Сплав свинец сурьма это



Свинец — сурьма

Сплав Рb — Sb относится к сплавам сме­сям (I тип), составляющие которого неограниченно растворяются в жидком виде, а в твердом состоянии нерастворимы и представляют собой механическую смесь кристаллов компонентов, образующих сплав.

Общий вид диаграммы приведен на рис. 3.3. Линия ACB — ликвидус, выше которой находит­ся область жидкого однофазного состояния (Ж). Линия DCE – солидус, ниже которой сплав находится в твердом двухфазном состоянии в виде смеси кристаллов свинца и сурьмы (Рb + Sb).

631 0

В

100%Pb 13 20 40 60 80 100%Sb %Sb

Е

А

D

327 0

С

246 0

Ж

Ж + Sb

Э (Pb+Sb)

Pb+Э

Sb + Э

Ж+Pb

Рис. 3.3. Диаграмма состояния системы свинец — сурьма

При охлаждении сплавов различной концентрации на линии AC из жидкого расплава выделяются кристаллы свинца, а на линии CB – кристаллы сурьмы.

На линии DCE происходит образование эвтектики, т.е. из жидкой фазы состава точки C (13% Sb) одновременно при постоянной температуре выделяются дис­персные кристаллы свинца и сурьмы. Эта линия называется линией эвтектического превращения. На ней в равновесии находятся три фазы: жидкая, кристаллы свинца и сурьмы. Точка C называется эвтектической, а сплав состава этой точки — эвтектическим (Э). Сплавы с содержанием сурь­мы менее 13% называются доэвтектическими (Э+Pb), а бо­лее 13% — заэвектическими (Э+Sb).

Проведение анализа сплава любой заданной концентрации, позволяет выявить закономерности структурообразования в процесс изменения температуры. По диаграмме состояния системы, пользуясь правилами фаз и отрезков, построим кривую охлаждения, например, заэвтектического сплава c концентрацией 45% Sb (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Построение схемати­ческой кривой охлаждения (б) сплава с

содержанием 45% сурьмы по диаграмме состояния Pb-Sb (а)

При охлаждении от исходной температуры t точки 0 до t₁ точки 1 сплав находится в однофазном жидком состоянии. Определяем число степеней свободы С_0-1 = 2 – 1+1 = 2. Скорость охлаждения сплава максимальна, что характеризуется малым наклоном участка 0-1 кривой охлаждения.

С температуры t₁ начинается кристаллизация сурьмы, которая продолжается до температуры t₂, соответствующей линии эвтектического превращения. Сплав находится в двухфазном состоянии Ж+Sb, число степеней свободы С_1-2 = 1. Скорость охлаждения замедляется, что обусловливает больший наклон участка 1-2 кривой охлаждения. Охлаждение сплава в интервале температур t₁-t₂ приводит к его качественному изменению: в результате выпадения первичных кристаллов сурьмы жидкая фаза обедняется сурьмой и обогащается свинцом. Согласно правилу отрезков состав жидкой фазы меняется по линии ликвидус от точки 1 при температуре t₁, до точки C при температуре t₂.

Описанный процесс фазовых превращений записывают в виде уравнения металлургической реакции

На линии DCE образование первичных кристаллов сурьмы заканчивается, а из оставшейся жидкости состава точки C (13%) происходит кристаллизация эвтектики Э=(Pb+Sb). Для сплава в точке 2 конодой является линия диаграммы DCE, которая показывает одновременное существование трех фазы: жидкости, кристаллов свинца и сурьмы. Число степеней свободы С₂ = 0, система безвариантна, следовательно образование эвтектики происходит при постоянной температуре. На кривой охлаждения наблюдается горизонтальный участок 2-2 / . Процесс кристаллизация эвтектики описывается уравнением

После кристаллизации сплав состоит из двух структурных составляющих: крупных первичных кристаллов сурьмы и эвтектики, представляющей собой мелкозернистую смесь кристал­лов сурьмы и свинца (рис. 3.5, в). Структурной составляющей называют обособленную часть структуры, имеющую при определенном уве­личении микроскопа однообразное строение.

