其他方法制造的，如含油轴承、摩擦零件、多孔性金属制品、硬质合金及难熔金属制品等；另一类是烧结机械结构零件，虽可用铸造、锻造、冲压、机械加工等传统工艺制造，但采用粉末冶金法制造比较经济合理。北美平均每辆汽车粉末冶金零件用量最高，为19.5公斤，欧洲平均为9公斤，日本平均为8公斤。尽竹我国的汽车产量居世界第4位，但汽车行业对粉末冶金制品的使用和发达国家相比有很大差距。
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。
特殊的粉末成形方法主要有以下五种：等静压成形；连续成形；无压成形；高能成形；注射成形。通过混粉，可使性能不同的粉末组元形成均匀的混合物，以利于压制和烧结，保证制品的材料均匀，性能稳定。混粉时间须根据对于粉料的具体要求和设备情况而定。时间过短，混合不均匀；而时间过长则会产生许多不利因素，如铁、铜等金属粉末会产生加工硬化，也会使颗粒形状和粒度分布发生变化。
制造粉末冶金模具主要零件要根据其具体使用情况，对材料的耐磨性、加工性、成本等项因素，进行综合考虑，合理选择。其硬度必须达到HRC55以上。选用碳素工具钢、合金工具钢和硬质合金等，均能满足硬度和强度方面的要求。
阴模和芯棒可采用碳素工具钢（T10A、T12A等）、合金工具钢（GCr15、Cr12、9CrSi、Cr12Mo、Cr12W、Cr12MoV、CrWMn、CrW5），高速钢（W18Cr4V、W9Cr4V、W12Cr4V4Mo），硬质合金（钢结硬质合金、YG15、YG8）；冲头可采用碳素工具钢（T8A、T10A），合金工具钢（GCr15、Cr12、9CrSi、Cr12Mo、CrWMn、CrW5）；压套可采用合金工具钢（GCr15、9CrSi、Cr12、Cr12Mo、CrWMn、CrW5）。
压制批量大的压件，须采用耐磨性好的材料，如高速钢、硬质合金等；压制批量小的压件，可采用碳素工具钢等廉价材料。压制形状复杂的压件，要用合金工具钢等易加工且热处理变形小的材料；压制铜、铅等软金属粉末，宜用碳素工具钢或合金工具钢；压制钨、钼等硬金属粉末材料，以及硬质合金、摩擦材料，须采用硬质合金材料。压制高密度压件，应采用耐磨性好的材料；对于高精度压制模，宜选用耐磨材料，且要尽可能选用硬质合金。粉末冶金压制模各主要零件的处理硬度是：阴模，要求钢件为HRC60-63，钢结硬质合金HRC64-72，硬质合金件为HRA88-90；芯棒，要求为HRC60-63，细长芯棒硬度可适当降低，机动芯棒连接处局部硬度为HRC35-40；冲头，要求为HRC56-60；压套，要求为HRC53-57。保护套，不进行热处理；或进行调质处理，硬度为HRC28-32。
烧结是粉末冶金的主要工序之一。一般是把粉末或压坯加热到其主要成分熔点的2/3～4/5的温度，使其颗粒间发生粘结等物理化学过程而成为具有所要求的材料或制品的工艺过程。烧结保护气氛一般为还原性或中性气体，如氢气、分解氨、一氧化碳、氮气和真空等。
多孔是粉末冶金材料的重要特点之一。利用这一特点，可以：制造发汗材料。即在普通粉末冶金材料孔隙中含浸低熔点物质，在高温工作时，含浸物熔化渗出，使材料“发汗”散热。这样即可用普通材料替代昂贵的耐热合金，又进一步提高耐热零件的使用温度；制造过滤材料。用以滤气、滤液和滤毒等；含浸减磨剂，制造含油和无油润滑轴承；含浸香料，制造含香工艺品等；在某些情况下用铁来代替铜、铅等有色金属。；制造减振、消音、绝热等材料；增加材料比表面，用其充当物质的载体（如携带催化剂等）。
五、粉末冶金发展趋势、（1）发展粉末制取新技术、新工艺及其过程理论。重点是超细粉末和纳米粉的制备技术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。
（2）建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，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、拟热等静压、烧结－热等静压、微波烧结、高能成形等。
（4）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。
“白色粉末”恐慌——炭疽 篇3
什么是炭疽？
炭疽是一种很古老的疾病，名称起源于古希腊文“Anthrakos”，意思是煤炭，是因典型皮肤炭疽病所形成的像煤炭一样的黑痂而得名。炭疽是一种由炭疽杆菌引起的人畜共患的烈性传染病，牛、羊、骆驼、骡等食草动物是其主要传染对象，人是通过直接或间接地接触患病牲畜和带有病菌的皮、毛、肉等而感染。
炭疽多发生于农牧业地区，包括拉丁美洲、南欧、东欧、亚洲,非洲、加勒比海和中东地区。人类感染炭疽的概率很低，只有10000：1。容易感染的人群主要是那些有机会接触病畜、染病死亡的动物尸体及其制品的人，例如牧场工人、屠宰场工人、制革工人和剪羊毛工人等。
炭疽的传播途径包括伤口接触、飞沫传染和消化道传染。人与人之间因接触而传染的机会是微乎其微的。人类感染炭疽主要有以下三种途径：一、通过破损的皮肤和粘膜传播；二、通过未煮熟的染有炭疽杆菌的水、乳、食物和病畜肉引起肠道炭疽；三、通过空气吸入含有炭疽芽孢的尘埃而感染原发性肺炭疽。炭疽病菌可发生在人体包括皮肤、肺、肠道、脑部等一切部位。
炭疽何以“恐怖”？
炭疽是一种阳性杆菌，之所以“恐怖”是因为对付它最大的难度就在于它能形成芽孢结构，这种保护性的孢囊可使细菌具有在自然界长期生存的能力。它的DNA包在一个壳里处于睡眠状态，能在泥土里生长几千年而不死，是一种相对静止的生命；再者炭疽芽孢杆菌可以产生荚膜，进入体内可有效抵抗白细胞的吞噬，从而大量地增殖、传播、分泌毒素。正因为它的独立性和稳定性都非常强，故做成生物武器可以长时间存放在库房中，且杀伤力极强。按常规来说，炭疽感染后发病早期并不难对付，一旦炭疽杆菌孢子进入生物体内的血液循环，开始增生、扩散并产生生物毒素，治疗就很困难，被感染的动物将全身出血直至死亡。炭疽感染后会依传播途径的不同而呈现出不同的病症，这些病症会在七天内显示出来：
1．皮肤炭疽：大约95%的患者是通过皮肤接触感染病菌的。炭疽杆菌通过被切开或磨损的皮肤进入生物体内，感染初期会感觉皮肤发痒、起肿块，如同被昆虫叮咬一样，过1-2天就会产生水泡，形成1-3厘米的不痛溃疡，溃疡中央将形成炭疽感染所特有的黑色腐肉。如不及时采取治疗措施，患者死亡率大约是20%，一经及时治疗几乎不会有死亡的情况发生。
2．呼吸道炭疽：炭疽杆菌通过空气传播，进入呼吸系统和肺部，再进入血液循环，致呼吸道炭疽。其先期症状类似一般感冒或肺炎，几天后可转变成严重的呼吸困难，甚至休克，还常伴有脑膜炎发生。这种类型的炭疽感染概率非常低，但后果最为严重，患者可能在感染48小时以内丧生。3．消化道炭疽：感染后的特征为急性肠道发炎，呈现恶心、厌食、呕吐及发烧等症状，随后有腹痛、吐血及严重下痢等。据资料分析，最多见的是皮肤炭疽，占总病例数的95%，治疗比较容易，通常使用抗生素就可以治愈。怕就怕吸入含炭疽芽孢的尘埃而感染原发性肺炭疽，病菌沉积于肺部，通过淋巴结扩散到血液循环，一旦确诊，几乎100%死亡。肠道炭疽也有一定的危险性，因感染部位不同，可分为口腔-咽喉型和腹部型。前者属于上消化道系统感染，患者口腔和食道首先出现溃疡，然后出现局部淋巴结肿大、败血症等症状，患者感呼吸、吞咽困难。后者则是下消化系统感染，初期表现为肠胃不适，先出现恶心、呕吐、腹痛，然后开始便血、尖锐疼痛、严重浮肿、呕血。2~4天后会产生腹水，最终死于大出血、水电解质失调，以及并发休克。肠道性炭疽感染的死亡率达25~60%。
炭疽恐慌使科学面临挑战
人类认识这种疾病并与其斗争已经有100多年的历史，也积累了丰富的防治经验。自1876年证明其病原体以来，20世纪30年代成功地研制出兽用高效疫苗，并应用至今；40年代抗生素的应用，收到了良好的预防和治疗效果；80年代国外许多学者采用分子生物学、基因重组技术，在炭疽病的致病机理、疫苗研制等方面取得了重大进展，并在实验诊断技术方面也有了较大的改进。然而，目前人类炭疽病例不断的发生，特别是在发展中国家频繁出现爆发性流行，依然对人类构成威胁。特别是在恐怖分子的生物战争威胁下，如何觉察、检疫、预防、治疗可能出现的大规模炭疽病患者，是科学界面临的一大挑战。
对炭疽有专门研究的中华医学会专家、北京大学医学部微生物学系庄辉教授在谈到炭疽的防治方法时说，抗炭疽球蛋白和抗生素是治疗炭疽的特效药，可以使感染者产生免疫能力，有效抑制炭疽感染，但条件是必须在接触炭疽细菌后48小时内使用。最常用的抗生素是青霉素G、环丙沙星和强力霉素。对于已发生疫情的地区，要采取以下措施：封锁疫区，找到传染源；使用卤素类、环氧乙烷、过氧乙烷、甲醛或戊二醛等药物消毒，两周内如无人畜病例发生才可解除封锁；同时还要注意对健康者的保护，在疫区内全民接种一次，在饲养员等重点人群中每年接种一次，连续接种2~3年。
世界各国奋起防范炭疽恐慌
目前，炭疽病菌的可能攻击闹得许多国家风声鹤唳，草木皆兵。在炭疽恐怖阴影的笼罩下，许多国家抓紧实施防范措施：
——英国积极储备抗生素
英国政府正在积极储备治疗炭疽的抗生素，并随后颁发有关对付生化恐怖主义的应急计划。全国保健服务中心还给医生发放了有关炭疽的诊断和治疗指南，指导他们如何诊断及治疗炭疽病人。
