Плавка свинца и олова, температуры плавления металлов

Олово — один из самых изученных человеком металлов. Оно было открыто еще в доисторические времена. Уже древний человек знал, какова температура плавления олова, физико-химические свойства этого металла и диапазон его применения в повседневной жизни. Сплав олова и меди является первым опытом человека в металлургии, первым искусственным металлическим соединением, созданным руками человека.

Олово в природе

Важнейшие природные соединения – это касситерит, в который входит оксид олова, и станнин (оловянный колчедан). В древности этот металл добывали в открытых шахтах, но в современном мире открытых месторождений олова практически не осталось. В промышленных масштабах его выплавляют из руд, содержащих около 1 % этого вещества. Таким образом, чтобы получить 1 кг чистого олова, нужно переработать центнер руды.

Использование олова

Одно из наиболее известных применений олова – пайка. Невысокая температура плавления позволяет паять в домашних условиях. Для пайки этот металл продается в виде небольших прутков диаметром до 10 мм.

Достаточно часто предлагаются сплавы с различными добавками – со свинцом, серебром, медью, индием и другими. Температура плавления олова и свинца ниже, чем чистого олова, поэтому процесс пайки проходит быстрее.

Благодаря физическим характеристикам этот металл можно хранить в нормальных условиях в жидком виде. Низкая температура плавления олова позволяет запаивать металлическую жидкость в стеклянные ампулы для лабораторных или других исследований.

Плавка олова

Олово достаточно легко расплавить в больших количествах и отлить в форму из графита или любого другого материала. Средняя температура плавления олова не превышает 240°C. Основные требования к материалу для форм заключаются в следующем:

  • вещество не должно смачиваться жидким оловом;
  • материал должен выдерживать температуру в 250°C, не разрушаясь и не меняя своей формы.

Расплавленный металл способен окисляться на открытом воздухе, а твердое вещество довольно устойчиво к кислородной коррозии. Иногда это свойство используется для нанесения металлического слоя на жестяные изделия. Но в отличие от цинкового напыления, оловянное не придает изделию электрохимическую защиту – в случае царапины коррозия быстрее разъест поверхность с оловянным покрытием, а не с цинковым.

Олово для пайки

Температура плавления зависит от количества и состава примесей в прутке. О том, какая температура плавления олова, можно узнать из таблицы наиболее распространенных сплавов.

В электротехнике хорошо зарекомендовали себя трехкомпонентные сплавы на основе свинца, серебра и олова. Процентное соотношение примесей в припое различно: стандарты по добавкам до сих пор не выработаны. Все производители сходятся в одном – содержание олова в сплаве не должно быть меньше 95 %. Температура плавления припоя олова в этой композиции колеблется в диапазоне 217-221° C.

Для улучшения характеристик припоя в него вводят небольшое количество сурьмы. Данная композиция применяется для пайки радиодеталей в наиболее ответственных участках.

Хорошо зарекомендовали себя сплавы с содержанием серебра. Наличие этого благородного металла улучшает технические характеристики готового изделия и повышает срок его эксплуатации. Сплавы с большим содержанием серебра применяются в различных средствах связи и в промышленной технике.

Цинкосодержащие сплавы не слишком хорошо распространены. Причиной такой нелюбви является повышенная химическая активность цинка. Из-за его взаимодействия с окружающей средой цинкосодержащие соединения довольно быстро разрушаются, к тому же при работе с ними необходимо использовать активные флюсы. Припойные пасты с содержанием этой добавки не предназначены для длительного хранения. Температура плавления олова для пайки с содержанием цинка достаточно высока. Например, известное соединение Sn91Zn9 плавится при температуре 200°C.

Олово и свинец

Как и олово, свинец в виде сплавов и добавок используется человеком с незапамятных времен. Этот недорогой и распространенный металл обладает свойствами, повышающими качество припоя и его эксплуатационные характеристики.

Припои, в состав которых входит свинец, называются свинцовосодержащими. Соединения свинца очень вредны для здоровья, поэтому применение соединений этого металла весьма ограничено. В прошлом широкое распространение свинцовых припоев было обусловлено хорошими эксплуатационными характеристиками сплава и его низкой температурой обработки. Температура плавления олова и свинца не превышает 190°C. Несмотря на строгие ограничения, припои со свинцом широко используются в отдельных отраслях промышленности, например в оборонном производстве и в секторе ядерной энергетики.