В доэвтектических сплавах в интервале температур от линии ликвидус до линии солидус из жидкой фазы выпада­ют первичные кристаллы свинца, а жидкость обогащается сурьмой (до 13%) и обедняется свинцом. Доэвтектические сплавы после затвердевания состоят также из двух структурных составля­ющих: крупных кристаллов свинца и эвтектики (рис. 3.5, а).

Рис. 3.5. Микроструктуры сплавов Pb – Sb (х135, травлено):

а– доэвтектоидного; б – эвтектоидного; в – заэвтектоидного

Сплав эвтектического состава (13%) кристаллизуется при пос­тоянной температуре, без предварительного образования кристаллов сурьмы или свинца. После затвердевания он состо­ит из одной структурной составляющей — эвтектики (рис. 3.5, б).

Сплавы смеси склонны к ликвации по удельному весу, т.е. к неоднородности по химсоставу в разных зонах слитка. Для предотвращения ее сплав перед разливкой интенсивно перемешивают либо вводят в него третий компонент, который образуя химическое соединение, препятствует возникновению ликвации. К таким сплавам относятся баббиты: подшипниковые сплавы системы Sb-Sn-Cu.

Применение сплавов смесей:

1. В качестве литейных, обладающих хорошей жидкотекучестью благодаря наличию в их структуре эвтектики.

2. Припои для пайки, например ПОС-61 (61% олова, остальное свинец). Сплав эвтектический, кристаллизуется при постоянной минимальной температуре 183 0 С.

3. Тепловые предохранители, т.к. сплавы смеси при любой концентрации имеют одинаковую температуру начала плавления (линия солидус). Это обеспечивает точность срабатывания предохранителей при повышении температуры до заданных значений.

4. Типографские шрифты (доэвтектический сплав Pb-Sb), дающие четкий отпечаток при повышенной, по сравнению с чистым свинцом, износостойкостью.

5. Вкладыши подшипников скольжения (баббиты), представляющие собой заэвтектические сплавы, состоящие из пластичной эвтектики с включениями кристаллов твердой фазы. Мягкая основа обеспечивает хорошую прирабатываемость к валу, а твердые включения повышают износостойкость и несущую способность подшипника.

Источник

Сплав свинец сурьма это

ГАРТ, сплав свинца и сурьмы с добавлением олова или без него, иногда с присоединением небольших количеств меди, висмута и некоторых других металлов. Название гарт, или гартблей, распространяется также на побочный продукт плавки свинцовых руд, содержащих сурьму. В полиграфическом деле гарт, в тесном смысле слова, называется изношенный и испорченный типографский материал (литеры, шпоны, шпации, бабашки, реглеты и пр.), годный лишь для переливки. Иногда гарт называют типографским металлом или типографским сплавом , а отдельные сорта, смотря по назначению, — стереотипным, шрифтовым и линотипным металлом (гартом).

Гарт служит почти исключительно для отлива разнообразных частей типографских печатных форм. В словолитнях из гарта отливают отдельные литеры (буквы), пробел и прочий типографский материал для ручного набора. На наборных машинах из гарта отливают непосредственно набор из отдельных литер (буквоотливные машины) или из отдельных строк (строкоотливные машины). В стереотипии из гарта отливают стереотипы, представляющие точную копию набранной или иной печатной формы.

