Свинцовые сплавы сурьмянистые Аноды, графит, припой

Предлагаем сурьмянистые свинцовые сплавы по ГОСТ 1292 и другие.

Свинцовые сплавы с сурьмой применяются в разных отраслях промышленной индустрии. Свинцовые сплавы сурьмянистые более твёрдые, чем чистый свинец. Они обладают хорошими литейными качествами, имеют хорошую коррозийную стойкость и достаточную электропроводность. Сплав свинца с сурьмой используют для отливки деталей, токоотводов, дроби и многого другого.

Сурьмянистые свинцовые сплавы используют в изготовлении защитной оболочки электрических кабелей высокого напряжения, аккумуляторных батарей и других химических источников тока. Сплав свинца, который используется для изготовления деталей аккумулятора, должен содержать как можно меньше примесей. При производстве аккумуляторных токоотводов используют свинцовые сплавы с содержанием 5-7% сурьмы.

Свинцовые сплавы сурьмянистые, из которых делают токоотводы для свинцовых батарей, должны обладать высокими технологическими характеристиками, позволяющими отливать токоотводы сложной конфигурации. Они должны выделять минимальное количество газов при заряде и хранении аккумулятора.

При всех преимуществах, свинцовые сплавы с сурьмой имеют недостатки. К примеру, при эксплуатации свинцовых аккумуляторных батарей сурьма влияет на повышение саморазряда аккумулятора. Чтобы устранить этот процесс, в свинцовые сплавы добавляют в малых количествах мышьяк. Полученное соединение отличается более высокой стойкостью к саморазряду и служит в аккумуляторных устройствах гораздо дольше.

Плавят свинцовые сплавы с добавлением сурьмы в специальных котлах из стали, в которых свинец нагревают до 400 гр., а через 15 минут, сняв слой оксидов, загружают сурьму небольшими кусочками. Чтобы отлить из сурьмянистого сплава прутки или детали, сплав нагревают до 400-450 гр. и разливают по формам.

Сурьмянистые свинцовые сплавы достаточно низки по стоимости, что делает их очень востребованным материалом на современном индустриальном рынке металла.

СВИНЕЦ И ЕГО СПЛАВЫ

(Фролов В. В., Ермолаева В. И.)

29.1. Физико-химические свойства свинца

Свинец — химический элемент IV А группы Периодической системы Д. И. Менделеева с порядковым номером 82 и атомной массой 207,19 Сви­нец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке, диамагни­тен, при температуре 7,2 К переходит в сверхпроводящее состояние

Основные физико-химические и механические свойства свинца приве­дены ниже:

Плотность, кг/м3 . 11 340

Температурный коэффициент линейного расширения, • 10е, град-1 . 29

TOC o «1-5» h z Коэффициент теплопроводности, Вт-см-1-град-! . 0,34

Удельное электрическое сопротивление, мкОм’СМ. . . 20,65

Температура плавления, °С. 327

Температура кипения, °С. 1340

Предел прочности при растяжении, МПа. 18,0

Предел текучести, МПа. 5,0

В химических соединениях свинец проявляет степени окисления +2 и + 4. В низшей степени окисления более устойчив, в высшей проявляет окис­лительные свойства. Свинец устойчив в соляной и серной кислотах вслед­ствие пассивации поверхности плохо растворимыми солями, легко растворя­ется в азотной и уксусной кислотах. Оксиды свинца амфотерны, низший оксид РЬО взаимодействует с высшим PbOj, образуя РЬ304. Свинец и его соединения ядовиты, предельно допустимая концентрация в воздухе состав­ляет 0,01 мг/м3 [5]. Свинец очень пластичный металл, легко прокатывается в тонкие листы, мягкий и ковкий. Температура рекристаллизации свинца 0°С, поэтому получить свинец в наклепанном состоянии при комнатной темпера­туре нельзя. Свойства свинца сильно зависят от наличия примесей.

Свинец применяют в химической, электротехнической, атомной промыш­ленности, сверхпроводниковой технике.

