Легкоплавкі і м'які припої
Припій – це сплав металів, призначений для з'єднання деталей та вузлів методом пайки. Він повинен мати гарну плинністю в розплавленому стані, добре змочувати поверхні з'єднуючих матеріалів і мати необхідні характеристики в твердому стані (механічна міцність, стійкість до впливу зовнішнього середовища, усадочні напруги, коефіцієнт теплового розширення).
Велика група припоїв випускається промисловістю в готовому вигляді, однак іноді виникає необхідність у самостійному їх виготовленні. Легкоплавкі припої (з температурою плавління нижче 100 °C) сплавляють в порцелянових тиглях, більш тугоплавкі – в металевих. Ретельно висушені компоненти складу відважують на технічних вагах, розплавляють в тиглі над газовим пальником і, перемішавши припой стрижнем з м'якої деревини або сталевим прутком, дуже обережно розливають у форми-жолоба з жерсті, дуралюмінію або гіпсу. Перед розливанням з поверхні розплаву сталевою платівкою знімають плівку шлаку. Плавку необхідно виконувати в добре провітрюваному приміщенні і обов'язково надягати захисні окуляри, рукавички і фартух з грубої тканини. У таблиці 2.2 наведено склад та основні характеристики найбільш вживаних і доступних припоїв.
Таблиця 2.2 – Склад і основні характеристики припоїв
| Припій | Склад, % вес | Температура плавлення, °С | Міцність на розрив кгс/мм | Відносне подовження при розтягуванні, % | Твердість за Бринелем, кгс/мм | ||||
| Sn | Bi | Pb | Cd | інші | |||||
| Сплав Гутрі | 21,1 | 20,5 | 14,3 | - | - | - | - | ||
| - | 8,3 | 44,7 | 22,6 | 5,3 | індій 19,1 | 3,8 | 1,5 | ||
| - | - | індій 21 | 4,5 | ||||||
| Сплав Вуда1 | 12,5 | 12,5 | - | 4,5 | 10,5 | ||||
| - | 35,5 | 9,5 | - | 67-90 | |||||
| Сплав Липовитца1 | 12,9 | 49,4 | 27,7 | - | 4,3 | ||||
| - | 42,5 | 37,7 | - | 70-90 | 3,6 | ||||
| Сплав Д'Арсе1 | 9,6 | 45,3 | 45,1 | - | - | - | - | - | |
| Сплав Розе1 | - | - | 93,7 | - | - | - | |||
| Сплав Ньютона | 18,75 | 31,25 | - | - | 4,9 | - | 8,6 | ||
| ПОСВ-32-15-531 | - | - | - | - | - | ||||
| - | - | - | 4,5 | 13,6 | |||||
| -2 | - | - | - | індій 50 | 1,2 | ||||
| - | 33,3 | 33,3 | 13,4 | - | 3,8 | 12,5 | |||
| ПОСВ-333 | 33,4 | 33,3 | 33,3 | - | - | - | - | - | |
| - | 5,8 | - | - | - | 5,6 | ||||
| ПОСК-50 | 49,8 | - | 18,2 | - | 6,7 | - | 15,3 | ||
| - | - | - | індій 12 | 150…174 | 3,7 | ||||
| -4 | - | - | цинк 3 | 170…256 | - | - | - | ||
| ПОС-605.6 | 59…61 | - | остальное | - | сурма 0…0,8 | 182-185 | - | - | - |
| - | - | - | - | 5,6 | |||||
| - | 49,5…50 | 0,25 | остальное | - | сурьма 0,2…0,5 | 182-216 | 4,4 | 3,8 | |
| ПОС-506 | 49…50 | - | остальное | - | сурма 0…0,8 | 183-209 | - | - | - |
| ПОС-907 | 88…90 | - | остальное | - | Мідь 0…0,8 нікель 0-0,8 | 183-222 | - | - | - |
| ПОС-406.8 | 39…40 | - | решта | - | сурма 1,5-2 | 183-235 | - | - | - |
| ПОС-309 | 29…30 | - | решта | - | сурма 1,5-2 | 183-256 | - | - | - |
