冶金材料

冶金材料（精选12篇）

冶金材料 篇1

粉末冶金是一门制造金属粉末和以金属粉末(包括有混入非金属粉末者)为原料用成型———烧结制造材料或制品的技术学科。随着科学技术的发展,许多工业技术上对材料的特殊要求,应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。所以采用粉末冶金方法制取一部分现代工业应用的材料尤为必要。

由于孔隙的存在,粉末冶金凸轮的强度和耐磨性受到一定的限制。为解决这一问题,通常对其承载表面进行处理。激光处理是提高材料耐磨性的卓有成效的方法之一,它可以改变金属材料表面的化学成分,显微组织和力学性能,获得很好的耐磨损和耐腐蚀表层。

本文通过对粉末冶金材料激光表面淬火速度、功率对材料的磨损性能进行了研究。

1试验方案

1.1材料的制备

本试验采用的粉末冶金试样化学成分见表1。采用日本产的预合金化铁粉,其筛分析见表2。添加的合金素粉末为瑞士生产,其粒度为0.015mm。

经筛分析后,预合金化铁粉、添加元素金属粉和硬脂酸锌类的粉末润滑剂等在滚筒式混粉机中进行充分混合。

PM试样压制采用单轴双向压制法,它是一种有对置的两个单轴相向成形的方法。压制时,阴膜固定不动,上、下磨冲从两个方向进行加压,压坯由下膜冲上升脱出。这种方法成形的压坯上、下密度比较均一,在PM汽车零件生产中比较常用。

压制完成后,把试棒压坯送入网带式传送烧结炉中在氮基保护气氛下烧结,烧结温度为1250~1300℃。

烧结时,脆弱的粉末压坯在保护气氛中加热,通过原子迁移,使粉末颗粒形成凝聚体和使混入的合金元素合金化,从而获得所要求的物理—力学性能。

线切割加工PM试棒成10*20*30mm的试样,磨损表面经磨削加工。

1.2激光热处理工艺

为了改善粉末冶金材料的强度、硬度及耐磨性,对试样进行了不同工艺参数的激光淬火处理。所用设备5kw HJ—4型工业用横流CO2激光器及JKJ—5型激光宽带镜,激光相变硬化带宽10mm。

1.3磨损试验

磨损试验为干滑动摩擦磨损试验,摩擦形式为销盘式。在MG-2000型高温高速磨损试验机上进行。对磨盘材料选为高速钢,其硬度为63~65 HRC。

销形试样和对磨盘经车、铣工序加工而成,并用金相砂纸将待磨面磨光,将铣痕磨掉。由于本试验对磨盘数量有限,因此每次磨损试验前,应用金相砂纸将已用过的磨盘磨面磨光,以消除上次试验对本次的影响。并且,每一次磨损试验前后对磨盘和试样销都应用丙酮清晰干净,避免因磨损表面存在外界污染物而影响磨损试验结果。

试验条件为240转/分,转数12000转,载荷40N。试验结果用METTLER AE240型十万分之一天平称量试样磨损前后的重量,并根据此质量差来评价材料的耐磨性。

2试验结果分析

从表3中可以看出,当激光频率一定时,激光速度为10mm/S时材料的磨损量最低;当激光速度一定时,激光频率为3000W时材料的磨损量最低。

参考文献

[1]梁工英,杨琛,苏俊义.激光表面处理对球墨铸铁冲蚀性能的影响.摩擦学学报,2000,20(02).

[2]刘家浚.材料磨损原理及其耐磨性.北京:清华大学出版社,1993.1.

冶金材料 篇2

姓名：

学号： 前言.....................................................................................1 2 洁净钢的发展及现状.........................................................1 2.1转炉洁净钢生产时期（1945—1970年）........................2 2.2洁净钢生产流程开发期（1970—2000年）....................2 2.3洁净钢生产流程优化期（2000年以后）........................2 2.4传统洁净钢流程的弊病.....................................................3 3 洁净钢与耐火材料的关系.................................................6 3.1耐火材料与钢液中氧含量的关系.....................................6 3.2耐火材料与钢中硫含量的关系.........................................7 3.3耐火氧化物及结合剂与钢中磷含量的关系[]...................8 3.4耐火材料与钢中氢含量的关系.........................................9 3.5低碳钢及超低碳钢的碳污染问题...................................10 4 洁净钢用耐火材料的发展...............................................11 4.1钢包精炼系统...................................................................11 4.2 RH精炼系统.....................................................................13 4.3 中间包系统......................................................................15 4.4连铸“三大件”...............................................................16 5 对洁净钢用耐火材料的展望...........................................18 6结语......................................................................................18 洁净钢用耐火材料的发展及应用

冶金1401 魏颖 20142018 【摘要】本文综合论述了洁净钢的发展，以及影响钢液洁净度的主要因素。主要介绍了精炼钢包系统、RH精炼系统、中间包系统用耐火材料的材质选择及技术进步。最后对洁净钢用耐火材料未来的发展提出了自己的展望。【关键字】耐火材料、洁净钢、夹杂物、氧含量、氧势、硫含量、LF、RH

1前言

世界各工业领域的发展与技术进步以及人们生活水平日益提高,对钢材性能的需求日益苛刻。洁净钢的市场需求量在不断增大,钢的洁净度要求也越来越高。

耐火材料作为钢水容器和钢水冶炼过程中的功能材料,与钢水直接接触。如果材质选择不合理,质量低劣或管理不善,耐火材料就有可能以非金属夹杂物等形式存在于钢水之中,从而影响钢水的洁净度。钢的洁净度是反映钢的总体质量水平的重要标志，是内在质量的保证指标。[1]因此,研究洁净钢用耐火材料具有重要的现实意义[2]。

虽然洁净钢的冶炼是以铁水预处理开始,本文主要涉及：①影响钢液洁净度的主要因素，和耐火材料对钢水质量的影响。②洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展,从耐火材料材质及其技术进步、创新及展望两个方面来讨论[3]。洁净钢的发展及现状

洁净钢并不是特指某一类具体的钢种，而是代表实际生产过程中控制钢水洁净度所能达到的工艺水平。所以，洁净钢不是一个钢种的概念，而是属于生产工艺范畴，反映出洁净钢的生产工艺和制造水平。不同用途的洁净钢中夹杂物的含量和尺寸不同，如表1所示[4]。

钢时代洁净钢冶炼技术得到迅速发展，氧气顶吹转炉是这一时期最重要的技术创新。它不仅淘汰了平炉，推动电炉进行彻底改造，还促进了高炉大型化和连铸、连轧工艺的发展。这一时期洁净钢生产技术发展可分为３个时期。

2.1转炉洁净钢生产时期（1945—1970年）

早期洁净钢生产对钢材性能和洁净度要求不高，转炉成为生产的主要环节。洁净钢技术发展重点是研究解决顶吹转炉反应效率低、渣钢反应偏离平衡和吹炼过程不平稳等技术问题。主要创新成果包括：氧气底吹转炉和喷粉技术、各种复吹转炉以及铁水脱硫和炉外精炼等。

2.2洁净钢生产流程开发期（1970—2000年）

由于制造业对钢材洁净度要求更加苛刻，如无间隙原子深冲钢要求 ｗ（[C+N]）≤0.0050%；轴承钢要求 ｗ（T[O]）≤0.0060%；抗应 力 腐 蚀（SCC）和氢致裂纹（HIC）的高强钢如 Ni－Cr－Mo和质量分数9%Ni钢等要求 ｗ([p])≤0.0030%；抗H2S腐蚀的管线钢要求 ｗ([S])≤0.0005%等，单纯依赖转炉很难生产。这一时期的研究重点是对转炉功能的解析与转换，形成洁净钢生产流程，突破净钢冶炼的技术极限。主要技术创新包括铁水“三脱”预处理、转炉智能吹炼、多功能真空精炼等。

2.3洁净钢生产流程优化期（2000年以后）

钢材洁净度未达到预期水平的原因主要是：提高钢材性能并非完全依赖纯净度，钢中最大夹杂物尺寸，连铸偏析、疏松等缺陷及轧材组织控制等因素的影响不容忽视，使研究热点从突破洁净度极限转变到对生产流程的优化。洁净钢生产发展的重点从单纯追求突破洁净度极限转变为降低生产成本，提高生产效率，实现 绿色化生产。主要创新是钢中最大夹杂物控制、连铸轻压下和小压缩比连铸及建立高效低成本洁净钢生产平台等。2000年日本和歌山厂将原有2座炼钢厂（160t×3＋80t×3）改造为1座210t转炉炼钢厂，达到以下开发目标，被誉为“２１世纪世界最先进的钢铁厂”：

（1）采用全铁水“三脱”和真空处理工艺，全部产品的杂质总质量分数不大于0.010%；

（2）采用高效快节奏生产工艺，转炉生产效率提高１倍，达到两座转炉的产量；（3）降低生产成本，产品成本低于传统流程普通钢。可降低炼钢能耗66%、石灰消耗25%、铁损29%、锰铁合金48%，减少渣量33%，粉尘回收率提高60%[5]。

2.4传统洁净钢流程的弊病

传统洁净钢生产流程如图1所示，其主要特点是把炉外精炼作为钢水提纯的重点，转炉作为初炼炉，多数未采用“三脱”工艺。该流程存在以下技术弊病。

图1 传统洁净钢生产流程示意图

炼钢回硫

炼钢回硫由反应热力学决定：脱硫为还原反应，脱硅、脱磷和脱碳是氧化反应，氧化性炉渣溶解硫的能力大幅降低。各种炼钢渣系在还原条件下均有很高的脱硫能力，渣钢间硫分配比

LS随碱度升高达到200~600，如图2所示。但在氧化条件下，硫从金属向炉渣传

22-OS输为硫离子和氧离子在钢渣间交换的氧化还原反应：S＋（）＝O＋（）。

反应平衡常数：

KSw((s))w((FeOt))w([s])

在渣中酸性氧化物很少的条件下，渣钢间硫分配比 因 W（(FeO)）升 高 而 大 幅 降低，一般超过10,如图2所示。“三脱”铁水少渣冶炼加强搅拌控制渣中 W([Fe]）≤5%，LS不会超过100[6]。

