Бронзовый фильтр из смеси порошков Cu и Sn оказался не эффективным для очистки от загрязнений размером 50-100 мкм. Предложите меры по увеличению его эффективности.

Эффективность фильтра определяется двумя характеристиками: проницаемостью и тонкостью очистки фильтра. Две эти характеристики противоречат друг другу, поэтому на практике, для получения необходимых свойств фильтра, достигают оптимальных значений обеих величин. Эффективность фильтра возрастает с уменьшением зернистости материала фильтра. Если причиной малой эффективности фильтра являлась малая тонкость очистки, не обеспечивающая захватывание загрязнений размером 50-100 мкм, то изменение режима прессования и размер исходных частиц позволит достичь оптимальных значений.

Для повышения тонкости очистки фильтра необходимо взять частицы Cu и Sn меньшего размера, что обеспечит меньший размер поровых каналов. Так же, обычно, бронзовые фильтры спекают в состоянии свободной насыпки. Предварительное прессование при небольших давлениях также позволит уменьшить размер пор, сделать форму поровых каналов неправильной и повысить тонкость очистки, однако это сильно снизит производительность фильтра.

Обоснуйте выбор Cu в качестве легирующей добавки для железной основы. Объясните процессы, происходящие при спекании железо-медных и Fe-Cu-C материалов. Укажите получаемые структуры.

За счет легирования железной основы удается значительно повысить физико-механические свойства деталей. Медь - один из первых элементов, применяемых для легирования ПМ на основе железа. Медь – является графитизирующим элементом и при введении в сталь способствует разложению цементита на феррит и углерод. Она уменьшает обезуглероживание и увеличивает количество перлита в структуре, замедляет диффузию углерода в железо, препятствует образованию структурно-свободного цементита. Медь повышает устойчивость аустенита.Как некарбидообразующий элемент медь упрочняет феррит и ее влияние на механические свойства стали проявляются более эффективно при низком содержании углерода.

При введение меди повышается прочность спеченного железа, а при содержании меди около 2% усадка практически отсутствует, что позволяет получать детали с точными размерами. При содержании меди выше 2% происходит рост спеченных деталей, максимальный рост отмечен при содержании 8% меди. Это объясняется эффектом Киркендала, т.о. при содержании 2% меди взаимная диффузия медь-углерод нивилирует друг друга и роста/усадки не наблюдается. При повышении содержания меди, диффузия её в железо происходит быстрее, чем диффузия железа в медь, при этом образуется микропористость и увеличение размеров брикета.

Спекание Fe-Cu-C материалов происходит в две стадии:

1 стадия – спекания Fe-Cu, системы с ограниченной растворимостью. На этой стадии вся медь растворяется в железе, образуя твердый раствор меди в железе. Предельная растворимость меди 8%.При нагреве выше 600 ^оС медь начинает диффундировать в железо, а железо – в медь. Эти процессы протекают до температуры плавления меди – 1083 ^оС. После этого возрастает подвижность частиц, медь начинает диффундировать в гамма-железо, в результате диффузии меди в железо происходит рост частиц железа.

2 стадия – растворение углерода в железе при температуре спекания (1100 ^оС для Fe-Cu-C материалов).

В зависимости от содержания углерода, в конечной структуре будут видны: твердый раствор меди в железе, цементит, феррит и перлит. Если содержание углерода меньше 0,8% - феррит, перлит и тв. раств. Меди. Если больше 0,8%, то перлит, цементит и тв. раств. меди в железе.

Обоснуйте выбор режимов спекания оловянистых бронз с учетом происходящих при спекании процессов в соответствии с диаграммой Cu-Sn. Как меняется фазовый состав с изменением содержания олова.

На диаграмме состояния Cu-Sn есть эвтектика с температурой плавления 227 ^оС (слабо заметная из-за близкой температуры плавления олова 232 ^оС), α-твердый раствор олова в меди (максимальная растворимость 13,5% при 800 ^оС) и интерметаллидные фазы η (Cu6Sn5); ε (Cu3Sn); δ (Cu4Sn или Cu31Sn8); β (Cu6Sn) с температурами плавления соответственно 415; 680; 590 и 798 ^оС.

В этой системе жидкая фаза, появившаяся в результате контактного плавления или плавления самого олова, растворяясь в медной матрице, приводит к образованию интерметаллида, наиболее обогащенного оловом: η -фазы. η -фаза плавится при Т = 415 ^оС с повторным появлением жидкой фазы, при взаимодействии которой с медью образуется следующий интерметаллид: ε -фаза. Вероятно, дальнейшие превращения в этой системе осуществляются в твердой фазе, и результатом их является наличие в порошковой заготовке (на конечных этапах спекания) только тех фаз, существование которых определяется равновесной диаграммой состояния.

Пористость в материале слагается из той части, которая осталась в брикете после прессования (обычно 17-27 %), и того объема, который был занят частицами олова (частицы меди при этом несколько расширяются за счет диффузии олова). Плавление олова способствует уменьшению внутренних напряжений и позволяет частицам перемещаться. Графит, добавляемый для уменьшения трения, действует только как инертный барьер между час­тицами Cu и Sn, замедляя диффузионные процессы.

Спекание брикетов Cu - Sn зависит от:

а) размера частиц меди и особенно количества тонких фракций;

б) размета частиц олова, т.к. они определяют конечные размеры пор;

в) максимальной температуры спекания;

г) количества графита;

д) скорости нагрева.