Состав и свойства свинцовых сплавов

Свинец обладает гранецентрированной кубической кристалли­ческой решеткой. Температура плавления его 327 °С, температура кипения 1750 °С, плотность при комнатной температуре

11, 34 г/см³. Чистый свинец коррозионностоек в растворах сер­ной, фосфорной и плавиковой кислот и неустойчив в азотной, уксусной, лимонной и винной кислотах. Его используют для фу­теровки аппаратов сернокислотного производства, для защитных оболочек электрических кабелей, для изготовления литых плас­тин электрических аккумуляторов, в военном деле, для производ­ства различных сплавов. Наиболее вредными примесями свинца, снижающими коррозионную стойкость, являются медь, олово и цинк.

ГОСТ 3778-93 предусматривает выпуск семи марок свинца (табл. 88).

В технике используют три группы свинцовых сплавов: подшип­никовые (антифрикционные), типографские и припои.

В основе большинства свинцовых подшипниковых сплавов ле­жит система РЬ-5Ь. Из диаграммы состояния этой системы (рис. 138) следует, что структурой подшипникового материала обладают заэвтектические сплавы, в которых мягкой основой служит эвтек­тика РЬ + ЗЬ, а в качестве твердых включений - кристаллы сурь­мы. Поскольку плотность сурьмы меньше плотности свинца, кри­сталлы ее в процессе кристалли­зации сплавов всплывают (лик- вируют). Для предотвращения ликвации в двойные сплавы вво­дят 1,5...2 % меди. Образуя раз­ветвленные кристаллы Си₂5Ь, медь затрудняет всплывание кри­сталлов сурьмы. Сплавом этого типа является баббит БС.

Добавка олова к свинцово­сурьмяным сплавам повышает их твердость и антифрикционные свойства. Сплавы свинца с сурь­мой и оловом успешно заменяют Дорогие оловянные баббиты. Эти сплавы ликвируют так же сильно, как и двойные сплавы РЬ—8Ь и 5п—8Ь. Поэтому для уменьше­ния ликвации в них так же вводят 1,5...2 % меди.

ГОСТ 1320—74 предусматривает три марки свинцовых бабби­тов: Б16, БН и БС6. Кроме стандартных сплавов широко приме­няют свинцовые баббиты с мышьяком и кадмием (Б6) и теллуром (БТ). Присадки кадмия и мышьяка образуют между собой твердое химическое соединение, которое снижает содержание хрупкой сурь­мы. Теллур вводят для упрочнения свинцовой основы баббита.

Сплавы системы РЬ—85—8п используют и для типографских Целей — изготовления шрифтов, литья набора на монотипе, литья газетных стереотипов. В отличие от припоев они содержат больше сурьмы и меньше олова.

Плавку свинца ведут в чугунных тиглях под слоем древесного угля. После расплавления с поверхности металла снимают шлак и доводят температуру до 375...400 °С. При этой температуре про­изводят рафинирование и разливку. Очистку от неметаллических включений ведут нашатырем (NН₄С1), который вводят в расплав в количестве до 0,15 % от массы расплава с помощью колоколь­чика.

Работа со свинцовыми сплавами проста ввиду их легкоплавко­сти. Сплавы почти не поглощают газов, поэтому в отливках от­сутствуют газовые раковины и пористость. Особенностью свин­цовых сплавов является высокая склонность к ликвации по плот­ности. Прежде всего это относится к сплавам, содержащим сурь­му и олово. Для защиты от окисления применяют древесный уголь, который загружают на поверхность расплава слоем толщиной

10...15 мм.

Свинцовосурьмяные и свинцовосурьмянооловянные баббиты плавят в тигельных печах в чугунных или стальных тиглях. В ка­честве шихтовых материалов используют олово, свинец, сурьму, сурьмяный свинец, кадмий, мышьяк, лигатуры Си—8Ь (50 %); 8Ь—Те (30 % Те); 8п—8Ь—№ (30 % 8Ь; 10 % №); подготовительные сплавы, полученные переплавкой отходов. В первую очередь в чугунный тигель загружают тугоплавкую часть шихты (сурьму, лигатуры 8п-8Ь—№ и Си-8Ь). При расчете шихты угар сурьмы принимают равным 7... 10 %, а теллура 15...20 %. Одновременно загружают 10...20 % легкоплавкой части шихты (свинец, вторич­ные сплавы, сурьмяный свинец). Завалку расплавляют под по­кровом древесного угля. С поверхности расплава снимают шлак и при 600 °С вводят кусковой или порошкообразный мышьяк. Расплав при этом тщательно перемешивают. Затем загружают остальное количество легкоплавкой части шихты. Последними при 420...450 °С вводят кадмий, теллур и олово. После непродол­жительной выдержки (5... 10 мин) и тщательного перемешивания производят рафинирование расплава хлористым аммонием (0,15 %). Затем после выдержки в течение 10...15 мин при

420...450 °С его разливают. Разливку ведут при постоянном пере­мешивании расплава, так как только в этом случае возможно по­лучение однородных по составу слитков. Контроль качества баб­битов оценивают по результатам анализа химического состава и осмотра поверхности и излома слитков. В изломе не допускается наличие шлака и газовых раковин.

Плавку натрис вокальциевого баббита ведут обычно путем сплав­ления свинца, натрия и кальция в чугунных тиглях под слоем древесного угля при 600...650 °С. Ведение плавки при более низ­ких температурах влечет за собой повышенные потери кальция из-за образования кристаллов химического соединения РЬ₅Са и удаления их со шлаком и съемами.

Технология плавки типографских сплавов включает две опера­ции — плавление шихты и рафинирование расплава от примесей. Плавку обычно начинают с очистки тигля от остатков предше­ствующей плавки. В очищенный тигель загружают ³/₄ навески свинца или типографской сыпи. Содержимое тигля расплавляют, поверхность расплава покрывают прокаленным древесным углем (слой толщиной 10... 15 мм) и доводят температуру расплава до

500...550 °С. При достижении заданной температуры в расплав вводят сурьму или медносурьмяную лигатуру (для сплавов, со­держащих медь). После растворения сурьмы вводят остаток свинца.

Удаление из расплава неметаллических включений осуществ­ляют введением 0,1...0,3 % хлористого аммония или дразнением. Операция дразнения состоит в погружении в расплав куска дре­весины и выдержки его в расплаве 30...60 мин. Продукты сухой перегонки древесины, проходя через расплав, увлекают взвешен­ные неметаллические включения.

Если расплав загрязнен нежелательными растворимыми при­месями (железо, никель, алюминий, цинк и др.) предусматрива­ют дополнительную обработку расплава с целью их удаления. Для ликвидации цинка и алюминия расплав при 500...550 С продува­ют водяным паром в течение 0,5...2 ч. Пар подводят стальными трубками на дно тигля. Образующиеся при продувке оксиды алю­миния и цинка всплывают на поверхность расплава, откуда их удаляют со съемами.

Железо, никель и медь удаляют путем введения в расплав серы. Образующиеся при 500...600 °С сульфиды этих металлов снимают с поверхности расплава.

Если в составе шихты не содержится сурьмы или медносурь­мяной лигатуры, то температура расплава в процессе плавки не Должна превышать 400...450 °С.