| ПОС-1810 | 7…18 | - | решта | - | сурма 2…2,5 | 183…277 | - | - | - |
| -11 | - | - | сурма 3 | 185-204 | 5,9 | ||||
| - | 91,1 | - | - | 8,9 | - | 7,5 | - | ||
| Авиа-14 | - | - | цинк 25 | - | - | - | |||
| -12 | - | - | - | індій 50 | 3,3 | 2,6 | |||
| -4 | - | - | цинк 3 | 170-256 | - | - | - | ||
| ПСр-213 | - | срібло 2 | 225-235 | - | - | - | |||
| -14 | - | - | - | - | індій 90 срібло 10 | 1,1 | 2,7 | ||
| ПС-780л-15 Су-7 | - | - | сурма 7 | - | - | - | |||
| -15 | - | - | - | сурма 4…6 | 232…240 | ||||
| ПС-99Ц1 | - | - | 98,9 | - | натрій 0,1 цинк 1 | - | - | - | |
| ПК600-4004 | - | - | - | - | - | - | |||
| ПКЦ-40-6016 | - | - | - | цинк 60 | - | - | - | ||
| ПС-830л-7Су-10 | - | - | сурма 10 | - | - | - | |||
| Пол-70Ц304 | - | - | - | цинк 30 | - | - | - | ||
| - | - | - | решта | - | сурма 11…13 | 247-248 | - | ||
| Авиа-24 | - | - | алюміній 15 цинк 25 | - | - | - | |||
| ПСр-1,513 | - | 83,5 | - | срібло 1,5 | 265-270 | - | - | - | |
| ПОССр-1,517 | 0,75 | - | серебро 1,25 | - | - | - | |||
| ПСр-2,513 | 5,5 | - | - | срібло 2,5 | 235-305 | - | - | - | |
| 0,75…1,25 | 0,25 | остальное | - | сурма 0…0,4 срібло 1,3…1,7 | 3,1 | 9,5 | |||
| ПК60Ц-4017 | - | - | - | цинк 40 | - | - | - | ||
| - | - | - | - | індій 50 | 3,5 | ||||
| Б | - | - | - | - | алюміній 12 мідь 8 цинк 10 | - | - | - |
Застосовують припої:
1. Для пайки металів з температурою плавлення 200 °C і вище
2. Для припаювання до скла
3. Пайка плавких сигнальних запобіжників
4. Для пайки алюмінію і його сплавів
5. Для пайки монтажних проводів з ПВХ ізоляцією, обмотувальних проводів, герметичних швів, виробів з загартованої сталі
6. Для пайки струмоведучих деталей з латуні, срібла, лужного нікелю
7. Для пайки деталей і вузлів під гальванічні покриття, срібні, позолочені (припой з високою корозійною стійкістю)
8. Для лудіння і пайки кабельних виробів
9. Для лудіння і пайки струмоведучих деталей з міді, цинку та їх сплавів, для пайки деталей приладів та радіоапаратури, для лудіння перед паянням більш легкоплавкими припоями
10. Дешевий припой для різних робіт
11. Припій з підвищеною стійкістю до повзучості
12. Припій з високою стійкістю до лужної корозії
13. Для пайки молібдену і вольфраму
14. Для пайки срібла, скла та кераміки
15. Для пайки харчового посуду, тари для медикаментів та води (для цих цілей придатний припой ПОС-90)
16. Для пайки магнію і його сплавів
17. Для пайки деталей з оцинкованої сталі, цинку, мідних сплавів, для пайки зовнішніх деталей приладів
Легкоплавкі підшипникові сплави (бабіти)
Для легкоплавких підшипникових сплавів застосовують сплави системи Pb-Sn, Sn-Sb і Pb-Sn-Sb, а також цинкові бабіти на основі цинку (з добавками міді та алюмінію) і алюмінієві бабіти на основі алюмінію (з домішками міді, нікелю, сурми).
Система Pb-Sb приведена в дійсному вигляді (з урахуванням розчинності сурми в свинці та свинцю в сурму) на рис. 2.4. Свинець має твердість 3 НВ, сурма 30 НВ.