Использование чистого олова

Полупроводниковая промышленность использует припои с высоким содержанием чистого олова, в котором на один атом стороннего металла припадает 999999 атомов чистого металла. Температура плавления олова в чистом виде 240°С. Но в бытовых условиях такие припои не пользуются спросом: дело в том, что при понижении температуры этот металл преобразует свою структуру, на поверхности изделия появляются серые пятна –так называемая оловянная чума. Добавки различных компонентов изменяют эту температуру и придают оловянным сплавам большую устойчивость.

Свинец — легкоплавкий металл, поэтому расплавить его довольно просто, даже не имея специального оборудования. Главное, что нужно знать — какова температура плавления свинца. От этого зависит выбор емкости, в которой будет происходить плавка. Для свинца подойдет обычная консервная банка, так как жесть для нее изготавливают из стали, которая плавится при температуре в несколько раз больше, чем у выплавляемого металла.

Свинец и его свойства

Грязно-серый цвет этого металла — результат того, что в атмосфере на его поверхности за короткое время образуется окисная пленка. Именно она придает такой невзрачный вид свинцу. Однако, если несколько раз провести напильником по поверхности металла, то под тонким слоем оксидной пленки станет видна блестящая поверхность с голубоватым оттенком. Это очень мягкий и тяжелый материал, он почти в полтора раза тяжелее стали. Плотность свинца — 11,34 г/куб.см, а плотность железа — 7,80 г/куб.см.

Свинец был открыт в древности примерно 2019 — 2019 лет до нашей эры. В современной промышленности его получение происходит в основном металлургическим способом из свинцовых руд и концентратов.

У свинца низкая температура плавления — всего 327 °C, а температура кипения — 2019 °C. Следует учитывать токсичность свинцовых паров и то, что этот химический элемент плохо выводится из организма. Чем больше нагревается расплавленный свинец, тем больше он испаряется. Поэтому помещение, в котором происходит плавка, должно хорошо проветриваться.

Именно благодаря невысокой температуре плавления свинец используют при изготовлении мягких припоев вместе с оловом.

Характеристика олова

Плавится при 232 °C, кипит при 2019 °C, отлично сплавляется с разными металлами, благодаря высокой пластичности хорошо поддается ковке. Паяльное олово используется в качестве припоя, так как оно хорошо смачивает металлы. Промышленное получение олова значительно сложнее чем свинца, поэтому оно гораздо дороже.

В отличие от свинца олово выглядит гораздо привлекательнее. Этот серебристо-белый металл безопасен для здоровья человека. Оловом часто покрывают поверхности металлических изделий в местах, где они контактируют с пищей: посуду, консервную жесть, пищевую фольгу и другие. Однако оловянная пыль и пары при вдыхании могут вызвать опасное влияние на человеческий организм. Кроме производства тары для продуктов питания, олово широко используется в разных припоях и других сплавах, например, в антифрикционных и подшипниковых. Этот материал значительно легче свинца, его плотность 7,3 г/куб.см.

Олово полиморфно, то есть оно может существовать в различных модификациях в зависимости от температуры. При температуре ниже 13 °C белое олово (β-модификация) переходит в серое олово (α-модификацию). В результате этого фазового перехода блестящие оловянные изделия рассыпаются в порошок серого цвета. Причем при контакте с порошком белое олово как бы заражается от него и превращается в серое. Такое явление получило название «оловянная чума».

По некоторым данным, именно оно стало главной причиной гибели экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. Керосин, хранившийся на промежуточных складах, вытек из канистр, пропаянных по швам оловом, которое рассыпалось в порошок на морозах Антарктики. Таким образом, члены экспедиции остались почти без топлива.

Припои для пайки

Припои классифицируют по разнообразным характеристикам: степени плавления при пайке, способу изготовления, основному металлу, способности к флюсованию и др. По температуре расплавления припои бывают:

  1. Легкосплавные, плавятся при менее 145 °C.
  2. Мягкие, плавятся при температуре от 145 °C до 400 °C.
  3. Твердые, температура плавления выше 400 °C.

Легкосплавные применяют для пайки материалов критичных к перегреву, можно назвать такие марки, как сплав Ньютона, сплав Гутри, сплав Вуда, ПОСВ 32−15−53.