——法国加强感染病例的监测目前，法国政府和有关机构正在采取各项措施防范可能发生在法国本土的生化恐怖活动。据介绍，法国政府业已加强了感染病例的监测和报警系统以及饮用水的安全检查。同时政府还将这方面的预算开支从过去的约6100万欧元增加到目前的1.52亿欧元，其中相当一部分用于提高抗生素产量和重新生产某些疫苗。邮政部门也采取了相应的警戒措施。——奥地利采取预防措施奥联邦政府安全协调委员会就防范炭疽杆菌袭击问题举行了专门会议，会议规定各地警方接到发现有关可疑情况的报告后必须立即通知所在州的州长，州长将调动联邦军事人员把“危险物品”送往指定的化验中心检验。——印度拉响生物战警报
印度政府告诫民众作好应对生物化学战的准备，同时批示医疗卫生和内政、国防等部门抽调专家组建若干快速反应小组，以防不测。
——我国严防炭疽进入国门
2001年10月17日国家质检总局、国家邮政局联合发出紧急通知，要求各有关部门加大对入境邮寄物、快件和旅客携带物的检疫力度，对来自炭疽高危国家或地区的邮寄物、快件和旅客携带物必须进行严格检验、检疫。国家邮政局还发出紧急通知，要求近期不得收寄白色粉末状物品，严把邮件收寄关，各营业窗口要加强收寄邮件的验视，除白色粉末状物品外，还不得收寄不易辨别性质的物品，加强对爆炸物、毒品和剧毒物品的验视。
析出硬化粉末冶金不锈钢 篇4
析出硬化 (一般称为时效硬化) 发生在两相从过饱和固溶体中析出时。1例如:
析出:固体A→固体A1+固体B。 (1)
合金析出硬化的最主要的要求是B在A中的溶解性随着温度的下降而降低, 从而在快速冷却时产生过饱和固溶体。
作为析出硬化的结果, 强化分三步进行。Al-Cu系如图1所示。[1]
(1) 固溶处理, 在这个过程中, 合金被加热到相对较高的温度保证析出物或合金元素形成过饱和固溶体。
(2) 淬火:固溶后的合金被冷凝以形成过饱和固溶体。可以使用空气、水或者油进行冷却。通常, 冷却速度越快就可以得到越细的颗粒, 从而得到更好的机械性能。无论使用什么冷却方法, 冷却速度必须够快以产生过饱和固溶体。
(3) 析出或者说时效硬化, 在这个过程中, 淬火后的合金被加热到中温, 保持一段时间。在中温时, 过饱和固溶体分解, 合金元素形成小的沉淀蔟。析出物阻碍位错运动, 从而使金属抵抗变形, 强度提高。
目前存在有奥氏体、半奥氏体和马氏体析出硬化不锈钢。最初, 奥氏体、半奥氏体合金是为满足航天应用的高温 (>704℃ (>1, 300℉) ) 和高强度的要求设计的。马氏体析出硬化合金应用比奥氏体、半奥氏体广泛, 并作为本研究的焦点。
背景
本文研究了两种合金。第一种合金17-4 PH (UNS S17400) 是铬镍铜析出硬化合金, 被应用于航空、化学、石化和食品加工行业。17-4 PH不锈钢常被用于制造阀门、配件、弹簧、扣件和船轴等。17-4 PH粉末在金属注射成型 (MIM) 方面的应用已被广泛研究。[3,4,5]
第二种合金是铸造级合金UNS J91151的变体。在粉末冶金中, 调整了U N S J91151的成分以便于可以通过铜产生析出硬化。这种合金同样含有独特的元素平衡可以强化马氏体基体, 提供高延展性。因为UNS J91151的抗空穴性一般来说是合金硬度的函数。两种不锈钢合金的组成如表1所示。
合金制备和测试
本研究中所使用的粉末是使用水雾化制造的, 典型粒度为 (100 w/o) <150μm (-100目) 和38-48 w/o<45μm (-325目) 。在雾化之前, 所有成合金元素在熔体中被预合金化。
预合金化粉末与0.75 w/o合成脂肪酸C润滑油混合。横向断裂和张力试验仪试样在690Mpa (50 tsi) 下单轴热压。除特殊说明外, 所有测试试样都在1, 260℃ (2, 300℉) 下的高温Abbott连续带式炉中烧结45分钟, 炉中通入露点为-40℃ (-40) 的氢气。
(a) 部分A l-C u平衡相图 (b) 热处理及其产生的微观结构
在进行机械试验之前, 测定了拉伸和横向断裂试样的生坯密度、烧结密度、尺寸变化 (DC) 、表观硬度。对于每种成分, 都进行了五个拉伸试样和五个横向断裂试样测试。根据金属粉末工业联合会标准10进行拉伸实验, 根据金属粉末工业联合会标准42确定生坯密度和烧结密度, 根据金属粉末工业联合会标准40进行冲击测试, 根据金属粉末工业联合会在拉伸、横向断裂和冲击试样上测试表观硬度。
旋转弯曲疲劳试样以在690Mpa[50 tsi]下热压且在1, 260℃ (2, 300℉) 下烧结的试验坯为原料。试验坯的外形尺寸为12.7mm××12.7mm×100mm。旋转弯曲疲劳[RBF]试验是使用4个疲劳寿命试验机在R=-1, 转动速度为7.000-8.000rpm的范围之内进行。对于每种合金成分, 根据金属粉末工业联合会标准56, 使用阶梯法测试了30个试样, 以确定107个周期的50%和90%存活率极限。
试验材料的金相装置通过光学显微术 (OM) 在抛光和腐蚀 (Glyceregia) 条件下进行检查。依照金属粉末工业联合会标准51, 腐蚀试样用于显微压入硬度试验。
T R杆的盐雾实验根据A S T M标准B117-03进行。对每一种合金进行5个TR杆 (根据上述制备的) 的测试。被红锈覆盖的杆的百分面积被记录为时间的函数, 并拍照记录。
结果与讨论
合金开发:17-4 PH
使用传统热压烧结粉末冶金工艺技术生产的17-4 PH物理属性和生产条件没有完善的参考文献。Retnshagen等的论文中指出的17-4 PH由于低粉末可压缩性而没有被广泛使用。同时, 这些作者也指出, 随着在-4 5μm (-3 2 5目) 部分的提高, 被雾化的粉末被烧结到高密度, 并消除了低可压缩性。然而, 随着新不锈钢加工工艺的出现, 现在, 有可能产生一种具有低碳和氮沉淀的能压缩到合理的生坯密度的粉末。同时, 通过新型高性能雾化工艺, 有可能产生更细的筛分布, 从而产生更高的烧结密度。在加工17-4 PH时, 使用高温烧结也非常有用。
表2给出了本研究中所使用的17-4PH的成分。符号CA表示使用传统的水雾化生产的材料。符号HPA表示使用新型高性能水雾化工艺生产的材料。
不锈钢粉末的先进的高性能处理工艺使用在熔体中将碳和氮去除的氩氧脱碳装置。生产不锈钢粉末最普通的方法是感应熔化, 该方法无法控制碳和氮的含量。
众所周知, 碳和氮对生坯密度具有负面影响。17-4 PH的生坯密度可与传统不锈钢304L和434L的比较如图2所示。在图2中所示的压锻压力范围, 我们可以看见, 当生坯密度总体上低于其他高合金不锈钢时, 17-4 PH呈现出合理的可压缩性。
一般而言, 较低的生坯密度导致较低的烧结密度。有人指出[7]17-4 PH的烧结在高温和纯氢气氛中加以增强。同时, 也可通过提高粉末的-45μm (-325目) 部分通过长时间烧结来提高烧结密度。早先的研究[7]着眼于提高在粉末中的-45μm (-325目) 部分。使用HPA路线, 熔体被雾化, 其中总体分布更细, 包括44 w/o的-45μm (-325目) 部分。该粉末和先前描述的标准分布的粉末在温度为1260℃ (2, 300℉) 下的100 v/o氢气中烧结20、35、40和60分钟, 如图3所示。
结果显示, 即使在此温度下适中的时间里 (20min) , 也能获得接近7.0g/cm3的烧结密度。提高烧结时间时, 烧结密度也提高, 并在1260℃ (2, 300℉) 下60分钟之后达到7.4 g/c m 3。使用H P A生产的材料, 可获得更细的粉末和比CA粉末高的烧结密度, 其相应的机械性能也有所提高。图4说明了在一定烧结密度范围内HPA粉末的横向断裂和表观硬度。正如所料, 机械性能随着烧结密度的提升而提高。
同时, 在图4中也可看见老化效应。锻钢的机械性能数据指出析出硬化能提高15%-20%的机械性能。虽然粉末冶金材料的热性能与锻造材料有轻微的不同, 但仍可推测到类似的效应。锻造级析出硬化合金在温度为482℃-621℃ (900-1, 150℉) 范围之间老化1-4小时。为了优化粉末冶金17-4 PH的机械性能, 试样氢气中不同温度下和时间里老化。老化处理的效果如图5所示。可见此合金得到的最大强度和视硬度的最佳老化温度条件是538℃ (1, 000℉) , 时间为1小时。更高的温度引起过老化 (较粗的沉淀物) 和较低的机械性能。与锻造沉淀相同, 机械性能提高15%-20%。在538℃ (1, 000℉) 老化1小时的17-4 PH的拉伸性能、视硬度和冲击性能值如表3所示。
17-4 PH被广泛应用于各种需要可与奥氏体级别相似的耐蚀水平但要求提供比奥氏体级别更高的强度和硬度的环境中。如表3中所示, 通过与具有高的韧性、硬度, duplex不锈钢 (22 w/o铬、5.5 w/o镍和3.5 w/o铝) 的比较, 对机械性能和抗腐性做了更实际的比较。表3中所示, duplex不锈钢不锈钢通常用于奥氏体不锈钢的强度不足的情形。铬、镍和铝的高含量导致了duplex合金的高防腐蚀性。在100v/o氢气中, 这三种合金690Mpa (50 tsi) 的压力下和1, 260℃ (2, 300℉) 的温度下压锻。依照ASTM标准B 117-03进行的盐雾实验应持续240小时, 结果如图6所示。该实验被确定为合金性能的重要指标。这三种合金呈现出相似的锈沉淀。因腐蚀机理因应用不同而不同, 必须进行特效试验, 从而确保给定条件下的合金性能。