图1 碳饱和铁水

LS与碱性渣成分的平衡

图2 复杂渣系中酸性氧化物成分对脱硫平衡常数

KS的影响

回硫的危害是需要炉外精炼二次脱硫，增加生产成本；二次脱硫虽然降低钢水硫质量分数，但脱硫产生的CaS系夹杂严重污染钢水，影响钢材性能。低碳脱磷

低碳脱磷是转炉炼钢的基本特征。顶、底吹转炉脱磷，随 W（[C]）的降低，渣钢间磷分配比LP迅速上升，W（[C]）≤0.1%时才能实现高效脱磷。低碳脱磷的原因在于钢液中碳、硅、锰、磷等元素的选择性氧化，各元素氧化顺序决定于发生氧化反应的氧位P(O2)。P(O2)越低，越易于氧化，优先其他元素反应。脱碳P(O2)较低使金属中磷很难直接氧化生成P2O5((P2O5))；在渣钢界面上通过炉渣

181710~10成 分控制P2O5使活度系数降低到才能实现脱磷。转炉吹炼中金属和炉渣氧位变化与碳质量分数的关系如图3所示：冶炼前期W([C])较高，氧分压仅P(O2)为＝1016~1014，要求脱 磷 的P（O2）更 低。后 期 碳 降 低 氧 位

810升 高 到P(O2)=，使脱磷反应容易进行[7]。底吹转炉渣钢氧位基本相当，顶吹转炉偏差较大，炉渣过氧化现象较严重。冶炼过程磷的如图4所示，吹炼前期W([C])≥3%时，硅、锰氧化为主,W([P])迅速降低；中期略有回磷，后期进一步深脱磷[8]。

低碳脱磷的最大危害是不能高碳出钢造成钢渣过氧化。随碳质量分数降低，钢中a(O）和渣中W([TFe])升高，残锰降低，炉衬侵蚀加剧。

图3 各种转炉中的金属和炉渣氧位与ｗ（［Ｃ］）的关系

夹杂物控制困难

夹杂物控制困难是传统流程最突出的问题，由以下因素造成：（1）钢水过氧化，大量消耗脱氧剂，增大夹杂物。（2）沉淀脱氧，脱氧产物以夹杂物形态残留在钢中。

（3）精炼过程不断产生新夹杂，如变性夹杂、脱硫夹杂和各种卷渣夹杂。洁净钢与耐火材料的关系

3.1耐火材料与钢液中氧含量的关系

耐火氧化物的溶解或分解造成增氧,写成通式: 1/ yMxOy(s)= x/ y[M]+[O] 式中[M]与[O]分别表示溶于钢液中的金属与氧。其逆反应: x/ y[M]+[O]= 1/ yMxOy(s)则表示溶解在钢液中的脱氧剂M与溶于钢液中的氧反应生成脱氧产物MxOy。如果MxOy不上浮,也会成为钢中夹杂物。

Al、Si、Cr、Zr在铁液中的溶解度都很大;而Mg与Ca由于在高温下以气态存在,在铁液中的溶解度很低。当元素在钢液中的溶解量很小时,一般说来其活 度系数接近于1,因此,可用浓度代替活度,即a[M]=[%M]。

下面讨论氧化物或复合氧化物在钢液中溶解平衡时的情况。假设体系中只有Fe及所讨论的氧化物或复合氧化物的元素,不存在其他元素。3.1.1 采用刚玉作耐火衬

Al2O3(s)= 2[Al]+ 3[O]

由热力学数据书可查得: 2Al(l)+ 2/3O2(g)= Al2O3(s)

ΔG =63180-27.91T 1/2O2(g)=[O]1%

ΔG =RTlnK 可得:

a[Al]2·a[O]3= 4.41× 10-14 3.1.2 采用MgO作耐火衬

同样,由已知热力学数据: MgO(s)= Mg(g)+ 1/2O2(g)

△ G = 714420-193.72T 1/2O2=[O]1%

△G =112550+ 49.20T 可求得反应:

MgO(s)=[Mg]1%+[O]1%(1)的标准吉布斯自由能变化为:

△G = 484720-147.41T 当T= 1873 K时,同样可由△G 1873=2313800+ 556.5 T

5/2O2(g)= 5[O]1%

△ G =244346-38.5T 可求得反应:

3CaO(s)+ 2[P]+ 5[O]= Ca3(PO4)2(s)

△G =RT ln K 可得:

[%H]= 2.46× 10-3pH2p(质量百分浓度)空气中H2含量(体积分数)为0.01%,则pH2/ p =0.0001, 因此空气中的氢造成钢液含氢量为:

[%H]= 2.46× 10-3 0.0001= 2.46× 10-5 这说明空气中的氢气造成的钢液增氢是极微的,仅为 0.24 ppm,不会使钢液大量含氢。空气中水蒸气进入钢液,其反应为:

H2O(g)= 2[H]1%+[O]1%

△G = 203310+ 2.17 T

在浇钢的高温下,新砌的浇钢容器中,耐火材料残 存的水分与氢,主要是在浇铸前2桶钢液时进入到钢 液中的。若残存的4.3 kg氢全部进入到前2桶的100 t 钢液中,其增氢为43 ppm。即使只增氢10 ppm,就氢含 量而言,也就不洁净了。

3.5低碳钢及超低碳钢的碳污染问题

近年来,低碳钢与超低碳钢(如超低碳铝镇静钢、超低碳不锈钢、纯铁等)的用量明显增加。这些钢种要求其碳含量甚低,在20 ppm,甚至5 ppm以下。

碳极易溶于铁液,在1600℃铁液中的溶解度为5.41%。

炼超低碳钢主要是靠下列反应进行脱碳: [C]+[O]= CO(g)

△G =95921 J·mol-1 由△G =8.314× 1873 lnpCO/ p a[C]·a[O]

a[C]·a[O]= 2.11× 10-3×pCOp

若真空处理的真空度为200 Pa,则pCO= 200 Pa。连同p = 101325 Pa代入上式得:

a[C]·a[O]= 4.16× 10-6 由于低碳钢与超低碳钢中碳含量很低,其活度系数f[C]可认为等于1,于是a[C]=[%C],上式即为:

[%C]·a[O]= 4.16× 10-6 若采用Al脱氧,[%Al]= 0.1时,从图1知,a[O]≈2× 10-2,[%C]= 2.08× 10-2≈ 200 ppm。

这超过了对超低碳钢中碳含量的要求。

若只采用Si等脱氧剂进行钢液轻度脱氧,从图1知,其a[O]≈ 10-2,[%C]= 4.16 × 10-4,钢中碳含量只有4 ppm。

从上面计算可知,进行轻度脱氧,经200 Pa真空处理后,可使钢液中碳含量降至20 ppm以下。对于炼超低碳不锈钢的真空处理设备,最适宜的耐火衬应是镁铬耐火材料。因为镁铬耐火材料在高温真空处理时,镁铬砖会与钢液发生下列反应: MgO·Cr2O3(s)+ 4[C]= 2[Cr]+ Mg(g)+ 4CO(g)不仅有利于脱碳,还可增加钢中铬的含量。

经过真空脱碳后的钢液,在随后的处理过程中,不应该再采用含炭耐火材料,否则,耐火材料中的碳将重新溶入钢中。洁净钢用耐火材料的发展

4.1钢包精炼系统

目前，国内大多数精炼钢包采用含碳材料，如镁碳砖、铝镁碳砖、镁铝碳砖等，其碳含量一般在 8%(w)以上。随着洁净钢要求的不断提高，近几年，相继出现多种低碳和无碳钢包耐火材料，如无碳刚玉－尖晶石预制块、机压刚玉－尖晶石无碳砖、低碳镁碳砖、刚玉－尖晶石浇注料、镁钙砖等。4.1.1无碳刚玉－尖晶石预制块

无碳 刚 玉 － 尖 晶 石 预 制 块 是 以 超 低 水 泥 或ρ-Al2O3结合的刚玉－尖晶石浇注料在耐火材料企业预制成型并经过热处理的产品。该产品用于洁净钢的冶炼取得了良好的效果，例如在武钢三炼钢的300t钢包使用，寿命达 250 次。一种典型的刚玉－尖晶石预制块的理化指标如表 1 所示。与之配套使用的无碳材料还有包底刚玉质冲击块、包底刚玉浇注料、包壁修补料、包底修补料和高纯铝镁火泥等，其性能如表 2 所示。

钢包刚玉－尖晶石预制块具有不含碳、纯度高、使用寿命长的优点，目前正在宝钢、武钢等推广用于洁净钢冶炼，并取得良好效果。但该产品也存在一些问题与不足: ①产品生产过程中，人工成本高，生产效率低;②产品原料成本高;③配套材料较多，需要人工修补;④抗热震性能有待进一步提高。4.1.2机压刚玉－尖晶石砖

为了解决生产效率低下的问题，人们开发了一种材质相当的机压刚玉－尖晶石砖，该产品用于 90 t精炼钢包，侵蚀速率 ＜ 0． 6 mm·次－ 1，取得了较好的使用效果。机压刚玉－尖晶石砖与刚玉－尖晶石预制块的性能比较如表 3 所示。

机压刚玉－尖晶石砖提高了生产效率，并有较好的使用效果，但同时也存在一些问题和不足，如: 机压模具寿命较低，抗热震性不好的问题更加突出。因此，提高机压刚玉－尖晶石砖的使用效果至少要注意如下 3 点: ①确保钢包有较快的周转速度;②大幅提高模具寿命，尽可能采用液压成型;③较大幅度地提高其抗热震性能。4.1.3 低碳镁碳砖

为了防止钢包渣线镁碳砖对钢水增碳，宝钢、武钢等钢厂先后开发出抗热震性能和抗侵蚀性能优良的低碳镁碳砖应用于300 t 钢包渣线[10]，侵蚀速度为 0．7 ～ 0．9 mm·次－ 1，与碳含量14%(w)的镁碳砖的使用效果相当，其性能如表4所示。

4.1.4刚玉－尖晶石浇注料

刚玉－尖晶石浇注料是以高纯合成原料为基础的低水泥或超低水泥结合高纯刚玉－尖晶石浇注料。最初由日本开发并大量使用，国内以宝钢为代表率先采用该技术，均取得了良好的使用效果。宝钢在300 t钢包使用达到 250 炉的水平。刚玉－尖晶石浇注料具有以下几个方面的优点:①整体性好，使用寿命长;② 不含碳、高纯、低氧化硅、低氧化铁杂质，可避免钢水增碳或对钢水的总氧含量产生不利影响[11];③便于机械化、自动化施工。

同时，也存在一些问题和不足，如: 对烘烤条件要求高;如果钢包壳变形，则导致浇注层厚度不一，从而影响寿命等。为了充分发挥该浇注料的优势，节约材料，可能有如下两方面工作要做: ①采取合适的措施，尽可能减少钢包壳的变形;②采取清渣补浇工艺。

