Олово, свинец, цинк и их сплавы

Олово — блестящий белый металл, обладающий низкой температурой плавления (231°С) и высокой пластичностью. Применяется в составе припоев, медных сплавов (бронза) и антифрикционных сплавов (баббит).

Свинец — металл голубовато-серого цвета, обладает низкой темпера­турой плавления (327°С) и высокой пластичностью. Входит в состав медных сплавов (латунь, бронза), антифрикционных сплавов (баббит) и припоев.

Цинк — светло-серый металл с высокими литейными и антикоррози­онными свойствами, температура плавления 419°С. Входит в состав медных сплавов (латунь) и твердых припоев.

Припои. Припой — это металлы или сплавы, используемые при пайке в качестве связки (промежуточного металла) между соединяемыми дета­лями. Припои имеют более низкую температуру плавления, чем соеди­няемые металлы. Незначительный нагрев соединяемых металлов, а вслед­ствие этого отсутствие изменения структуры металла являются основ­ным преимуществом пайки в сравнении со сваркой.

Табл. 14.

Оловянно-свинцовые и оловянные припои

Марка	Основные компоненты, % (свинец — остальное)	Температура плавления, °С	Назначение
	олово	другие элементы	соли-дус	лик- видус
ПОС-90		-			Пайка и лужение пищевой посуды и медицинской аппаратуры
ПОС-61		-			Пайка и лужение электро- и радиоаппаратуры, печатных систем
ПОС-40		-			Пайка деталей из оцинкованного железа
ПОС-61 М		Медь 2			Пайка тонкой медной проволоки и фольги
ПОССу-50-0,5		Сурьма до 0,5
ПОССу-30-0,5		То же			Пайка листового цинка, радиаторов
ПОССу-40-2		Сурьма 1,5-2,0			Пайка холодильных установок
ПОССу-18-2		То же			Пайка в автомобильной промышленности
ПОССу-4-6		Сурьма 5—6			Пайка и лужение в автомобильной промышленности
П250А		Цинк 20			Пайка деталей из алюминиевых сплавов

По температуре расплавления припои (табл. 14) подразделяют на легкоплавкие (145—450°С), среднеплавкие (450—1100°С) и высокоплавкие 1100—1850°С). К легкоплавким относят оловянно-свинцовые (ПОС), оловянные, малосурьмянистые и сурьмянистые (ПОССу) и другие при­пои; медно-цинковые (латуни) относят к среднеплавким (905-985°С), а многокомпонентные на основе железа—к высокоплавким (1190—1480°С).

Оловянно-свинцовые припои широко применяют во всех отраслях про­мышленности. Для снижения охрупчивания олова при низких темпера­турах в состав припоев вводят сурьму. Оловянно-свинцовые припои име­ют низкую коррозионную стойкость во влажной среде. В этих условиях паяные соединения необходимо защищать лакокрасочными покрытиями.

Оловянные припои имеют высокую прочность, пластичность и корро­зионную стой кость. Их применяют при пайке радиотехнической и элек­тронной аппаратуры.

Табл. 15.

Медно-цинковые припои

	Марка	Основные компоненты,% (цинк - остальное)	Температура плавления, °С	Назначение
медь	другие элементы	соли-дус	лик­видус
ПМЦ-36		-			Пайка латуней и бронз с содержанием не более 68% меди
ПМЦ-48		-			Пайка латуней и бронз с содержанием более 68% меди
ПМЦ-54 Л63 Л 68	54 63 68	-		880 905 938	Пайка стали, жести, медных сплавов
ЛЖМц-57--1,5-0,75 ЛНМц-50-2	57 50	Марганец, железо по 1 Никель, марганец по 2	865 849	873 872	Пайка инструментов
МцН-48-10		Никель 10			Пайка чугуна

Медно-цинковые припои (латуни) широко применяют для пайки боль­шинства металлов (табл. 15). Для повышения прочности паяных соеди­нений в медно-цинковые припои вводят олово, никель и марганец. До­бавки олова понижают температуру плавления латуни, повышают кор­розионную стойкость и улучшают жидкотекучесть припоя.