合金开发:410LCU
具有中度抗腐蚀性 (与17-4 PH相比) 但机械性能高的不锈钢被广泛使用。一个被广泛使用的例子是金属粉末工业联合会的SS-410-90HT。在该合金中, 被雾化的粉末冶金不锈钢410L粉末添加有石墨, 且该合金在富氮环境中被烧结。当碳和氮添加到410L不锈钢时, 微观结构变成马氏体, 从而提高硬度和强度。此不锈钢的沉淀应用于要求高硬度和强度的场合。使用碳和氮的缺点在于它们在降低抗腐蚀性时, 也降低了冲击强度和展性。因缺少其他供选择的类似合金, 许多金属加工厂使用这种合金。在铸造工业里, UNS J91151 (表1) 与SS-410-90HT有很多属性相近。该合金可以通过铜来改性, 以形成马氏体析出硬化不锈钢。[6]
基于UNS J91151, 生产出一系列的粉末冶金含铜不锈钢合金。所有粉末应用CA法使用100 w/o<150mm (-100目) 和38-48 w/o<45mm (-325目) 进行制造。在雾化之前, 所有成合金元素在熔体中被预合金化。表4列举了被检测的析出硬化410LCu合金化学成分。
使用不同的铜含量, 从而确定最佳析出硬化反应所需的铜量。通过调节镍和钼的含量, 以硬化和加强合金中的马氏体。早先的研究已指出, 在铝、铜、镍之间存在一种增强烧结密度的效应[9]。添加铌制造一种合金, 确定该元素是否会增强沉淀反应。
在一定的压锻压力范围内的可压缩性数据显示, 与55-410-90HT比较时, 添加铜 (合金A) 可轻微降低生坯密度, 但实质上, 比17-4 PH (图7) 高。甚至当添加镍和钼以及提高铜含量时, 实验合金的可压缩性超过17-4 PH。
这些合金的静态机械性能在表5中有比较。很明显, 添加少量镍和钼的合金具有较高的强度和视硬度。当合C (与A有相同铜沉淀, 但具有镍和铝) 的显微压入硬度是309 HV (50gf) 时, 合金A的显微压入硬度是214 IIV (50gf) 。合金E的微观结构显示出一种完全铁素体组织。该组织可解释此合金的较低机械性能。同时, 为帮助沉淀反应而添加的铌也是一种强铁氧体稳定剂。添加铌可产生完全铁素体组织。因良好的机械性能, 合金C和F被选为最佳合金, 并进行更进一步的测试。
从老化温度和时间的详细研究来看, 我们可以总结出410LCu合金的最佳老化温度和时间分别是538℃ (1, 000℉) 和1小时, 与17-4 PH的研究相同。烧结态和老化后的拉伸性能、视硬度、冲击能比较如表6所示。正如所料, 老化可提高15%-20%的硬度和抗张强度。在老化过程中, 两种合金都显示出不寻常的性能。当在老化期间强度和硬度提高时, 两种合金的展性和冲击韧性也提高。在老化条件下进行的410LCu-C和410LCu-F的测试显示, 两种合金都是铁素体和马氏体的混合物 (图8) 。早先的论文指出, 在不锈钢的正常温度 (1260℃ (2, 300℉) ) 下, 随着奥氏体和铁素体稳定剂的修正平衡, 形成一种两相微观结构。当化学性质正确平衡时, 微观结构由铁素体和奥氏体的混合物组成。冷却到室温后, 奥氏体转变成马氏体。最终的微观结构由铁素体和马氏体组成。合金中的铜应促进高温奥氏体的形成。该高温奥氏体在冷却后形成马氏体。然而, 当铜析出时, 在铜的废弃矩阵中留下一些区域。在这些区域里, 能形成铁素体。老化期间, 沉淀物硬化并强化合金, 而且铁素体回火, 从而提高展性和冲击韧性, 并给此合金一套独特的机械性能。
两种新410LCu合金的性能和S S-410-90HT在表7中有比较。结果表明, 具有两相微观结构 (马氏体+铁素体) 的不锈钢具有比SS-410-90HT高的抗拉性能。此外, 微观结构中的铁素体可提升展性, 从铜析出来的沉淀增加了额外强度。实际上, 试验合金有较好的机械性能, 因为它们是双相析出硬化合金。
在锻造不锈钢行业中, 双相不锈钢曾被开发, 用来替换耐候钢。为了获得适度的抗腐蚀性, 开发了UNS J91151合金。通常, 有人认为添加铜有利于抗腐蚀性。很多不太严重的腐蚀条件下的应用案例中, 铁体素不锈钢比昂贵的奥氏体不锈钢更值得选择。
SS-410-90HT和合金C曾依照ASTM标准B 117-03规定进行了盐雾实验。暴露240小时后, 试样的条件如图9所示。此次测试, 清楚地显示了410LCu合金的良好性能, 虽然两种合金都有锈产生 (第一个24小时之内) 。第一层锈形成之后, 410LCu合金就不再改变。相反, SS-410-90HT以恒速继续生锈。
粉末冶金17-4 PH和410LCU合金的疲劳行为
使用粉末冶金17-4 PH和两种新型粉末冶金410LCu沉淀 (合金C和合金F) 进行了疲劳试验。按照90%的存活率极限, 这些试验的结果与Shah et al[10]做出的其他不锈钢疲劳数据在图10中相比较。后者研究比较了不同不锈钢的疲劳强度和抗张强度的函数关系。
烧结密度为6.98g/cm3的17-4 PH显示了可与SS-410-90HT相比较的疲劳强度。如果烧结温度越高, 粒度分布越细, 可期望在性能上超过此合金。粉末冶金410LCu合金的良好疲劳反应与其高抗张强度有关。一般而言, 在粉末冶金钢中的疲劳裂纹扩展率较高, 而且疲劳极限是通过裂纹的产生而出现的, 而非通过裂纹扩展。所以, 当强度提高时, 裂纹产生抵抗力也随之提高。两种410LCu合金都具有高抗张强度和高疲劳极限。看来好像在添加镍和铝的同时, 添加铜可产生更硬的马氏体。在这种情况下, 对疲劳强度会产生一种积极的效果。表8列举了50%和90%存活率的疲劳极限。
结论
1、一般使用金属注射成形法制造的17-4 PH不锈钢部件能使用传统的粉末冶金热压烧结方式进行制造。
2、粉末冶金17-4 PH的机械性能能通过使用更细的粒度分布、高烧结温度和长的烧结时间来提高。
3、在相同条件下加工时, 粉末冶金17-4 PH的抗腐蚀性与304L相同。
4、已经为要求高强度、韧性、中度耐腐蚀性的应用研制出了欠析出硬化沉淀粉末冶金410LCu。
5、粉末冶金410LCu具有高强度、高韧性和耐疲劳性。这可归因于微观结构。微观结构是两相的且被析出硬化。
6、粉末冶金410Lcu作为节约成本的合金, 可以应用在要求高强度、韧性、中度耐腐蚀性的情况下, 如制造泵部件和泵壳等。图8代表性微观结构
(a) 合金C (马氏体的显微压力强度为3 7 2 H V (5 0 g f) ) (b) 合金C (c) 合金F (马氏体的显微压力强度为2 5 0 H V (5 0 g f) ) (d) 合金F.O M
(a) SS-410-90HT (b) 合金C
摘要：高硬度不锈钢的使用需求在快速增长。尽管析出硬化不锈钢具有高强度, 但在粉末冶金 (P M) 中使用的并不多。可通过加入在时效过程形成金属间沉淀的成份如铜、铌对这些合金进行强化。析出硬化级不锈钢的耐腐蚀性能可与铬镍级 (300系列) 相媲美。本文提出了两种析出硬化不锈钢粉末的物理性质和微观结构:17-4PH, 一种高铬马氏体析出硬化不锈钢, 优化条件后应用于粉末冶金中;另一种是在析出反应中使用铜的新型低铬 (12w/o) 合金。这种新型合金 (410LCu) 被视为满足高强度和中等耐腐蚀性的要求的低成本选择。本文在PowerMet2006中提出, 并发表在2006年Advances in Power Metallurgy & Particulate Material杂志的粉末冶金和颗粒材料国际会议专辑上。可以从MPIF的出版部门 (www.mpif.org) 获取本文。
关键词：析出,硬化,粉末冶金,不锈钢
参考文献
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粉末冶金材料学 篇5
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。
绿色“冶金” 篇6
制度保障
重视节能减排在云南冶金有着良好的传承。在10年前，云南冶金集团决策层就已经形成“只有夕阳技术，没有夕阳产业”的共识。在这一认识的统领下，采用高新先进适用技术改造传统有色金属产业，对产业技术结构实施战略性调整，带动生产建设发展，提高整体竞争实力的总体思路成为了云南冶金集团科学发展的突破口。
云南冶金董事长董英当时是集团的副总，也参与了前述共识的讨论。他回忆称：“集团当时规划的两个主打项目——云铝股份二期技改和曲靖有色基地建设均以环保、节能为主线，以提高技术装备水平为目标来进行实施的。”
云铝股份二期技改的完成使云铝成为中国电解铝工业的标杆，在能耗、排放、利润创造水平等各方面都达到了当时国内电解铝生产企业的最高水平，并且成为全国有色行业唯一一家被全国环保总局评为“环境友好企业”。
到了2007年，云南冶金成立了节能减排领导小组，集团总经理田永亲自担任领导小组组长。建立健全了节能减排、循环经济管理制度，进一步理顺了节能减排、循环经济工作流程，使集团节能减排管理工作更加科学化、规范化。
