Олово, свинец и их сплавы. Структура и свойства олова и свинца. Сплавы олова и свинца

ОЛОВО, СВИНЕЦ И ИХ СПЛАВЫ

§ I. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ОЛОВА И СВИНЦА

Олово и свинец среди других технических металлов выделяются относительно низкой температурой плавления, малой твердостью и высокой коррозионной стойкостью.

Эти свойства и предопределили основные области применения данных металлов. Свинец в чистом виде используется в химическом аппаратостроении, для кабельных оболочек, защиты от рентгеновых и γ-лучей и в других областях. Свинец и олово широко применяются для производства антифрикционных (подшипниковых) сплавов, легкоплавких сплавов и припоев, антикоррозион­ных покрытий, а также в качестве присадок к латуням, бронзам и другим сплавам.

Промышленностью выпускаются олово и   свинец   различной чистоты (табл. 42 и 43).Физико-химические свойства этих металлов приведены в приложении 1.

Для олова, в зависимости от температуры, характерны две кристаллические структуры (модификации). Непосредственно при затвердевании образуются кристаллы олова с тетрагональной решеткой, с периодами а=5,82 А, с —3,17 А. Эта модификация олова называется β = Sn. Олово в форме модификации устойчиво до температуры 18°, а затем переходит в новую модификацию ά = Sn с решеткой типа алмаза с периодом а=6,46 А.

Переход из одной модификации в другую сопровождается резкими объемными изменениями, что приводит к разрушению олова и превращению его в черный порошок. Необходимо заметить, что при температуре 18° и несколько более низкой скорость этого превращения весьма незначительна и ее можно практически не учитывать. Однако при минусовых температурах (особенно минус 30—40°) процесс полиморфного превращения протекает весьма интенсивно. На изделиях вначале появляются темные наросты, а затем наступает полное их разрушение. Описанное явление в практике часто называют «оловянной чумой». Олово, «заболевшее» оловянной чумой, можно восстановить только путем переплавки.

Некоторые примеси (свинец, сурьма и др.) в небольших коли­чествах резко снижают скорость превращения олова из одной модификации в другую, а три определенных концентрациях (0,5% и выше) практически полностью предохраняют от «оловянной чумы».

Обычное белое олово (β = Sn) кристаллизуется из расплава в форме крупных столбчатых кристаллов.

Самопроизвольный отжиг очень чистого олова протекает уже достаточно полно при комнатной температуре.

Очень чистый свинец при кристаллизации дает тоже крупное зерно.

Свинец не получает наклепа при холодной деформации, так как температура его рекристаллизации ниже комнатной температуры.

Технические олово и свинец содержат всегда некоторые примеси. Bce примеси в олове, кроме сурьмы практически не раст­воримы при комнатной температуре. Основной примесью в олове является свинец, который в некоторых марках, предназначенных для изготовления сплавов, допускается в значительных ко­личествах (до 1—2%).

Как уже отмечалось, чистое олово обладает хорошей химичес­кой стойкостью. Оно не окисляется на влажном воздухе, устой­чиво в органических кислотах и кипящей воде. Это с давних пор позволяет применять олово для лужения посуды, жести и других антикоррозионных покрытий. Примеси значительно снижают коррозионную стойкость олова. При наличии в олове свинца или мышьяка оно становится не пригодным для пищевой посуды и аппаратуры.

Сильные кислоты и щелочи растворяют олово. В этом отношении свинец является более стойким материалом. Особенно большой стойкостью свинец обладает в серной кислоте вследствие образования на его поверхности защитной окисной пленки. Свинец устойчив в горячей серной кислоте до концентрации 80%, в холодной — до концентрации 92%. В соляной кислоте свинец устойчив до концентрации 10%. Наиболее сильно на сви­нец действует азотная кислота.

В сухом воздухе свинец не окисляется, во влажном покры­вается тусклой окисной пленкой, обладающей хорошими защит­ными свойствам».

§ 2. СПЛАВЫ ОЛОВА И СВИНЦА

В промышленности нашли широкое применение пять групп сплавов на основе олова и свинца:

1)  антифрикционные сплавы;

2)  легкоплавкие сплавы;

3)  припои;

4)  типографские  сплавы:

    5) сплавы для кабельных оболочек.

Ниже рассматриваются  структуры, свойства и применение этих сплавов.

1. Антифрикционные сплавы

Химический состав промышленных антифрикционных спла­вов на основе олова и свинца указан в табл. 44. Важнейшие фи­зико-механические свойства этих сплавов представлены в табл. 45.

Указанные в табл. 44 сплавы можно условно разделить на три группы:

1.  Сплавы на оловянной основе (Б93, Б90, Б83).

2.  Сплавы на свинцовой основе (БС, БК).

3.  Сплавы на оловянно-свинцовой основе (Б16, БН, БТ, Б6).

Сплавы на основе олова

Свинцовые сплавы

        сплавы на основе свинца (См. Свинец). Различают низколегированные и высоколегированные С. с. К 1-й группе относятся С. с., содержащие малые добавки Fe, Cu, Sb, Sn, Cd или Са в концентрациях, не снижающих, а в некоторых случаях повышающих коррозионную стойкость свинца и значительно увеличивающих его предел ползучести и длительную прочность. Во 2-ю группу входят С. с., которые содержат в значительном количестве элементы, повышающие прочность, твёрдость и антифрикционные свойства и понижающие температуру плавления свинца и его усадку при литье. Как и свинец, большинство С. с. (за исключением содержащих более 0,1% Ca, Mg, Li, К или Na) характеризуются высокой коррозионной стойкостью на воздухе, в воде, а также в большинстве разбавленных неорганических кислот при комнатной и низких температурах. С. с. устойчивы в концентрированных уксусной, хлоруксусной и лимонной кислотах. В присутствии кислорода стойкость в органических кислотах снижается. Хлор (до 100 °С), сероводород и сернистый газ оказывают незначительное воздействие на С. с. Низколегированные С. с. весьма устойчивы в почве, содержащей соли кремниевой, угольной и серной кислот.

         Из всех элементов, используемых для легирования свинца, только Ca и Te делают его способным упрочняться при пластической деформации. Свинец, легированный др. элементами, из-за низкой температуры рекристаллизации (См. Рекристаллизация) разупрочняется непосредственно при прокатке, прессовании, волочении и др. процессах обработки, проводимых при комнатной температуре. Добавки весьма значительно повышают предел ползучести, длительную прочность, температуру рекристаллизации и стойкость свинца в серной кислоте. При введении 0,05% Te потери свинца под воздействием серной кислоты снижаются в 10 раз.

         С. с. с Te (0,03—0,06%), Cu (0,04—0,08%), Sb (0,5—2,0%) используют для изготовления листов, труб и др. полуфабрикатов, для облицовки ванн и другой кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов. Для оболочек низковольтных и силовых кабелей применяют С. с., легированные Te (0,04—0,06%), Ca (0,03—0,07%), Sn (1,0—2,0%), Sb (0,4—0,8%). Легкоплавкие С. с. (см. Легкоплавкие сплавы) представляют собой главным образом двойные, тройные и более сложные эвтектики свинца с In, Sn, Bi, Sb, Cd и Hg. На базе систем Pb — Sn, Pb — Ag и Pb — Sn — Sb создана серия т. н. мягких припоев (См. Припой) (с температурой плавления 185—305 °С), характеризующихся хорошей адгезией со многими металлами и сплавами и высокой коррозионной стойкостью. Для защиты от коррозии железных сплавов и перед заливкой вкладышей подшипников применяют свинцовые полуды (См. Полуда), представляющие собой С. с., легированные 0,5—1% Zn или Sn. Тройные С. с. с Sb (8—23%) и Sn (2—7%) находят применение в полиграфической технике (см. Типографские сплавы). Широко используются подшипниковые С. с. (см. Антифрикционные материалы и Баббит) на базе систем Pb—Sb—Sn, Pb—Sb—Sn—Cu и Pb—Ca—Na. Благодаря высокой плотности и хорошим литейным свойствам С. с., содержащие 0,1—1,5% Sb, 0,06—0,2% As, 0,02—0,04% Na, применяются для отливки дроби, а сплавы с 0,3—3% Sb для отливки сердечников пуль. Решётки для свинцовых аккумуляторов (См. Свинцовый аккумулятор) готовят из С. с., содержащих 6—9% Sb.

         Лит.: Шпичинецкий Е. С., Свинцовые сплавы, в кн.: Справочник по машиностроительным материалам, т. 2, М., 1959.

         Е. С. Шпичинецкий, Г. Е. Шпичинецкий.

Плавка легкоплавких металлов и их сплавов

Плавка легкоплавких металлов и их сплавов

Плавка цинка и цинковых сплавов

Чистый цинк используют в основном в виде деформированных полуфабрикатов (листов, полос, плит) в котлостроении, полиграфической и электротехнической промышленности. Для изготовления фасонных отливок его не применяют. Значительное количество цинка используют для приготовления различных сплавов.

В нагретом состоянии ( ~ 150°С) чистый цинк хорошо деформируется. Склонность к пластической деформации его ухудшается в присутствии примеси олова. Сотые доли процента олова сообщают цинку красноломкость. Еще более отрицательное действие на поведение цинка при горячей обработке давлением олово оказывает в присутствии свинца. Образующаяся при этом тройная эвтектика олово – свинец – цинк имеет температуру плавления 150°С Примесь железа резко увеличивает хрупкость цинка; при содержании более 0,2% железа цинк нельзя подвергать прокатке. Другие примеси (As, Sb, Cu, Cd) оказывают значительно меньшее действие на эти свойства цинка.

Для изготовления фасонных отливок используют цинковые сплавы, состав которых приведён в табл. 1. Наиболее распространённые из них – сплавы типа ЦАМ, основными легирующими компонентами в которых являются алюминий и медь. Эти сплавы широко используют при литье в кокиль, под давлением и для центробежного литья.
Отливки из цинковых сплавов применяют в автомобильной и тракторной промышленности, бытовой технике, в качестве заменителей оловянных бронз при изготовлении подшипников агрегатов, работающих на малых скоростях при удельном давлении до 200 кг/см2.
Плавка цинка и сплавов на его основе ввиду низкой температуры плавления их не представляет каких-либо затруднений. Для плавки применяют различные по конструкции печи. В литейных цехах, производящих слитки, для плавки используют электрические индукционные или отражательные печи. В цехах литья под давлением и литья в кокиль плавку ведут в тигельных печах.
Цинк легко окисляется. Окисление идёт особенно интенсивно в присутствии паров воды. Образующийся окисел ZnO нелетуч и находится в твёрдом состоянии. Ввиду большой разности плотностей окисел легко всплывает.
Для защиты от окисления плавку ведут под покровом древесного угля. В качестве флюса можно использовать хлориды щелочных и щелочноземельных металлов. При применении хлоридов необходимо особенно тщательно удалять с поверхности расплава хлористый цинк, образующийся по реакции
2NaCL+Zn→ZnCL2+2Na
Попадание хлористого цинка в тело отливки недопустимо, так как частицы его служат очагами коррозии.
Химический состав цинковых сплавов табл.1

Рафинирование цинка и его сплавов от неметаллических включений осуществляют введением в расплав 0,1-0,2% хлористого аммония при температуре 450-470°С или с помощью сетчатых и зернистых фильтров. Для изготовления сетчатых фильтров используют стеклоткань с размером ячейки 1*1 мм, графит, титан и другие материалы. Магнезит, алунд, сплавы хлористых и фтористых солей, графит и др. применяют для изготовления зернистых фильтров. Фильтры высотой 70-150 мм из зёрен со средним диаметром 3-4 мм обеспечивают более эффективное отделение плен абразивных включений в сравнении с обработкой расплава нашатырём. Фильтрование, как правило, ведут через нагретый ( ~450 °С фильтр.
Цинк и сплавы на его основе весьма чувствительны к перегреву. Кроме значительных потерь цинка на испарение (tкип=907°С перегрев способствует образованию столбчатой структуры, вредно отражающейся на последующей обработке давлением и способствующей образованию трещин при затруднённой усадке отливки в форме. По этой причине перегрев цинка выше 500°С недопустим ( для сплавов с алюминием и медью 550°С).