Свинец выпускают семи марок (ГОСТ 3778—77): С0000, С000, С00, СО, Cl, С2, СЗ, содержание свинца в которых меняется от 99,9999 % (по массе) (СОООО) до 99,9% (по массе) (СЗ). Основные примеси в свинце — Ag, Си, Zn, Bi, As, Sn, Sb, Fe.

29.2. Основные марки, структура и механические свойства сплавов свинца

Сплавы свинца характеризуются высокой плотностью, твердостью, хорошими антифрикционными свойствами, коррозионностойки.

Свинец образует со многими металлами эвтектические сплавы, с щелоч­ными и щелочно-земельными металлами — интерметаллиды. Добавка Sb и Sn к свинцу повышает его прочность и твердость, As делает РЬ дисперсиои — но-твердеющим, таллий уменьшает ползучесть. Наличие Sb в свинце при­водит к охрупчиванию металла шва, поэтому для сварки желательно ис­пользование бессурьмянистого свинца.

Сурьмянистый свинец имеет маркировку ССу и выпускается нескольких составов в зависимости от содержания примесей и назначения (ГОСТ 1292—81). Сурьмянистый свинец общего назначения марок ССу!, ССу2, ССуЗ, ССу8, ССуЮ содержит от 2,5 до 12 % (по массе) сурьмы в качестве основного компонента.

Для изготовления оболочек кабелей применяется сурьмянистый свинец марок ССуМ, CCyMl, ССуМ2, ССуМЗ, ССуМЮ, в которых содержание сурьмы составляет от 0,15 до 0,95 % (по массе), остальных примесей еще меньше.

Сплавы свинца легкоплавки, их используют в качестве припоев марок ПОС и типографских сплавов.

Сплавы типографские безоловянные изготавливают из свинца не ниже марки СЗ (ГОСТ 3778—7,7), сурьмы Су2 (ГОСТ 1089—82) и мышьяка. Хи­мический состав типографских сплавов марок МШ1, МШ2, МШЗ, МГЦ, МСМ1, МЛн1, определяется ГОСТ 5188—49 Сплавы этих марок содержат 9,5—15 % Sb, I—4 % As, примеси Sn, Си, Nr, Fe, Zn, S составляют от 0,2 до 0,6 % (по массе), остальное РЬ.

29.3. Свариваемость свинца и его сплавов

Низкая теплопроводность свинца позволяет сваривать металл при небольших тепловложениях. Малая растворимость в рас­плавленном свинце кислорода, азота и водорода позволяет при газовой сварке использовать водородно-кислородное пламя.

Пары свинца ядовиты, поэтому сварочный пост должен быть оборудован приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей содержание свинца ниже предельно допустимых концентраций.

При сварке технического свинца металл шва получается крупнокристаллическим и малопластичным. Для повышения пластичности шва основной металл и присадочную проволоку легируют кальцием, оловом, селеном и другими модификато­рами [3],

29.4. Технология сварки свинца и его сплавов

29.4.1. Подготовка под сварку

Перед сваркой свариваемые кромки должны быть зачищены до металлического блеска на ширину не менее 30 мм от каждой кромки. Допускается применение химического травления в рас­творе уксусной кислоты, содержащем уксуснокислый аммоний

[9] , или промывка в четыреххлористом углероде [10].

Очищенная поверхность свинца сохраняется незначительное время и может потребоваться повторная зачистка кромок не­посредственно перед сваркой.

Сварка плавлением свинца и его сплавов может произво­диться в любом положении швов в пространстве. При двусто­ронней сварке металла толщиной до 10 мм скос кромок не про­изводят. Для полного провара металла толщиной более 6 мм при односторонней сварке рекомендуется производить односто­ронний скос кромок под углом 35° с каждой стороны с притуп­лением до 4 мм. При вертикальной сварке вследствие легко­плавкости, жидкотекучести и большой удельной массы свинца следует применять передвижные формирующие планки-под­кладки. Применять подкладки рекомендуется и при сварке дру­гих стыковых соединений, причем для толщины до 4 мм под­кладки могут быть из асбеста.