8家重点生产耗能企业各自制定了减排目标方案，并建立健全检查考核体系，落实年度目标责任，建立长效工作机制。根据年度目标持续修改奖惩办法。坚持“一厂一策”，以本企业历史最好指标作为基准指标，一年调整一次，并将考核指标与企业领导班子年薪挂钩，指标层层分解，做到了目标明确，责任落实。
在环境保护方面，云南冶金落实企业环保“三同时”制度，无论是新建项目，还是在企业运行上都加强监督与管理，加强对企业“排污许可证”的申报、管理、检查工作。强化工程减排和管理减排，加强环境监督，确保已建成污染治理设施有效稳定运行；其次开展清洁生产内部考核，创建文明卫生生产线，定期委托环境监测部门进行环境监测，及时跟踪污染源控制和排放情况，对废水、废气、固体废物及噪声等进行排查，确保环保设施运转正常；再次健全环保设施故障应急机制与环境影响应急预案管理工作机制，成立工作领导机构，实行专人专职负责制度。建立烟气在线监控装置，及时跟踪污染源控制情况。加强固体废弃物的跟踪管理和风险管理，按要求进行分类、收集和处置，工业垃圾安全处置率达100％。
技术支持
除了制度保证之外，先进的技术也成为云南冶金发展两型企业的重要支持。
云南冶金通过加大投入，建设了一批科技创新和研发平台。目前云南冶金拥有1个国家级技术中心、1个国家级国际合作基地、1个国家甲级大型综合设计研究院、1个博士后科研工作站等多个研发平台。组建了云南冶金科技(美国)公司，进一步加强国际技术交流合作。积极引进先进设备，促进节能减排进程。
云南冶金旗下的新立有色公司转入钛产业开发建设后，再拟引进乌克兰的单极槽技术，但是建设过程中，又出现了更为先进的多极槽技术，集团经过论证，以壮士断腕的魄力毅然决定改用多极槽技术。尽管花费较高，但多极槽技术可使每吨镁电解能耗从18000度电降低到10000～11000度电，污染排放接近零排放标准。
同时，对科技的重视和科技投入的增加，大大丰富了云南冶金的节能减排和环境保护能力。
云锅公司自主开发了曲面阴极铝电解槽节能技术，随着该技术的示范应用和全面推广，将使目前的电解吨铝综合交流电耗下降600—800kwh。在铅锌产业上，云南冶金成功研发高铁硫化锌精矿加压酸浸技术和IY沉没熔炼技术，该技术改变了传统湿法炼锌工艺二：氧化硫尾气外排对环境的影响，突破r传统湿法炼锌工艺难以经济、有效处理高铁硫化锌精矿资源的现状。
云南冶金集团与云南亚太环境工程设计研究有限公司签订“电解铝行业低浓度S02烟气治理回收利用和CO2减排技术研究及产业示范化项目”。云铝公司则在电解铝工业首次采用氨一硫铵法脱硫技术，
“卜一五”末，在确保达标排放的肇础上削减SO2 400吨／年，生产农用氨肥1200吨，2010年被评为国家资源节约型和环境友好型两型企业。
结构调整
“十一五”期间，云南冶金完成节能量达25.17万吨标准煤，旗下的云铝公司获中华宝钢环境优秀奖，驰宏公司被列为国家第一批循环经济试点企业，5家企业获全国绿化模范单位、全国绿化先进集体称号。绿色矿山和花园式工厂正在成为云南冶金集团下属企业的一道亮丽的风景。
截至20lO年末，云南冶金集团资产总额达到433亿元、净资产167亿元，是2005年的四倍多，年均增长30％以上。
但是，而对成绩，董英并没有自满。相反，在云南冶金2011年度工作会议上，董英郑重提到：“我国在转方式、调结构背景下经济增速将进一步放缓，而且将实施更加严厉的产业调控政策，节能减排、低碳经济、循环经济、绿色发展的要求越来越高，产业发展面临许多新课题和新挑战。”
因此，云南冶金针对云南省委提出的“完善矿电结合政策，加快发展现代新型载能产业”等战略机遇，以建设两型企业为契机，积极推行矿电一体化，加快企业科学发展。
粉末冶金在汽车上的应用 篇7
关键词：粉末冶金,汽车,零件,展望
0 引言
随着汽车产量的攀升,汽车产业的节约材料、节能、减排以及降低生产成本,毫无疑问成为汽车产业目前面临的重要挑战。粉末冶金是节能环保、节材的金属加工制造工艺,在现代汽车制造中无疑扮演着不可或缺的角色。
1 粉末冶金技术介绍
粉末冶金技术是先进的金属成形加工技术。1910年美国的Coolidge W D发表论文“The Production of Ductile Tungsten”,是近代粉末冶金的诞生的标志。目前粉末冶金已经发展逾百年,应用领域也在不断拓展。粉末冶金包括三个重要技术步骤,分别是原料粉末的制备、粉末成型为所需形状的坯块、坯块的烧结、产品的后序处理。粉末冶金可以直接制造出尺寸准确、表面光洁的零件,减少了金属切削过程,节约材料和加工工时,可以加工形状复杂普通铸造难以加工的金属零件。
2 粉末冶金在汽车上的应用
最早利用粉末冶金批量生产的零件即为粉末冶金自润滑轴承,该轴承是由通用公司研发制造,1922年开始用于汽车发动机当中,这是粉末冶金自润滑轴承的起源。在很长一段时间内,粉末冶金自润滑轴承都是粉末冶金主要的零部件。1940年,因其低廉的价格、优异的机械性能,美国汽车公司率先采用粉末冶金油泵齿轮,这一事件标志着粉末冶金在汽车工业已经扎根。粉末冶金的起源与发展均与汽车产业密不可分,由于粉末冶金巨大的潜力,美国汽车三巨头早在1941年就建立了粉末冶金部门用于研发自身需要的粉末冶金零部件。目前据统计,粉末冶金的主要市场一直是汽车产业,在北美为70%~75%,西欧为80%,而在日本接近90%,这充分表明了粉末冶金与汽车产业的紧密性。
汽车产业使用的粉末冶金制品主要有两类,一种是自润滑轴承,另一种是粉末冶金结构零件,前者主要是由90Cu-10Sn青铜生产的,后者基本上是由铁粉为基本原料制造的。从粉末冶金的发展史上看,粉末冶金结构零件在一定程度上是有粉末冶金自润滑轴承发展起来的。粉末冶金自润滑轴承,又称为烧结金属含油轴承,构造简单但因其多孔性自行供油特性所以必须才有粉末冶金制造。铁基自润滑轴承经济实用,已经被汽车行业广泛采用。而粉末冶金结构零件的产生之初就是为了替代已有的齿轮、链轮、凸轮及各种形状的铸件,锻造件以及需要切削加工的零件和开发新种类的零件。
2.1 同步器锥环
同步器作为汽车机械式变速器的重要部件起到使换挡迅速方便,减轻换挡冲击的作用。而同步器锥环作为同步器的核心部件,经常受到换挡拨环力矩、摩擦力矩的冲击以及磨损,一旦其失效,变速器将不能换挡。过去同步器锥环多采用耐磨的铝锰黄铜精锻而成,而现在国内外汽车企业为降低成本、提高寿命,往往采用粉末冶金制造该零件。同步器锥环需要搞得尺寸精度及良好的耐磨损性能,目前国内外已经有成品面世。日本Aichi Machine Industry Co.制造的粉末冶金钢同步器锥环获得了美国MPIF(金属粉末工业联合会)组织的粉末冶金零件设计大赛优秀奖,该零件比拉削的钢零件可节约成本25%。
2.2 曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮
曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮是用于发动机控制点火、喷油、气门开闭等动作的关键部件,对于发动机最大功率、最大扭矩、燃油消耗率起重要作用。过去汽车采用45钢或40Gr经调质处理作为曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮使用,现在从降低成本和减少切削加工两方面考虑,许多新型发动机已经采用粉末冶金材料制造以上两类零件。正时齿轮的主要制造要求是尺寸精度,这就需要模具在设计和制造过程中严格,国外有采用电火花加工的工艺,能够比较精确地将模具加工出来,然后研磨降低粗糙度。
2.3 曲轴连杆
发动机连杆是连接曲轴和活塞的连接件,将活塞产生的动力传递给曲轴,将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,工作中承受活塞销的作用力和活塞的往复惯性力,这些力大小、方向随时间快速变化,所以连杆承受压缩、拉伸等交变载荷的作用,故连杆必须有足够的刚度和疲劳强度。疲劳强度不足,往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂,进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足,则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形,导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。汽车发动机连杆多采用锻造或铸造工艺,锻造生产的连杆分为调质钢和非调质钢。美国通用公司、德国宝马公司等企业已经在其生产的发动机中采用粉末冶金连杆,该项应用前景广阔。
2.4 凸轮轴
凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半,不过通常它的转速依然很高,而且需要承受很大的扭矩,因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性,因此凸轮轴在发动机中占据着十分重要的地位。近年来,研究人员提出了新型组合式中空凸轮轴,具有重量轻、能耗低、中空结构可做润滑油路的优点。首先把粉末冶金凸轮压坯套入中空管,然后进行烧结工艺,巧妙地利用了烧结后粉末冶金收缩的特性。该工艺具有广泛的应用前景。
