(1)熟悉粉末冶金制备工艺过程。
(2)了解粉末冶金制备仪器与设备的操作。
(3)了解粉末冶金法制备金属制品各环节工艺参数对产品的影响。
2. 实验原理
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末 ( 或金属粉末与非金属粉末的混合物 ) 作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业 技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、 生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之 一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一 系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法 无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。 广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金 制品等。狭义的粉末冶金制品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件 (占绝大部
分)、含油轴承和金属射出成型制品等。本报告使用的行业定界为狭义范围。
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)可以实现近净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。
我们常见的机加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技术制造的。
3. 实验设备与材料
主要仪器设备： 行星球磨机、 V 型混料机、粉末成型机、真空钼丝炉、马弗炉、 金相显微镜、布氏硬度计。
主要原料：电解铁粉、钛粉、铜粉、铝粉、锌粉、硬脂酸锌等
4. 实验内容（以 Fe-C 合金为例）
1、了解粉末松装密度的测定方法，掌握影响松装比重的因素；按照排水法测 定金属材料密度。
2、按压制成型、 烧结的工艺制备试样、 在金相显微镜下观察试样的显微形貌， 识别材料的组织，理解组织与成分之间的关系；能够根据有关定律及公式计算烧 结铁基合金组织组成物的相对含量。 3、将试样抛光并腐蚀后，利用显微硬度计测试不同组成物的硬度，分析组成 物种类对材料硬度的影响。
5. 实验步骤（以 Fe-C 合金为例）
（1） 配料 先将铁粉进行筛分，再根据实验方案称取相应重量的还原铁粉，为改善石墨 粉与铁粉混合均匀，加入少许机油，混匀后再加入相应配比的石墨粉、少许润滑 剂（硬脂酸锌， 1.0%），然后在球磨机上进行混料（球磨转速为 300 转/分，球磨 2 小时）（实验所用原材料事先备好） 。
（2） 压制试样，测量并计算毛坯密度。
（3） 烧结。按制定好的烧结工艺烧结，随炉冷却到室温。
20℃-300℃ | 1 小时 | 保温 1h |
300℃-700℃ | 1 小时 | 保温 1h |
700℃ -1170℃或 1250℃ | 1 小时 | 保温 2h |
| | |
含碳量（ 0.2%和 0.8%）是在 1250℃进行烧结的 ,保温 2 小时 含碳量 2.0%是在 1170℃进行烧结的，保温 1.5 小时。
（4） 性能检测
测量并计算烧结后试样密度和布氏硬度，观察烧结后金相形貌变化
6. 实验数据
实验原始数据见表一、表二。
（表一 ）冷压烧结试样
石墨含 量 （%） | 试样直径 （mm） | 试样重量（ g） | 试样高度（ mm） | 试样密度 （ ） |
烧结前 | 烧结后 | 烧结前 | 烧结后 | 烧结前 | 烧结后 | 烧结前 | 烧结后 |
0.2 | 24.48 | 24.34 | 19.96 | 19.69 | 6.06 | 6.01 | 7.00 | 7.04 |
0.8 | 24.48 | 24.34 | 20.0 | 19.66 | 6.18 | 6.10 | 6.88 | 6.93 |
2.0 | 24.48 | 24.36 | 19.99 | 19.67 | 6.34 | 6.28 | 6.70 | 6.72 |
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排水法测密度公式： ρ固=w1 / （w1- w2） w1：物体在空气中的质量（克） w2：物体在蒸馏水中的质量（克）
表二） 测量密度（排水法）及硬度
石墨含量（ %） | 冷压烧结试样 | 热压烧结试样 |
压坯密度 （ ） | 烧结后密度 （ ） | 硬度 (HB) | 密度（ p） | 硬度 (HB) |
0.2 | 6.89 | 7.04 | 60.9 | 7.50 | 117 |
0.8 | 6.88 | 6.97 | 80.4 | 7.57 | 200 |
2.0 | 6.69 | 6.80 | 114 | 7.64 | 185 |
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实验金相组织图如下：
粉末冶金实验 冷压烧结 试样金相组织照片
试样号 | 图号 | 含碳量 （%） | 烧结温度 （℃） | 保温时间 （ min ） | 单位压制压 力（ Mpa ） | 密度 (g/ cm3) | HB/HRB |
C0.2 | 1-1~1-2 | 0.2 | 1250 | 120 | 737 | 7.04 | 60.9/27.8 |
C0.8 | 1-3~1-4 | 0.8 | 1250 | 120 | 737 | 6.97 | 80.4/55.4 |
C2.0 | 1-5~1-6 | 2.0 | 1170 | 90 | 737 | 6.80 | 114/75.8 |
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图 1-3 未浸蚀 200X 图 1-4 2%~3%硝酸酒精溶液浸蚀 500
图 1-5 未浸蚀 200X 图 1-6 2%~3%硝酸酒精溶液浸蚀 500x
粉末冶金实验 热压烧结 试样金相组织照片
试样号 | 图号 | 含碳量 （%） | 烧结温度 （℃） | 保温时间 （min） | 单位压制压 力（ Mpa ） | 密度 (g/cm3) | HB/HRB |
H0 | 2-1~2-2 | 0 | 1100 | 30 | 31 | 7.70 | 90/37.4 |
H0.2 | 2-3~2-4 | 0.2 | 1200 | 10 | 31 | 7.50 | 117/65.4 |
H0.8 | 2-5~2-6 | 0.8 | 1150 | 20 | 40 | 7.57 | 200/96.5 |
H2.0 | 2-7~2-8 | 2.0 | 1150 | 20 | 40 | 7.64 | 185/95.6 |
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