4.2 RH精炼系统

4.2.1镁铬砖

RH精炼炉作为对钢水质量有保障的精炼装置，近十几年发展很快。由于相关耐火材料承受着急冷急热、强冲击力、高真空条件及各种碱度渣、合金成分的 强烈化学作用等严峻的考验，人们一直没有停止耐火材料使用寿命的攻关。一般来说，浸渍管和真空槽底部耐材的使用寿命决定了 RH 炉的使用寿命[12]。2010 年，武钢耐火厂开发的低硅镁铬砖使 RH 炉的寿命从原来使用传统镁铬砖的 110 次左右上升到 130 次以上。低硅镁铬砖与传统镁铬砖的性能对比如表5所示。

表5传统镁铬砖与低硅镁铬砖性能比较

传统 镁 铬 砖 中 的 Si O2含 量 较 高，易 与 砖 内Cr2O3、Mg O、Fe2O3以及钢液中非金属夹杂形成多元低熔点化合物，在钢液的冲刷下，加剧蚀损[13]。另外，也会与钢液中的［Mn］、［Al］反应，造成钢液增 Si与氧化物夹杂并加剧蚀损[14]，其反应如下: /2SiO2(s)+ 2［Al］= 3 /2［Si］+ Al2O3(s)，(1)

Si O2(s)+ 2［Mn］［Si］+ 2Mn O。

(2)

当然，由于 RH 真空系统条件较复杂，在镁铬砖中 Si O2含量相当的情况下，镁铬砖的生产工艺，RH真空装置的砌筑方式和质量以及处理的钢种也可能对

RH 炉的寿命有一定的影响。4.2.2无铬化

由于六价铬对环境的危害，人们一直致力于找到一种替代镁铬砖的材料，先后试验了镁铝砖、镁锆砖、镁碳砖等[15]。虽然取得了一些有益的成果，但就 性价比而言，均未能超过镁铬砖。然而，日本人开发的低碳镁碳砖在RH 炉上应用的结果似乎把无铬化的进程向前推进了一步。低碳镁碳砖在日本JFE 钢铁公司

300 t 钢包的 RH 下降管试用，其侵蚀速度为0.6 mm/炉，比直接结合镁铬砖小 10%。这种低碳镁碳砖与传统镁铬砖性能比较如表6所示。

表6低碳镁碳砖与传统镁铬砖性能比较

4.3 中间包系统

中间包系统作为钢水进入结晶器的最后一道工序，愈来愈引起人们的重视。从某种程度上，其钢水的洁净度直接反映在连铸坯的质量上[16]。在连铸系统，为促进夹杂物上浮，采用了大容量中间包，上、下挡渣堰结构，垂直结晶器，浇铸过程中还采取了密封浇注技术。因此，连铸中间包已从一种简单的钢液缓 冲过渡容器转变成一种重要的钢液精炼装置[17]。中间包耐火材料自然就引起了人们关注和重视。下面简单介绍一下中间包涂料、挡渣堰和浸入式水口。4.3.1中间包涂料

目前，中间包工作衬从施工方式上来分，有人工涂抹料、喷涂料和干式振动料或自流料;从材质上来分，主要是镁质和镁钙质。宝钢、武钢、鞍钢中间包涂 料的理化指标如表7所示。

表7 宝钢、武钢、鞍钢中间包涂料理化指标

对于高 Ca O 的 Mg O－Ca O 质涂料来说，首先要通过技术措施控制镁钙的水化问题。其次，为增加使用中涂料的游离 Ca O 含量，还需加入一定量的 Ca(OH)2和 Ca CO3。由此研制成功的高 Ca O的Mg O－Ca O质中间包涂料性能如表 8 所示[18]。使用试验结果表明，使用前后，涂料中的 Al2O3质量分数由 1% 提高到5.5% ～ 5.6%，有效吸收了钢水中的 Al2O3。

表8 高Ca O中间包涂料的性能

另外，试验表明，Mg O－Ca O 涂料可明显降低铝镇静钢的总氧含量;在Mg O－Ca O 材料为容器的试验中，当Ca O含量(w)为 20% ～ 25% 时，钢中的硫、磷也明显降低。

综合考虑，控制水化因素、施工、吸收夹杂等因素，镁钙涂料中 Ca O 含量(w)控制在 20% 左右较为适宜。4.3.2中间包挡渣堰

为了防止钢水卷渣而形成非金属夹杂，在优化设计或水模拟试验的基础上，在中间包里设置了挡渣堰。发展初期用高铝材料，现在已经较普遍使用镁质挡渣堰。为了提高挡渣堰本身吸附钢水夹杂物的作用，有人提出要发展镁钙质挡渣堰。

4.3.3中间包的保温

目前中间包永久层一般采用重质高铝浇注料，虽然能满足工艺要求，但保温效果不好，导致中间包钢壳表面温度偏高，钢水降温较快。如果能开发出保温效果好、满足工艺要求的永久层，同时注重覆盖剂和工作层的保温效果，则钢水在中间包内的温降会明显降低，有利于连铸生产稳定运行。有人认为，如果同时重视钢包和中间包保温问题，按照目前的技术能力，至少可使转炉出钢温度降低～ 20 ℃。这样，对稳定钢厂生产运行，降低钢厂成本和减少非金属夹杂都有重要意义。4.4连铸“三大件” 随着连铸技术的发展，连铸“三大件”在不断进步，尤其是浸入式水口。人们重点围绕渣线高抗侵蚀，防止对钢水增碳以及 Al2O3的结瘤堵塞等方面做了大量工作。其中，高抗侵蚀的渣线有 Zr O2－ C、Zr O2－Zr B2－C、Zr B2－ C 等材质。在防止结瘤和 Al2O3堵 塞 方 面，开 发 了 Ca Zr O3－ C、BN － Al N － C、O’-Si Al ON－ Zr O2－C以及无硅无碳材质等。日本人 Yochiro Kawabe 等率先开发的铝镁尖晶石 和Al2O3－Si O2材料用于内衬，从根本上减少了水口内壁网状氧化铝来源，是一种非常有前景的防氧化铝堵塞的内衬材料，有利于洁净钢的冶炼。其材料的化学组成及物理性能如表 9 所示。

将以尖晶石材质为内衬的浸入式水口用于 Mn O系非金属夹杂物多的高氧钢，与原来的 Al2O3－ C 质浸入式水口相比，熔损量减少到 1 /10，Al2O3结瘤明显降低，浇铸后水口内壁工作面平滑。

表 9 铝碳本体材料和内衬材料的理化性能

以组成相近的 Al2O3－ Mg O 尖晶石材质为内衬的浸入式水口用于深冲钢、无取向硅钢和超低碳钢，连浇7 炉，水口内衬无 Al2O3沉积，明显降低了对钢

-4液的污染。浇注超低碳钢时钢液平均增碳 1.110%，比用普通铝碳水口增碳

3.810-4%，明显下降。

目前，国内的连铸“三大件”生产企业至少在 30家以上，其生产的大多数材料能满足连铸工艺的要求(质量稳定性有待进一步提高)。而薄板坯浸入式水口能满足要求的国内厂家很少，其主要原因有以下几个方面: ①水口壁厚受到结晶器宽度的限制;②高拉速下，低黏度和低熔点的结晶器保护渣加速了水口侵蚀;③高纯材料的使用需要更好的防氧化保护;④复杂的水口设计，使其对热震更加 17 敏感。对洁净钢用耐火材料的展望

20世纪80年代以来,由于冶金技术的发展和新型耐火材料的出现,钢铁生产用耐火材料的质量在提高,耐火材料内衬的使用寿命在延长,耐火材料消耗在降低。表10列出了美国先进钢厂的耐火材料消耗。由于一代高炉寿命提高到10～ 15年,炼钢转炉的内衬寿命从约1 000炉次跃升至10 000炉以上,炉衬耐火材料消耗大大降低。另一方面,由于对洁净钢的需求旺盛,炉外精炼发展强劲和连续铸钢稳步发展,这部分耐火材料的用量却在不断攀升,我国钢铁工业用耐火材料也出现同样的趋势。这些情况清晰显示,耐火材料产业的枯荣与洁净钢的发展紧紧相连。

表10美国先进钢厂的耐火材料消耗

洁净钢生产用耐火材料大多属于科技含量高、经济效益好、资源消耗少和环境污染少的产品,正好迎合我国耐火材料工业结构调整和发展的需要。大力发展洁净钢生产作为钢铁工业的重要发展方向之一,必将为加速耐火材料工业的现代化步伐注入持久强劲的动力,使耐火材料朝着优质、高效、功能化、低污染(绿色)的方向发展。

6结语

本文回顾了洁净钢的发展史，针对目前市场对洁净钢的发展需求，重点讨论了钢液中成分与耐火材料的关系，之后分析了当前洁净钢用耐火材料的发展（包括钢包、中间包、连铸三大件）。最后，对今后洁净钢用耐火材料的发展趋势做出了大致的预测。

【参考文献】

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古代冶金三绝 篇3

越王自作铜剑

中国古代的小说中充满对剑的渲染，首都剧坛上曾演出过《吴王金戈越王剑》。“越民铸宝剑，出匣吐寒芒。”据古书记载，越王勾践请名剑师欧冶子为他铸造了5把剑，名为湛卢、纯钩、胜邪、鱼肠、巨阙，把把削铁如泥，价值连城。

1965年在湖北江陵县楚墓中出土了越王勾践自用剑，使人们有幸重睹这一瑰宝。在国内外引起很大轰动。这把青铜古剑全长55.7厘米，宽4.6厘米，柄长8.4厘米。整个剑身并不是平滑的，而是遍布菱形花纹。剑格（柄和剑身连接处）两面用蓝色琉璃镶嵌，剑身有8个错金篆体铭文：越王勾践自作用剑。

这把世界上最古老的青铜宝剑距今已有2400多年，科学家鉴定后大吃一惊，原来这口剑不是由单一的锡青铜铸成，而是成分不同的复合铜件。剑脊和剑刃含锡量分别为10%和20%左右，这样一来就使脊部比一般青铜柔而坚，具有足够的韧性，保证在格斗中经得起撞击而不致折断;刃部质硬而挺，刃口锋利，能洞穿铠甲，其锋不摧。在试验中，用手握剑轻轻一挥，竟把叠在一起的多层白纸截断，真可谓天长地久，宝刀不老。