3 粉末冶金在汽车产业应用的展望
北美地区粉末冶金发展报告 篇8
与传统加工工艺相比, 粉末冶金具有众多优点:材料利用率高于97%;净成形, 减少或没有切削加工投入;材料选择广泛, 铁基和非铁基 (Cu和Al) ;批量生产高精度零件;成本和能源效率高;增加力学性能;良好的表面质量;能够与其他材料表面焊接;质量好, 重复性高, 一致性好。因此, 粉末冶金技术在汽车发动机、变速器零件生产应用广泛。另外, 粉末冶金零件还能够广泛应用于ABS传感器、雨刮器、空调和减振器等部件。
北美市场已经摆脱了经济衰退的影响, 并朝着复苏方向的良好进展。汽车销量将在几年内重新达到1400万辆。进一步提高重视能源节约和“绿色”发展, 使粉末冶金工艺极具吸引力。但是原材料价格的上涨和汽车小型化的趋势也给粉末冶金产业带来了挑战。
发展应用
粉末冶金在过去30年中的显著增长表明, 这项技术在取代传统金属切削加工、铸造、冲压、锻造以及其他类似的金属加工工艺方面极具成本优势。粉末冶金工艺随着技术进步不断向前发展, 包括合金化方法的进步、粉末制造工艺的发展、粘接混合工艺的进步、润滑剂和零件的生产方法的技术进步等。
粉末冶金零件在市场上的应用是多种多样的, 主要应用于汽车工业。全球粉末冶金总销售额约80亿美元, 其中70%是汽车零部件。预计全球总量将继续增加。未来汽车的生产产量, 亚洲将占主导地位 (见图1) 。粉末冶金汽车零部件应用在发动机和动力总成的数量最多, 如附表所示。自动变速器在北美汽车上应用比较广泛, 而在全球其他地区手动变速器的应用更为广泛, 使得该部分地区粉末冶金零件使用量相对有所降低。
粉末冶金目前在欧洲和日本每辆汽车粉末冶金重量约8~10kg。在印度每辆车约3kg。预计粉末冶金零件的使用量在未来的几年内将持续增长。
北美汽车和粉末冶金发展
2010年是北美汽车生产和粉末冶金生产的恢复之年, 汽车产量从2009年年中开始出现强劲反弹, 2010年已经恢复到相当于危机前的水平, 但是距离上一次的高点2007年的水平还有一定距离。
其中各大主机厂的产量在2010年都有显著提高, 但是市场份额的分布还是发生了一定的变化。韩系主机厂的市场份额增长最快, 北美本土主机厂的份额增长也较快, 而其他中小品牌主机厂的份额反而有所下降 (见图3和图4) 。
对于2011年, 北美市场预计会在2010年的基础上稳步上升 (见图5) 。
随着汽车产业的快速复苏, 北美的粉末冶金市场也随之复苏。如图6所示, 北美粉末冶金的出货量和汽车产品成正比。在2010年恢复到了此次经济危机之前的水平, 但是距离2007年的水平还有一些距离。预计2011年北美粉末冶金产量会在2010年的基础上继续稳步增长。
在汽车和粉末冶金复苏的大背景下, 粉末冶金也遭遇到一些挑战。
挑战一:全球性原材料和能源价格上涨
在经过经济危机期间的大幅跳水以后, 大宗商品价格和能源又都持续上扬, 其中铜价已经达到并超过危机前的高点。随着全球经济的复苏, 各国为了应对危机采取的各种扩张型经济政策的负面影响逐步显现, 通胀的压力仍将持续。
而应对这一挑战的主要方法有两个。
1.使用更为精益的材料
粉末冶金原材料价格中有很大一部分来自于合金成分的价格, 而且这一部分波动性很大, 为了应对大宗商品价格的持续上扬, 越来越多更为精益的材料被开发出来并且得到很好的应用。
例如:2010年投入市场的Ancorsteel FLM是第一款以锰作为主要合金成分之一的粉末冶金原材料, 该款产品适用于烧结态的产品, 在烧结态时性能接近于扩散合金材料, 而成本有非常大的降低。而之前投入市场的钼预合金原材料Ancorsteel30HP则是第一款钼含量低于0.5%的钼预合金原材料, 其淬透性和稳定性均优于常规的铁铜混合材料, 使低成本高稳定性的热处理材料成为可能。同时低钼的材料还可以应用于很多中小零部件。
2.使用更为高效的设备
高精度数控压机的应用越来越广泛, 配备有快速换模模块的压机使生产效率进一步提高;而高温烧结炉也越来越受到重视, 高温烧结能够更好的发挥部分材料的特性, 从而增加了使用更为精益的材料的可能性。
挑战二:汽车小型化趋势使单车粉末冶金件重量存在下降可能
全球能源价格上涨、石油短缺以及C O2排量过高等问题使得各国政府都在新能源汽车和汽车节能方面下功夫。美国最新的CAFE (Corporate Average Fuel Economy) 要求到2016年, 新生产汽车的测试燃油效率要达到35.5MPG以上 (Miles Per Gallon每加仑汽油行驶英里数, 35.5MPG约等于每升燃油行驶15km) 。更高的燃油效率要求使得车型向小型化发展, 这就使得单车粉末冶金零部件的重量存在下降的可能。
为了应对这一挑战, 粉末冶金业界就需要进一步提升粉末冶金应用的范围, 将更多的部件开发为粉末冶金部件。为了拓展粉末冶金的应用, 提高粉末冶金件的密度是一直以来大家关注的焦点。为了能够获得高的密度, 渗铜、复压复烧、模壁润滑、粉末锻造等工艺都得到相应的应用, 但这些工艺都存在着成本高、工艺复杂等不足。
近年来温压和温模压制技术的发展使得使用低成本工艺获得高密度部件成为可能。2006年推出的Ancor Max 200技术, 实现了不加热铁粉只加热模具的温模压制, 大大简化了操作的流程和难度。该种技术适用于单件重400g以下的部件, 使用0.4%的润滑剂, 达到优于添加0.75%常规润滑剂的出模效果以及7.4g/cm3的生坯密度和非常好的生坯强度。密度的提升促进了粉末冶金行业的发展, Ancor Max 200温模压制技术帮助实现更多部件的粉末冶金化, 从而更好地迎接汽车小型化对行业带来的挑战。
粉末冶金 篇9
燃气轮机作为一种重要动力装置广泛应用于地面发电、舰艇和航空工业。燃气轮机涡轮叶片基本上采用镍基高温合金,其中应用最广泛的是K438(IN738)合金、IN939合金和GTD222合金,它们的Al+Ti和Cr含量均很高[1]。一些先进的燃气轮机透平的动叶和喷嘴都采用复杂的冷却和涂层技术,由于长期受磨损、冲击、高温燃气和冷热疲劳等作用,容易产生腐蚀、裂纹、变形和凹坑缺陷,致使大量叶片报废。一台发电用的燃气轮机的一级动叶有60～70只,按美国1981年的价格800～1300美元/只,更换全部叶片即意味着损失1万美元。军用飞机或舰艇用燃气轮机作同样更换时其价格只能高于此数字[2]。显然,延长这些部件的工作期限或对于那些尚未达到设定使用寿命仅在工作中受到局部损伤与失效的部件运行修复,对那些用过且变质的部件运行翻新使其性能得以恢复到原设计水平,都将大大降低燃气轮机的寿命周期费用,有效提高其经济性。
1 燃气轮机叶片常规修复技术
1.1 熔焊修复
熔焊是应用比较广泛的一类方法,氩弧焊、等离子电弧焊、激光焊、微弧火花焊等均属于此类。这类方法一般热源温度高,热量集中。
钨极氩弧焊具有操作方便、合金元素氧化少、修复速度快等特点,可修复尾喷管裂纹[3]。施焊时应尽可能采用短弧低电流、窄焊道,并避免层间温度过高,必要时可用水冷却,层间温度应控制在150℃以下。但是对于Al+Ti含量较高的高温合金热端部件来说,有一定焊接困难[4,5,6]。这是由于焊接时γ′相沉淀析出的速度甚快。在焊接镍基高温合金时,微裂纹发生的可能性几乎与γ′强化相的数量成正比。微裂纹在热影响区和发展到基体上的走向基本上沿晶界开裂,由此常规熔焊在叶片修复中有很大的局限性[2,7]。
激光熔覆是利用一定功率密度的激光束照射(扫描)覆于裂纹、缺陷处的合金粉末,使之完全融化,而基材金属表层微熔,冷凝后在基材表面形成一个低稀释度的包覆层,从而弥合裂纹及缺陷,基本过程如图1所示。激光熔覆所获得的包覆层组织细小,一般无气孔和空穴。在高温合金部件修复上应用广泛。如中科院金属所对WP7-201发动机叶片平行冠磨损减尺的修复,WP6一级到二级和WP7二级涡轮叶片端部接长、高压涡轮叶片叶尖裂纹修复[8]等。
微弧火花沉积是一种利用显微脉冲电弧将自耗电极材料焊接到金属基材的过程[9],具有热输入少、对基材影响小、显微组织细小、与基体冶金结合等优势。该方法多用于耐磨和防腐涂层[10,11,12],近年应用于高温合金热端部件损伤重建[13],但由于焊接过程为层层显微堆积,修复效率较低,不适于大面积缺陷以及贯穿孔洞缺陷的修复。
1.2 钎焊修复
钎焊修复为整体加热,零件变形小,可克服熔焊工艺的局部加热易引起不均匀热收缩的不足。目前国际上常用于高温合金材料细小裂纹与尺寸不足的再制造,过程如图2所示。首先去除待修复部件表面和裂纹内部氧化物,一种是采用无毒的氟离子活化[14]清洗或氢还原[15]技术,另一种是采用机械打磨的方法,然后使钎焊合金流入到缺陷或裂纹处形成连接。应用这种方法有2个问题,其一就是繁琐的前清洗过程,一但工件表面或裂纹没有被完全清洗干净,就会形成不完全连接,如用机械打磨则可能将待修复区人为增大,降低修复强度;其二,与熔焊相比,钎焊强度远低于基体合金。
GE公司近年来广泛采用的ADH (Activated diffusion heating)技术,是一种以钎焊为基础的发动机热端部件延寿手段,可实现接近基体材料的组成、显微结构和性能的等效修复,如图3所示(放大图为钎焊之后)。其原理及工艺特点是借助低熔点焊接合金把高温合金粉末“注入”裂纹中,通过液相烧结使焊接合金同时向高温合金粉末和基体金属中扩散,从而愈合裂纹。中国台湾大学也对这种技术进行了研究,获得了高强度焊接接头[16]。但受连接时间所限,要获得与基材接近的性能,用这种工艺只可修复约1.30mm宽的裂纹和不大于1.50mm的缺陷。这么小间隙的缺陷在修复情况中是不常见的。