При пайке сложных изделий со швами на вертикальной стенке при­меняют пастообразные и порошковые припои. Легкоплавкие пастооб­разные припои состоят обычно из трех частей: порошкообразного при­поя, флюса и загустителя. Так, пасту состава: припой Пор ПОССу-30-2 (70%), вазелин (20%), бензойная кислота (1,2%), аммоний хлористый (1,2%) и эмульгатор ОП-7 (0,6%) — применяют для пайки стальных, медных и никелевых изделий.

Тугоплавкие порошкообразные припои применяют для пайки твердо­сплавных пластин при производстве режущего инструмента. Состав припоя: ферромарганец (40%), ферросилиций (10%), чугунная стружка (20%), медная стружка (5%), толченое стекло (15%) — плавится при температуре 1190-1300°С.

Применение цинка. Цинк имеет хорошую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в пресной воде. Поэтому цинк служит для хоро­шей антикоррозионной защиты кровельного железа и изделий из него.

Чистый цинк (марок ЦВО, ЦВ1) применяют в полиграфической и авто­мобильной промышленности; цинк марки ЦВОО- в электротехнике для изготовления источников постоянного тока.

Для получения фасонных отливок применяют сплавы ЦАМ с алюми­нием (4%), медью (0,5-3,5%) и магнием (0,1%). Из сплавов ЦАМ благодаря их легкоплавкости и жидкотекучести литьем под давлением получают отливки, не требующие дополнительной обработки поверхно­сти. Деформируемые цинковые сплавы ЦАМ9-1,5, содержащие алюми­ний (9-11%), медь (1-2%), магний (0,05%), применяют для получения биметаллической антифрикционной ленты со сталью и алюминием.

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ

Требования к сплавам. Антифрикционные сплавы предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Трение происходит в подшипниках скольжения между валом и вклады­шем подшипника. Поэтому для вкладыша подшипника подбирают та­кой материал, который предохраняет вал от износа, сам минимально из­нашивается, создает условия для оптимальной смазки и уменьшает тре­ние. Исходя из этих требован и и, антифрикционный материал представ­ляет собой сочетания достаточно прочной и пластичной основы, в кото­рой имеются опорные (твердые) включения. При трении пластичная основа частично изнашивается, а вал опирается на твердые включения. В этом случае трение происходит не по всей поверхности подшипника, а смазка удерживается в изнашивающихся местах пластичной основы,

Антифрикционными сплавами служат сплавы на основе олова, свинца, меди или алюминия, обладающие специальными антифрикционными свойствами. Антифрикционные свойства сплавов проявляются при трении в подшипниках скольжения. Это, в первую очередь, низкий коэффициент трения, хорошая прирабатываемость к сопрягаемой дета­ли, высокая теплопроводность, способность удерживать смазку и др. Из антифрикционных сплавов наиболее широко применяют баббит, бронзу, алюминиевые сплавы, чугун и металлокерамические материалы.

Антифрикционные сплавы хорошо прирабатываются в парах трения благодаря мягкой основе— олову, с винцу или алюминию. Более твердые металлы (цинк, медь, сурьма), вкрапленные в мягкую основу, способны выдерживать большие нагрузки. После приработки и частичной дефор­мации мягкой основы в ней образуются углубления, способные удержи­вать смазку, необходимую для нормальной работы пары.

Сплавы. Баббиты— антифрикционные материалы на основе олова или свинца. Их применяют для заливки вкладышей подшипников скольже­ния, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках. По химическому соста­ву баббиты классифицируют на три группы: оловянные (Б83, Б88), оловянно-свинцовые (БС6, Б16) и свинцовые (БК.2, БКА). Последние не имеют в своем соста­ве олова.

Лучшими антифрикционными свойст­вами обладают оловянные баббиты.

Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикцион­ные свойства, чем оловянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свин­цовые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких усло­виях. В марках баббитов цифра показывает содержание олова. Напри­мер, баббит БС6 содержит по 6% олова и сурьмы, остальное - свинец.

Дня оловянных и оловянно-фосфористых бронз характерны высокие антифрикционные свойства: низкий коэффициент трения, небольшой износ, высокая теплопроводность, что позволяет подшипникам, изготовленным из этих материалов, работать при высоких окружных скоростях и на­грузках.

Алюминиевые бронзы, используемые в качестве подшипниковых спла­вов, отличаются большой износостойкостью, но могут вызвать повышен­ный износ вала. Их применяют вместо оловянных и свинцовых баббитов и свинцовых бронз.