更有奇者，这把宝剑的成分中还含有少量的铝和微量的镍。在灰黑色的花纹和黑色的剑格中，还含有硫。这些选择都符合现代冶金原理。现在，青铜已不再用于刀具，但是铝青铜和镍青铜却是铸造齿轮、蜗杆、轴套和阀门的重要材料。含锡量大于20%后，青铜就会变脆，塑性和韧性极度恶化，而古剑的锋锷正确地利用了这个极限量。

2000多年前的欧冶子如何在铸造一把剑时调整各种元素的成分，最后达到天衣无缝，浑然一体，这无疑一个极大的谜，也是一绝。

奎塔勃铁柱

在印度德里郊外有一个古老的铁塔，名叫奎塔勃，它实际上就是一根巨大的神秘铁柱，但闻名世界。据说，这根铁柱是公元四五世纪一位国王出征胜利的记功碑。铁柱高7米多，底部直径约半米，略带锥度，到顶部缩至30厘米，柱冠直径再次增大，仿佛托着一叠花饼。整个铁柱估计重量为6吨。

铁是一种易锈蚀的金属，因此保留下来的古铁器要比古青铜器少得多。这根古铁柱放置在露天，经历了1500年的风风雨雨，奇怪的是至今丝毫没有生锈，柱身上镌刻的字迹、笔划清晰如新。这一奇迹从20世纪初就引起了科学家的重视，他们试图用现代科学原理来解释这一现象。然而考证和分析导致了旷日持久的争论，一直到20世纪末，英国、瑞典和日本的学者还在发表不同的见解。

从有关的资料看，奎塔勃铁柱几乎是钝铁，它是用一种古老的锻造工艺制成的。首先，把铁矿石直接放在巨大的木炭炉内，用脚踏风箱吹风加热，矿石并不熔化，而是得到疏松的海绵状铁块，然后再用手工锻打，挤出大部分渣子。巨大的铁柱就是用这些铁块在木炭焰火加热下锻打焊合而成。这种铁属于高磷低硫铁，并含有少量的铜。柱身上有一层棕黑色氧化膜，如果剥去氧化膜，颜色逐渐加深，数年以后与周围氧化膜已无法区分。这就是铁柱似锈非锈的秘密所在。一些学者认为铁柱的成分合理，与现代耐候钢所含的元素大同小异。

另一些学者认为，奎塔勃铁柱至今不锈是因为处于一种特殊的环境之中。德里气温高而干燥，工业污染很少。大气中没有二氧化硫一类酸性气体，铁柱经常受到教徒们的顶礼膜拜，鉴赏抚摩，加之人畜混杂，排放出大量氨气，因此大气中主要是碱性气体，对钢铁具有保护作用。教徒们身上和手上的油脂抹在铁柱之上也起到了防锈的作用……

浑厚沉着的铁柱屹立千年，默默不语，究竟谁能道出它真正的奥秘呢？

大马士革宝刀

在13纪以前的200多年内，强悍的阿拉伯铁骑与东侵的十字军多次激战在沙漠里，那寒光闪闪的大马士革宝刀曾使多少侵略者丧胆。据说古叙利亚工匠制造的这种弯刀锋利无比，把一根头发吹到刀刃上，立刻被分割成两段。遗憾的是宝刀尚能找到，但冶金和锻造技术久已失传。

许多年来，大马士革刀蒙着一层神秘的色彩。锻打刀剑的铁饼产于印度，装船运至波斯，被叙利亚工匠锻打成宝刀，而装船运至欧洲，再高明的工匠锻打时，也是钢花四溅，脆得无法成形。据说叙利亚工匠之所以成功，是每次锻打一把宝刀前要杀一只鸡，把鸡血溶到钢中去……

20世纪70年代，美国斯坦福大学的两位冶金师无意中揭开了大马士革宝刀的秘密。这两位科学家都是研究金属的超塑性的。利用金属的超细晶粒组织获得超塑性后，就能使难加工金属如钛合金和不锈钢变得驯服。超塑性金属软如饴糖，伸长几十倍，吹塑成薄壁形状也不会断裂。

阻止金属晶粒增大的办法之一是在铁中加入大量的碳，这样就形成了高碳钢。但是含碳量达1.5%时，又形成了大量脆性的渗碳体网状组织，以致这样的钢根本无法加工。现代高碳钢的含碳量一般不许超过0.65%。

大马士革钢的制造者不知用一种什么方法，既保持了相当高的含碳量，又避免了脆性，注入鸡血当然是无稽之谈。美国的冶金师首先使超高碳钢处于超塑性状态，再用连续轧制方法把它加工成刀具，从而制成了新的大马士革刀。

顺便一提，超塑性钢的最大用户并非民用刀具，而是汽车、船舶和飞机制造业。

【责任编辑】张田勘

冶金材料 篇4

1 ISO分析方法标准

ISO, 即国际标准化组织, 其对不同的冶金材料仪器分析方法都制定了相应的标准, 包括钢铁化学、铁矿石和直接还原铁、铜、钒、铬、锰等等, 并且逐渐对一些稀有金属的仪器分析方法标准进行制定, 逐渐完善各项标准的内容。如对钢铁的分析方法有很多种, 不同元素的分析方法所采用的标准也有一定差异, 为此ISO也在不断的完善其分析方法标准, 目前关于钢铁方面的分析方法已经形成了ICP-AES分析方法标准。这一标准是在FAAS标准的基础上所形成的, 其相对更完善, 适用性也更强。近些年, ISO又开始启动了一些新的冶金材料仪器分析方法标准的制定和完善工作, 这主要是针对各种合金方面而言, 并也取得了一些成绩, 锌合金、钛合金等都分别形成了各自的分析方法标准。

2 JIS分析方法标准

JIS, 即日本工业标准调查会。日本很早就比较注重冶金材料分析方法标准的制定和完善, 并且JIS分析方法标准有一套较为完整和规范的标准修订运行体系, 这为其在标准制定和改进方面提供了极大的便利, 这是JIS分析方法标准能够被国际广泛认可的主要原因。并且相对于ISO而言, JIS分析方法标准对冶金材料方面的标准制定更重视, 目前其在钢铁、铁矿石、有色金属等多个方面的标准要比ISO更为完善健全, 制定有AAS、ICP-AES、XRF以及红外吸收法等多个分析方法标准。

3 ASTM分析方法标准

ASTM, 即美国材料与试验协会, 其同样在冶金材料仪器分析方法给予了很大程度的重视, 相对于化学分析方法标准而言, 对仪器分析方法标准的修订较为频繁, 极大的促进了仪器分析方法标准的完善。

目前, ASTM在钢铁及其合金材料方面有很多分析方法标准, 如E350、E352等等。另外, 其在镍基材料的仪器分析方法上制定了较多的标准, 有原子发射光谱、XRF、ICP-AES分析方法等, 其中后者的使用相对比前两种要少, 尤其是钢铁材料分析中几乎不使用ICP-AES分析方法。尽管目前ASTM较为注重冶金材料仪器分析方法标准的修订, 但是其很多标准也都是在近几年间逐渐修订和完善的, 而在镁硅铁合金、铌铁、铬铁等铁合金方面的仪器分析方法标准都还都没有涉及到。

4 GB分析方法标准

GB, 即中国国家标准。我国是一个冶金大国, 拥有非常丰富的金属储藏量, 因此我国对冶金材料的分析方法标准也非常重视。早在20世纪80年代, 我国就已经通过对分析方法的试验研究和实验室间的验证试验, 基本上完成了包括钢铁、铁合金、铁矿石、锰矿石、有色金属、耐火材料等的冶金材料分析方法标准的制定, 并在九十年代以来又陆续对其进行修订。

近十多年来由于AAS光谱仪、ICP-AES光谱仪、XRF光谱仪的推广, 各种材料测试领域对其分析方法深入研究, 制定了一批AAS分析方法、ICP-AES分析方法、X射线荧光光谱分析方法、金属中气体元素分析方法标准, 对一些原化学分析方法进行改进, 采用电位滴定方式判断滴定终点, 提高了测量准确度和精度。特别对钢铁、铁矿石、锰矿石、铬矿石、各有色金属、铁合金等材料, 基本上都制定了AAS、ICP-AES分析方法标准。我国制定的ICP-AES分析方法标准的数量和涉及而超过了ISO, JIS, ASTM等标准。

有色金属分析中, 制定了铝和铝合金、锌和锌合金、金属镍、金属铅的火花发射光谱国家标准, 铜和铜合金、锌及锌合金、铝及铝合金、镁及镁合金、钦镍合金、铅锡焊料等ICP-AES方法国家标准, 另外还制定了多种材料的ICP-AES方法等仪器分析的行业标准。

另外在铁合金、矿石等材料分析中, 亦制定了不少ICP-AES, 红外吸收等分析方法国家标准和行业标准。可以说, 近年来我国制定的仪器分析方法, 不论涉及材料的品种、分析元素, 还是采用的分析方法, 都要多于相应的国际标准和国外标准。

与国际接轨, 积极采用国际标准和国外先进标准, 并参与国际标准的制修订, 是我国的一项重要的技术经济政策和标准化工作的指导思想。我国是ISO/TC17/SCl和ISO/TC102的成员国, 充分利用现有的资源, 发挥优势, 积极采用ISO方法标准, 并参与钢铁和铁矿石分析方法国际标准的制修订工作, 取得不俗的成绩。近年来我国作为起草国, 修订了《钢铁硫含量的测定重量分析法》 (IS04934:2003) 、制订了《钢铁砷含量的测定分光光度法》 (IS017058:2004) 和《合金钢锰含量的测定可视及电位滴定法》 (ISO 18632:2010) 方法标准。另外, 我国提交了《辉光发射光谱法测定钢铁多元素》和《ICP-AES法测定钢铁中钙和镁》的分析方法草案, ISO/TC17/SCl已经通过立项, 成立了相应工作组。与此同时, 我国还参与多项钢铁化学分析方法国际标准的共同试验工作, 多次组织和参加分析测试能力的国际比对试验, 都取得了良好的成绩。

另一方面, 我国在钢铁、铁矿石标准制修订中积极采用国际标准和先进国外标准。钢铁分析方法中红外吸收法测定碳硫, 热导法测定氮, 原子吸收法测定锰, 金属覆盖层厚度的测定, 镀锌层单位而积质量, 铁矿石中钻、锌、铅、锡、镍、铝、铬、钒和锰等元素的FAAS分析法, 离子选择电极测定氟, 卡尔费休法测定化合水, ICP-AES法测定铝、钙、镁等元素方法都是等同或修改采用ISO分析方法, 而钢铁中多元素的ICP-AES法则是修改采用JIS分析方法。另外, 不少化学分析方法亦等同或修改采用ISO分析方法。