自蔓延高温合成(SHS)焊接技术是将混合均匀的SHS反应料填充在焊接对缝中,点火,反应以燃烧波的形式蔓延至整个焊缝后,施压即可得到性能优异的焊缝。C. Pascal等[20]采用自蔓延高温合成焊接技术对镍基高温合金气轮叶片进行修复试验研究,并对NiAl/RBD61/高温合金的自蔓延焊接头的组织结构和连接机理进行了研究。研究表明,与通常的焊接修复镍基高温合金叶片技术相比,自蔓延高温合成焊接技术修复过程速度快,成本较低,但是此过程需要焊接压力,对于复杂形状的缺陷修复可行性不佳。
2 燃气轮机叶片粉末冶金修复再制造技术
随着航空发动机和地面燃气轮机推重比的增大和涡轮前温度的升高,DZ4、Rene等定向结晶或单晶材料已大量应用于涡轮静止叶片和转子叶片。航空发动机和地面燃气轮机热端部件使用的铸造镍基合金、钴基合金、定向结晶和单晶合金的铝+钛含量均大于6%,加入多种强化合金元素,常规的熔焊方法已很难进行再制造,需要开发先进的叶片再制造技术。
采用粉末冶金工艺可以得到几乎无偏析、晶粒细小、组织均匀的高温合金材料,改善了合金的中低温屈服强度和抗疲劳性能,提高了材料的利用率[1]。引用粉末冶金技术的优点后,一种既可以修复大面积、宽间隙又可获得高的修复性能的方法——粉末冶金修复再制造方法(Powder metallurgy,PM)因此产生。国际上应首推加拿大Liburdi公司自主研制的这套高强度连接和熔覆修复动叶、静叶以及其他高温合金汽轮机部件的方法。该法修复性能优于传统的熔焊和扩散钎焊,尤其适用于高Al+Ti含量的易产生熔焊裂纹的热端部件损伤修复,工艺过程如图4所示[19]。首先用机械方法去除工件表面及裂纹部位的损伤区,确保所有薄弱材料全部被移除,然后将预先制备好的可塑粉末体填补在缺口处,再用真空液相烧结和真空热处理该区域,最终修整到原有工件尺寸。这种方法修复部位微观组织比较均匀,没有线状的低熔点共晶组织、大块硼化物及成分偏析,冶金组织与基体界面表现为冶金结合,修复区强度接近基体材料[20],并且整个过程简便快捷,可实现大批量同时处理,修复合格率高。应用粉末冶金技术修复GE公司的MS700EA第1级导向器叶片,使用了24000h后,在修复部位没有出现裂纹,使用48000h后仅出现微小裂纹[21]。
3 国内对粉末冶金修复技术的需求
目前,我国进口的发电与舰艇用燃气轮机和军用、民用航空发动机基本上都是返回给进口国或进口国在其他国的维修中心进行维修,修复旧件更换新件,价格昂贵,进度很慢,颇受制约与限制。航利科技集团有限公司引进国外著名航空发动机和地面燃气轮机热端部件再制造公司的专利技术,对发动机的涡轮静止叶片和转子叶片进行再制造,但技术上受到持有专利公司的限制,而且费用相对较高。
3.1 C-PM修复技术的产生
C-PM修复技术是中科院金属研究所基于粉末冶金技术在LPM方法基础上研制的发动机及汽轮机叶片再制造技术,其过程是将一定粒度的金属粉末与粘结成型剂混合,填充到待修复缺陷处或欲强化部件表面,手工成形后,放入真空炉中烧结同时随炉热处理,最后修整到工件原有形状和尺寸。其原理是在待修复面处填充混有含熔点控制成分的中间合金的基材合金,此中间合金在较低温度下熔化,并填充基材合金及待修复间隙;当在一定温度下停留时,中间合金的低熔点控制元素等由填充层向基体金属迅速扩散,填充合金的固相线温度升高,随后等温凝固;再进行一定时间的保温扩散处理,使连接区的性质与基体相似。此法没有固态扩散连接时对连接表面的苛刻要求,修复连接时不加焊接压力,与基体合金表现为冶金结合[22]。应用此修复技术不仅可以对发动机静止叶片和转子叶片裂纹、腐蚀坑、烧蚀进行再制造,还可以对高温合金铸造缺陷进行修补。
3.2 叶片表面涂层的去除与重建
为了防止一些发动机低压涡轮及高、低压导向器叶片发生高温氧化和燃气的热腐蚀,采用了渗铝硅工艺。应用粉末冶金修复再制造技术进一步延长叶片的使用寿命时需要对不完好的旧铝硅渗层用机械、化学的方法进行去除,否则在真空烧结过程中会存在渗铝硅层向内扩散的问题。沈阳黎明发动机集团公司确定了一种新的盐酸+添加剂工艺。该工艺不含氧化铬和氢氟酸化学疏松液,不但可以彻底去除叶片残余的铝硅渗层,而且基体材料在腐蚀液中4h不发生过腐蚀现象;在去除渗层过程中,对基体的力学性能无不良影响,不腐蚀基体,不必破坏零件进行金相解剖检查,大幅度降低了大修成本,易控制,满足某发动机1200h延寿要求[23]。
对于涂层重建目前已有很多成熟的工艺,如高能微弧火花沉积MCrAlX涂层[24,25]等。
4 结语
基于可靠性的要求和经济上的理由,燃气轮机的维修已形成为一种产业。粉末冶金修复再制造技术因具有修复强度高、界面冶金结合、可批量处理、修复效果佳等优势,在国产和国外进口燃气发动机热端部件的再制造方面可极大地降低燃气发动机换件成本和缩短发动机维修周期;在发动机热端部件修复与再制造上也具有广阔的应用前景。
目前我国在粉末冶金修复技术研究上还处于刚起步阶段,对于开发新的应用领域还有许多问题需要解决,如空心叶片叶身裂纹修复等技术难题。能够研制出我国自主产权的粉末冶金修复技术将会节约大量成本,是一项意义重大的成就。
摘要：燃气轮机叶片由于长期受磨损、冲击、高温燃气和冷热疲劳等作用,容易产生腐蚀、裂纹、变形和凹坑缺陷。综述了目前常用的燃气轮机叶片修复再制造技术,包括熔焊、钎焊等,重点介绍了新近发展的一种先进材料表面求原重构完型的工艺方法———粉末冶金修复技术。它与常规的熔焊修复和钎焊方法相比具有修复强度高、界面冶金结合、可批量处理、修复效果佳等优势。我国自主研制的C-PM(China powder metallurgy)修复技术也可与国际上的粉末冶金技术媲美。
粉末冶金 篇10
作为高温结构材料, Ti Al基合金正受到业内界人士的越来越高度关注, 良好的抗氧化性能, 低密度, 耐高温性能等, 让其比之镍基合金和钛基合金更具优越性[1], 因此成为航空, 国防, 军工等高科技领域极具吸引力的材料。然而, 室温塑性低, 高温屈服应力高和加工成形性差等, 使得Ti Al合金广泛应用受到严重的制约。因此, 研究和开发针对Ti Al合金合理高效的制备与成形技术, 是科技工作者的一个重要课题。常规制备Ti Al基合金的方法主要有粉末冶金, 铸造, 铸锭冶金等。其中粉末冶金方法有其显著独特优点:克服了铸造缺陷, 如疏松缩孔等;加入合金元素来制备复合材料变得容易;材料成分均匀, 显微组织细小, 力学性能优异;复杂零件易于实现近净成形。
1 预合金粉末制备工艺
采用预合金粉末成型工艺制备Ti Al基合金首先要制备γ-Ti Al预合金粉末, 之后经过模压成型与烧结反应而制得所需制件的工艺。此工艺的成本有些昂贵, 因为, Ti熔点高且活性比较大, 需要在制备过程中严格控制工艺, 故难度也较大。现阶段, 发展出来很多方法制备γ-Ti Al预合金粉, 其中主要被采用的有:雾化法、机械合金化法 (MA) 、自蔓延高温合成法 (SHS) 等。此工艺所获材料其晶粒大小, 相分布以及合金元素分布的均匀性与相应的锻件相比, 都得到显著提高。用预合金法, 德国姆波公司制造出大型客机连接臂, 和直升机叶片连杆接头, 产品相比于锻件, 材料和成本分别节省40%和34%[2]。随后美国坩埚公司又开发出, 可以制备全致密, 形状复杂的钛合金近形产品的陶瓷模热等静压技术, 使得合金材料的力学性能得到进一步提升。
2 元素粉末法
元素粉末法是对Ti、Al和Nb、Cr、Mo等外加元素预压成形, 在高温下反应合成之后进行致密化来制备Ti Al基合金材料的, 制品组织细小、成分均匀。此法优点是成本比较低, 工艺设备简单而且容易添加各种高熔点合金元素, 通过均匀化混合和高温反应能避免成分偏析。元素粉末法制备Ti Al基合金, 已经得到了广泛研究, 所制备出来的材料性能可与铸造Ti Al基合金媲美。元素粉末法制备Ti Al合金时Ti, Al元素会发生扩散反应, 基本反应过程为[3]:6Ti+6Al→4Ti+2Ti Al3, 4Ti+2Ti Al3→Ti3Al+Ti Al+2Ti Al2, Ti3Al+2Ti Al2+Ti Al→6Ti Al。
3 成型工艺
预合金粉末属硬脆粉末, 不便直接模压成形, 所以采用挤压方式进行成形。有冷挤压和热挤压两种方式。此工艺让粉末晶粒得到了细化, 组织均匀性和粉末间的高温扩散能力得到提高。对于元素粉末挤压可以消除压坯膨胀开裂, 而对于预合金粉末, 挤压也提高了粉末变形能力。随着科技的进步, 出现了很多新技术如:温压技术, 流动温压技术, 模壁润滑技术, 爆炸压制技术, 高速压制技术等。这使得粉末冶金成形技术正向高性能化, 高致密化方向发展。
4 烧结反应工艺
以下是对目前出现的几种Ti Al合金粉末冶金烧结工艺简单介绍。
4.1 热压和热等静压