Присадочную проволоку выбирают в соответствии с маркой свариваемого свинца.

Целесообразно присадочный металл закладывать в стык, что повышает производительность сварки и до некоторой сте­пени предохраняет от вытекания металла.

Сварку свинца осуществляют преимущественно газовым пла­менем, дугой угольным электродом или неплавящимся электро­дом в среде аргона.

29.4.2. Газовая сварка

Газовая сварка применяется для свинца и его сплавов толщи­ной от 0,8 до 30 мм и более. Используют ацетилено-кислородное и водородно-кислородное пламя. Как правило, газовую сварку применяют при облицовке гальванических ванн, сварке свинцо­вых трубопроводов небольших диаметров, наплавке свинца на черные металлы. Ацетилено-кислородную сварку производят пламенем нормального состава (|3=1-е1,2). Мощность пламени (л/ч) №=100s, где s — толщина свариваемого металла, мм. Процесс сварки необходимо осуществлять с максимально воз­можной скоростью, чтобы не происходило вытекание свинца из стыка. При толщине металла более 1,5—2 мм сварку произво­дят в несколько слоев «левым» способом с наклоном горелки 30—45° к изделию. В качестве флюса применяют стеарин или расплав стеарина с канифолью, перед нанесением флюса на кромки свариваемые листы в стыке подогревают горелкой. Флюс химически не реагирует со свинцом и только защищает металл от окисления.

Вследствие высокой пластичности свинца не требуется мер по борьбе со сварочными напряжениями, однако при сварке сурьмянистого свинца возможно образование трещин.

29.4.3. Дуговая сварка угольным электродом

Дуговая сварка угольным электродом выполняется на перемен­ном и постоянном токе, лучшие результаты получаются на по­стоянном токе прямой полярности. При бесфлюсовой сварке на поверхности расплавленной ванны образуется пленка оксида свинца, которую необходимо механически удалять. Лучшее ка­чество швов получают при использовании флюсов — стеарин или расплав стеарина с канифолью. Металл малых толщин (до 4 мм) сваривают встык за один проход, при больших толщи­нах— за два или три прохода. Сварку за первый проход осу­ществляют без присадочного металла за счет расплавления кромок. При втором проходе используют присадочный металл, увеличение размеров сварочной ванны достигают круговыми движениями электрода. Третий проход выполняют при сварке свинца значительных толщин. Рекомендуется пульсирующая дуга: наряду с перемещением электрода в горизонтальной пло­скости ему сообщаются небольшие колебания в вертикальной плоскости. Сварку ведут без подогрева, в начале сварки путем задержки дуги подогревают первый участок стыка. Сварку ве­дут без перерыва. При случайном обрыве дуги необходимо вна­чале зачистить участок вокруг кратера до металлического бле­ска и лишь после этого продолжать сварку. С целью сглажива­ния сварного шва допускается его обрубка и проковка.

РЕЖИМЫ ДУГОВОЙ СВАРКИ СВИНЦА УГОЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ

Технические параметры олова и свинца и их сплавов

Сплав олова и свинца обладает особыми параметрами, позволяющими применять его в различных отраслях промышленного производства. Технические характеристики и физические свойства каждого металла определяют их использование для длительного хранения продуктов, пайки и обработки поверхности деталей с целью увеличения срока эксплуатации.

Физические свойства свинца

Археологические артефакты свидетельствуют о том, что этот химический элемент был известен человеку более 6000 лет назад. Его открытие связано с присутствием металла в рудах, содержащих серебро. При их выплавке материал выбрасывался в отходы, но со временем из него начали делать различные изделия: фигурки, водопроводные трубы. В настоящее время свинец применяется:

• для производства аккумуляторов;
• в кабельной промышленности — для создания защитной бесшовной оболочки;
• для изготовления красок и припоев;
• при строительстве защитных сооружений — для источников радиационного загрязнения (саркофагов);
• для производства сплавов на его основе (баббитов);
• для изготовления типографских составов;
• в медицине.