Цинковые сплавы чрезвычайно чувствительны к загрязнению примесями. Тысячные доли процента свинца, олова и кадмия вызывают интенсивную межкристаллитную коррозию. Для того чтобы избежать загрязнений цинкового сплава, необходимо соблюдать исключительную чистоту в цехе, не допускать туда детали или сырьё содержащие свинец, олово или кадмий.

Плавку чистого катодного цинка чаще всего ведут в индукционных печах с железным сердечником, футерованных шамотом. Для набивки подового камня используют массу, состоящую из синий гончарной глины (35%), обожженной глины (35%), каолина (12%), и связующего (1-2% сульфидной барды). Флюса при плавке не применяют. Температура литья 430-460°С
Для переплавки отходов, требующих рафинирования от металлических примесей, используют отражательные печи. Плавку ведут под слоем древесного угля. Температуру расплава не поднимают выше 460-480°С Отделение свинца и железа производят отстаиванием расплава в течение 1,5-2 ч. В результате содержание свинца в сплаве снижается в 2-2,5 раза. В случае значительных загрязнений цинка неметаллическими включениями расплав рафинируют нашатырём Nh5CL. Температура литья и в этом случае находится в пределах 430-480°С

Плавка полиграфического цинка имеет ряд особенностей. Полиграфические пластины должны иметь ровные поверхности, без местных скоплений свинца. Вместе с тем присутствие свинца, равномерно распределённого в цинке, необходимо для улучшения его травимости. Оптимальное содержание свинца равно 0,67-1,25%.

Ввиду нерастворимости свинца в твёрдом цинке получить слитки с равномерным распределением свинца при введении его чистым металлом невозможно.
Способ плавки, обеспечивающий получение неликвирующих цинковосвинцовых сплавов с равномерным распределением свинца, разработан А.А Бочваром и др. Сущность способа состоит в обменной реакции между цинком и хлористым свинцом. Повторная переплавка мало влияет на распределение свинца, хотя часть его осаждается. Ещё меньше ликвирует свинец из дистилляционного цинка.

Изготовление сплавов ЦИНК-АЛЮМИНИЙ-МЕДЬ (ЦАМ). Шихтовым материалам при изготовлении сплавов служат первичный цинк, чистый алюминий, электролитическая медь и отходы собственного производства. Для ускорения плавки и устранения перегрева расплава медь желательно вводить в виде лигатуры алюминий – медь (50:50). Плавку ведут в тигельной или в отражательной электрической или газовой печи.

Первоначально в печь загружают алюминиевомедную лигатуру, отходы и половину всего количества цинка. Поверхность шихты засыпают древесным углём. Завалку расплавляют и перегревают до 500-550°С. Затем загружают алюминий, а после его растворения – цинк. Сплав перемешивают, снимают уголь и шлак и вводят на дно тигля магний. После тщательного перемешивания и удаления шлака при температуре 420-450°С производят заливку форм с использованием зернистых или сетчатых фильтров.
При необходимости проводят рафинирование нашатырём. В тех случаях, когда содержание алюминия в сплаве меньше, чем меди, нужное по шихте количество чистой меди загружают вместе с алюминиевомедной лигатурой.
В некоторых случаях необходимое по шихте количество меди вводят в виде латуни. Температуру разливки сплавов с повышенным содержанием меди принимают в пределах 550-560°С

Плавка свинца и его сплавов

Основное количество свинца отливают в плиты, идущие в дальнейшем на прокат. Отливки из чистого свинца изготовляют сравнительно редко, главным образом для аккумуляторного производства.

Плавку свинца едут чугунных тиглях под слоем древесного угля. После расплавления с поверхности металла снимают шлак и доводят температуру до 375-500°С. При этой температуре производят рафинирование и разливку. Очистку от неметаллических взвесей ведут нашатырём Nh5CL, который вводят в расплав в количестве до 0,01% от массы с помощью колокольчика.
Из сплавов на основе свинца особый интерес представляют баббиты, типографские и свинцовосурьмянистые аккумуляторные сплавы. Состав некоторых из них приведён в таб.2 Баббиты табл.2

Работа со свинцовыми сплавами проста ввиду их легкоплавкости. Сплавы почти не поглощают газов, поэтому в отливках отсутствуют дефекты в виде газовых пузырей. Особенность свинцовых сплавов – склонность к ликвидации по плотности. Прежде всего, это относится к сплавам, содержащем сурьму и олово. Кристаллы химического соединения сурьмы и олова имеют меньшую плотность, чем расплав, поэтому они всплывают. Для уменьшения ликвидации и для получения отливок с мелким зерном необходимо обеспечивать быстрое затвердевание сплава. С целью уменьшения ликвидации в состав сплава вводят медь.

Свинцовосурьмянистые сплавы приготовляют в тигельных печах в чугунных или стальных тиглях. Обычно применяют следующий порядок ведения плавки. Часть свинца загружают в холодный тигель, расплавляют и доводят его температуру до 350-400°С Очищенный свинец перемешивают и вновь удаляют шлаки. Затем в жидкий свинец вводят всё необходимое количество сурьмы в виде кусков диаметром 50-75 мм (более мелкие кусочки сурьмы хуже растворяются в свинце). Количество сурьмы рассчитывают с учётом выгорания 7-10% от содержания её в сплаве. После растворения сурьмы температуру расплава повышают до 500°С и осторожно вводят недостающий свинец.

Во избежание окисления плавку ведут под угольным (древесным) покровом, который до некоторой степени препятствует проникновению кислорода к жидкому расплаву. После полного расплавления и хорошего перемешивания сплав рафинируют хлористым аммонием (0,1% от массы расплава) и разливают в изложницы или формы. Следует иметь в виду, что нагрев расплава выше 500°С приводит к большим потерям сурьмы на испарение.
Для изготовления баббитов в качестве исходных материалов применяют вторичный сурьмянистый свинец, сурьму, лигатуры Cu-Sb (50%Sb), Sb-Te (30%Te), Sn-Sb-Ni (30%Sb,10%Ni), натрий, кадмий, мышьяк, подготовительные сплавы, полученные переплавкой отходов, и хлористый кальций.

Плавку свинцовых баббитов ведут в тигельных печах в чугунных или стальных тиглях под слоем древесного угля. Рафинирование сплавов производят хлористым аммонием.

Баббиты Б16, Б10 плавят в следующей последовательности в холодный тигель (котёл) загружают всю тугоплавкую часть шихты и около ⅔ свинца или подготовительного сплава. Содержимое расплавляют под слоем древесного угля и нагревают до 700°С. Затем расплав охлаждают до 600С°, снимают с поверхности шлак и вводят свинец в олово. Расплав перемешивают затем в течение 10-15 мин сплаву дают отстояться , после чего вновь перемешивают и при температуре 400-450°С заливают в изложницы.

Контроль качества баббита осуществляют проверкой химического состава, излома и осмотром поверхности слитка. В изломе чушек не должно быть шлака, окислов и других посторонних включений, в том числе скоплений мелких газовых раковин.

Баббит БС по технологии плавки аналогичен Б16 и Б10. Технология плавки баббита БН имеет некоторые особенности. Сначала в чугунный тигель загружают сурьму, затем лигатуру Sn-Sb-Ni, лигатуру Cu-Sb и часть свинца. Всё это расплавляется под покровом древесного угля. По расплавлении шихты с поверхности расплава снимают шлак и вводят кусковой или порошкообразный мышьяк. Расплав при этом тщательно перемешивают. Затем загружают остальное количество свинца. Последними вводят кадмий и олово. Расплав к этому моменту должен иметь температуру 420-450°С. После непродолжительной выдержки (5-10 мин) и тщательного перемешивания производят разливку. Температура сплава во время разливки составляет 500-540°С.

Изготовление баббита БТ не отличается от плавки баббитов другого типа. Теллур вводят в последнюю очередь в виде свинцовотеллуристой или сурьмянотеллуристой лигатур.

Разливку перечисленных баббитов производят при постоянном перемешивании расплава, так как только в этом случае возможно получение однородных по составу отливок.
В некоторых случаях (при применении возвратов) проводят рафинирование расплава, используя для этой цели хлористый аммоний или хлористый цинк (0,1-0,3% от массы расплава). Для изготовления баббитов может быть использован также метод смешивания жидких расплавов.
Типографские сплавы плавят также в тигельных печах в чугунных или стальных котлах (тиглях). Плавильные установки должны быть оборудованы защитным кожухом и хорошей вытяжкой.

В качестве исходных шихтовых материалов, кроме первичных металлов, применяют разнообразный лом и отходы (кабельная оболочка, обрезки свинцовых труб и т.д) . Отходы в виде стружки и опилок и куски отходов неизвестного химического состава предварительно переплавляют в подготовительные сплавы.

При расчёте шихты учитывают угар сурьмы и олова. Угар сурьмы принимают равным 5-10% от содержания её в сплаве; угар олова 0,5-1,0%.
Процесс приготовления типографических сплавов состоит из двух операций: сплавления шихты и рафинирования расплава от примесей. Плавку обычно начинают с очистки тигля от окислов, шлака и остатков предшествующей плавки. Для этого тигель подогревают до 600-700С°. Затем в него загружают ¾ навески свинца или типографской сыпи. Содержимое тигля расплавляют, после этого поверхность расплава покрывают слоем (10-15мм) прокаленного древесного угля. Температуру расплава доводят до 500-550С° и загружают сурьму или медносурьмянистую лигатуру (для сплавов, содержащих медь). После расплавления сурьмы вводят остальной свинец.

Удаление взвешенных в расплаве окисных и шлаковых включений производят рафинированием или дразнением. Для рафинирования используют хлористый аммоний Nh5Cl или хлористый цинк ZnCl2, которые берут в количестве 0,1-0,3% от массы расплава.

Операция дразнения состоит в погружении на дно тигля куска дерева и выдержке его в таком положении в течение 30-60мин. Продукты сухой перегонки древесины, проходя через расплав, способствует удалению загрязнений.
Если расплав загрязнён нежелательными примесями (железо, никель, алюминий, цинк и др.), дополнительно к рафинированию от окисных и шлаковых включений проводят рафинирование от металлических примесей.

Для удаления цинка и алюминия расплав при температуре 500-550°С продувают водяным паром в течение 0,5-2ч. Пар проводят с помощью стальной трубы на дно тигля. Окислы алюминия и цинка, образующиеся при этом, всплывают и удаляются из расплава.