Мягкие применяют для лужения и пайки швов посуды, электроаппаратуры, печатных плат, трубок теплообменников. Самые распространенные из них это оловянно-свинцовые (см. табл.1).

Твердые припои дают высокую прочность соединения и применяются для пайки несущих конструкций. К этим припоям относятся медно-цинковые (ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54), серебряные (ПСр72, ПСр70, ПСр50, ПСр50Кд, ПСр12М) и другие.

Оловянно-свинцовые припои

Сплав олова со свинцом с содержанием олова от 10 до 90% называется припоем ПОС. Можно привести следующие обозначения марок таких припоев:

  • ПОС40 — содержит 40% олова, остальное — свинец, плавится при 235 градусах, применяется в промышленности для лужения и пайки электроаппаратуры, изделий из оцинкованной стали;
  • ПОС90 — 90% олова, 10% свинца, расплавляется при 222 градусах, нашел свое применение при изготовлении посуды и медицинской аппаратуры;
  • ПОССу 30−0,5 — 30% олова, 0,5% — сурьма, остальное — свинец, жидким становится при 255 градусах, служит для лужения и пайки листов цинка, обычной и нержавеющей стали, проводов, радиаторов.

В зависимости от процентного соотношения олова и свинца изменяется температура плавления разных марок припоя.

Температуры плавления припоев (в °С). Таблица 1

Плавление металлов

Плавление — это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое. В отличие от сплавов, у чистых металлов плавление и затвердевание (кристаллизация) происходит при неизменной строго определенной температуре. По ней различают металлы:

  • легкоплавкие, плавятся при температурах до 600 °C;
  • среднеплавкие — от 600 °C до 2019 °C;
  • тугоплавкие — свыше 2019 °C.

В таблице 2 указано, при какой температуре плавится свинец, при какой температуре плавится олово и другие металлы.

Температуры плавления металлов (в °С). Таблица 2

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.

Сплав олова со свинцом используется для придания прочности изготавливаемым деталям

Физические свойства свинца

Свинец — продукт отходов переработки серебра — оказался очень полезным металлом в производстве

Археологические артефакты свидетельствуют о том, что этот химический элемент был известен человеку более 2019 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

Олово — от ложки до радиатора

Данный химический элемент известен более 2019 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 2019 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.

Олово и свинец прекрасно дополняют друг друга, что делает их сплав незаменимым в производстве

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.

Похожие статьи

Плавка легкоплавких металлов и их сплавов

Плавка цинка и цинковых сплавов

Чистый цинк используют в основном в виде деформированных полуфабрикатов (листов, полос, плит) в котлостроении, полиграфической и электротехнической промышленности. Для изготовления фасонных отливок его не применяют. Значительное количество цинка используют для приготовления различных сплавов.

В нагретом состоянии ( ~ 150°С) чистый цинк хорошо деформируется. Склонность к пластической деформации его ухудшается в присутствии примеси олова. Сотые доли процента олова сообщают цинку красноломкость. Еще более отрицательное действие на поведение цинка при горячей обработке давлением олово оказывает в присутствии свинца. Образующаяся при этом тройная эвтектика олово – свинец – цинк имеет температуру плавления 150°С Примесь железа резко увеличивает хрупкость цинка; при содержании более 0,2% железа цинк нельзя подвергать прокатке. Другие примеси (As, Sb, Cu, Cd) оказывают значительно меньшее действие на эти свойства цинка.
Для изготовления фасонных отливок используют цинковые сплавы, состав которых приведён в табл
. 1. Наиболее распространённые из них – сплавы типа ЦАМ, основными легирующими компонентами в которых являются алюминий и медь. Эти сплавы широко используют при литье в кокиль, под давлением и для центробежного литья.
Отливки из цинковых сплавов применяют в автомобильной и тракторной промышленности, бытовой технике, в качестве заменителей оловянных бронз при изготовлении подшипников агрегатов, работающих на малых скоростях при удельном давлении до 200 кг/см2.
Плавка цинка и сплавов на его основе ввиду низкой температуры плавления их не представляет каких-либо затруднений
. Для плавки применяют различные по конструкции печи. В литейных цехах, производящих слитки, для плавки используют электрические индукционные или отражательные печи. В цехах литья под давлением и литья в кокиль плавку ведут в тигельных печах.
Цинк легко окисляется
. Окисление идёт особенно интенсивно в присутствии паров воды. Образующийся окисел ZnO нелетуч и находится в твёрдом состоянии. Ввиду большой разности плотностей окисел легко всплывает.
Для защиты от окисления плавку ведут под покровом древесного угля
. В качестве флюса можно использовать хлориды щелочных и щелочноземельных металлов. При применении хлоридов необходимо особенно тщательно удалять с поверхности расплава хлористый цинк, образующийся по реакции
2NaCL+Zn→ZnCL2+2Na
Попадание хлористого цинка в тело отливки недопустимо, так как частицы его служат очагами коррозии.
Химический состав цинковых сплавов табл.1