Главным потребителем свинца является автомобильная промышленность, где широко применяются баббиты. Производство свинцовых стартерных аккумуляторов постоянно растет, в разработки вносятся усовершенствования.

В химической промышленности материал используют для покрытия стальных изделий: аппаратов, резервуаров, трубопроводов. Так как железо и свинец между собой не соединяются, то на изделия предварительно наносят тонкий слой расплавленного олова. Такой процесс обработки называется лужением.

В производстве применяется не только чистый свинец, но и его соединения. Например, оксид свинца используется при изготовлении стекла. Незначительная добавка соединения в материал при плавке стекла позволяет придать хрустальным изделиям прозрачность естественного минерала — горного хрусталя.

Технические параметры олова

Данный химический элемент известен более 3500 лет и изначально предназначался для изготовления столовых предметов. Современное потребление олова связано с консервной промышленностью.

Патент на способ хранения продуктов в жестяных банках принадлежит повару из Франции. С 1810 года человечество получило возможность долговременного хранения пищевых продуктов.

Олово является основным компонентом припоев, применяемых для пайки и лужения теплообменных аппаратов, радиаторов автомобильных двигателей, лужения медицинской и пищевой аппаратуры.

Материал используется для производства оловянной бронзы, обладающей отличными механическими, литейными, антикоррозионными свойствами. Такие сплавы применяются в деталях, предназначенных для эксплуатации в особых условиях и и при особой нагрузке.

Сплавом, обладающим низким коэффициентом трения, является баббит. Он содержит 83% олова, сурьму и медь. Его применяют в производстве подшипников. Благодаря устойчивому соединению сурьмы и меди сплав имеет высокую твердость.

Механизм работы подшипника и компоненты состава исключают возникновение механических повреждений на поверхности детали.

Олово обладает специфическими физическими свойствами:

1. Его деформация сопровождается звуком, образованным в результате сдвига под воздействием силы.
2. При температурах -39 °C и + 161°C олово превращается в порошок.

Истории известны случаи таких преобразований. Пуговицы, сделанные из чистого материала, на морозе теряли свою форму, а «оловянная чума» разрушала слитки металла.

Главные различия металлов и их сплавов

Еще в древности эти материалы различали только по цвету и называли белым и черным оловом. Между ними существуют различия, которые можно легко установить без дополнительных анализов.

Масса свинца выше в 1,5 раза, чем у олова. Зато олово имеет высшую твердость и трещит при деформации. Свинец легко окисляется с образованием пленки серого цвета.

Какие компоненты содержит сплав олова со свинцом, определить сложнее. Приблизительный показатель можно получить при фиксировании температуры и характера плавления соединения.

Подшипниковые материалы, содержащие олово и свинец, сплав металлов с никелем, теллуром, кальцием, обладают высокой устойчивостью к износу.

Припои на основе этих металлов различаются температурой плавления. Мягкие, с температурой плавления до +300 °C, содержат висмут и кадмий. Твердые (тугоплавкие) припои, переходящие в жидкое состояние при +500 °C, в своем составе имеют серебро, цинк, медь.

Для пайки сплавов с высоким содержанием олова, в которых отсутствует свинец, рекомендуется использование реактивов, разбавленной азотной кислоты. При травлении состава основа чернеет, а места с низким содержанием металла остаются светлыми, что позволяет улучшить качество пайки деталей.

Расплавленный чистый свинец не скользит по поверхности, не смачивая ее, но сплав с оловом позволяет получить качественное покрытие. Рабочая температура ванн устанавливается в зависимости от долевого содержания сплавляющего металла.

В случае необходимости уменьшения масляного зазора подшипников и улучшения условий работы деталей применяют поверхностное покрытие сплавами олова или свинца.

Для покрытия поверхности без содержания углеродов в качестве полуды применяют сплав, содержащий 90% свинца, 5% олова и 5% сурьмы. Состав сплава влияет на текучесть материала, которая варьируется в зависимости от соотношения компонентов.