热压和热等静压是目前两种很可行的制备钛铝基合金的工艺。在压制的过程粉末的受力比较均匀, 所得制件的致密度很高, 力学性能很优异。经文献和实践所知, 在1100℃~1300℃, 压力大于100MPa时, 将雾化Ti Al预合金粉末, 直接进行热等静压效果为最好。刘咏等人用此热等静压的工艺方法所制得的钛铝基合金制件, 致密度高, 显微组织细小, 结果很是成功[4]。
4.2 自蔓延高温合成工艺
自蔓延高温合成 (也被称为燃烧合成方法) , 是利用化学反应过程所生成的热量和产生的高温, 而使自身反应持续下去, 进而获得所需材料或制品的方法。该工艺简单, 高效节能, 成本低且制品质量高, 自问世后在世界范围内得到了广泛的研发与应用。其中开发出来的SHS制备粉体, 烧结, 致密化技术, 能够制备出常规方法难以制备出的Ti Al化合物, 且产物形状复杂, 致密度高, 目前SHS粉末技术已成功应用与工业生产且技术越发成熟。
4.3 放电等离子烧结
放电等离子体烧结亦叫作等离子体活化烧结, 最早源于20世纪30年代年美国人的脉冲电流烧结原理, 但此快速烧结工艺真正发展成熟是90年代从日本开始的, 此后才得到广泛的关注与研发。在装有粉末的模具上联通瞬间, 断续, 高能脉冲电流, 粉末颗粒间就能产生等离子放电现象, 产生的高活性离子化的电导气体, 迅速消除粉末粒表面的杂质和气体, 并加快粉末的净、活、均化等效应[5]。SPS艺有其独特优势:加热均匀, 烧结温度低且升温速度快, 产品组织细小均匀且致密度高。研究表明, 用MA技术与SPS技术结合制备出的Ti Al合金, 组织均匀, 性能优良。
4.4 粉末注射成形工艺
此技术是把塑料注射成形工艺和传统粉末冶金技术相互结合, 而发展成为一种新型的近净成形的工艺。主要步骤为:混合粉末与粘结剂, 注射成形, 脱模, 烧结。此工艺制备的制件致密度高, 组织均匀, 性能优越, 能够制备质量要求高且精密复杂的制品, 而且成本低, 自动化程度高, 材料利用率几近百分百。因此该工艺在国际上很热门, 很受欢迎。采用PIM工艺制备出的Ti Al合金组织细小均匀, 相对密度高, 性能优良, 而且成本与传统工艺比大大降低, 当然此方面的研究还有广阔空间。
5 粉末冶金Ti Al基合金的力学性能
作为高温结构材料, Ti Al合金因为低的密度, 高强度系数, 良好的抗氧化性能和抗蠕变性能等, 而备受关注与欢迎。然而因低室温延展性, 难加工性, 使其被广泛应用受到制约[6]。如何使其强度和延展性相平衡是一个很大挑战, 有关此方面的研究工作一直在进行。研究表明, Ti Al合金中增加Nb能改善Ti Al合金高温抗氧化性能, 适量Cr可以提高延性, B可以细化晶粒, 提高抗蠕变性能。经过不断地改进和完善, 粉末冶金Ti Al合金的一些力学性能已得到了显著的提高。近期研究发现, 合金添加Mo, V和Ag能改善显微组织, 在1350度烧结能提高其致密度能达到96%, 而抗压缩强度可达到1782MPa。然而, 孔隙的难以彻底消除, 间隙元素难于控制等问题, 还需要不断地克服。
6 结论
Ti Al合金因其独特的性能在军工, 航空等高技术产业占有重要地位, 采用粉末冶金工艺制备Ti Al基合金, 优势明显, 能够制备得精密度很高的制件。在Ti Al合金制备技术中, 极富吸引力, 进而脱颖而出。然而, 粉末冶金法制备Ti Al基合金技术并不是完美至极的, 还有一些工作需要进一步研究和拓展:控制间隙元素和杂质的污染;合金元素的合理选择与添加, 改善Ti Al合金的性能;进一步完善致密化技术, 让显微组织更加均匀细化, 消除孔隙缺陷等;进一步研发让生产低成本, 高效率, 规模化, 不但为军用而且为民所用, 促进经济的发展。粉末冶金钛铝合金技术有其独特的优势和地位, 若得到进一步改进和完善, 对我国的经济发展, 国力的提升, 具有重大意义。
摘要：本文综述了粉末冶金制备钛铝基合金的几种工艺方法, 如预合金粉末工艺, 元素粉末制备工艺, 自蔓延高温合成工艺方法等, 介绍了有关力学性能的研究及进展情况, 对各方法的优势及局限性进行了论述, 同时指出了粉末冶金TiAl基合金制备技术目前存在的问题及今后研究重点。
关键词：TiAl基合金,粉末冶金,力学性能
参考文献
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浅谈镍冶金工艺 篇11
金属在我们生活中占有着非常重要的地位，金属的高硬度、高延展性、还有其特有的金属光泽使其在我们的生活中起到了其他材料代替不了的位置，我们生活中常见的金属有铝、铁、铜等，常用的合金有各种钢材，铜锌合金、铜汞合金等。镍并不像金、银、铜、铁等这些常见金属一样被人们所熟知，但是镍在我们生活中用处却非常广泛。
1、金属镍简述
金属镍并不是我们在日常生活中就比较熟悉的金属，但是金属镍在我们日常生活中的应用却十分广泛。首先简单的介绍一下金属镍的特性。镍是一种金属，颜色近似银白色，镍的硬度很大，且延展性较好，而且金属镍是一种亲铁元素，具有铁磁性。金属镍的耐磨性非常好，它能够接受高度磨光，并且具有较强的抗腐蚀性。金属镍主要存在于地核中，以镍铁合金的形式存在。所以当我们需要纯净的金属镍时，就需要用合适的冶金手法从合金中炼出纯净的金属镍。金属镍的一大用途就是制作钢材，经常将金属镍加入到钢中，以增加钢的延展性和硬度，我们日常生活中所使用到的钢制品多数都添加了金属镍，这样也就可以说金属镍其实充满了我们的生活，无处不在。其实金属镍的使用时间要比我们发现他的时间长得多，早在公元前三百年，春秋战国时期就有含有金属镍的兵器和金属器皿等被锻造出来，但是在1751年，金属镍才被一位瑞典的科学家首次提取出来，也就是说金属镍冶金工艺才短短的二百多年。随着镍冶金工艺的发展，人们逐渐发现金属镍的更多的用途，其在改善钢的性能方面的独特功能使其利用空间迅速扩大，如今金属镍已被应用于不锈钢行业，电池，电镀，触媒等行业，金属镍的需求量也一年多于一年。
2、镍资源概述
2、1世界镍资源。镍主要存在于硫化镍矿和氧化镍矿，以及海洋深处的含镍锰结核。在这几种含镍物质中，储存量最丰富的就是硫化镍矿，全世界每年金属镍的产量是十分巨大的，在全部的金属镍的产量中，约有百分之七十的金属镍来源于硫化镍矿，这些金属镍均是在硫化镍矿中提取而来。由目前数据可知，全世界已发现的陆地镍储量为5800万吨，储量基础为1.23亿吨，海洋锰结核矿的镍资源约有689万吨。在全世界金属镍资源的储量中，硫化镍矿占了百分之三十至四十，氧化硫矿占了百分之六十到七十。主要分布在古巴、加拿大、俄罗斯、新喀里多尼亚、印度尼西亚、南非、澳大利亚、中国、巴西、哥伦比亚、多米尼加、希腊、菲律宾等国。我国在金属镍资源的储存大国中，证明了我们国家的金属镍资源的储量比较丰富，下面一部分，我们来了解一下金属镍资源在我国国内的分布。
2、2国内镍资源。我国的金属镍的资源储存量相对来说较为丰富，在世界金属镍资源储存量的总排名中占第八位。目前，我国已探明的金属镍资源的矿点有70余处，储量为800万吨，其中硫化镍矿占金属镍资源总储量的百分之八十七，氧化镍矿占金属镍资源总储量的百分之十三，我国的金属镍资源的储存地主要分布在甘肃、四川、云南、青海、新疆、陕西等15个省、自治区中，在这15个地区中，甘肃省的金属镍资源的储存量最为丰富。在此之外，我国内还有很多的金属镍资源的矿点没有被发现，金属镍资源的丰富的储存量是一笔非常可观的财富，我国国内有关于金属镍的冶炼、加工、开发的各个企业正积极的发展着。金属镍资源的储量丰富有利于我国镍冶金工艺的蓬勃发展，更有利于我国国内大小企业和科研机构对金属镍的用途的研究和探索，对与金属镍相关的一系列行业的未来发展有着不可忽视的重要作用。
3、镍冶金工艺
3、1镍的湿法冶炼与火法冶炼。金属镍的生产方法主要有两种，一是金属镍的湿法冶炼，而是金属镍的火法冶炼。我们首先来了解一下金属镍的湿法冶炼。两种含镍矿物——硫化镍矿和氧化镍矿都可以采用湿法冶炼的方法生产出金属镍，但是由于两种含镍矿物的成分不同，所以利用镍的湿法冶炼的具体试剂和冶炼方法（如温度、时间、试剂的量等）都是不同的。镍的火法冶炼也可以从硫化镍矿和氧化镍矿两种含镍化合物中生产出金属镍，与镍的湿法冶炼相类似的是，由于两种含镍化合物的成分是不同的，利用火法冶炼从以上两种含镍化合物中生产处金属镍的具体操作也有些许不同，但是生产的最终目的都是可以顺利达成的，生产出纯净的金属镍。通过镍的湿法冶炼和镍的火法冶炼生产出的金属镍再经过简单的处理手段就可以制取镍丸和镍粉。镍的湿法冶炼方式和镍的火法冶炼方式的应用范围比较广泛，生产出的成品也比较符合人们的需求。
3、2造硫熔炼。造硫熔炼也是镍冶金中比较常用的一种方法，造硫熔炼多适用于有色金属的冶金。造硫熔炼并不是一种直接冶炼出纯净金属镍的冶金方式，造硫熔炼是一个冶金的中间环节，造硫熔炼最后的产物有低镍锍、炉渣、烟气、烟尘等，这些产物中真正有用只有一个，那就是低镍硫，低镍硫只是一个冶金的中间产物，想要得到符合我们要求的纯净的金属镍还需要经过后续的冶金步骤。造硫熔炼的原理是利用金属镍的亲硫性比亲氧性高，利用硫元素将化合物中的镍提取出来，最终产生低镍硫这一反应产物，将要冶金的金属镍聚集于硫元素中。