Все печатные формы должны иметь четкое, ровное очко и сохранять его во время печатания или прессовки возможно большего количества оттисков или матриц, не разрушаясь от давления печатной машины или матричного пресса. Поэтому гарт должен быть достаточно твердым, но не хрупким, иметь свойства, обеспечивающие четкую и ровную отливку. Выносливость гарта зависит прежде всего от структуры металла. Наиболее подходящая структура — механическая смесь твердых мелких зерен, равномерно распределенных в вязкой массе. Твердые зерна уменьшают износ поверхности очка, а вязкая масса, благодаря своей эластичности, предупреждает излом отливки от случайного повышения давления печатного вала или матричного пресса. Равномерное распределение зерен дает однородность свойств во всех частях отливки. Четкость и ровность очка зависит, прежде всего, от условий отливки: металл должен плавиться при возможно низкой температуре и иметь достаточную жидкоплавкость при самом незначительном перегреве; застывая же, он должен давать по возможности малую усадку и незначительную ликвацию. Низкая температура жидкоплавкости обеспечивает сохранение четкости очка матрицы при большом количестве отливок и уменьшает общую усадку. Минимальная усадка металла уменьшает затупление очка. Ликвация зависит больше всего от состава сплава, а затем от правильности приемов отливки.

Гарт применяется уже около 500 лет, т. е. почти с самого начала книгопечатания, и попытки замены его другими сплавами не имели успеха. Каждый из компонентов гарта играет определенную роль и удовлетворяет определенным требованиям полиграфии. Свинец , основной по количеству металл, сравнительно дешев и хорошо отливается, расплавляясь при довольно низкой температуре (327°). Но он слишком мягок и для печатания непригоден даже при малых тиражах. Сурьма придает свинцу недостающую твердость и возможность получать в печати высокие тиражи, имеет малую общую усадку и сравнительно дешева. Но одна она, без свинца, слишком хрупка, легко ломается от давления и имеет высокую температуру плавления (выше 630°). Сплавы свинца с сурьмой при сравнительной дешевизне, дают довольно хорошую отливку, при относительно низкой температуре плавления (246—350°). Но жидкоплавкость сплавов свинца с сурьмой и плотность их отливки недостаточна, если не прибавить олова. Иногда с той же целью прибавляют висмут , а для повышения выносливости делали попытки прибавлять медь и даже никель . Чем больше в гарте сурьмы, тем большие тиражи возможно получить. Поэтому в принципе наиболее пригодны сплавы с высоким % сурьмы, но лишь до известного предела, так как одновременно с повышением твердости сурьма повышает и температур плавления, а между тем процессы работы словолитных и наборных машин и отливка стереотипов имеют определенные технические пределы температуры (стереотипные аппараты 270—320°, словолитные машины 370—410°, буквоотливные наборные машины 370—410°, строкоотливные наборные машины 280—300°). Сплав свинца и сурьмы дает достаточно четкую, полную отливку грубых и крупных, но не тонких штрихов. Прибавление к гарту олова, увеличивая жидкоплавкость, допускает четкую отливку очень тонких штрихов, но удорожает сплав. Т. о., технические и экономические соображения вызывают необходимость подбора рецептуры гарта для определенных производственных случаев. При плавке гарта следует соблюдать изложенные ниже требования.

Сырье , свинец, сурьма и олово, должно быть возможно более чистым. Примеси ухудшают качества гарта и увеличивают его угар. Присутствие цинка допустимо лишь в виде следов, серебра и меди д. б. не более 0,2% (для изготовления линотипного гарта желательно и меньше). Остальные примеси в обычных пределах можно считать допустимыми. Чистота сырья д. б. не менее: для свинца — 99,5%, для сурьмы — 99%, для олова — 99,5%.

Котел для плавки гарта, железный или чугунный, должен иметь круглое дно. Глубина его должна быть равна диаметру. Плавить меньше 2 т гарта невыгодно: котел должен заполняться на 2/3—3/4, поэтому наилучшая емкость его — около 3000 л. Нагрев производится дровами, газом или мазутом, но во всех случаях он должен быть равномерным и быстрым. Для плавки 2 т гарта требуется около 50000 Cal в течение 2—3 часов, не считая потерь на излучение. Применяют механические мешалки и кран для спуска расплавленного гарта в формы. Кран приходится подогревать газом или паяльной лампой. Необходимое хорошее отсасывание паров и газов с поверхности расплавленного металла во время очистки гарта обеспечивается колпаком и тягой естественной, но лучше искусственной. Колпак д. б. изолирован термически и иметь дверцу, разрезанную вдоль на две половины, — верхнюю и нижнюю, закрывающиеся отдельно. Сбоку котла в колпаке д. б. устроен ящик для гари, очистка которого могла бы производиться извне.