结束语

总之, 冶金行业在现代得到了快速的发展, 冶金材料的种类越来越多, 这也给冶金材料的质量检测带来了较大的挑战。因此世界各国也都非常重视完善冶金材料的相关检查标准。目前在冶金材料的检测中, 仪器分析方法是最常用的检测方法, 尤其是近些年科技水平日益发达的情况下, 仪器的精度越来越高, 种类也越来越多, 每种仪器的检验标准都不相同, 这为冶金材料的管理带来一定不便, 因此有必要加强对冶金材料仪器分析方法标准的研究。本文中对现有国内外相关标准的研究进展进行了分析, 希望可以为相关人士了解这些标准提供一些参考。

参考文献

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粉末冶金材料学复习内容 篇5

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。

冶金集团：履践先行 勇者无疆 篇6

“中共云南省委、省政府的思路非常好，目标也振奋人心。但是，就云南的现实来说，如果不解放思想、不敢于突破和承担责任，很多事情是做不成的。”在2013年云南两会现场上，云南冶金集团董事长、第十二届人代会一次会议代表——董英如是说。

云南冶金集团股份有限公司（以下简称云南冶金集团）是以铝、铅锌、锰、钛、硅五大产业为主，集采选冶、加工、勘探、科研、設计、工程施工、装备制造、内外贸、金融、物流、房地产以及冶金高等教育为一体的大型企业集团，现有成员单位70余户，其中云铝股份和驰宏锌锗为A股上市公司。云南冶金集团连续11年入围中国企业500强，综合实力位居全国有色金属行业和云南省属企业前列。

作为一家具有悠久历史的省属国有企业，云南冶金集团也曾在不同的历史时期遭遇到不同的发展瓶颈。面对发展中的阵痛，云南冶金人没有气馁，而是脚踏实地、奋勇创新，终于使云南冶金这个有色金属领域的困难企业发展成如今的领头羊。

2012年，对于冶金行业来说是继2008年“全球金融危机”后的又一“寒冬”之年。面对整个行业的收缩之态，云南冶金集团逆势而上，连续四年固定资产投资完成额度超过80亿元，抓住整个行业低谷期的机遇进行大投入、大发展，为在行业复苏时占据更加有力的竞争位置打下了坚实基础。

延伸产业链

董英认为，“原地踏步没有出路，居功自傲也没有出路，只有不断开辟新的领域才能促进企业的长久发展。”

2012年，云南冶金集团面对冶金市场不景气、全行业大面积亏损的严峻环境，通过完善产业布局，延伸产业链，逆势有为，实现全年销售收入300亿元，同比增长50%。除了延伸硅产业链，云南冶金集团还在新兴的钛产业上加快布局，借此机会对此次行业严冬中暴露出来的产品单一、受市场波动影响大的弱点进行弥补，为企业保增长、保发展提供多重保障。

此外，记者了解到，云南冶金集团还充分利用行业冰点期竞争相对较小的机会，实现了在云南全省13个州市的产业布局，牢牢抓住了传统业务优势。2012年云南冶金集团投资近50亿元的文山80万吨氧化铝项目顺利竣工投产，完善了从铝土矿开采到铝材加工的整条产业链，填补了云南没有氧化铝工业的历史空白；随后，该集团位于建水的产业集群宣布竣工，其中包括年产68万吨铝、年产90万吨碳素和年产50万吨铁合金的3个项目，总投资近130亿元。

抓住传统优势业务不放松，补齐新兴产业短板，云南冶金集团顺利实现了在行业严冬中的逆势而上，2012年完成固定资产投入70多亿元，在建项目27个，在建项目总规模超过600亿元，为进一步发展打下了基础。

发展绿色经济

谈及工业尤其是重工业的发展，人们普遍会有把重工业同高耗能、高污染相挂钩的惯性思维。而云南冶金集团，就以其现代化的节能减排手段，提出大力发展云南“绿色载能产业”的发展思路，彻底颠覆了传统重工业耗能大户、污染大户的形象。

多年来，云南冶金集团秉承“诚信、责任、合作、和谐、创新”的核心价值观和“履践先行、勇者无疆”的企业精神，以“世界一流、行业领先”的目标定位，依靠科技进步，走出了一条“资源节约、环境友好、循环可持续”的新型工业化发展道路。

“我们现在五个主要制造版块里面都是生态环保，这方面我们称得上是‘业内标杆，世界一流’。现在，国家产业内有很多节能环保标准都是参照我们的制定的。”董英开心地告诉记者。

云南冶金集团主体企业的生产工艺、技术、装备和环保、节能减排指标均处于国内领先、国际先进水平。其中，云南铝业股份有限公司（以下简称云南铝业）和驰宏锌锗股份有限公司（以下简称驰宏锌锗）已分别成为电解铝和铅锌生产的标杆企业。云南铝业是全国有色金属行业、中西部地区工业企业中惟一一家“国家环境友好企业”，荣获“中华环境优秀奖”及“全国文明单位”的称号。驰宏锌锗是国家第一批循环经济试点企业，曾荣获“全国矿产资源合理开发利用先进矿山企业”称号。

“下一步，我们会努力让钛、硅生产都要成为行业的标杆。”董英告诉记者。

绿色企业不仅仅是指那些拥有花园式工厂的工业企业，更重要的是要考量一个企业是否真正把节能环保融入到企业日常生产的各个环节以及是否把绿色发展真正融入企业的发展价值观之中。转变经济发展方式，发展绿色经济，是云南冶金集团所承载的光荣历史责任。

展“标杆”风范

云南冶金集团作为云南冶金领域的龙头企业，并没有因为其在省内一枝独秀的优势而固步自封。现在的云南冶金集团，在铝、铅锌、锰、钛、硅五个主导产业的建设上都是以“树立业内标杆、争创世界一流”为目标。通过公司上下的不懈努力，云南冶金集团在铝、铅锌、锰冶炼等领域已经取得领头羊地位。单位能耗指标、污染排放指标、资源利用指标、劳动生产效率均位列行业前列，有效提升了企业的竞争力。

冶金行业从来不是一个顺风顺水的行业，早在二十世纪90年代就被视为“夕阳产业”，然时至今日，云南冶金集团也面临诸如地方政府、电网和集团三方合作层次较低等一系列问题的挑战。

面对困难和挑战，冶金集团并没有甩包袱，更没有将希望完全寄托于等、靠、要上，而是在政府的支持和帮助下，自强地挑起了发展前行的重任。“企业的任务是创造财富，不是去吃偏饭，不是去要这些好处，那不是本事。”董英掷地有声地告诉记者，“我们不能把主要功夫下在如何争取支持上面，而是要下在市场上，下在如何让自身强大上。”

实现目标的过程中，困难重重。董英认为：“中国没有一件办不成的事，但是也没有一件好办的事。冶金历来的文化就是迎难而上，从来不会因为有困难、有风险就不做。”董英笑着向记者说出了冶金人常说的玩笑话，“有困难要上，没困难创造困难也要上。”所以，冶金人历来在确定发展目标、发展思路、发展方向上，从来不喜欢选捷径，也不会为短期的效益左右为难，而是将发展的眼光放向长远的方向。

2013年，云南冶金集团预计将实现销售收入415亿元，争取在2011年销售收入200亿元的基础上翻一番，提前一年完成中共云南省委、省政府提出的“三年倍增”的目标。“2013年的目标已锁定，措施和责任也明确，责任书也签了，下一步就是落实的问题。”董英说道。

云南冶金集团，正以其独立自强的强者风范，在七彩云南履践先行、甘当大任，为云南经济的发展贡献积极力量。

冶金材料 篇7

能源是支撑人类发展的重要物质保障, 没有能源的供应人类就不能生存和发展, 但是随着世界经济的快速发展和全球人口的不断增长, 资源在大量消耗。石油、天然气、煤等主要能源在大量流失, 而这些都是不可再生资源, 是需要上万年的积淀才能形成的, 所以人类正在进入能源危机。开发新能源是大势所趋, 其顺应了时代发展的要求, 而利用粉末冶金技术制作新能源材料可以提高效率以供应化工产业的发展。粉末冶金技术既吸收了传统冶金技术的优势又整合了现代的科学技术, 更加现代化和科学化, 更能够满足现代工业的发展和促进未来新能源的开发。

1粉末冶金技术的特点

粉末冶金技术是将矿石以粉末的状态进行冶炼, 过去传统的方法是将整块的矿石进行提炼之后进行冶炼, 相比较而言新技术提高了资源利用率, 然而对块状的矿石进行提炼受技术和矿石的大小的影响, 中国提炼技术虽然在逐渐提高但是仍旧只能够提炼出矿石中70%到80%的有效成分, 剩下的将被大量废置, 不仅浪费了矿石中的资源, 矿石露天堆放还会造成环境破坏, 因此必须对冶金技术进行改进, 提高冶金技术的水平, 对材料进行扬长避短, 最大程度地发挥各种冶金材料的作用, 提升使用效率, 从而可以生产出更加高性能的陶瓷材料, 并且可以大幅度降低生产成本, 同时现在的冶金技术还可以制造出具有特殊功能以及特殊结构的产品[1]。此外利用现在的粉末冶金技术还可以对废矿石和废旧金属材料进行回收利用, 有效地节约资源, 提升资源的使用效率, 提升经济效益, 最大程度地实现可持续发展。

2粉末冶金技术的分类

2.1传统粉末冶金材料

首先, 铁基粉末冶金材料。这是最传统的冶金材料同时也是最重要的一种冶金材料, 可以广泛应用于现在汽车制造业和其他行业。同时随着现代社会的不断发展, 它的应用范围会更加广阔。其次, 铜基粉末冶金材料。这种材料的种类较多, 并且具有较好的耐腐蚀性, 在电器制造行业被大范围应用。再次, 硬质合金材料。这是一种熔点较高的材料, 具有较强的硬度和强度, 现在广泛应用于高端技术领域, 比如, 核武器、核能等。最后, 粉末冶金电工材料和摩擦材料。粉末冶金材料被广泛应用于电子领域。尤其是21世纪快速发展的中国通讯技术使得中国对粉末冶金材料的需求大大增加[2]。除此之外粉末冶金材料还被应用于真空技术领域。摩擦材料具有极强的耐摩擦性, 可以使运动的物体减速甚至停止, 现在被广泛应用于汽车的摩擦离合器和摩擦制动器等地方。