Железо, никель и медь удаляют путём введения в расплав, нагретый до 500-600°С, серы. Образующиеся сульфиды всплывают на поверхность расплава и удаляются со съемами.
Если в составе шихты не содержится сурьмы или медносурьмянистой лигатуры, то температура расплава в процессе плавки не должна превышать 400-450°С. Температура литья типографических сплавов 370-450°С.
Приготовление лигатуры свинец-теллур (2% Te) производят по технологии, весьма схожей с технологией изготовления лигатуры олово-фосфор. Прессованный и завёрнутый в свинец теллур помещают в подогретый до 250-300°С тигель и заливают расплавленным и перегретым до 590-610°С свинцом. Во время перелива расплав интенсивно перемешивают железной мешалкой. При температуре 400-450°С готовый сплав разливают в изложницы. Угар теллура составляет 10-20%.

Плавка олова и сплавов на его основе

Технология плавки олова и оловянных сплавов во многом схожа с плавкой свинцовых сплавов. Так же, как и свинец, олово в жидком состоянии почти не поглощает газов, поэтому отливки свободны от газовой пористости. Плавку оловянных сплавов и олова ведут в железных тиглях тигельных печей, работающих на всех видах топлива.

Олово при нагреве окисляется незначительно, поэтому плавку его можно вести без применения покровных флюсов. В тех же случаях, когда в состав шихты вводят много отходов и возвратов, в качестве защитного покрова применяют древесный уголь; перед разливкой расплав рафинируют хлористым аммонием [0,01-0,15% (по массе)].
Оловянные сплавы используют в технике как антифрикционный материал при заливке вкладышей подшипников скольжения, в качестве припоев и фольги и для изготовления отливок литьём под давлением. Состав некоторых сплавов приведён в табл.3
Химический состав оловянных сплавов табл.3

Антифрикционные сплавы на оловянной основе, типичным представителем которых является баббит Б83, чаще всего готовят из чистых металлов. Сначала в тигель загружают медносурьмянистую лигатуру, сурьму и часть олова (около ⅓ от массы шихты). Шихту засыпают слоем просеянного и прокаленного древесного угля, а затем расплавляют и нагревают до 600-700°С. С поверхности расплава снимают шлак и покровный уголь и в несколько приёмов небольшими порциями загружают остальное количество олова. Расплав при этом непрерывно перемешивают. Затем сплав выдерживают в течение 10-15 мин при температуре 500-550°С, вновь перемешивают, снимают шлак и при температуре 425-500С° заливают в формы.

Очистку расплавов от взвешенных неметаллических включений осуществляют введением 0,1-0,15% хлористого аммония. После рафинирования расплав выдерживают 10-12 мин для удаления мелких пузырьков газа, образующегося при разложении хлористого аммония. Для очистки от неметаллических включений могут быть использованы также зернистые фильтры.

Технология изготовления сплавов для литья под давлением, деформируемых сплавов и припоев аналогична описанной для сплава Б83. Введение цинка в некоторые из них производят сразу же по расплавлении сурьмы или медносурьмяной лигатуры; свинец вводят в последнюю очередь.

Приготовление лигатур

Лигатуру олово – фосфор с 5% P в промышленном масштабе изготовляют путём заливки перегретого олова (600-650°С) в тигель, на дне которого лежит утрамбованный красный фосфор. Для ускорения растворения фосфора в жидком олове расплав непрерывно перемешивают. Потери фосфора при изготовлении лигатуры составляет 20-30%. Разливку сплава ведут при температуре 600-620°С.

Лигатуру олово – кадмий получают путём непосредственного сплавления олова с кадмием в металлических тиглях. Перед разливкой расплав рафинируют хлористым аммонием.

Лигатуры олово – никель и олово –никель – сурьма. Сплав олова с никелем (10-15% Ni) готовят введением небольших пропорций никеля в нагретое до 900-1000С°олово. Плавку ведут под покровом древесного угля. В процессе плавки расплав интенсивно перемешиваю.
Тройную лигатуру, содержащую 30% сурьмы, 10% никеля, остальное олово, получают путём добавления сурьмы к двойному сплаву олово – никель. Разливку сплавов ведут при температуре 850-900°С.

Плавка кадмиевых сплавов

Особенность технологии изготовления сплавов на основе кадмия – недопустимость перегрева расплава выше 500-550°С

Нагрев выше указанных температур ввиду высокого давления пара кадмия сопровождается большими потерями на испарение. Кроме того, кадмий интенсивно окисляется. Для уменьшения окисления в сплавы вводят небольшие присадки магния (0,05%), а плавку ведут с применением защитного покрова из древесного угля.
Приготовление сплавов ведут чаще всего в тигельных печах в чугунных или графито-шамотовых тиглях.

Основные легирующие компоненты кадмиевых сплавов – никель, медь, серебро и цинк (табл.4).

Химический состав кадмиевых сплавов табл.4

Все эти металлы хорошо растворяются в кадмии при незначительном перегреве.
Применяют следующий порядок ведения плавки. Под слоем угля расплавляют кадмий. В расплав вводят магний (0,05% от массы кадмия). После этого расплав подогревают до 480-500°С и производят присадку легирующих компонентов. При непрерывном подогреве и периодическом перемешивании выдерживают сплав при это температуре в течение 15-20 мин до полного растворения легирующих присадок. Затем с поверхности расплава удаляют шлак и засыпают порцию свежего древесного угля. Сплав перемешивают и после охлаждения до 350-370°С разливают в соответствующие формы.
При приготовлении сплава кадмий – цинк с 18% цинка предварительного перегрева расплавленного кадмия не проводят.

Основные виды металлических сплавов, типы и свойства.

Сплавы представляют собой вещества структурно однородные и содержащие в своем составе из двух или нескольких химических элементов в основном металлы. Базой для изготовления большинства сплавов используется до несколько металлических материалов с добавлением модифицирующих и легирующих примесей. Кроме того, сплав может содержать оставшиеся включения естественного, случайного и технологического происхождения.

   В зависимости от технологии производства выделяют две категории сплавов:

1. Литые. Для их изготовления используется достаточно популярный метод – кристаллизация однородной консистенции на основе горячих частиц.

2. Сплавы порошковые. Формируются в результате воздействием пресса на смесь различных порошков, которые отправляются в специальную печь и проходят цикл высокотемпературной обработки. Для исходного сырья используют металлический порошок и нескольких химических соединений. К примеру, производство твердых сплавов подразумевает использование карбидов вольфрама или титана.

   С учетом способа получения готового материала выделяют 2 разновидности сплавов:

1. Литейные (к ним относятся чугуны и силумины).

2. Деформируемые (порошковые сплавы и стальные).

В разных промышленных отраслях применяется множество подвидов сплавов – инструментальные, специальные, конструкционные. В зависимости от сфер применения их разделяют на несколько типов. К конструкционным сплавам относят чугунные заготовки, сталь, дюралюминий и составы с особыми свойствами, к примеру, антифрикционные характеристики и устойчивость к искрению.

   Также в эту категорию входят такие материалы:

1. Латунь.

2. Бронза.

3. Сплавы для изготовления подшипников.

4. Баббит.

5. Сплавы для электронагревательного и измерительного оборудования.

6. Нихром.

7. Манганин.

8. Заготовки для производства режущих инструментов.

9. Победит.

Также для промышленных целей подходят устойчивые к коррозии, термостойкие, легкоплавкие, температурно-электрические, магнитные и аморфные сплавы. Количество разновидностей, которые используются в настоящее время достаточно большое и постоянно увеличивается. Сплавы классифицируют по двум признакам:

1. Материалы на базе железа.

2. Цветные сплавы металлов.

Ниже представлены самые популярные и важные сплавы для промышленного производства с основными сферами их эксплуатации.

Сталь.

Под сталью подразумевается соединение железа с углеродом (концентрация последнего составляет 2%). Из-за включении различных легирующих примесей как ванадий, хром или никель, стал приобретает легированные свойства.

Их всех существующих разновидностей сплавов по объемам поставок и производства, стали занимают ведущие места. Области их эксплуатации очень широкие, поэтому указать все сферы достаточно сложно.

Малоуглеродистые стали куда входит до 0,25% углерода, используются для конструкционных целей, а те, где процент значительно выше (от 0,55) применяются в производстве низкоскоростных режущих аппаратов, сверл и бритвенных лезвий. Легированные подвиды востребованы в машиностроительной отрасли и при изготовлении быстрорежущего оборудования.

Чугун.

Сплав железа с 2-4% углерода называется чугуном. Еще одним незаменимым элементом этого материала является кремний. Чугунные сплавы используются при изготовлении различной продукции с утилитарными функциями, к примеру, крышки канализационных люков, арматура трубопроводов, двигательные блоки цилиндров. Грамотно отлитое изделие обладает улучшенными механическими характеристиками.

Медные сплавы.

Эта категория сплавов представлена различными подвидами латуни, т.е. материалами на основе меди с включением от 5 до 45% цинка. Если к латуни добавляется от 5 до 20% цинка, ее называют красной (томпаком), а при концентрации цинка в пределах 20-36%, сплав получает название желтая латунь (альфа-латунь).

Данная разновидность широко востребована при изготовлении мелких деталей, которые нуждаются в особой обрабатываемости и точности.

Кроме того, для промышленных целей используют сплавы меди с добавлением алюминия, кремния и олова или бериллия.

К примеру, фосфористая и кремнистая бронза (сплав медный с добавлением кремнием) имеет отличные прочностные характеристики и используются при производстве мембран и пружин.

Свинцовые сплавы.

Незаменимые материалы для процесса пайки. В обычном припое содержится 1 часть свинца и 2 части олова. Металлический сплав востребован для пайки электропроводов и составляющих трубопроводов.

На основе сурьмяно-свинцовых сплавов изготавливают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумулятора. Сплавы, использующие кадмий, олово и висмут, обладают точкой плавления, которая намного ниже показателя кипения жидкости (70°C). Из-за этой особенности их применяют при производстве клапанов противопожарного оборудования спринклерных систем.

Сплав пьютер, незаменим для изготовления декоративной кухонной утвари и ювелирных изделий, состоит на 85-90% из олова. Оставшаяся часть состава – свинец. Также свинец добавляют при разработке так называемых баббитов, которые являются подшипниковыми сплавами. В составе свинцовых сплавов также присутствует мышьяк, олово и сурьма.

Легкие сплавы.

В машиностроении востребованы легкие сплавы с улучшенными прочностными свойствами, устойчивостью к высоким температурам и механическим воздействиям. В качестве исходного сырья для изготовления материала используют бериллий, магний, титан и алюминий. Не все сплавы из магния и алюминия подходят для эксплуатации в высокотемпературной и агрессивной среде.

Алюминиевые сплавы.

В эту категорию входят литейные сплавы (алюминий и кремний), для литья под высоким давлением (магний и алюминий), и сплавы интенсивного закаливания высокой прочности на основе алюминия и меди.

Основным преимуществом алюминиевых сплавов является их невысокая стоимость и прочность при невысоких температурах, а также легкость обработки. Заготовку достаточно просто ковать, штамповать или использовать для волочения, экструдирования и глубокой вытяжки.

Материал легко поддаются сварке и обрабатывается при помощи металлорежущего оборудования. Эксплуатационные характеристики алюминиевых сплавов теряются при повышении температуры до 175°C. Но за счет формирования оксидной пленки на поверхности, они не боятся коррозийных процессов при нахождении в различных агрессивных условиях.

Сплав не плохо проводит электрическую энергию и тепло, характеризуется усиленными отражательными свойствами, немагнитностью и безвредностью для здоровья человека при взаимодействии с продуктами питания (изделия из алюминия не подвергаются появлению ржавчины, не имеют какого-либо цвета и вкуса). Кроме того, сплавы алюминия защищены от взрыва, т.к. они не образуют искр и могут подавлять энергию ударов.