Рафинирование цинка и его сплавов от неметаллических включений осуществляют введением в расплав 0,1-0,2% хлористого аммония при температуре 450-470°С или с помощью сетчатых и зернистых фильтров. Для изготовления сетчатых фильтров используют стеклоткань с размером ячейки 1*1 мм, графит, титан и другие материалы. Магнезит, алунд, сплавы хлористых и фтористых солей, графит и др. применяют для изготовления зернистых фильтров. Фильтры высотой 70-150 мм из зёрен со средним диаметром 3-4 мм обеспечивают более эффективное отделение плен абразивных включений в сравнении с обработкой расплава нашатырём. Фильтрование, как правило, ведут через нагретый ( ~450 °С фильтр.
Цинк и сплавы на его основе весьма чувствительны к перегреву. Кроме значительных потерь цинка на испарение (tкип=907°С перегрев способствует образованию столбчатой структуры, вредно отражающейся на последующей обработке давлением и способствующей образованию трещин при затруднённой усадке отливки в форме. По этой причине перегрев цинка выше 500°С недопустим ( для сплавов с алюминием и медью 550°С).

Цинковые сплавы чрезвычайно чувствительны к загрязнению примесями. Тысячные доли процента свинца, олова и кадмия вызывают интенсивную межкристаллитную коррозию. Для того чтобы избежать загрязнений цинкового сплава, необходимо соблюдать исключительную чистоту в цехе, не допускать туда детали или сырьё содержащие свинец, олово или кадмий.

Плавку чистого катодного цинка чаще всего ведут в индукционных печах с железным сердечником, футерованных шамотом. Для набивки подового камня используют массу, состоящую из синий гончарной глины (35%), обожженной глины (35%), каолина (12%), и связующего (1-2% сульфидной барды). Флюса при плавке не применяют. Температура литья 430-460°С
Для переплавки отходов, требующих рафинирования от металлических примесей, используют отражательные печи
. Плавку ведут под слоем древесного угля. Температуру расплава не поднимают выше 460-480°С Отделение свинца и железа производят отстаиванием расплава в течение 1,5-2 ч. В результате содержание свинца в сплаве снижается в 2-2,5 раза. В случае значительных загрязнений цинка неметаллическими включениями расплав рафинируют нашатырём NH4CL. Температура литья и в этом случае находится в пределах 430-480°С

Плавка полиграфического цинка имеет ряд особенностей. Полиграфические пластины должны иметь ровные поверхности, без местных скоплений свинца. Вместе с тем присутствие свинца, равномерно распределённого в цинке, необходимо для улучшения его травимости. Оптимальное содержание свинца равно 0,67-1,25%.

Ввиду нерастворимости свинца в твёрдом цинке получить слитки с равномерным распределением свинца при введении его чистым металлом невозможно.
Способ плавки, обеспечивающий получение неликвирующих цинковосвинцовых сплавов с равномерным распределением свинца, разработан А.А Бочваром и др. Сущность способа состоит в обменной реакции между цинком и хлористым свинцом. Повторная переплавка мало влияет на распределение свинца, хотя часть его осаждается. Ещё меньше ликвирует свинец из дистилляционного цинка.

Изготовление сплавов ЦИНК-АЛЮМИНИЙ-МЕДЬ (ЦАМ). Шихтовым материалам при изготовлении сплавов служат первичный цинк, чистый алюминий, электролитическая медь и отходы собственного производства. Для ускорения плавки и устранения перегрева расплава медь желательно вводить в виде лигатуры алюминий – медь (50:50). Плавку ведут в тигельной или в отражательной электрической или газовой печи.