2.2现代先进粉末冶金材料

第一在信息领域的粉末冶金材料。信息领域的这种材料主要是指粉末冶金软磁材料。具体是指金属类材料以及铁氧体材料。20世纪80年代以来随着人们对磁性记录材料的研究, 不仅大大促进磁性记录材料的发展, 同时也进一步促进中国对于粉末冶金软磁材料需求。第二是在能源领域的粉末冶金材料。能源材料在促进中国能源开发之中具有重大作用, 这些材料包括储能材料以及新能源材料两大类。新世纪的到来使得人们对于能源的需求越来越大, 传统的能源已经不能满足人们的需求, 因此人们在不断开发新的能源, 对于新能源材料的开发促进了燃料电池和太阳能的开发。第三是在生物领域的粉末冶金技术。生物材料技术对中国社会的向前发展具有重大的作用, 中国现在已经把生物技术列入国家的战略计划之中, 生物材料不仅是中国也是世界在未来主要研究的领域。生物材料分为医用材料和冶金材料, 可以促进人类身心健康的发展同时也可以促进金属行业的发展。第四是在军事领域粉末冶金材料。航天领域要求材料要有极高的强度和硬度, 同时也要有极强的稳定性。最重要的是耐高温。 在核军事工业, 使用粉末冶金技术可以促进核军事工业技术的不断向前发展, 这也使其成为现在的冶金材料之中不可缺少的一种材料。此外, 新型核反应堆对防辐射和防止核泄漏的材料提出更高的要求, 而采用粉末冶金技术可以有效增加核反应堆的安全性, 有效降低核反应堆核辐射强度[3]。

3结语

新能源的开发和利用是解决人类能源问题的唯一办法, 新能源材料是发展和利用新能源的关键所在。粉末冶金作为一门先进的新材料制备与合成技术, 在新能源材料的发展过程中起到了关键性的作用。本文详细介绍了粉末冶金技术在能源开发领域中的应用。只有不断开发新材料才可以促进现在中国能源的不断向前发展, 更好地坚持可持续发展的战略, 保障中国能源的安全。同时新能源主要能降低碳排放, 优化能源结构以及更好地实现人类健康发展, 而粉末冶金技术在新能源领域应用十分广泛, 对新能源的开发和利用具有不可替代的作用, 因此必须促进粉末冶金技术的发展, 实现健康发展。

参考文献

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[2]周科朝.高性能铁基粉末冶金材料及制备技术的现状与发展趋势[G]//中国工程院.中国工程科技论坛第151场——粉末冶金科学与技术发展前沿论坛论文集.北京:高等教育出版社, 2013.

冶金材料 篇8

1建设目的

1.1保证学生顺利实践

保证学生顺利实践的核心在于校外实践基地的建设。一方面,学生们通过实践活动可以锻炼其动手能力和创新能力,提高自身就业素养,积累一定的社会经验;另一方面,也可以拉近学生与就业单位之间的关系,为学生创造更多的就业机会。校外实践活动不仅可以强化学生的专业知识素养,还可以提高学生感性认知及创新能能力,是培养学生实践动手能力和创新能力的重要环节,也是学生进入社会的枢纽。积极建设高效率、高质量的校外实践基地有助于学生们更快地适应社会工作。

1.2降低学生的失业率

校外实践基地的有效建设有助于降低学生们的失业率。近几年,我们国家高等院校始终保持扩招状态,学生就业问题一直是社会热点。就当前来说,每年的高等院校毕业学生均600多万人次。显而易见,就业压力是非常显著的。高校的不断扩招在一定程度上加大了学生的就业困难。相关数据显示,积极参与社会实践活动的学生在毕业以后更容易找到工作,并且薪资情况也高于平均水平。所以,“以就业为导向”的实践活动基地的建设是非常有必要的,一方面,学校通过校外的实践活动为企业与学生提供更多的选择机会;另一方面,培养大学生的实践能力,在最大程度上缩短大学学习与就业上岗培训时间。

2建设思路

2.1探索学校与企业之间的协作机制

积极探索学校与企业之间的协作机制,建设多元性、稳定性、长效性的实践基地。以“互惠互利、双向受益”为核心进行建设工作,且必须考虑学校与企业双方长期发展前景,着眼于学校所依托的行业优势及区域位置,建立长期、稳定的合作机制,校企能够在科学研究、教学、实践等方面进行全方位的合作。教师们也可以在企业进行产品的研发、技术服务等工作,为企业带来一定的技术支持,有助于提高企业工作人员的积极性及教师自身的教学技能,实现双面共赢。

2.2建立“一站式”实践模式

积极建立“以就业为导向”的“一站式”实践模式,即“校内实训(技能培训和从业资格证考试培训)—校外实训(岗位练兵)—顶岗实习”的实践方式,如图1所示。

2.3校企合作是职业教育发展的趋势

学校与企业合作的教育模式并不是新名词,在国际范围中,它是职业教育发展到一定程度的趋势。现阶段,这也是我们国家高级职业技术教育中最为典型的一种培养方式。它是以社会及市场需求为导向,目标在于培养学生的全方位素养、实践能力和竞争力等,借助高校与企业教育环境和资源的差异性,有效地将课堂理论教学与实践操作相结合,培养适合不同单位的高级应用型人才。该模式的核心在于培养学生的实践能力、职业素养及竞争力等,充分利用校企的教育资源,有效结合课堂理论教学与实际操作,实现校企文化的有机结合,以及教育资源与职业培训的结合。学校与企业的有效结合是将市场需求作为导向,培养符合用人单位招聘标准的学生,将学生的课堂学习与有计划、有指导的实际工作经历相结合,目的明确,效果明显。

3建设具体措施

推进冶金材料类毕业生就业见习、实习基地建设的有效措施包括以下几种:①整合建设校内外实践基地,优化相关专业设置及培养方式,在教学活动中做到更加职业化、开放化,让学生的实践活动更具有行业化和规范化,尽可能地缩短学生的工作适应时间;②积极建立学校与企业之间的现代化合作机制,让双方互惠互赢,进一步建立多元性、稳定性、长期性的实践基地;③建立“以就业为导向”的“一站式”实践模式,进而提高学生的社会实践能力和参与能力;④大力开展“校企合作教育”,依托各优质企业的“企业开放日”“暑期实习夏令营”等平台,组织本院学生积极参与,广泛利用社会资源锻炼学生,培养学生的适应能力,增强其就业竞争力。

4结论

本研究依托学科平台,将建设学校与企业之间的协作机制作为核心内容,坚持以“培养有素质、有能力、有文化的人才”为根本思想,积极建立“以就业为导向”的“一站式”实习模式及职业化的管理模式,大力开展校企合作相关活动,让学生们的实践呈现出长期性、制度性、实际性的特点,进一步提高学生的社会实践能力和参与能力。

摘要：根据湖南工业大学冶金专业的实践活动情况,以实践教师、学生及企事业单位等个体作为调查对象,进一步探索学校与企业之间的现代化协作机制,积极建设“以就业为导向”的实践活动基地。

关键词：冶金材料类,毕业生,实践活动,实习基地建设

参考文献

[1]周雄文,陈艺锋,刘友良.面向冶金行业培养应用型人才的综合素质[J].中国冶金教育,2010(6):1-4.

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[3]张革英,刘友良,刘光辉.当代大学生就业诚信缺失的原因与对策探析[J].当代教育论坛,2010(8):73-74.

[4]向楷雄,刘友良,张革英.“冶金特色”环境下的就业工作研究[J].中国冶金教育,2013(5):21-23.

冶金材料 篇9

1 试验

1.1 材料的配制

按表1配方称取各种粉末,配制四组试样,每组试样重量为100g,混合均匀后,在340MPa压强下将混合料在内径为55mm的圆筒型钢模中压制成坯块。

1.2 压制方法

粉末试样分为四组,分别加入圆筒型钢模中,在CHT4106型100t微机液压万能材料试验机上压制,根据钢模的内径面积,加载压力为800kN,四组采用相同的粉末压制压力,压制压强为340MPa,压制次数分别为1～4次,使用相同的压力机加载速度和加载方式,每次压制保压3min[2];多次压制时,完成一次压制后卸载不取料,再进行第二次加载直到达到所需的压制次数。

1.3 测试方法

根据GB/T10421-1989测定材料密度,通过S-4800型扫描电镜观察粉末形貌。

压坯密度ρp可以通过以下计算公式得出[4]:

式中,M-圆柱压坯质量,g;r-阴模内半径,mm;H0-粉末装填阴模模腔的初始高度,mm。

材料的硬度测量,使用HRS-150型材料试验机,测定材料表面的洛氏硬度。

2 实验结果与讨论

2.1 不同粉末的形貌

四组试样所用粉末SEM形貌,如图1所示。

2.2 压制压力与粉末压缩高度关系曲线

四组试样经过不同的压制工艺,得出的压力位移曲线如图2所示,图2(a)、(b)、(c)、(d)分别表示在使用1～4次压制下,压制压力与粉末被压缩的位移变化曲线。由图2(a)可见,第一次压制时,第一阶段为弹性变形阶段,随着压力的增加,压制位移陡然增大,铜粉也渐渐被压实,压坯密度随着压力的提高有很大增加;第二阶段为塑性变形阶段,随着压力的进一步增加,压制位移增速有所放缓,这是由于随着压力的提高,当模腔内压强达到200MPa时,超越了铜粉的屈服强度,铜粉颗粒之间空隙减少,铜粉的变形也渐渐由弹性变形转化为不可回复的塑性变形,应变抗力增大,故粉末的压制位移增速放缓,压坯的最终密度亦是由此阶段的压强决定;第三阶段为保压阶段,当压力达到所设定的压制压力800kN时,进入保压阶段,保压时间为3min,在此阶段试验结果显示压制位移不再增加,压坯密度亦不再增加,此阶段的主要目地是维持压坯的密度,防止陡然卸荷后发生明显的应变回复而使压坯密度降低;第四阶段为卸荷阶段,保压3min后液压机卸荷,在此阶段,压制位移迅速回复,压坯密度也随之减小,当临近完全卸载时压制位移回复速度陡增,这是由于铜基压坯自身的弹性回复造成。

(a)电解铜粉(b)铁粉(c)锡粉(d)石墨粉

(a)第一次压制(b)第二次压制(c)第三次压制(d)第四次压制

完成第一次压制后,试验又对其他三组试样分别进行了压制,每组试样每次压制所获得的压制曲线大致相同,其中第三组试样进行了三次压制,如图2(c)所示,由这三次压制所得的结果来看,当试样进行第二次压制时,随着压力的增大,压制位移变化速率较之第一次压制明显降低,卸荷后应变回复明显,压制完成后压制位移变化较小;进行第三次压制时,压制曲线和第二次相似,但压制位移变化进一步减少;当试样进行第四次压制时,如图2(d)所示,此次压制应变回复剧烈,达到所定的压力卸荷后,压制应变完全回复,没能使试样进一步压实,这表明铜基粉末在此压力下,应变已达到最大程度,增加压制次数已无法使试样进一步压实。