За счет перечисленных особенностей алюминиевые сплавы широко применяются в автомобилестроении, вагоно- и самолетостроении, в строительстве, для монтажа линий электропередач высокого напряжения и в пищевой промышленности. Наличие незначительного количества железа в составе сплавов повышает запас прочности при высокотемпературном воздействии, но негативно сказывается на устойчивости к коррозии и пластичности при комнатной температуре.

Магниевые сплавы.

Данный тип сплавов отличается небольшим весом и прочностью, а еще улучшенными литейными свойствами. Обрабатывать материал достаточно легко методом резания. В связи с этим, магниевые сплавы нашли применение в ракето- и авиастроительной сферах, где их используют для производства двигателей, колес, корпусов, топливных баков и прочих комплектующих.

Отдельные разновидности сплавов характеризуются повышенным коэффициентом вязкостного демпфирования, из-за этих свойств их применяют при производстве движущихся элементов средств транспортных и составляющих конструкций, которые используются в условиях высоких вибраций.

Из недостатков магниевых сплавов выделяют мягкость, неустойчивость к износу и недостаточную пластичность. Однако заготовку легко формировать путем термической обработки. Кроме того, сплавы магния подходят для обработки газовой, электродуговой и контактной сварки. Для качественной защиты сплавов от коррозии их покрывают специальной оболочкой.

Титановые сплавы.

По эксплуатационным характеристикам титановые сплавы в разы лучше магниевых и алюминиевых, в области прочности и степени упругости. При увеличенной плотности они характеризуются особой стойкостью к механическим воздействиям, уступая только бериллиевым сплавам.

В составе титановых сплавов присутствует минимальная концентрация азота, углерода и кислорода, учитывая это они достаточно пластичны. За счет невысокой электрической проводимости и низкого коэффициента проводимости тепла, сплавы титана устойчивы к износу и истиранию, да и прочность их гораздо выше, чем у других из группы магниевых сплавов.

Ползучесть отдельных сортов при среднем напряжении достигает 90 МПа, оставаясь на этом уровне при нагреве до 600°C, что намного выше предельной отметки у магниевых и алюминиевых сплавов. Сохраняют ковкость сплавы с титаном до температуры 1150°С, поэтому для их обработки разрешено использование электродуговой сварки с инертным газом или точечной и шовной сварки.

Обрабатывать материал с помощью технологии резания неоправданно, что объясняется быстрым схватыванием режущего приспособления. Плавку сплавов титана выполняют в вакуумных условиях или управляемой атмосфере для исключения проблемы выброса врезных примесей кислорода и азота в среду окружающую.

Титановые сплавы, как известно широко применяются в космической и авиационной промышленности. На их основе производятся различные механизмы и детали, которые эксплуатируются в температурных пределах от 150 до 430°C. Также из титана изготовляются составляющие специализированного химического оборудования.

Из титано-ванадиевых сплавов разработана уникальная легкая броня для техники и кабин летчиков в боевых самолетах. А для изготовления реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов основным материалом является сплав алюминия, титана и ванадия.

Бериллиевые сплавы.

Имея прекрасную пластичность, бериллиевый сплав превосходит другие металлические сплавы по удельной прочности. Для его производства используется принцип добавления хрупких зерен бериллия в мягкую пластичную основу, например, в разогретое серебро.

Являясь материалом с низкой плотностью, бериллиевый сплав активно применяется при разработке систем наведения ракет. Модуль его упругости выше, чем у стали или бериллиевой бронзы, что позволяет использовать материал для производства пружин и контактов в электрических схемах.

В чистом виде сплав применяется в качестве замедлителя и отражателя нейтронов в ядерных реакторах. За счет возможности формирования защитной оксидной пленки, он сохраняет свои эксплуатационные показатели при воздействии высоких температур.

Основная сложность при обработке сплава связана с его токсичностью. Пары от разогретого бериллия способствуют развитию опасных проблем со здоровьем, включая заболевания органов дыхания и дерматит.

Металлические изделия на основе различных сплавов вы можете купить через наш сайт. Промышленная компания «Кварто» включает большое количество российских поставщиков металлопродукции из разных регионов. На складах нашего предприятия в Московской области хранится цветной и нержавеющий прокат, продукция из специализированных сплавов и сталей, а также уникальное сырье металлургической промышленности.

Кроме того, мы занимаемся резкой, литьем металла на основе предоставленных заказчиком чертежей и документации. В процессе производства предусматривается строгий контроль с применением ультразвукового и химического оборудования.

Сплавы — Знаешь как

Содержание статьи

Металлы нерастворимы в обычных растворителях: воде, спирте, эфире и др., но в расплавленном состоянии могут взаимно растворяться или смешиваться друг с другом, образуя сплавы.

Большинство расплавленных металлов смешивается в любых пропорциях, подобно тому, как смешивается спирт с водой. Но некоторые металлы растворяются один в другом лишь до известной степени. Так, например, если смешать расплавленные цинк и свинец, то при отстаивании смеси образуется два слоя: нижний — свинец, в котором растворено немного цинка, верхний — цинк, содержащий некоторое количество свинца.

При сплавлении металлов происходит или простое растворение одного металла в другом, или, что чаще, металлы вступают в химическое соединение, поэтому сплавы обычно представляют собой смеси свободных металлов с их химическими соединениями, образование которых нередко сопровождается значительным тепловым эффектом. Например, при погружении алюминия в расплавленную медь выделяется столько тепла, что вся масса раскаляется добела.

Сплав что это

Многие металлы образуют по несколько различных соединений друг с другом, как, например, AuZn, Au₃Zn₅, AuZn₃, Na₄Sn, NaSn, NaSn2 и др.

Твердые сплавы иногда совершенно однородны: в таком случае они представляют собой или определенное химическое соединение, или однородную смесь неопределенного состава, называемую твердым раствором. Последний образуется, если атомы смешиваемых металлов могут замещать друг друга в кристаллической решетке, не нарушая ее структуры. Благодаря такой замене получаются совершенно однородные смешанные кристаллы, содержащие одновременно атомы обоих металлов и обусловливающие полную однородность сплава. Большинство сплавов, однако, неоднородно и состоит из кристаллов отдельных металлов, смешанных с кристаллами химических соединений металлов (если такие соединения образуются при сплавлении). Металлы образуют сплавы не только друг с другом, но также и с некоторыми металлоидами; например, чугун и сталь представляют собой сплавы железа с углем.

Рис. 134. Диаграмма плавкости системы Bi—Cd

Если сплавляемые металлы не образуют химических соединений или твердого раствора, то при охлаждении сплава один из компонентов начинает выделяться в твердом виде. Например, если охлаждать жидкий сплав, состоящий из 10 весовых частей свинца и 90 весовых частей олова, то сперва выделяются кристаллы чистого олова совершенно так же, как при замерзании разбавленного раствора сахара в воде сначала выделяется чистый лед. Температура, при которой начинается выделение олова из сплава, лежит ниже, чем температура затвердевания чистого олова. Определив понижение температуры затвердевания олова при растворении в нем свинца, можно вычислить молекулярный вес последнего, руководствуясь теми же правилами, что и для водных растворов. Таким путем были определены молекулярные веса многих металлов, причем оказалось, что металлы в разбавленных металлических растворах большей частью существуют в виде отдельных атомов.

Определение состава сплава

Для определения состава сплавов методы химического анализа мало пригодны, так как во многих случаях невозможно выделить из сплава образующиеся соединения металлов. Поэтому при изучении сплавов на первом месте стоят физические методы исследования. В разработке этих методов выдающаяся роль принадлежит русскому ученому Н. С. Курнакову, создавшему новую научную дисциплину —физико-химический анализ.

Физико-химический анализ позволяет количественно исследовать ход изменения какого-либо физического свойства (давления пара, температуры плавления, уд. веса, вязкости, электропроводности и т. п.) системы, образованной обычно двумя веществами при непрерывно меняющемся ее составе. Результаты исследования наносят на диаграмму состав—свойство, причем состав всегда откладывается по горизонтальной оси и выражается в процентах одного из компонентов (составных частей) системы, а свойство, выраженное числовым значением соответствующей физической константы, — по вертикальной оси. Такие диаграммы позволяют по виду полученных кривых не только обнаруживать происходящие в системе превращения, но и дают указания относительно характера С этих превращений, состава получающихся продуктов, образования твердых растворов и т. д. В настоящее время методами физико-химического анализа широко пользуются в металлургической, силикатной, химической и других отраслях промышленности.

Сплавы и Николай Семенович Курнаков

Многочисленные работы Курнакова по выяснению природы металлических сплавов внесли ясность в понимание процессов, происходящих при затвердевании сплавов. В частности, при изучении сплавов им были открыты химические соединения, состав которых может изменяться в довольно широких пределах. Эти соединения переменного состава Курнаков назвал бертоллидами по имени Бертолле, допускавшего их существование, предложив для обычных соединений постоянного состава название дальтониды.

Николай Семенович Курнаков родился 6 декабря (23 ноября) 1860 г. в г. Нолинске Вятской губ. Высшее образование получил в Петербургском горном институте, который окончил в 1882 г. В 1893 г. после защиты диссертации «О сложных металлических основаниях» Курнаков был назначен профессором кафедры неорганической химии Горного института, а в 1913 г. занял кафедру общей химии а Петербургском политехническом институте, которой руководил до 1930 г.

В 1913 г. Курнаков был избран ординарным академиком.

В первый период своей научной деятельности Курнаков занимался изучением строения и свойств комплексных соединений. На эту тему написана и его докторская диссертация. Главные же исследования Курнакова посвящены металлическим сплавам, к изучению которых он применил термический анализ и другие приемы созданного им физико-химического анализа, а также металлографию (см. сноску на стр. 554). Эти исследования вскрыли ряд весьма важных закономерностей, объясняющих поведение металлов при сплавлении и позволяющих заранее предсказать физико-химические и механические свойства сплавов.

Работы Курнакова имели не только теоретическое, но и огромное практическое значение.

Наряду с исследованиями сплавов Курнаков уделял много времени и внимания изучению природных соляных растворов. Его работы в этой области позволили разрешить ряд важнейших проблем в использовании отечественных соляных ресурсов и привели к открытию крупнейших в мире месторождений калийных солей в Соликамском районе.

Николай Семенович Курнаков (1860—1941)

Из различных видов физико-химического анализа при изучении сплавов чаще всего применяется термический анализ, начало которому было положено в 60-х годах прошлого столетия русским металлургом Д. К. Черновым.

Термический анализ заключается в построении и изучении диаграмм плавкости, которые выражают зависимость температур плавления сплавов от процентного содержания составных частей.

Чтобы иметь представление о термическом анализе, рассмотрим несколько примеров.

На рис. 134 изображена диаграмма плавкости системы висмут— кадмий. По горизонтальной оси указано процентное содержание металлов в сплаве, по вертикальной—точки плавления. Точка А кривой АСВ показывает температуру плавления чистого висмута (271°). По мере прибавления к нему кадмия температура плавления понижается вплоть до некоторой точки С, а затем при дальнейшем увеличении содержания кадмия в смеси снова начинает расти по кривой СБ, пока не достигнет точки В, показывающей температуру плавления чистого кадмия (321°). Если исходить из кадмия, постепенно прибавляя к смеси все больше и больше висмута, то сперва температуры плавления будут понижаться до точки С, а затем возрастать до точки А.