Порядок присадки имеет большое значение. Английский порядок присадки металлов — сурьма, свинец, олово — имеет определенные недостатки, требуя специального оборудования для массового производства и соблюдения сложных предосторожностей. Рациональнее придерживаться немецкого порядка присадки — свинец, сурьма, олово. После расплавления свинца в котел вводится сурьма, измельченная на куски не крупнее 2 см в поперечнике. При измельчении сурьмы следует принимать меры против попадания сурьмяной пыли в рот, нос и глаза во избежание раздражения слизистых оболочек и отравления (симптомы: рвота, понос, головная боль). Противоядием служит молоко; в острых случаях необходима немедленная врачебная помощь.

Сурьма сплавляется со свинцом при температуре более низкой, чем ее температура плавления (630°), но все же и при этом происходит окисление свинца и потеря в виде угара. Для уменьшения угара свинца следует ускорить процесс расплавления сурьмы, старательно перемешивая расплавленный металл с сурьмой, плавающей на его поверхности. Рекомендуется покрывать поверхность расплавленного свинца и сурьму слоем угля в порошке. Когда сурьма сделалась мягкой, кашеобразной, полезно прибегнуть к очистке металла, во время которой сурьма и расплавляется сполна; при этом котел должен быть покрыт крышкой для уменьшения потери тепла и окисления свинца воздухом.

Очистка имеет целью удаление окислов, главным образом окислов свинца, которые делают гарт более густоплавким, а при известном %-ном содержании их — менее выносливым. Кроме того, при плавлении гарта в горшке на машине окислы будут выделяться на поверхности и потребуют, во избежание остановки машины и увеличения брака, частой чистки горшка и частей отливных аппаратов. Очистка состоит во введении в расплавленный гарт восстанавливающих веществ. Вводятся сало, гарпиус, дерево (лучше «зеленое», т. е. свежесрубленное и невысохшее; наиболее пригодна береза, но допустимо и хвойное дерево), листья, кора, картофель и т. п. Кроме того имеются очистительные порошки; рецепты их: 1) буры 40% и кальцинированной соды 60%; 2) серного цвета 40% и гарпиуса в порошке 60%; 3) гарпиуса 40%, серы 6%, квасцов обыкновенных 15%, опилок древесных 7% и угля древесного в порошке 32%. На каждые 100 кг гарта берут около 25—30 г порошка. Все эти вещества должны вводиться на дно котла, под расплавленный металл. Так как они стремятся всплыть, то вводить их лучше всего в двойной закрывающейся ложке с дырами (в роде ложки для настаивания чая в стакане), на длинной ручке. Еще лучше механическая мешалка с дырчатой коробкой на нижнем конце ее. При очистке гарт бурно кипит и разбрызгивается, а выделяющиеся пары загораются; возможно и выбрасывание пламени из-под колпака. Необходимо во время очистки усилить тягу и предохранить работающих асбестовыми, кожаными или брезентовыми фартуками и рукавицами (крагами), предохранительными очками и даже масками; под рукавицы следует надевать еще суконные или войлочные перчатки. Верхняя половина дверцы колпака должна быть закрыта. (Порошки, содержащие окисляющие вещества, взрывчаты, и с ними следует обращаться осторожно).