2.3 压制次数对铜基压坯密度的影响

四组试样分别经过1-4四次压制后,四组压坯经测量得知,圆柱形压坯的直径均为55mm,每组压坯的压坯高度,见表2。

由表2可见,随着压制次数的增加,压坯逐渐被压实,但随着压制次数的增多,压坯高度变化越来越不明显,这是由于铜粉颗粒只有在受到更大压强时才能进一步形变压缩而不回复,单单依靠增加压制次数铜基粉末已无法进一步被压实。

经称量,每组压坯质量均为100g,压坯直径均为55mm,因而压坯高度直接决定着压坯的密度,经计算压坯密度-压制次数关系曲线如图3所示。

可见,随着压制次数的增加,压坯密度有所提高,但进一步增加压制次数压坯密度变化不大。

2.3 压制次数对铜基压坯硬度的影响

图4为每组试样使用不同压制次数加压到800kN后卸载所测定的压坯表面硬度值。可见,每次压制均能提高压坯的表面硬度,但当进行第四次压制时,压坯表面硬度提高的幅度明显降低。

多次压制能提高压坯表面硬度,这是由于当首次压制卸荷后,压坯产生了应变回复,此时再进行第二次加载,首次加载所形成的压坯再次发生塑性变形,压坯晶粒发生滑移,并出现位错的缠结,晶粒被进一步压扁、破碎并产生纤维化,金属内部产生了残余应力,这实际上起到了加工硬化的效果,因而第二次加载卸荷后,压坯的表面硬度要高于第一次压制。

而当压坯经过数次压制后,由于压坯内晶粒变形已十分严重,不提高压制压力压坯晶粒之间已无力再形成新的位错,因而硬化效果变得不太明显。

3 结论

(1)多次压制有助于改善粉末冶金摩擦材料的物理性能。

(2)压制次数的增加,在一定程度上能提高压坯密度,但次数过多对压坯密度影响不大。

(3)压制次数的增加,能够提高压坯的表面硬度,但次数过多时效果越来越不明显。

摘要：粉末压制是粉末冶金工艺关键步骤,压制压力直接影响着粉末冶金压坯的密度,提高压坯密度有助于提高粉末冶金制品的各项力学性能和物理性能。随着压制压力的提高,压坯密度呈现先急增后缓增的趋势,因此压制压力的大小严重影响着粉末冶金制品的性能。然而当压制压力不能使粉末冶金摩擦材料制品达到所需的压坯密度时,增加压制次数也能够在一定程度上提高压坯密度,一般情况下铜粉的屈服强度为200MPa左右,而一般铜基粉末冶金摩擦材料制品所需要的压制压力为600～800MPa,当使用低压压制时为了达到所需的压坯密度、硬度及各项物理性能,可适当增加压制次数,从而同样能达到改善压坯物理性能的目的。

关键词：粉末冶金,压制次数,摩擦材料,压坯密度,压坯硬度

参考文献

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[10]李念辛.粉末冶金与综合研究[J].机械工程,1989,24(1):26-28.

冶金材料 篇10

多孔材料的显著特点是具有规则排列、大小可调的孔道结构及高的比表面积和大的吸附容量, 在吸附与分离、大分子催化、纳米材料组装及生物化学等众多领域具有广泛的应用前景[2]。在铝冶金和铝回收工业的生产实践中, 多孔材料更是得到了广泛的应用, 如氧化铝生产、铝电解槽中使用的多种耐火材料、铸造铝合金过程中铝熔体精炼使用的过滤网、透气陶瓷等等。然而, 目前国内外有关铝工业中常用多孔材料的研究报道并不多见。为此, 本文将国内外有关铝工业中常用多孔材料的使用、制备等方面的文献结合笔者的研究工作, 阐述铝工业中常用多孔材料的研究进展。

(一) 铝冶金用多孔材料

铝工业主要包括氧化铝生产、电解铝、铝加工三大组成部分。我国是铝生产和消费大国, 2006年我国电解铝产量连续4年保持世界第一, 氧化铝和铝加工产量首次位居世界第一[3]。基于我国在世界铝工业中的重要地位, 在铝工业生产过程中开发及应用多孔材料的领域应起更大的作用, 但是目前在多孔材料的研究和应用, 尤其是耐火材料方面, 我国还落后于美、英、日等科技强国。由此, 加大对铝用多孔材料的研究和利用具有现实意义。

1. 生产Al2O3用耐火材料

氧化铝的生产方法有酸法、碱法、酸碱联合法与热法, 这几种方法在实际生产过程中的共同特点是要消耗大量的耐火材料。比如碱石灰烧结法生产一吨Al2O3约需要20kg耐火材料, 拜耳法生产每吨Al2O3约需要5kg耐火材料[4]。

烧结熟料的回转窑, 烧成带采用磷酸盐结合高铝砖或铝酸钙水泥结合浇注料;其余部位为耐碱粘土质材料。焙烧炉要求耐火材料要不影响氧化铝产品质量, 耐磨, 以采用低水泥耐磨浇注料为宜[5]。

2. 铝电解槽用耐火材料

铝电解槽主要由三部分组成, 即阳极装置、阴极装置和导母线系统。阳极装置有阳极母线大梁、阳极碳块组和阳极升降机构。阴极装置由钢制槽壳、阴极碳块组和保温材料砌体三部分组成。电解槽的四侧由里向外地砌有石棉板、耐火砖和侧部碳块。可见, 整个电解槽设备都与多孔材料密切相关。

目前作为惰性阳极材料的金属陶瓷有NiO-NiFe2O4-Cu、硼化锆、SnO2基等材料[5]。阴极材料正由原来的不定形碳砖改为采用半石墨化碳砖或石墨化碳砖。电解槽的侧部材料除了传统的碳块外, 还有氮化硅粘结SiC耐火材料 (C/75) , 它是以SiC和金属Si为原料, 混合成形后在约1450℃氮气气氛下烧结而成, 具有氮化硅 (Si2N4) 粘结的耐火材料。

3. 铝合金熔炼用多孔材料

根据熔体精炼的机理, 铝合金液精炼可分为吸附精炼法和非吸附精炼法两大类, 吸附精炼法又分为浮游法和过滤法两种, 这两种方法的实现都和多孔材料, 尤其是多孔陶瓷材料紧密联系。

浮游法又称吹气法, 目前已经研发出了多种吹气系统, 通常分为静态和动态两类。静态除气装置都具有安装在液槽底部的多孔喷头或喷嘴 (多数由多孔陶瓷制造) , 而某些吹管型系统则将吹管通过熔体液面悬插在熔体中。通过多孔陶瓷向熔炉内喷吹惰性气体 (通常是N2、Ar或两者的混合气体) 以达到除氢、除渣的目的。浮游法精炼时多孔透气陶瓷是一个关键部件。另外, 吹气喷头的材质常用的是多孔耐火材料和石墨。

过滤法是将铝熔体经过过滤板或过滤网 (多孔材料制备) , 机械地阻挡非金属夹杂物, 用滤孔的大小来控制滤后的铝熔体和非金属夹杂物的大小和多少。泡沫陶瓷过滤板具有多层网络、多维通孔, 孔与孔之间连通。过滤时, 铝液携带夹杂物沿曲折的通道和孔隙流动, 与过滤板泡沫状骨架接触时受到直接的拦截、吸附、沉淀等作用。

在铝加工行业, 我国使用的主要熔炼设备是反射炉, 其所用的耐火材料主要是硅酸铝系列, 包括粘土质、高铝质制品、少量高铝水泥浇注料和低水泥浇注料。

(二) 铝冶金用多孔材料的制备

多孔材料按其使用的类型可以划分为:多孔金属材料、多孔陶瓷材料、多孔玻璃和泡沫塑料等, 在铝工业中使用的多孔材料一般为多孔陶瓷, 下面主要介绍铝用多孔陶瓷的制备方法。

1. 有机泡沫浸渍法

有机泡沫浸渍法 (The Polymeric Sponge Lmpregnation) 由Schwartzwlder在1963年首先提出。其原理是将制备好的陶瓷料浆均匀的涂覆在具有开空三维网状骨架有机泡沫体上, 干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。其孔尺寸主要取决于有机泡沫体的孔尺寸, 与涂覆厚度也有一定的关系。其工艺流程见图1。

这种方法是制备高孔率 (75%～95%) 多孔陶瓷的有效工艺, 其工艺过程简单、操作方便, 不需要复杂的设备, 制备成本低, 是一种经济实用且具有广阔发展前景的多孔陶瓷制造工艺。

2. 发泡法

发泡法 (Foaming) 的基本原理是在陶瓷悬浮液中产生分散的气相而发泡, 其中悬浮液一般由陶瓷材料、水、聚合物粘结剂、表面活性剂和凝胶剂等组成。该方法始见于1973年的美国专利, 是一种比较经济的的方法。通过这种方法制得的产品有较高的强度, 并且容易控制制品的形状、成分和密度。正因如此, 后来有许多人对这种方法进行了研究和改进。Sepulveda等人在原来发泡法的基础上, 于1998年又提出了发泡—有机单体的原位聚合工艺, 该工艺利用发泡剂在陶瓷悬浮液中发泡后, 其素坯结构的形成通过有机单体的原位聚合来实现, 从而制备出了孔径为30～600μm、抗弯强度高达26MPA的泡沫材料。发泡法的缺点是对原料要求较高, 工艺条件不易控制。

3. 添加造孔剂法

添加造孔剂法 (Theaddition pore-foaming material) 的工艺是通过在陶瓷配料中添加造孔剂, 如炭粉、淀粉等, 利用这些造孔剂在高温下燃尽或挥发而在陶瓷体中留下孔隙, 同时这些造孔剂在加热过程中排除后在基体中无残留物, 且不与基体发生反应从而制得多孔陶瓷。该方法的工艺类似于普通陶瓷工艺, 关键在于选择造孔剂的种类和用量。其工艺流程如图2所示。

4. 溶体-凝胶法

溶体-凝胶法 (Sol-gel) 主要是利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶 (热等) 处理过程中留下的气孔, 形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔, 属于中孔或微孔范围内, 这是其它方法难以做到的, 因此溶胶-凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料, 特别是微孔陶瓷薄膜。自从Leenaars等人提出用Sol-gel法制备微孔薄膜以来, 由于工艺的简单, 所得的膜孔径分布范围极窄, 孔径大小可以通过调节实验条件精确控制, 从而受到各国学者的关注, 是目前制备无机陶瓷分离膜的最有效方法。但该工艺的缺点是制品形状受到一定的限制。其工艺流程如图3所示。