При охлаждении жидкого сплава, содержащего, положим, 20% кадмия и 80% висмута, из него при некоторой температуре, соответствующей точке К, начнет выкристаллизовываться чистый висмут, так что остающийся жидкий сплав будет становиться беднее этим веществом. По мере выделения кристаллов висмута температура будет падать, и когда достигнет точки С (140°), весь остававшийся жидким сплав начнет затвердевать, как одно целое, при постоянной температуре. Аналогичная картина получится, если охлаждать сплав, содержащий 60% Cd и 40% Bi, только теперь вначале будет выделяться кадмий .

Температура 140°, представляющая собой самую низкую температуру плавления, какую только может иметь сплав висмута с кадмием, называется эвтектической температурой, а сплав, отвечающий по составу этой точке, — эвтектической смесью или просто эвтектикой. В данном случае эвтектика содержит 40% кадмия и 60% висмута.

Пока сплав содержит меньше 40% кадмия, при охлаждении сплава выделяется висмут, играющий, таким образом, роль растворителя, кадмий же является растворенным веществом. В точке С роли висмута и кадмия меняются. Из сплавов, содержащих более 40% кадмия, сперва выкристаллизовывается кадмий, теперь кадмий — растворитель, а висмут — растворенное вещество. И только в том случае, когда содержание кадмия в сплаве составляет 40%, оба металла начинают кристаллизоваться

Рис. 135. Микрофотография эвтектического сплава Sn—Рb

одновременно, образуя эвтектику» При исследования эвтектики под микроскопом она оказывается состоящей из мельчайших кристалликов висмута и кадмия, тесно к перемешанных друг с другом . Сплавы висмута с кадмием иного состава содержат крупные; кристаллы одного из металлов, вкрапленные в сплошную массу эвтектики.

В соответствии со всем сказанным на диаграмме плавкости системы висмут — кадмий (см. рис. 134) можно выделить пять областей: I — жидкий сплав кадмия с висмутом; II — смесь жидкого сплава и кристаллов висмута; III — смесь жидкого сплава и кристаллов кадмия; IV — смесь эвтектики и кристаллов висмута; V — смесь эвтектики и кристаллов кадмия.

Диаграммы плавкости строят обычно, исходя из кривых охлаждения сплавов. Для получения этих кривых берут два чистых металла и приготовляют из них ряд смесей различного состава. Каждую из приготовленных смесей расплавляют и затем медленно охлаждают, отмечая через точно определенные промежутки времени температуру остывающего сплава.

По данным наблюдений строят кривые охлаждения, откладывая на оси абсцисс время, а на оси ординат — температуру.

Для таких исследовании, составляющих содержание специальной научной дисциплины — металлографии, небольшой участок сплава шлифуют и полируют, пока не получится блестящая зеркальная поверхность.

Отполированную поверхность травят раствором какой-нибудь кислоты, щелочи или другого реактива Одни вещества сильнее разъедаются реактивом, другие меньше, и на отполированной поверхности выступают очертания составных частей сплава. Полученный шлиф изучается под микроскопом в отраженном свете. На рис 135 показан шлиф эвтектического сплава олова и свинца. Основы металлографии были заложены более 100 лет назад русским инженером П. П.Аносовым, впервые начавшим применять описанный метод исследования на уральских Златоустовскид заводах.

Диаграмма плавкости

Иногда остановки в падении температуры наблюдаются и на кривой охлаждения твердого металла, указывая на какие-то связанные с выделением тепла процессы, происходящие уже в твердом веществе, например переход из одной аллотропической формы в другую.

Несколько иной вид имеет кривая охлаждения сплава двух металлов. Такая кривая изображена на рис. 136 справа. Точка k, как и на первой кривой, отвечает началу затвердевания сплава, началу выделения кристаллов одного из входящих в сплав металлов. При этом состав остающегося в жидком состоянии сплава изменяется и температура его затвердевания непрерывно понижается во время кристаллизации. Однако выделяющееся при кристаллизации тепло все же замедляет ход охлаждения, вследствие чего в точке k происходит некоторый перелом кривой. Выпадение кристаллов и равномерное понижение температуры происходят до тех пор, пока сплав не достигнет эвтектического состава. Тогда падение температуры останавливается (точка k, так как выделение эвтектики идет при постоянной температуре. Когда выделение эвтектики закончится, температура снова начинает падать по плавной кривой cb.

Рис. 136. Построение диаграммы плавкости по кривым охлаждения

На основании ряда полученных таким образом кривых для различных сплавов двух металлов строится диаграмма плавкости данной системы. Построение ее для системы Bi — Cd схематически показано на рис. 136. Кривые 1 и 7 относятся к затвердеванию чистых металлов висмута и кадмия; все остальные кривые выражают остывание сплавов с постепенно уменьшающимся содержанием висмута. Из них кривая 4 отвечает затвердеванию сплава эвтектического состава (60% Bi и 40% Cd). диаграммы плавкости, аналогичные рассмотренной нами, получаются только в простейших случаях, когда сплавляемые металлы не образуют ни химических соединений, ни твердого раствора. Примером подобных сплавов, кроме описанного, могут служить сплавы: меди с серебром (эвтектика содержит 28% Сu и 72% Ag),свинца с сурьмой (эвтектика при 13% Sb и 87% Рb) и многие другие.

Более сложный вид имеют диаграммы плавкости в тех случаях, когда два металла при сплавлении не просто растворяются друг в друге, но образуют одно или несколько химических соединений.

На рис. 138 изображена диаграмма плавкости системы магний — свинец, двух веществ, образующих определённое химическое соединение Mg₂Pb. Здесь мы видим две эвтектические точки — В и D, отвечающие температурам 460 и 250°. Выдающийся максимум на кривой ABCDE (точка С) соответствует температурепла-вления Mg₂Pb, а точка М на оси абсцисс указывает его состав. По линии АВ из сплава при охлаждении выделяется магний, по линии ED— свинец и по линии BCD — Mg₂Pb. Так, если охлаждать жидкий сплав, содержащий, положим, 40% свинца (60% магния), то из него сперва будут выделяться кристаллы магния; по мере их выделения температура будет снижаться и когда она упадет до 460°, вся оставшаяся еще жидкой часть сплава начнет при постоянной температуре затвердевать, образуя эвтектическую смесь мельчайших кристалликов магния и химического соединения Mg₂Pb.

Подобный же результат получится при охлаждении жидкого сплава, содержащего, например, 75% свинца, но в этом случае сначала будут выделяться кристаллы Mg₂Pb. Это будет происходить до тех пор, пока температура не снизится до 460° — точки образования эвтектики.

Аналогичные процессы с выделением эвтектики при 250° происходят при содержании в сплаве более 80% свинца (см. кривую CDE на рис. 137).

Таким образом, левая половина кривой от точки А до точки С представляет собой кривую плавкости сплавов магния и Mg₂Pb, а правая — от точки С до точки Е — кривую плавкости сплавов свинца и Mg₂Pb.

Эвтектика

Рис. 137. Диаграмма плавкости системы Mg—Рb

Если два металла образуют при сплавлении несколько химических соединений, то на кривой плавкости получается такое же число максимумов, определяющих состав этих соединений.

Таким образом, термический анализ позволяет судить как о природе сплавов вообще, так и о числе и составе соединений, образуемых сплавляемыми металлами, от чего в конечном счете зависят все свойства сплавов.

Пример. По диаграмме плавкости системы Bi — Cd определить: а) какой металл будет выделяться в первую очередь при охлаждении жидкого сплава, содержащего 50% висмута и 50% кадмия; б) сколько граммов этого металла выделится из 500 г сплава до момента образования эвтектики.

1. Из рис. 134 на стр. 553 видно, что точка, отвечающая температуре, при которой начинается затвердевание сплава, должна лежать на кривой ВС выше точки С. Поэтому при охлаждении сплава в первую очередь будет выделяться кадмий до тех пор, пока состав остающейся жидкой части сплава не достигает эвтектики.

2. Так как эвтектика содержит 60% висмута, то, очевидно, весь висмут должен будет войти в состав эвтектики. Тогда вес входящего в эвтектику кадмия определится из пропорции

60: 40 = 250 : x

откуда

x = (40 • 250):60 = 166,7 г. Cd

Следовательно, до момента образования эвтектики выделится

250— 166,7 = 83,3 г Cd

Благодаря термическому анализу открыто существование огромного числа соединений одних металлов с другими, носящих общее название интерметаллических соединений. Больше всего таких соединений, насколько пока известно, образуют щелочные и щелочноземельные металлы с металлами нечетных подгрупп, обладающими сравнительно слабыми металлическими свойствами.

Интерметаллические сплавы

Состав интерметаллических соединений обычно выражается формулами, совершенно несовместимыми с теми валентностями, которые металлы проявляют в соединениях с металлоидами. Так, например, натрий образует с оловом и свинцом следующие ряды соединений:

NaSn₆NaSn₄, NaSn₃, NaSn₂, NaSn, Na₄Sn₂, Na₂Sn, Na₃Sn, Na₄Sn, NaPb, Na₂Pb, Na₄Pb

Многие интерметаллические соединения очень прочны и не разлагаются при температурах, лежащих значительно выше их точек плавления.

Интерметаллические соединения обладают способностью растворяться в жидком аммиаке, образуя проводящие ток растворы. При электролизе таких растворов один из металлов, менее электроположительный, выделяется на аноде, другой— на катоде. Например, при электролизе раствора Na₄Pb₉на аноде выделяется свинец, а на катоде — натрий.

В растворах интерметаллические соединения могут вступать в реакции обмена с различными солями. Например:

 2Ca(NO₃)₂+ K₄Pb =Ca₂Pb + 4KNO₃

Металлы могут вытесняться из интерметаллических соединений другими металлами совершенно так же, как из обыкновенных солей.

Образование интерметаллических соединений теоретически пока еще не объяснено. Установлено лишь, что очень близкие по химическим свойствам металлы обычно не образуют соединений друг с другом.

В последнее время при изучении сплавов широко применяются методы рентгеновского анализа, позволяющие устанавливать внутреннее строение кристаллов, образующих сплав, и определять их кристаллические решетки.

Свойства сплавов во многом отличаются от свойств сплавляемых металлов, отнюдь не являясь их средними арифметическими, ввиду образования при сплавлении различных химических соединений или твердых растворов.

Температура плавления сплавов очень часто бывает ниже температуры плавления наиболее легкоплавкой составной части сплава. Примером сплава с очень низкой температурой плавления может служить сплав, состоящий из свинца (4 ч.), олова (2 ч.), висмута (6 ч.) и кадмия (1 ч.). Он плавится около 75°, т. е. уже при опускании в горячую воду, между тем как температура плавления самого легкоплавкого из четырех названных металлов — олова — равна 231,9°. Наоборот, твердость сплавов обычно больше твердости их составных частей, особенно если при сплавлении образуются химические соединения металлов, которые, как правило, тверже, чем сплавляемые металлы, но зато и более хрупки. Очень большой твердостью обладают сплавы, содержащие твердые растворы.

203 204 205

Вы читаете, статья на тему Сплавы

состав и технические характеристики самых популярных марок

Точную дату появления оловянно-свинцового припоя вряд ли кто-то назовет. Однако соединение, обозначаемое «ПОС», известно еще со средних веков. Оно обладает оптимальными качествами для того, чтобы соединять многие металлы.