Первоначально в печь загружают алюминиевомедную лигатуру, отходы и половину всего количества цинка. Поверхность шихты засыпают древесным углём. Завалку расплавляют и перегревают до 500-550°С. Затем загружают алюминий, а после его растворения – цинк. Сплав перемешивают, снимают уголь и шлак и вводят на дно тигля магний. После тщательного перемешивания и удаления шлака при температуре 420-450°С производят заливку форм с использованием зернистых или сетчатых фильтров.
При необходимости проводят рафинирование нашатырём
. В тех случаях, когда содержание алюминия в сплаве меньше, чем меди, нужное по шихте количество чистой меди загружают вместе с алюминиевомедной лигатурой.
В некоторых случаях необходимое по шихте количество меди вводят в виде латуни
. Температуру разливки сплавов с повышенным содержанием меди принимают в пределах 550-560°С

Плавка свинца и его сплавов

Основное количество свинца отливают в плиты, идущие в дальнейшем на прокат. Отливки из чистого свинца изготовляют сравнительно редко, главным образом для аккумуляторного производства.

Плавку свинца едут чугунных тиглях под слоем древесного угля. После расплавления с поверхности металла снимают шлак и доводят температуру до 375-500°С. При этой температуре производят рафинирование и разливку. Очистку от неметаллических взвесей ведут нашатырём NH4CL, который вводят в расплав в количестве до 0,01% от массы с помощью колокольчика.
Из сплавов на основе свинца особый интерес представляют баббиты, типографские и свинцовосурьмянистые аккумуляторные сплавы
. Состав некоторых из них приведён в таб.2 Баббиты табл.2

Работа со свинцовыми сплавами проста ввиду их легкоплавкости. Сплавы почти не поглощают газов, поэтому в отливках отсутствуют дефекты в виде газовых пузырей. Особенность свинцовых сплавов – склонность к ликвидации по плотности. Прежде всего, это относится к сплавам, содержащем сурьму и олово. Кристаллы химического соединения сурьмы и олова имеют меньшую плотность, чем расплав, поэтому они всплывают. Для уменьшения ликвидации и для получения отливок с мелким зерном необходимо обеспечивать быстрое затвердевание сплава. С целью уменьшения ликвидации в состав сплава вводят медь.

Свинцовосурьмянистые сплавы приготовляют в тигельных печах в чугунных или стальных тиглях. Обычно применяют следующий порядок ведения плавки. Часть свинца загружают в холодный тигель, расплавляют и доводят его температуру до 350-400°С Очищенный свинец перемешивают и вновь удаляют шлаки. Затем в жидкий свинец вводят всё необходимое количество сурьмы в виде кусков диаметром 50-75 мм (более мелкие кусочки сурьмы хуже растворяются в свинце). Количество сурьмы рассчитывают с учётом выгорания 7-10% от содержания её в сплаве. После растворения сурьмы температуру расплава повышают до 500°С и осторожно вводят недостающий свинец.

Во избежание окисления плавку ведут под угольным (древесным) покровом, который до некоторой степени препятствует проникновению кислорода к жидкому расплаву. После полного расплавления и хорошего перемешивания сплав рафинируют хлористым аммонием (0,1% от массы расплава) и разливают в изложницы или формы. Следует иметь в виду, что нагрев расплава выше 500°С приводит к большим потерям сурьмы на испарение.
Для изготовления баббитов в качестве исходных материалов применяют вторичный сурьмянистый свинец, сурьму, лигатуры Cu-Sb (50%Sb), Sb-Te (30%Te), Sn-Sb-Ni (30%Sb,10%Ni), натрий, кадмий, мышьяк, подготовительные сплавы, полученные переплавкой отходов, и хлористый кальций.

Плавку свинцовых баббитов ведут в тигельных печах в чугунных или стальных тиглях под слоем древесного угля. Рафинирование сплавов производят хлористым аммонием.

Баббиты Б16, Б10 плавят в следующей последовательности в холодный тигель (котёл) загружают всю тугоплавкую часть шихты и около ⅔ свинца или подготовительного сплава. Содержимое расплавляют под слоем древесного угля и нагревают до 700°С. Затем расплав охлаждают до 600С°, снимают с поверхности шлак и вводят свинец в олово. Расплав перемешивают затем в течение 10-15 мин сплаву дают отстояться , после чего вновь перемешивают и при температуре 400-450°С заливают в изложницы.