5.其他制备工艺

除了上述铝工业中常用的方法外, 多孔陶瓷的制备方法还有粉末烧结法以及新发展起来的凝胶注模成型法、微波加热工艺、颗粒堆积工艺、水热-热静压工艺、玻璃分离相腐蚀工艺、注凝成型工艺和模板填隙工艺等, 通过选择适当的工艺方法, 可以制得适宜的多孔材料。另外, 以往制备泡沫陶瓷的组分主要限于Al2O3、SiC、铝硅酸盐、莫莱石和堇青石等, 近年来已发展到包括氧化物、碳化物、氮化物、硅酸盐、磷酸盐、钛酸盐和天然矿物等无机物种。特别是硼和硅的碳化物、氮化物、氧化物、沸石、堇青石、金红石、莫莱石、高岭石、刚玉、叶蜡石和滑石等, 材料选择的多样化在某种程度上也就促使了制备方法的多样化。

(三) 问题与展望

近几年来, 多孔材料的研究和制备得到了很大的发展, 人们已经基本实现了对其孔径、墙厚及部分形貌的控制, 同时对多孔材料的功能及其应用也做了多方面的尝试。多孔材料的研究正走向系统化、理论化并逐渐转入了工业化开发阶段。纵观多孔材料的发展, 当前存在的主要问题有以下几点:

(1) 对多孔材料模型的基础研究不足, 比如多孔材料的力学模型等。

(2) 对于各种多孔材料的损毁机理研究还不够深入, 从而导致在防止和减缓多孔材料损毁方面的对策不足。

(3) 目前多孔材料的制造工艺、特别是微孔级材料制造工艺仍较复杂, 难以大规模生产;其次就是多孔材料的孔径和孔隙度的调节与控制都还较难实现。

(4) 多孔材料新的制备方法研发能力不强, 某些新工艺的工业化程度不足。

(5) 随着市场对产品质量要求的的不断提高, 对工业设备的材料要求也不断提高。而目前生产的多孔材料, 无论是抗热震能力还是抗腐蚀能力, 都还是难以满足现实应用特殊条件的需要。

未来铝工业用多孔材料的发展方向主要有以下几个方面:

(1) 耐高温、高压多孔材料的研究与开发, 尤其是工业用耐火材料的研发, 以满足我国铝工业快速发展的要求。

(2) 采用先进的设计手段和合成方法来进行多孔材料的设计, 进而实现对多孔材料结构的精确控制, 并对影响孔径大小、形状、分布等因素作出系统的分析。因此, 加快发展计算机模拟辅助多孔材料的研究, 不断优化合成工艺将是未来发展的重点。

(3) 将各种新的制备方法和工艺推广, 实现工业化。

(4) 不断深化多孔材料与各学科的交叉。

(5) 更加注重多孔材料制备技术的环保和节能, “绿色材料”的概念将渗透到研发、制备和使用等各个环节。

参考文献

[1]徐如人, 庞文琴.无机合成与制备化学[M].北京:高教育出版社, 2001:415-460.

[2]赵东元, 朱海峰, 金碧辉.多孔材料[J].China Basic Science, 2005 (3) :19-20.

[3]王亚平.促进我国铝工业发展的对策建议[J].中国经贸导刊, 2007 (8) :16-17.

[4]陈肇友.有色金属冶金炉用耐火材料及其发展[J].有色金属 (冶炼部分) , 1998 (6) :36-40.

冶金工业安全问题的探讨 篇11

实施有效的安全生产管理是控制和减少事故的重要手段,一方面通过宏观的安全生产管理来解决全社会共性的问题。安全生产宣传教育进社区、进课堂,把安全意识融入社会公众的日常生活当中,营造“关爱生命、关注安全”的舆论氛围,是促进安全生产工作的根本途径;另一方面通过推进企业安全生产管理,提高广大干部职工的安全意识和安全知识水平,控制和减少事故隐患、杜绝“三违”现象。同时,推行现代安全管理来满足现代企业安全生产的需要,降低人类的风险代价。

一、冶金安全是冶金工业的重要课题

冶金，即从矿石中提取金属元素并铸炼成人们所需要的各种有色金属或钢铁等金属材料的过程。冶金工业不仅是一种历史悠久的传统工业，也是我们现代工业的重要组成部分。冶金工业的存在和发展，对于我们整个国民经济的发展、科学技术的进步、产业结构的调整和优化升级、中国社会主义现代化都有着非常重要的意义。

党和国家各个部门都出于对人民负责的责任感，密切关注企业的安全生产问题，尤其是冶金工业的安全问题。与此同时，各个冶金企业和各个冶金企业的员工，在科学展观的指导下，通过参加系统的冶金安全知识的培训或各种各样的诸如安全周等活动，强化安全意识，确保冶金安全，有效的避免了安全事故的发生。

二、冶金工业冶金安全问题的存在方面及原因探析

冶金工业包括冶企工业的铁矿和有色金属工业的钢、铝等矿和钢铁厂、轧钢厂及各种有色金属冶炼及加工等。广义上的冶金工业还包括提供辅助材料和生产设备的各种企业。

一般来说，冶金工业有以下特点：

1.工艺复杂，设备体积巨大、对操作人员的专业化和精确度要求高。

2.生产要求高温环境、高压设备。如，炼钢的焰点和沸点高达1000～2000℃。

3.粉尘、煤气、蒸汽等普遍存在，使得工人工作空间有限，工作条件艰苦。

4.整个生产链厂相对较长和复杂，涉及的行业范围广、空间区域跨度大。

由于冶金工业独特的行业特点，使得其安全问题更为的突出，安全事故相对于一般行业发生的可能性更大，频率更高。一般说来，冶金安全问题主要存在以下几个方面：

1.在装运煤或矿石等原料或燃料的过程，发生化学反应或泄漏、倾斜等造成的事故，以及在原料或燃料选择、存放不当而造成的潜在的安全隐患。

2.高压设备、高温设备、大体积设备，由于老化或操作不当而容易造成或出现触电、爆炸、外泄等危险。

3.粉尘、煤气、蒸汽等恶劣的工作环境长期对工人们健康的损害，容易造成职业病，在特定情况化，粉尘过多、煤气堆积、蒸汽过高等容易造成人们窒息、中毒等，还容易引起火灾。

4.过长过复杂的生产链，在衔接过程中不当或断裂，造成巨大的安全风险。

但是，不管怎样说，冶金安全问题的存在无非是以下两个方面的原因：一，是物的原因，原料、燃料、设备等造成的危险；二，则是人的原因，无序管理、不当操作等造成的危险。当然，问题的解决也必须从以上几个方面入手。

三、冶金工业冶金安全问题的应对措施探究

从上面所说的冶金安全问题出现的方面和原因探析中，我们不难得出结论，要避免冶金安全问题的出现，最大限度的保障冶金安全，必须从以下几个方面着手：

从国家来说，要进一步加强冶金安全的相关立法和宣传，加强对企业的冶金安全工作的指导、检查和监督，同时加大对安全问题事件的相关事故责任人的惩处力度，进一步营造大家都关注安全生产、都践行生产安全的良好社会氛围。

对于冶金工业来说，企业的管理者和负责人，一定要有高度的责任感，时刻将安全问题放到第一位考虑，构建良好的安全生产体制和文化氛围。针对冶金工业容易出现安全问题的几个方面，具体加强以下几个方面的管理：

1.为避免装运过程中的风险，冶金企业要大力培养有着丰富的安全知识和专业知识的专门的采购人员和押运人员，根据所运物品的属性配备合适的车辆和装备，进行恰当的维护，必要的情况下可以借助特种物流来减少装运的风险。

2.对于高压、高温和大型设备，配备专业的人员，进行规范性的操作和常规性的检查和维修，形成对这些设备有效的检查、报警、报修、报废制度，有创新意识，及时的更新优化企业现有设备，同时形成有效的风险应急方案和应急机制。

3.不断的优化冶金工业的作业环境，拓展空间，增加有效空间，配备空调，增加通风、除尘、排气、耐高温等设备和装备，形成常规的工作环境检查和通报制度，及时预防和消除隐藏的安全因素。

4.构建团结高效的企业文化，通过安全教育、团队意识训练等多种方式以及企业有效的绩效考核制度，增强员工的集体责任感，强化生产链的高率的衔接。

总之，冶金工业企业，一方面，要加强对设备和环境的安全科学管理，以及对整个生产链的科学管理，为冶金安全提供有力的物质保障；另一方面，更为关键的是，要加强对员工的管理，通过经常性的进行安全知识的宣讲、比赛、考核，通过基础性的安全规范的制定和安全标准的实施，让冶金工业的每一个员工都有强烈的安全意义，并出于对自己安全负责、对他人安全负责、对企业安全负责，将安全意识变成自己时时处处心系冶金安全的良好的工作习惯。

参考文献：

[1]《2010-2015年中国冶金业生产业运行 态势及投资预测研究报告》 中国报告大厅市场研究报告网 2010年10

[2]《冶金行业作业特点及常见事故》中国安全生产协会 2009.7.1

冶金材料 篇12

此次学术会议活动的论文征集工作已经开始, 欢迎化工、冶金与材料及相关领域的院士、专家、学者积极参加此次学术会议, 并踊跃投稿。所收论文将由组委会送交会议学术委员会审阅, 并报请学部常委会批准, 论文被录用后将收入《中国工程院化工、冶金与材料工程学部第七届学术会议论文集 》, 由化学工业出版社正式出版。

论文截稿日期为2009年4月30日, 请于截稿前将稿件的电子版发送至组委会信箱:luntan@linkinfo.com.cn或登陆http://www.hgyjcl2009.com.cn在网上提交, 同时请仔细参阅网上的论文基本要求!

此次会议将为企业搭建展示企业形象、技术、产品的平台, 会前将就企业的技术难题进行搜集、整理、汇总并印刷成册, 发放给与会院士, 让院士和企业可以在会议期间进行交流、座谈、开展深入合作。您可登陆http://www.hgyjcl2009.com.cn下载企业需求表, 并将该表的电子版发送至组委会信箱:luntan@linkinfo.com.cn或在网上直接提交企业需求表。

联系人:靳强 (13752351868) 马静 (13512088482) 电话:022-23519125;022-23330582