Его легко расплавить, а свинец и олово, входящие в состав, добывались несколько тысяч лет назад. В настоящее время припой ПОС – самый распространенный вид расходного материала, применяемый в каждодневной практике.

Основные данные

Популярность припоев из олова и свинца объясняется несколькими обстоятельствами.

Главная особенность сплавов – способность при определенном соотношении компонентов образовывать состав с эвтектическими свойствами. Это межметаллическая система, температура плавления которой меньше, чем ожидаемые значения.

Можно себе представить радость первооткрывателей, которые обнаружили, что оловянно-свинцовый сплав для превращения в жидкое состояние можно нагревать до меньшей температуры.

Интересно, что эвтектическая смесь может служить растворителем, в котором распределяется при добавлении определенное дополнительное количество какого-либо металла.

Так были разработаны разнообразные марки припоев ПОС. В их технических характеристиках указаны пропорции, значения физических констант.

Визуально заметно, что при преобладании в оловянно-свинцовом сплаве олова припой имеет сильно выраженный металлический блеск. Если в сплаве больше свинца, поверхность имеет сероватый цвет с синим оттенком.

Характеристики отдельных марок

Все представители категории относятся к легкоплавким припоям. Оловянно-свинцовые сплавы при любом соотношении исходных металлов плавятся при температуре до 450 °С. Характеристики припоев ПОС регламентированы ГОСТом.

Производители поставляют припойную продукцию:

• в литых чушках;
• в виде проволочных изделий;
• лентообразной фольги;
• трубчатой продукции с флюсами внутри;
• порошков или пастообразной массы.

В целом существует однозначная закономерность. Чем меньше массовая доля олова в оловянно-свинцовом припое, тем больше его температура плавления и меньше прочностные показатели.

Больше половины олова

В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.

Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.

Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.

Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.

Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.

Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.

Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.

Меньше половины олова

Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.

Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах.

Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.

Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.

Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.

Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.

Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.

Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.

ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.

Припои с маркировкой ПОС – бессурьмянистые расходные материалы.

Группа специальных сплавов

При добавлении в состав металлических композиций в небольших количествах сурьмы значительно увеличивается прочность шовных соединений.

Материал обозначается маркировкой «ПОСсу», имеет температуры плавления от 189 ℃ (у состава со следовым содержанием сурьмы) до 270 ℃ (у припоя с содержанием сурьмы, достигающим 4 %, в некоторых даже 6 %).

Материалы первой подгруппы с концентрацией добавки, измеряющейся в сотых долях процента – это малосурьмянистые марки.

Такие припои применяются в авиа- и автомобилестроении, при производстве холодильного оборудования, пищевой посуды, подлежащей последующему лужению.

Таблица 1. Малосурьмянистые припои:

Марка	Содержание, %			Область применения
	Sn	Sb	Pb
ПОССу 61-0,5	59-61	0,05-0,5	Остальное	Пайка деталей, чувствительных к перегревам
ПОССу 50-0,5	49-51	0,05-0,5	Остальное	Авиационные радиаторы
ПОССу 40-0,5	39-41	0,05-0,5	Остальное	Оцинкованные детали холодильников, радиаторные трубки, обмотки электрических машин
ПОССу 35-0,5	34-36	0,05-0,5	Остальное	Кабельные оболочки электротехнических изделий, тонколистовая упаковка
ПОССу 30-0,5	29-31	0,05-0,5	Остальное	Радиаторы
ПОССу 25-0,5	24-26	0,05-0,5	Остальное	Радиаторы
ПОССу 18-0,5	17-18	0,05-0,5	Остальное	Трубки теплообменников, электролампы

Металлические оловянно-свинцовые композиции с концентрацией сурьмы от 1,5 % до 6 % называются сурьмянистыми. Они рекомендованы к применению в электролампах, трубчатых радиаторах, белой жести.

Прибавка сурьмы удешевляет оловянно-свинцовый материал, но спаивание происходит сложнее. Незначительное изменение оловянно-свинцового композита заметно уменьшает смачивающие способности расплава. Работать с этим расходным материалом могут только профессионалы.

Таблица 2. Сурьмянистые припои

Марка	Содержание, %			Область применения
	Sn	Sb	Pb
ПОССу 95-5	Остальное	4.0-5.0	Не более	Трубопроводы, работающие при повышенных температурах, изделия электропромышленности
ПОССу 40-2	39-41	1.5-2.0	Остальное	Холодильные устройства, тонколистовая упаковка
ПОССу 30-2	29-31	1.5-2.0	Остальное	Холодильники, электроламповое производство, абразивная упаковка
ПОССу 25-2	24-26	1.5-2.0	Остальное	Изделия автомобилестроения
ПОССу 18-2	17-18	1.5-2.0	Остальное
ПОССу 15-2	14-15	1.5-2.0	Остальное
ПОССу 10-2	9-10	1.5-2.0	Остальное
ПОССу 8-3	7-8	2-3	Остальное	Электроламповое производство
ПОССу 5-1	4-5	0.5-1.0	Остальное	Трубчатые радиаторы, детали, работающие при повышенных температурах
ПОССу 4-6	3-4	5-6	Остальное	Шпатлевка кузовов автомобилей, пайка белой жести
ПОССу 4-4	3-4	3-4	Остальное	Изделия автомобилестроения

Низкотемпературная группа

Заметно понижает температуру плавления оловянно-свинцовых припоев добавка кадмия. Например, сплав ПОСК-50-18, содержащий от 49 % до 51 % олова, от 17 % до 19 % кадмия имеет температуру плавления 145 ℃.

Это удобное в работе качество, вдвойне приятное тем, что образующиеся швы имеют большую механическую прочность. Оловянно-свинцовые припои с кадмием применяют при работе с металлизированной и керамической продукцией.

Вопрос о применении расходного материала решается с учетом конкретной производственной ситуации.

Именные сплавы

К оловянно-свинцовым композициям условно можно отнести сплавы, носящие имена ученых-разработчиков. Низкую температуру плавления, всего 94 ℃ имеет эвтектический сплав Розе.

В его составе содержится 50 % висмута. Остальную часть массы приблизительно в равных долях занимают олово и свинец. Материал используется для работы с медью, изготовления элементов автоматики с фиксированной эксплуатационной температурой.

Еще меньшую температуру плавления имеет оловянно-свинцовый припой Вуда. Она равна 68,5 ℃. Материал содержит 50 % висмута, 25 % свинца, а остальную массовую часть поровну составляют олово и кадмий. Применяют при изготовлении датчиков противопожарной сигнализации, прецизионной техники.

Сплав Д, Арсе содержит около 10 % олова, остальные 90 % составляют висмут и свинец в равных долях. Материал имеет температуру плавления 79 ℃. Применяется для спаивания легкоплавких металлов.

Цинковый сплав: свойства, применение, изготовление

В 4 тысячелетии до н. э. человек впервые познакомился с самородками из металла. В дальнейшем он научился его обрабатывать и изготавливать инструменты для решения бытовых задач и оружие. С тех пор человек продолжает знакомиться и совершенствоваться в способах добычи и обработки металлов. Ключевую роль в истории сыграл цинк и цинковый сплав.

Цинковый сплав

Свойства цинковых сплавов

Чтобы понимать какими свойствами должны обладать цинковые сплавы, необходимо знать характеристики цинка. Литейные качества, температура плавления, твердость и другие параметры напрямую зависят от химических и физических свойств цинка. Он представляет собой голубоватый металл. Это вещество не встречается в природных месторождениях в чистом виде. В процессе длительной обработки получается оксид цинка, из которого можно получить чистый металл.

Характеристики и свойства цинка

Перед описанием цинковых сплавов и их применения в различных направлениях производства требуется разобраться со свойствами цинка.

Химические свойства:

1. При длительном нагревании может вступать в реакции с Н2О и сероводородом. В ее процессе выделяется водород.
2. Не вступает в контакт с углеродом и азотом.
3. Смешивается с различными неметаллами — кислородом, фосфором и серой.
4. При соединении с щелочами, образуются цинкаты (это соли цинковой кислоты).
5. Если смешивать металл с серной кислотой, могут образовываться различные вещества. Все зависит от количества кислоты.
6. При очень высокой температуре металл может контактировать с различными газами (йод в газообразном состоянии, хлор и фтор).

Физические свойства:

1. Представляет собой прочный металл. При нагревании до 100–150°С он становится пластичным. При разогревании более 210 °С металл изменяет свою форму. В сравнении с другими металлами цинк плавится при низкой температуре.
2. Обладает хорошей теплопроводностью — 116 Вт/м К.
3. Кипение материала при температуре — 906°С.
4. Плотность — 7.133 гр./см куб.
5. Плавление материала — 419°С.
6. Максимальная прочность при растяжении — 200–250 МН/м2.
7. Удельная теплота испарения — 114.8 КДж/моль.

Количество примесей в составе металла напрямую зависит от способа добычи, обработки и изначальной породы материала. Часто встречающиеся примеси, содержащиеся в цинке — никель, фтор, хлор и свинец.

Свинец и цинк называют неразлучной парой. Хоть свинец и является примесью, содержащейся в цинке, в месторождениях они совместно встречаются не очень часто. Большое количество свинца, содержащееся в изначальном материале, ухудшает его свойства. Быстрее развивается межкристальная коррозия. Чтобы удалить примеси посторонних металлов, используется дистилляционный способ.

Необработанный металл

Как примеси изменяют свойства цинка

Посторонние примеси, содержащиеся в цинке, ухудшают характеристики этого металла (при большом содержании). Первостепенная задача производителей — снизить количество свинца, кадмия и олова в этом металле, чтобы избежать межкристаллической коррозии.

Воздействие примесей на цинк:

1. Свинец — усиливает растворимость металла в воде.
2. Медь — ухудшает показатель пластичности. Металл становится более уязвимым для коррозии, однако улучшается его прочность.
3. Мышьяк — ухудшает прочность и пластичность цинка даже при минимальном содержании.
4. Олово — увеличивает ломкость готовых отливок.
5. Кадмий — снижает пластичность металла.
6. Сурьма — в процессе прокатки при больших температурах, увеличивает прочность и ухудшает пластичность цинка.

Практически все примеси считаются вредными для готовых заготовок. Из-за этого производители в первую очередь проводят ряд процедур, чтобы содержание цинка в готовой отливке было наиболее высоким.

Виды сплавов

В процессе развития технологий появились различные сплавы цинка. Соединение двух металлов может быть гораздо лучше по характеристикам, чем чистое сырье, очищенное и переплавленное в заготовки. Поговорим о самых известных сплавах цинка с другими металлами.

Медь и цинк

Производная смесь меди и цинка — латунь. Сплав известен с древних времен. Изначально он изготавливался в процессе сплавки цинковой руды и меди. В XVIII в. был впервые изготовлен сплав с добавлением металлического цинка. Существует 3 вида латуни:

1. Зеленая — 60% меди.
2. Золотистая — 75% меди.
3. Желтая — 67% меди.

Раньше латунь использовалась при производстве монет и украшений.

Сталь и цинк

Оцинкованную сталь знает каждый человек. Ее можно встретить в любой квартире или на производстве. Эту смесь неразумно называть сплавом. На лист стали наносится слой цинкового напыления. При температуре в 400°С, жидкий цинк наносится на стальную поверхность. При такой температуре атомы двух металлов плотно связываются между друг другом и образуют железоцинковый сплав. Оцинкованные поверхности не ржавеют.

Олово и цинк

Сплав олова и цинка популярен в электропромышленности. Благодаря высокому показателю теплоемкости этот сплав использовался при изготовлении сосудов для хранения жидкости. Напитки длительное время оставались теплыми.