На поверхность металла всплывает тонкий, сухой, серовато-черный порошок гари. Если же в пробе гари прощупываются еще твердые кусочки сурьмы, то очистку следует продолжать до их расплавления. Поверхность хорошо очищенного металла серебристая, но она вскоре покрывается побежалым желтоватым цветом. Зеленовато-фиолетовый цвет, переходящий в зеленый, указывает на присутствие цинка; пробная отливка дает в этом случае тусклый излом землистого, а не зернисто-кристаллического строения. В этом случае необходимы повторные выжигания цинка до уничтожения фиолетовых побежалых цветов и получения нормального излома. С этой целью, на поверхность гарта насыпают слой серного цвета толщиной в 1 см, нагревают гарт до 500—600° и энергично смешивают горящую серу с гартом посредством деревянной длинной палки, а затем очищают гарт гарпиусом и т. п. восстановителями, как было указано выше. Гарь удаляется черпаком с дырками и собирается отдельно. Излом пробной отливки имеет светлую зернисто-кристаллическую структуру.

После очистки гарту дают охладиться до 300—350° и затем уже вводят олово. При введении олова гарт основательно перемешивают, и нагревание продолжают до тех пор, пока пробная отливка не даст в изломе однородной структуры светлого оттенка. В последней стадии варки, после введения олова, не следует перегревать гарт выше 350°. По введении олова гарт основательно перемешивают и с его поверхности тщательно снимают всю грязь. По охлаждении до температуры на 40—50° выше гарт отливают в чугунные формы. Для наборных и словолитных машин гарт отливают шашками весом около 1 кг (наиболее применимы клинообразные шашки — патент «Линотип»). Стереотипный гарт отливают плитками в 15—25 кг, не более.

В производственной работе следует обращать особенное внимание на температуру плавления. Перегрев выше чем на 50° против температуры плавления увеличивает угар и ухудшает качество гарта и изделия. При недогреве избыток сурьмы забивает части отливных аппаратов, снимается в виде пены и шлака, отчего гарт делается мягче, и его выносливость падает. Надо определить наилучшую температуру отлива данного изделия из данного гарта и придерживаться ее очень близко.

При затвердевании отливок гарта происходит ликвация, и более легкие части сплава — сурьма, олово и сплав сурьмы с оловом — отделяются от более тяжелого свинца и его сплавов с сурьмой и оловом. Отсюда происходят неоднородность отливки и понижение ее механических качеств. Отлив надлежит производить в формы с охлаждением, обеспечивающим быстрое затвердевание.

После 2—3 плавок состав гарта отработанных стереотипов, набора и прочего типографского материала настолько изменяется, что требуется его исправление, которое следует производить на основании химического анализа и расчета. При этом лучше всего вводить в расплавленный испорченный гарт сначала свинец, за ним — сурьму, потом очищать, а затем уже вводить олово — по указанным выше правилам. Единственное полезное отступление — это введение сурьмы в виде заранее изготовленного эвтектического сплава из 13% сурьмы и 87% свинца, плавящегося при 246° и поэтому уменьшающего угар и порчу гарта от перегрева при введении сурьмы отдельно. Количество этого сплава определяется расчетом.

При каждой плавке гарта происходит угар его, размер которого зависит от оборудования и от опытности работающих. Чем ниже температура, чище сырье, меньше доступ воздуха, тщательнее очистка, — тем угара меньше. Каждая плавка дает 0,35—0,5% угара (при плохой постановке — 1% и более); в среднем % угара считают равным 0,5. При двухнедельном обороте гарта наборные машины дают в год 15—20% (даже 25—30%) угара, т. е. в год теряется около 1/4 оборотного количества; на вес выполненного набора надо считать 0,6—1,1% угара. При недельном обороте стереотипного гарта ежегодная потеря достигает 60% с отработанного количества, а с веса гарта, прошедшего через отливные аппараты, 1%. В конце года собирается значительное количество гартовой грязи; в ней может находиться до 50% пригодного для работы металла; поэтому грязь надо собирать, отплавлять от нее пригодный металл и очищать его, а гарь (окислы, непригодные непосредственно для работы) передавать на рафинировочные заводы.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 — 1929 г.

Источник