Евтектика складається з 13 % Sb і 87 % Pb, твердість 7 – 8 НВ. Очевидно, доевтектичні сплави, які мають структуру евтектика + свинець, занадто м'які і кращими є евтектичні сплави, що містять 16 –18 % Sb. М'якою основою є евтектика, а твердими включеннями – кристали сурми, кількість яких становить близько 5 % загального об’єму сплаву.
В системі Sn-Sb (рис. 2.5) олово має низьку твердість (5НВ). Оптимальною композицією буде сплав, що складається з 13 % Sb і 87 % Sn, має двофазну структуру α + β, де α – твердий розчин на базі олова (м'яка основа), β – твердий розчин на базі інтерметалідне з'єднання SnSb (тверді включення).
Олов’яно-свинцово-сурмянистий підшипниковий сплав в якості м'якої основи має твердий розчин на базі свинцю, а твердими включеннями служать сполуки SnSb. Перераховані сплави містять, як правило, добавку міді, яка, з одного боку, зменшує ліквацію по щільності, а з іншого – утворює з'єднання Cu3Sn, що виконує роль твердих включень.
Рисунок 2.5 – Діаграма стану Sn – Sb
Легкоплавкі підшипникові сплави призначаються для заливки підшипників ковзання, відмінною особливістю бабітів є низька температура плавлення, хороша пріпрацювуваність і відсутність схоплювання зі сталлю. Як уже зазначалося раніше, для забезпечення високих антифрикційних властивостей сплави повинні мати гетерогенну структуру, що складається з м'якої і пластичної основи і включень більш твердих частинок. З'єднання Cu6Sn5, виділяючись при кристалізації першими, утворюють свого роду кістяк, який ускладнює ліквацію кубічних кристалів β-фази. Кількість кристалів β-фази і Cu6Sn5 в бабіті Б89 менше, ніж в Б83, тому сплав Б89 має більш високу пластичність, але меншу твердість. Бабіти Б89 і Б83, що містять велику кількість дорогого олова, застосовуються тільки для заливки підшипників машин великої потужності, коли потрібна висока в'язкість і найменший коефіцієнт тертя. Бабіт Б83 застосовують при напруженості роботи підшипника (PV), що перевищує 100 кг/см2.
Для інших підшипників застосовують бабіти, в яких значна частина олова замінюється свинцем. Свинцеві бабіти володіють більш високим коефіцієнтом тертя, менш зносостійкі і більше тендітні, тому що основою їх є не α-твердий розчин, а менш пластична евтектика (тверді розчини α + β). Твердими складовими в структурі цих бабітів є SnSb і Cu6Sn5. Зі збільшенням в свинцевих бабітах сурми і олова міцність і твердість зростає, а пластичність знижується. Мідь у свинцевому бабіті усуває ліквацію, збільшує твердість і в'язкість. Кадмій підвищує твердість, міцність і корозійну стійкість бабітів.
Значного поширення для підшипників залізничного транспорту отримав свінцовокальціевий бабіт БКА, що містить 0,8 – 1,15 % Ca, 0,6 – 0,9 % Na і 0,05 –0,20 % Al. Антифрикційні структуру надає кальцій, який утворює з'єднання Pb3Ca. Кристали Pb3Ca грають ту ж роль, що і кубічні кристали β-фази в олов'янистих бабітом. Натрій підвищує твердість, а алюміній покращує механічні та антифрикційні властивості бабіту. Міцність бабіту зростає при природному старінні: процес може бути прискорений нагріванням до температури 50 – 70 ºС. з підвищенням температури твердість бабітів сильно знижується. Тому робочі температури підшипників, залитих бабітом, не повинні перевищувати 80 ºС.
При застосуванні дуже м'яких легкоплавких підшипникових сплавів забезпечується менший знос шийки вала. Бабіти, крім того, мають і мінімальний коефіцієнт тертя зі сталлю і добре утримують мастило. Тому поряд з чавунними і бронзовими вкладишами в машинобудуванні для вкладишів підшипників широко застосовують легкоплавкі сплави на основі олова, свинцю, а також цинку і алюмінію.