Контроль качества баббита осуществляют проверкой химического состава, излома и осмотром поверхности слитка. В изломе чушек не должно быть шлака, окислов и других посторонних включений, в том числе скоплений мелких газовых раковин.

Баббит БС по технологии плавки аналогичен Б16 и Б10. Технология плавки баббита БН имеет некоторые особенности. Сначала в чугунный тигель загружают сурьму, затем лигатуру Sn-Sb-Ni, лигатуру Cu-Sb и часть свинца. Всё это расплавляется под покровом древесного угля. По расплавлении шихты с поверхности расплава снимают шлак и вводят кусковой или порошкообразный мышьяк. Расплав при этом тщательно перемешивают. Затем загружают остальное количество свинца. Последними вводят кадмий и олово. Расплав к этому моменту должен иметь температуру 420-450°С. После непродолжительной выдержки (5-10 мин) и тщательного перемешивания производят разливку. Температура сплава во время разливки составляет 500-540°С.

Изготовление баббита БТ не отличается от плавки баббитов другого типа. Теллур вводят в последнюю очередь в виде свинцовотеллуристой или сурьмянотеллуристой лигатур.

Разливку перечисленных баббитов производят при постоянном перемешивании расплава, так как только в этом случае возможно получение однородных по составу отливок.
В некоторых случаях (при применении возвратов) проводят рафинирование расплава, используя для этой цели хлористый аммоний или хлористый цинк (0,1-0,3% от массы расплава). Для изготовления баббитов может быть использован также метод смешивания жидких расплавов.
Типографские сплавы плавят также в тигельных печах в чугунных или стальных котлах (тиглях)
. Плавильные установки должны быть оборудованы защитным кожухом и хорошей вытяжкой.

В качестве исходных шихтовых материалов, кроме первичных металлов, применяют разнообразный лом и отходы (кабельная оболочка, обрезки свинцовых труб и т.д) . Отходы в виде стружки и опилок и куски отходов неизвестного химического состава предварительно переплавляют в подготовительные сплавы.

При расчёте шихты учитывают угар сурьмы и олова. Угар сурьмы принимают равным 5-10% от содержания её в сплаве; угар олова 0,5-1,0%.
Процесс приготовления типографических сплавов состоит из двух операций: сплавления шихты и рафинирования расплава от примесей. Плавку обычно начинают с очистки тигля от окислов, шлака и остатков предшествующей плавки. Для этого тигель подогревают до 600-700С°. Затем в него загружают ¾ навески свинца или типографской сыпи. Содержимое тигля расплавляют, после этого поверхность расплава покрывают слоем (10-15мм) прокаленного древесного угля. Температуру расплава доводят до 500-550С° и загружают сурьму или медносурьмянистую лигатуру (для сплавов, содержащих медь). После расплавления сурьмы вводят остальной свинец.

Удаление взвешенных в расплаве окисных и шлаковых включений производят рафинированием или дразнением. Для рафинирования используют хлористый аммоний NH4Cl или хлористый цинк ZnCl2, которые берут в количестве 0,1-0,3% от массы расплава.

Операция дразнения состоит в погружении на дно тигля куска дерева и выдержке его в таком положении в течение 30-60мин. Продукты сухой перегонки древесины, проходя через расплав, способствует удалению загрязнений.
Если расплав загрязнён нежелательными примесями (железо, никель, алюминий, цинк и др.), дополнительно к рафинированию от окисных и шлаковых включений проводят рафинирование от металлических примесей.

Для удаления цинка и алюминия расплав при температуре 500-550°С продувают водяным паром в течение 0,5-2ч. Пар проводят с помощью стальной трубы на дно тигля. Окислы алюминия и цинка, образующиеся при этом, всплывают и удаляются из расплава.

Железо, никель и медь удаляют путём введения в расплав, нагретый до 500-600°С, серы. Образующиеся сульфиды всплывают на поверхность расплава и удаляются со съемами.
Если в составе шихты не содержится сурьмы или медносурьмянистой лигатуры, то температура расплава в процессе плавки не должна превышать 400-450°С
. Температура литья типографических сплавов 370-450°С.
Приготовление лигатуры свинец-теллур (2% Te) производят по технологии, весьма схожей с технологией изготовления лигатуры олово-фосфор. Прессованный и завёрнутый в свинец теллур помещают в подогретый до 250-300°С тигель и заливают расплавленным и перегретым до 590-610°С свинцом. Во время перелива расплав интенсивно перемешивают железной мешалкой. При температуре 400-450°С готовый сплав разливают в изложницы. Угар теллура составляет 10-20%.