Алюминий и цинк

Сплавы алюминия и цинка с добавлением других металлов используются в литейном производстве. Получаемая смесь обладает хорошими литейными параметрами благодаря низкой температуре плавления.

Плавление металла

Вреден ли цинковый сплав

С современным оборудованием производители добились снижения количества свинца и никеля в составе сплавов до минимума. Эти металлы несли в себе ключевую опасность для человеческого организма. Благодаря их уменьшению в составе готовый изделий бижутерия из цинковых сплавов считается безопасной для здоровья.

Применение

В нынешнее время применение сплавов цинка с другими металлами можно увидеть в различных отраслях производства.

Для защиты металлов от коррозии

Чтобы защитить другие металлы от развития коррозии, используется чистый материал, которым покрывается уязвимая поверхность. Процесс покрытия называется металлизация.

В автомобильной отрасли

Цинк и сплавы с его добавлением получили большую популярность в автомобильной отрасли. Смеси металлов используют для декоративного покрытия отдельных элементов автомобиля (ручки, бампера, решетки, зеркала). Зубчатые механизмы, рычажные механизмы, покрышки, аккумуляторах — содержат это вещество.

В производстве ювелирных украшений

Бижутерия и украшения из цинковых сплавов известны уже длительное время. Цинк часто смешивается с золотом. Для изготовления белого золота также используют этот металл. Он осветляет готовое изделие.

В строительстве

В строительстве широкое применение получили сплавы из цинка и других металлов. Например, их используют при производстве кровли. Из оцинковки изготавливается не только кровельное покрытие, но и различные трубы, желоба, ветровые планки, подшивка для свесов крыши.

В медицине

Если говорить о медицине, окись цинка часто используется в качестве антисептического средства. Также ее добавляют в составы использующиеся для ускорения регенерации.

Применение цинка в медицине

Как происходит изготовление сплавов

Перед тем как разбираться с изготовлением сплавов, требуется понять, как получают чистый металл.

Самым известным способом считается дистилляционный. В первую очередь, концентрированный состав обжигается. Затем он разогревается до тех пор, пока не получится зернистая структура. После этого концентрированное вещество восстанавливается с помощью угля при нагревании до 1300°С. Пары, получаемые в этом процессе, конденсируют и разливают по формам. Далее жидкий металл отстаивается при температуре в 500°С. Из него выходит свинец и железо. После процесса дистилляции получается материал чистотой в 98–99%.

Также существует более сложный и дорогой способ обработки — ректификация. Во время этого процесса происходит теплообмен между жидкостью и паром. Теплообмен разделяет смеси и исключает примеси. На выходе получается материал чистотой в — 99–99.9%.

Есть еще один метод изготовления чистого материала — электролитический. После обжига концентрата его обрабатывают серной кислотой. Получившееся вещество подвергается очистке от примесей и проходит процесс электролиза (производится в свинцовых ваннах). В ваннах остается металл, который переплавляют с помощью индукционных печей. На выходе получается материал чистотой в 99.95%.

После получения чистого материала его расплавляют. В жидкий металл добавляют другие вещества для улучшения его технических характеристик. Чем лучше будет разогрет металл, тем лучше он будет заполнять литейные формы.

Цинковые сплавы используются в различных отраслях производства, изготовлении украшений и медицине (оксид). Оцинкованные листы и изготовленные из них материалы популярны в строительстве. При покупке сплава важно уточнить о содержании свинца и никеля в его составе. Эти 2 вещества вредны для здоровья человека.

Обработка свинца | Британника

Переработка свинца , подготовка руды для использования в различных продуктах.

Свинец (Pb) — один из древнейших известных металлов, один из семи металлов, используемых в древнем мире (другие — золото, серебро, медь, железо, олово и ртуть). Его низкая температура плавления 327 ° C (621 ° F) в сочетании с легкостью литья, мягкостью и пластичностью делают свинец и свинцовые сплавы особенно подходящими для широкого спектра литых изделий, в том числе аккумуляторных решеток и клемм, противовесов, компонентов сантехники, и введите металл.При удельном весе около 11,35 грамма на кубический сантиметр свинец является самым плотным из обычных металлов, за исключением золота; это делает его хорошей защитой от рентгеновских лучей и гамма-излучения. Сочетание плотности и мягкости делает его отличным барьером для звука. По сравнению с другими металлами, свинец плохо проводит тепло и электричество, хотя он обладает отличной коррозионной стойкостью, когда может образовывать нерастворимое защитное покрытие на своей поверхности. Металл имеет гранецентрированную кубическую структуру кристаллической решетки.

Примерно 30 процентов всего потребляемого свинца находится в форме соединений свинца, таких как оксиды, тетраэтил и тетраметилсвинец, хроматы, сульфаты, силикаты и карбонаты свинца, а также органические соединения. Эти соединения свинца использовались в пастообразных смесях в аккумуляторных батареях, в цементе, стекле и керамике, в качестве пигментов в красках и в качестве антидетонационного агента в бензине.

История

Свинец добывают и выплавляют не менее 8000 лет. Это подтверждают артефакты в различных музеях, а также древние исторические и другие сочинения, включая библейскую Книгу Исход.Свинцовые бусы, найденные на территории современной Турции, датируются примерно 6500 годом до н. Э., А египтяне, как сообщается, использовали свинец вместе с золотом, серебром и медью еще в 5000 году до нашей эры. В Египте фараонов свинец использовали для глазурования керамики и изготовления припоя, а также для литья в декоративные предметы. Британский музей хранит фигурку, найденную в храме Осириса в древнем городе Абидос в западной Анатолии, датируемом 3500 годом до нашей эры.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Одним из наиболее важных применений свинца в истории были водопроводные трубы Рима. Свинцовые трубы были изготовлены длиной 3 метра (10 футов) и целых 15 стандартных диаметров. Многие из этих трубок, все еще в отличном состоянии, были обнаружены в современном Риме и Англии. Римское слово plumbum , обозначающее свинцовые водостоки и соединители, является источником английского слова plumbum и символа элемента Pb.

Марк Витрувий Поллион, римский архитектор и инженер I века до н.э., предупреждал об использовании свинцовых труб для подачи воды и рекомендовал использовать вместо них глиняные.Витрувий также упомянул в своем письме о плохом цвете рабочих свинцовых заводов того времени, отметив, что пары расплавленного свинца разрушают «силу крови». С другой стороны, многие считали, что свинец обладает благоприятными медицинскими качествами. Плиний, римский ученый I века нашей эры, писал, что свинец можно использовать для удаления шрамов, в качестве линимента или в качестве ингредиента пластырей от язв и глаз, а также для других медицинских целей.

Многие церкви и крупные здания, построенные в 15 и 16 веках, представляют собой примеры использования свинца в качестве кровельного материала и для транспортировки воды.Действительно, витражи многих соборов и замков этого периода стали возможны благодаря использованию свинцовых арматур, которые скрепляли стеклянные элементы вместе в великолепном единстве цветов и форм.

В 1859 году французский физик Гастон Планте обнаружил, что пары электродов из оксида свинца и металлического свинца при погружении в сернокислый электролит генерируют электрическую энергию и впоследствии могут быть перезаряжены. Ряд дальнейших технических усовершенствований других исследователей привел к коммерческому производству свинцово-кислотных аккумуляторных батарей к 1889 году.Огромный рост рынков аккумуляторов в 20-м веке (в конечном итоге потребляющих около 75 процентов мирового производства свинца) в значительной степени совпал с развитием автомобилей, в которых аккумуляторы нашли применение для запуска, освещения и зажигания. Другим известным свинцовым продуктом был тетраэтилсвинец, добавка к бензину, изобретенная в 1921 году в Соединенных Штатах для решения проблемы «детонации», ставшей обычным явлением с разработкой двигателей с высокой степенью сжатия, работающих при высоких температурах. Вскоре после достижения своего пика, 50 лет спустя, использование этого свинцового соединения сократилось в Соединенных Штатах, так как установка каталитических нейтрализаторов стала обязательной в выхлопных системах всех американских легковых автомобилей.

К началу 21 века Китай лидировал в мире как по первичной, так и по вторичной переработке свинца. Другие ведущие переработчики свинца включают США, Великобританию, Германию и Индию.

Из более чем 60 известных свинецсодержащих минералов, наиболее важной первичной рудой этого металла является сульфид свинца галенит (PbS). Галенит часто содержит серебро, цинк, медь, кадмий, висмут, мышьяк и сурьму; Фактически, ценность содержания серебра часто превышает ценность свинца, и в этом случае она считается серебряной рудой.Другими коммерчески значимыми свинецсодержащими минералами являются церуссит (карбонат свинца) и англезит (сульфат свинца). Они известны как вторичные минералы, так как получают из галенита в результате естественных воздействий, таких как выветривание. Церуссит, например, образуется под действием карбонатных грунтовых вод на галенит, тогда как англезит образуется, когда галенит подвергается воздействию сульфатных растворов, образующихся в результате окисления сульфидных минералов.

Более 95 процентов добываемого свинца приходится на эти три руды.Руды промышленного значения могут составлять от 2 до 20 процентов свинца и более, хотя сам галенит содержит 86,6 процента свинца. Это кажущееся несоответствие связано с тем, что галенит обычно находится в смеси с другими минералами, такими как сульфид цинка, цинковая обманка и сульфиды железа, пирит и марказит. Следовательно, процент извлекаемого свинца в рудах обычно составляет около 4 процентов, и почти 90 процентов первичных свинцовых руд поступают как побочные продукты при добыче цинка и серебра. Более половины всей потребности заводов в переработке свинца удовлетворяется за счет вторичного использования отработанного свинца, в основном из восстановленных аккумуляторов.

Значительные месторождения свинцовых руд расположены в Австралии, Канаде, Китае, Мексике, Перу, Казахстане, России и США.

.

iLibrary ОЭСР | Справочник по свинцово-висмутовым эвтектическим сплавам и свойствам свинца, совместимости материалов, теплогидравлике и технологиям

1887

• ОКОЛО
• СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ
• ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
• ПОМОГИТЕ

• Мои любимые
• Авторизоваться

/ содержание / igo / oecd

Расширенный поиск EN

• FR
• JA

• Поиск по теме
  • Сельское хозяйство и пищевая промышленность
  • Развитие
  • Экономика
  • Образование
  • Трудоустройство
  • Энергия
  • Среда
  • Финансы и инвестиции
  • Управление
  • Промышленность и услуги
  • Ядерная энергия
  • Наука и технология
  • Социальные вопросы / Миграция / Здоровье
  • Налогообложение
  • Сделка
  • Транспорт
  • Городское, сельское и региональное развитие
• Поиск по стране
  • А С
  • D I
  • J M
  • N R
  • S T
  • U Z
  • Афганистан
  • Албания
  • Алжир
  • американское Самоа
  • Андорра
  • Ангола
  • Ангилья
  • Антигуа и Барбуда
  • Аргентина
  • Армения
  • Аруба
  • Австралия
  • Австрия
  • Азербайджан
  • Багамы
  • Бахрейн
  • Балтийские государства
  • Бангладеш
  • Барбадос
  • Беларусь
  • Бельгия
  • Белиз
  • Бенин
  • Бермуды
  • Бутан
  • Боливия
  • Босния и Герцеговина
  • Ботсвана
  • Бразилия
  • Британская территория Индийского океана
  • Бруней-Даруссалам
  • Болгария
  • Буркина-Фасо
  • Бурунди
  • Камбоджа
  • Камерун
  • Канада
  • Кабо-Верде
  • Каймановы острова
  • Центрально-Африканская Республика
  • Чад
  • Чили
  • Китай, Народная Республика

.