3、3电炉熔炼。电炉熔炼就是将需要被炼制的矿物添加到有专业炼制金属功能的电炉中，经过电炉通电将温度加热到一个较高的、适合进行熔炼的温度，然后进行对添加的矿物的熔炼过程。相对于上述的两种金属镍的冶金方法来说，电炉熔炼就具有非常大的优势了。电炉熔炼便于控制电炉内部的熔炼温度，若是进行对温度要求较高的反应时也比较适合、比较容易操控。电炉熔炼的冶金环境是封闭的，这就减少了外界因素的影响，不会有一些其他的外界因素导致金属镍的冶金过程的失败，或者造成一定的不良影响。同时电炉熔炼对于炉料的要求也比较低，含有一定的杂料、废料也是可以采用电炉熔炼的冶金方法进行金属镍的冶金的。但是电炉熔炼也是有一定的局限性的，采用电炉熔炼的冶金方法比较费电，电量的消耗非常大，电费也就比较高。以上几种方法是金属镍的冶金工艺中比较常见的方式，但是又有一定的局限性。所以，尋求一种更加完善的金属镍的冶金方式是如今比较急迫的待解决问题，也是目前大家在金属镍的冶金方面正在努力的方向。
4、结语
粉末冶金 篇12
电触头是各种高低压开关、电器、仪器仪表、元器件的核心部件,被广泛应用于航空、航天、航海等工业领域和民用工业的各种交直流接触器、断路器、继电器、转换开关等中,其性能直接决定整个电器的通断容量、使用寿命和运行可靠性等[1]。Ag在所有金属中导电性能最好,加工性能极好,又有高的抗氧化能力,是最重要、最经济的贵金属电接触材料,广泛应用于中等负荷或大负荷的电器中。但是Ag的硬度不高,熔点低,不耐磨,在含硫和硫化物介质中,表面会形成硫化银薄膜。在直流电流的作用下,由于Ag的硬度低,易挥发,会形成电侵蚀尖刺。在负荷大的条件下,银接触元件易形成电弧,使其熔焊粘结[2]。以上原因严重影响了银接触材料的电性能和使用寿命,为此,可通过加入其它金属元素来提高银基电接触材料的性能,如加入Cu能提高其力学性能[3];加入V能明显提高合金的强度、硬度和抗烧损性,并有稳定的接触电阻等性能[4],在氨气、湿热大气中合金表面仍保持光洁。例如:AgCu(10)V(0.2)、AgCu(10)V(0.4)、AgCu(10)_V(0.2)Zn(1)等,可加工成细丝和薄片,主要用于制作耐磨和抗腐蚀的继电器、开关接点及整流片、换向片、电刷和导电环等元件。
目前国内生产的AgCuV合金一般是采用传统的熔铸方法制备,在化学成分和制备工艺方面存在明显不足:(1)合金中V的含量偏低;(2)V在合金中的宏观偏析严重,化学成分不均匀;(3)合金表面有黑斑,很难清除;(4)加工过程中易出现孔洞、气泡等现象。由于以上原因,严重影响了该材料的力学物理性能、电学性能、加工性能以及产品的成品率,制约了我国AgCuV合金产业的发展。
本研究采用冷等静压、真空烧结、挤压等粉末冶金技术,成功制备了AgCuV合金,并分析了其化学成分、显微组织和物理力学性能。
2 实验
2.1 仪器
主要设备:RQ-Ⅲ型雾化制粉设备;LDJ-420/1600-250YS型冷等静压设备;VAF-0404S型真空烧结炉;HXS-1000A金相显微镜;HXS-1000A显微硬度仪;800吨挤压机;HDW-10KN电子万能试验机等。
2.2 合金粉末及材料制备
选用纯度≥99.95%的Ag、Cu、V原料,按合金成分要求配制AgCu(10)V(0.3)合金(以下简称AgCuV合金),在中频感应炉中熔化。用RQ-Ⅲ型雾化制粉设备制备合金粉末,选择粒度为-100目的合金粉末,经冷等静压、真空烧结、复压、复烧、挤压等工序制成片材和丝材。
2.3 分析检测
对用上述方法制备的AgCuV合金进行化学成分、金相显微组织、力学物理性能分析,并与传统熔铸法制备的同类AgCuV合金进行综合性能比较。
3 实验结果
3.1 化学成分
AgCuV合金化学成分的比较见表1。
熔铸法AgCuV合金中V的加入量为0.3%,而浇注成锭子后,V的含量只有0.15%,其化学成分未满足GJB 953-1990《航天航空用贵金属及其合金板、带材》标准中的V≥0.2%的要求。采用粉末冶金方法制备的AgCuV合金,V的加入量同样为0.3%,而成品中V为0.25%,说明采用粉末冶金方法制备AgCuV合金能有效解决V加入难的问题,化学成分容易控制。
3.2 显微组织
图1是熔铸法AgCuV合金和粉末冶金法AgCuV合金的金相照片。其中,图1(a)是熔铸法合金的金相显微照片,可以明显看见较大的V颗粒。图1(b)同样是熔铸法合金的金相显微照片,几乎看不见V颗粒,说明采用熔铸法生产的AgCuV合金成分不均匀,存在严重的成分偏析。图1(c)为采用粉末冶金法制备的AgCuV合金,合金中V分布均匀,颗粒细小,不存在明显的大V颗粒,说明采用粉末冶金方法能获得V颗粒细小且分布均匀的合金,不存在成分偏析,从而能有效改善AgCuV合金的综合性能,提高合金加工过程中的成品率。
3.3 物理性能
将粉末冶金法和熔铸法AgCuV合金进行力学物理性能(电阻率、密度、抗拉强度、硬度)测试和比较,结果见表2。从表2可看出,粉末冶金法AgCuV合金的力学物理性能各项指标均满足GJB 953-1990标准的要求[5]。
4 讨论与分析
4.1 V含量、颗粒大小及分布形态对AgCuV合金力学性能的影响
从表2可知,粉末冶金法AgCuV合金具有较高的抗拉强度和硬度。这是因为:
(1)弥散强化。金属基体中含有高度分散的第二相质点可以提高金属的强度[6]。在AgCuV合金中,V颗粒以第二相粒子存在并弥散分布于AgCu基体中,起到了弥散强化的作用。根据奥罗万和克雷门斯[7]等对屈服应力、弥散相含量和粒子直径关系的研究,可以得出:
式中,τ为弥散强化材料的屈服应力;G为基体金属的切变应力;b为柏氏矢量;d为粒子直径;f为弥散相体积百分率。
对于粉末冶金材料,其屈服强度接近于极限抗拉强度,因此粒子直径小以及高的弥散相含量有利于提高弥散强化材料的极限抗拉强度。从表1可以看出,粉末冶金法AgCuV合金的V含量较高;从图1(c)可以看出,粉末冶金法AgCuV合金中V颗粒细小,均匀弥散分布于基体中,这就是该合金具有较高抗拉强度的原因之一。而熔铸法AgCuV合金的V含量偏低,V分布不均匀,部分V颗粒偏大,导致粒子间距变大,降低了材料的抗拉强度。
(2)相界面增加。根据弥散强化的机理[8],当第二相呈弥散分布时,可使其与基体相的相界面明显增加,在相界周围发生晶格严重畸变,相当于起到了晶界强化的作用。粉末冶金法AgCuV合金的V含量较高,且V颗粒细小,导致合金中V质点的数量增加,使得合金中存在更多的V颗粒与AgCu基体的相界面,在冷变形过程中,晶界强化作用更加明显,从而有利于提高抗拉强度。
4.2 V含量、颗粒大小及分布形态对AgCuV合金电学性能的影响
从表2可知,粉末冶金法AgCuV合金的电阻率高于熔铸法AgCuV合金。这是因为:
(1)当基体中含有孤立的不导电的夹杂物时,其电传导公式[7]为:
式中,λ为复合材料的电传导性;λ0为基体材料的电传导性;θ为夹杂物体积百分数。从上式可以得出,随着材料中夹杂物的增加,材料的电传导性下降,电阻率升高。在AgCuV合金中,V颗粒不导电,且在基体中是孤立弥散分布的,在研究电传导性时,可以将V颗粒当作夹杂物来处理。粉末冶金法AgCuV合金具有较高的V含量,意味着合金中夹杂物的比例高,从而引起了电传导性的下降,电阻率升高。
(2)粉末冶金法AgCuV合金的V含量较高,颗粒细小,增加了基体中的相界面,从而增加了V颗粒及相界面对电子的散射作用,降低了电传导性,电阻率升高。
4.3 孔隙度对AgCuV合金性能的影响
从表2可知,粉末冶金法AgCuV合金的密度低于熔铸法AgCuV合金,这是因为两种合金的制备工艺不同所致。粉末冶金法合金中不可避免的存在孔隙,从而降低了密度。孔隙对合金力学和电学性能的影响如下:
(1)对力学的影响:孔隙的存在,削弱了试样承载的有效断面,应力沿材料显微体积呈不均匀分布,在一定程度上降低了材料的抗拉强度,同时也降低了材料的宏观和微观硬度。
(2)对电学性能的影响:当基体中含有孤立的不导电孔隙时,其电传导公式同样为:
式中,λ为含孔隙材料的电传导性;λ0为相应无孔隙材料的电传导性;θ为孔隙度。从上式可以得出,随着材料中孔隙度的增加,材料的电传导性下降,电阻率升高。粉末冶金法AgCuV合金中具有较高的孔隙度,这也是该合金具有较高电阻率的主要原因之一。
5 结论
(1)采用粉末冶金法制备的AgCuV合金,其V颗粒细小且分布均匀,能解决合金中V难加入和偏析等问题,化学成分容易控制,减少了因V含量不足或成分偏析引起的产品性能差异,提高了合金加工过程中的成品率。
(2)粉末冶金方法AgCuV合金的化学成分、密度、力学和电学性能均满足GJB 953-1990《航天航空用贵金属及其合金板、带材》标准的要求。
(3)粉末冶金法AgCuV合金的V含量高,颗粒细小且弥散分布,提高了材料的综合力学性能,但也引起了电阻率升高。
(4)粉末冶金法AgCuV合金中不可避免地存在少量孔隙,导致合金电阻率偏高,同时也阻碍了材料进一步提高力学性能。
摘要：采用冷等静压、真空烧结、挤压等粉末冶金技术成功制备了银铜钒合金,对其进行了化学成分、显微组织、物理性能分析,并与传统熔铸法制备的银铜钒合金进行了比较。研究结果表明,采用粉末冶金技术制备的银铜钒合金,其化学成分容易控制,显微组织中V的颗粒细小、分布均匀,力学性能优异。但合金中不可避免地存在少量的孔隙,导致电阻率偏高。
关键词：银铜钒合金,粉末冶金技术,显微组织,性能
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