Свинцовые бронзы в качестве подшипниковых сплавов могут работать в условиях ударной нагрузки.

Латуни по антифрикционным свойствам уступают бронзам. Их ис­пользуют для подшипников, работающих при малых скоростях и уме­ренных нагрузках.

Из-за дефицитности олова и свинца применяют сплавы на менее дефи­цитной основе, например алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами, высокой тепло­проводностью, хорошей коррозионной стойкостью в масляных средах и достаточно хорошими механическими и технологическими свойствами. Их применяют в виде тон кого слоя, нанесенного на стальное основание, т.е. в виде биметаллического материала..

Металлокерамические сплавы получают прессованием и спеканием порошков бронзы или железа с графитом (1-4%). Пористость сплава 15-30%. После спекания сплавы пропитывают минеральными масла­ми, смазками или маслографитовой эмульсией. Сплавы хорошо при­рабатываются к валу, а наличие смазки в порах способствует снижению износа подшипника.

ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Металлические проводниковые ма­териалы подразделяются на материа­лы высокой проводимости и материалы (сплавы) высокого электрического со­противления (высокоомные).

МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ ПРОВОДИМОСТИ

Материалы высокой проводимости должны обладать малой величиной удельного электросопротивления (вы­сокой электропроводностью); высокими механическими свойствами (достаточ­ной прочностью и высокой пластич­ностью); хорошими технологическими свойствами (способностью к пластиче­ской деформации — прокатке, волоче­нию; способностью к пайке и сварке);

стойкостью против коррозии.

Материалы высокой проводимости применяют для изготовления обмоточ­ных и монтажных проводов, различ­ного вида токоведущих частей, исполь­зуемых при изготовлении приборов, аппаратов, электрических машин, трансформаторов, катушек индуктив­ности, волноводов и т. д.

К основным материалам высокой проводимости относятся медь, алюми­ний и ряд сплавов на их основе, а также железо. Их применяют в виде полуфабрикатов различной конфигу­рации и размеров, а также в виде раз­личного рода проводов (неизолирован­ных и изолированных).

ПРОВОДНИКОВАЯ МЕДЬ

Медь — лучший материал высокой проводимости. По электропроводимо­сти среди всех металлов она стоит на втором месте после серебра; обладает высокими механическими и техноло­гическими свойствами (хорошо под­дается прокатке и волочению до тон­чайших размеров, пайке, противостоит коррозии). Наибольшую электропро­водность имеет чистая медь. Присадки других элементов к меди понижают ее электропроводность.

Для электротехнических целей при­меняют наиболее чистую техническую медь марок М0к (99,95%) и М1к (99,9 %) по ГОСТ 859—78. Из нее из­готовляют изолированную и неизоли­рованную проволоку, ленту, листы, шины.

ПРОВОДНИКОВЫЙ АЛЮМИНИЙ

Проводимость отожженного про­водникового алюминия составляет 62 % от проводимости стандартной меди (по объему). Однако на единицу массы алюминий имеет проводимость вдвое большую чем медь. В качестве проводникового материала применяют следующие марки алюминия: А995, А95, А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е. Наибольшей электропроводимостью обладает чистый алюминий.

СПЛАВЫ ВЫСОКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Сплавы высокого электрического сопротивления (высокоомные) могут быть подразделены на две основные группы.

1. Сплавы для изготовления сопро­тивлений: прецизионных (образцовые сопротивления, различные элементы электроизмерительных приборов, ка­тушки сопротивления, шунты, об­мотки потенциометров); технических (регулирующие и пусковые реостаты, нагрузочные элементы).

2. Жаростойкие сплавы (нагрева­тельные элементы электропечей и электронагревательных приборов, на­грузочные элементы).

К высокоомным сплавам относятся также сплавы для термопар и компен­сационных проводов.

В зависимости от назначения к высо­коомным сплавам предъявляют спе­циальные требования. Кроме того, эти сплавы должны обладать возможно большим удельным электрическим со­противлением и иметь хорошие меха­нические свойства — высокую проч­ность и достаточную пластичность, обеспечивающие возможность получе­ния тончайшей проволоки, лент, фоль­ги.