различных типов сплавов и их свойства — Введение

Сплав играет очень важную роль в нашей повседневной жизни, даже если не пройдет и дня без использования сплава. Наша посуда на кухне, в автомобилях, компьютерах, мобильных телефонах, стульях и т. Д. Использует различные типы сплавов, что означает, что многие сплавы были изготовлены и используются людьми. Большая часть из инженерного и медицинского оборудования, станков, инструментов производится Alloys.

Что такое сплав?

Сплав — это материал, содержащий смесь двух или более металлов.Металлический сплав может быть использован для обеспечения повышенной прочности или более легкого материала.

Свойства сплава

Различные сплавы обладают разными свойствами, такими как прочность, пластичность, внешний вид и т. Д. Медь и олово используются для изготовления бронзы , важного сплава, более твердого, чем медь. Это качество использовалось для запечатления цивилизации и истории человечества на протяжении тысячелетий, называемых бронзовым веком. В нашей повседневной жизни человечество использует сплавы почти во всех областях, где используются металлы.Большинство известных элементов участвуют в производстве сплавов, поэтому у нас есть десятки тысяч изделий из сплавов. Сплавы привлекательны своим улучшенным качеством для изготовления с использованием чистых элементарных металлов.

Как сделать сплав?

Сплавы могут быть получены путем объединения двух или более металлических элементов в расплавленном состоянии или путем связывания металлических порошков. Различные сплавы имеют разные желаемые свойства, такие как прочность, внешний вид или пластичность. Количество возможных комбинаций сплавов практически бесконечно, поскольку любой металл можно сплавить попарно или многократно.Некоторые сплавы обладают твердостью, некоторые — низкой температурой плавления, а некоторые другие — лучшими магнитными или электрическими характеристиками; некоторые обладают высокой устойчивостью к коррозии.

Это происходит из-за изменений внутренних и внешних характеристик в процессе изготовления сплавов. Коррозионно-стойкие сплавы легко формуются и соединяются с использованием обычных технологий и оборудования. Изделия из сплава твердого раствора обычно используются в отожженном состоянии.

Сплавы, способные к старению, лучше всего производить в отожженном состоянии с последующим старением или отжигом и последующим старением для достижения высокой прочности.Коррозионно-стойкие сплавы обычно образуются при комнатной температуре. Если требуется сильная деформация, может потребоваться либо использование нескольких деформаций с отжигом, выполняемым между операциями, либо деталь может быть нагрета до повышенной температуры, при которой возможна большая деформация.

После горячей штамповки детали должны быть отожжены для восстановления коррозионной стойкости. В большинстве случаев холодногнутые детали можно вводить в эксплуатацию без отжига. Однако, если окружающая среда такова, что может вызвать коррозионное растрескивание под напряжением, холодногнутые детали следует отжечь.Сплавы, упрочненные старением, обычно не используются в средах, которые могут вызвать коррозию под напряжением.

Различные типы металлических сплавов

Image of What is Alloy

Подшипниковые сплавы: Он используется для выдерживания достаточного давления при скользящем контакте с другим металлическим корпусом, обычно известным как вращающийся вал двигателя, генератора, транспортных средств и различных типов гребных винтов.

Коррозионно-стойкие сплавы: Благородный металл используется для изготовления коррозионно-стойких сплавов, которые первоначально окисляются и действуют как разделительный слой, предотвращающий химическое воздействие других материалов или коррозионной среды.Примерами этих сплавов являются нержавеющая сталь и алюминиевый сплав.

Супер-аустенитный сплав нержавеющей стали (сплав SASS): В последние десятилетия 20-го века технология нержавеющей стали сделала гигантский скачок вперед с разработкой высоконикелевых нержавеющих сталей, усиленных добавлением азота для повышения прочности и коррозии. сопротивление. Эти сплавы обычно содержат около 6% молибдена, поэтому они обладают отличной стойкостью к локальной коррозии в восстановительной и смешанной кислотной среде.Они также содержат достаточно хрома для устойчивости к окислительным средам.

Высокопрочные коррозионно-стойкие сплавы: предлагает коррозионно-стойкие сплавы, которые по существу являются дисперсионно-твердеющими (стойкими к старению) версиями своих аналогов в твердом растворе. Эти продукты обладают коррозионной стойкостью по сравнению со стандартными сплавами, но более чем в два раза прочнее. Кроме того, дисперсионно-твердеющие сплавы могут быть изготовлены перед термообработкой, когда они относительно мягкие и пластичные, а затем термически обработаны послесловно для развития высокой прочности.

Другими сплавами являются Стоматологический сплав и Сплав для литья под давлением, которые широко используются в нашей повседневной жизни.

Стальные сплавы

Комбинация железа и небольшого количества углерода дает разнообразие стальных изделий. Чтобы сделать стальные сплавы разного качества, мы добавляем молибден, никель, кремний, бор и марганец.

.

Обработка свинца | Британника

Переработка свинца , подготовка руды для использования в различных продуктах.

Свинец (Pb) — один из древнейших известных металлов, один из семи металлов, используемых в древнем мире (другие — золото, серебро, медь, железо, олово и ртуть). Его низкая температура плавления 327 ° C (621 ° F) в сочетании с легкостью литья, мягкостью и пластичностью делают свинец и свинцовые сплавы особенно подходящими для широкого спектра литых изделий, в том числе аккумуляторных решеток и клемм, противовесов, компонентов сантехники, и введите металл.При удельном весе около 11,35 грамма на кубический сантиметр свинец является самым плотным из обычных металлов, за исключением золота; это делает его хорошей защитой от рентгеновских лучей и гамма-излучения. Сочетание плотности и мягкости делает его отличным барьером для звука. По сравнению с другими металлами, свинец плохо проводит тепло и электричество, хотя он обладает отличной коррозионной стойкостью, когда может образовывать нерастворимое защитное покрытие на своей поверхности. Металл имеет гранецентрированную кубическую структуру кристаллической решетки.

Примерно 30 процентов всего потребляемого свинца находится в форме соединений свинца, таких как оксиды, тетраэтил и тетраметилсвинец, хроматы, сульфаты, силикаты и карбонаты свинца, а также органические соединения. Эти соединения свинца использовались в пастообразных смесях в аккумуляторных батареях, в цементе, стекле и керамике, в качестве пигментов в красках и в качестве антидетонационного агента в бензине.

История

Свинец добывают и выплавляют не менее 8000 лет. Это подтверждают артефакты в различных музеях, а также древние исторические и другие сочинения, включая библейскую Книгу Исход.Свинцовые бусы, найденные на территории современной Турции, датируются примерно 6500 годом до н. Э., А египтяне, как сообщается, использовали свинец вместе с золотом, серебром и медью еще в 5000 году до нашей эры. В Египте фараонов свинец использовали для глазурования керамики и изготовления припоя, а также для литья в декоративные предметы. Британский музей хранит фигурку, найденную в храме Осириса в древнем городе Абидос в западной Анатолии, датируемом 3500 годом до нашей эры.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Одним из наиболее важных применений свинца в истории были водопроводные трубы Рима. Свинцовые трубы были изготовлены длиной 3 метра (10 футов) и целых 15 стандартных диаметров. Многие из этих трубок, все еще в отличном состоянии, были обнаружены в современном Риме и Англии. Римское слово plumbum , обозначающее свинцовые водостоки и соединители, является источником английского слова plumbum и символа элемента Pb.

Марк Витрувий Поллион, римский архитектор и инженер I века до н.э., предупреждал об использовании свинцовых труб для подачи воды и рекомендовал использовать вместо них глиняные.Витрувий также упомянул в своем письме о плохом цвете рабочих свинцовых заводов того времени, отметив, что пары расплавленного свинца разрушают «силу крови». С другой стороны, многие считали, что свинец обладает благоприятными медицинскими качествами. Плиний, римский ученый I века нашей эры, писал, что свинец можно использовать для удаления шрамов, в качестве линимента или в качестве ингредиента пластырей от язв и глаз, а также для других медицинских целей.

Многие церкви и крупные здания, построенные в 15 и 16 веках, представляют собой примеры использования свинца в качестве кровельного материала и для транспортировки воды.Действительно, витражи многих соборов и замков этого периода стали возможны благодаря использованию свинцовых арматур, которые скрепляли стеклянные элементы вместе в великолепном единстве цветов и форм.

В 1859 году французский физик Гастон Планте обнаружил, что пары электродов из оксида свинца и металлического свинца при погружении в сернокислый электролит генерируют электрическую энергию и впоследствии могут быть перезаряжены. Ряд дальнейших технических усовершенствований других исследователей привел к коммерческому производству свинцово-кислотных аккумуляторных батарей к 1889 году.Огромный рост рынков аккумуляторов в 20-м веке (в конечном итоге потребляющих около 75 процентов мирового производства свинца) в значительной степени совпал с развитием автомобилей, в которых аккумуляторы нашли применение для запуска, освещения и зажигания. Другим известным свинцовым продуктом был тетраэтилсвинец, добавка к бензину, изобретенная в 1921 году в Соединенных Штатах для решения проблемы «детонации», ставшей обычным явлением с разработкой двигателей с высокой степенью сжатия, работающих при высоких температурах. Вскоре после достижения своего пика, 50 лет спустя, использование этого свинцового соединения сократилось в Соединенных Штатах, так как установка каталитических нейтрализаторов стала обязательной в выхлопных системах всех американских легковых автомобилей.

К началу 21 века Китай лидировал в мире как по первичной, так и по вторичной переработке свинца. Другие ведущие переработчики свинца включают США, Великобританию, Германию и Индию.

Из более чем 60 известных свинецсодержащих минералов, наиболее важной первичной рудой этого металла является сульфид свинца галенит (PbS). Галенит часто содержит серебро, цинк, медь, кадмий, висмут, мышьяк и сурьму; Фактически, ценность содержания серебра часто превышает ценность свинца, и в этом случае она считается серебряной рудой.Другими коммерчески значимыми свинецсодержащими минералами являются церуссит (карбонат свинца) и англезит (сульфат свинца). Они известны как вторичные минералы, так как получают из галенита в результате естественных воздействий, таких как выветривание. Церуссит, например, образуется под действием карбонатных грунтовых вод на галенит, тогда как англезит образуется, когда галенит подвергается воздействию сульфатных растворов, образующихся в результате окисления сульфидных минералов.

Более 95 процентов добываемого свинца приходится на эти три руды.Руды промышленного значения могут составлять от 2 до 20 процентов свинца и более, хотя сам галенит содержит 86,6 процента свинца. Это кажущееся несоответствие связано с тем, что галенит обычно находится в смеси с другими минералами, такими как сульфид цинка, цинковая обманка и сульфиды железа, пирит и марказит. Следовательно, процент извлекаемого свинца в рудах обычно составляет около 4 процентов, и почти 90 процентов первичных свинцовых руд поступают как побочные продукты при добыче цинка и серебра. Более половины всей потребности заводов в переработке свинца удовлетворяется за счет вторичного использования отработанного свинца, в основном из восстановленных аккумуляторов.

Значительные месторождения свинцовых руд расположены в Австралии, Канаде, Китае, Мексике, Перу, Казахстане, России и США.

.