Плавка олова и сплавов на его основе

Технология плавки олова и оловянных сплавов во многом схожа с плавкой свинцовых сплавов. Так же, как и свинец, олово в жидком состоянии почти не поглощает газов, поэтому отливки свободны от газовой пористости. Плавку оловянных сплавов и олова ведут в железных тиглях тигельных печей, работающих на всех видах топлива.

Олово при нагреве окисляется незначительно, поэтому плавку его можно вести без применения покровных флюсов. В тех же случаях, когда в состав шихты вводят много отходов и возвратов, в качестве защитного покрова применяют древесный уголь; перед разливкой расплав рафинируют хлористым аммонием [0,01-0,15% (по массе)].
Оловянные сплавы используют в технике как антифрикционный материал при заливке вкладышей подшипников скольжения, в качестве припоев и фольги и для изготовления отливок литьём под давлением
. Состав некоторых сплавов приведён в табл.3
Химический состав оловянных сплавов табл.3

Антифрикционные сплавы на оловянной основе, типичным представителем которых является баббит Б83, чаще всего готовят из чистых металлов. Сначала в тигель загружают медносурьмянистую лигатуру, сурьму и часть олова (около ⅓ от массы шихты). Шихту засыпают слоем просеянного и прокаленного древесного угля, а затем расплавляют и нагревают до 600-700°С. С поверхности расплава снимают шлак и покровный уголь и в несколько приёмов небольшими порциями загружают остальное количество олова. Расплав при этом непрерывно перемешивают. Затем сплав выдерживают в течение 10-15 мин при температуре 500-550°С, вновь перемешивают, снимают шлак и при температуре 425-500С° заливают в формы.

Очистку расплавов от взвешенных неметаллических включений осуществляют введением 0,1-0,15% хлористого аммония. После рафинирования расплав выдерживают 10-12 мин для удаления мелких пузырьков газа, образующегося при разложении хлористого аммония. Для очистки от неметаллических включений могут быть использованы также зернистые фильтры.

Технология изготовления сплавов для литья под давлением, деформируемых сплавов и припоев аналогична описанной для сплава Б83. Введение цинка в некоторые из них производят сразу же по расплавлении сурьмы или медносурьмяной лигатуры; свинец вводят в последнюю очередь.

Приготовление лигатур

Лигатуру олово – фосфор с 5% P в промышленном масштабе изготовляют путём заливки перегретого олова (600-650°С) в тигель, на дне которого лежит утрамбованный красный фосфор. Для ускорения растворения фосфора в жидком олове расплав непрерывно перемешивают. Потери фосфора при изготовлении лигатуры составляет 20-30%. Разливку сплава ведут при температуре 600-620°С.

Лигатуру олово – кадмий получают путём непосредственного сплавления олова с кадмием в металлических тиглях. Перед разливкой расплав рафинируют хлористым аммонием.

Лигатуры олово – никель и олово –никель – сурьма. Сплав олова с никелем (10-15% Ni) готовят введением небольших пропорций никеля в нагретое до 900-1000С°олово. Плавку ведут под покровом древесного угля. В процессе плавки расплав интенсивно перемешиваю.
Тройную лигатуру, содержащую 30% сурьмы, 10% никеля, остальное олово, получают путём добавления сурьмы к двойному сплаву олово – никель
. Разливку сплавов ведут при температуре 850-900°С.

Плавка кадмиевых сплавов

Особенность технологии изготовления сплавов на основе кадмия – недопустимость перегрева расплава выше 500-550°С

Нагрев выше указанных температур ввиду высокого давления пара кадмия сопровождается большими потерями на испарение. Кроме того, кадмий интенсивно окисляется. Для уменьшения окисления в сплавы вводят небольшие присадки магния (0,05%), а плавку ведут с применением защитного покрова из древесного угля.
Приготовление сплавов ведут чаще всего в тигельных печах в чугунных или графито-шамотовых тиглях.

Основные легирующие компоненты кадмиевых сплавов – никель, медь, серебро и цинк (табл.4).

Химический состав кадмиевых сплавов табл.4

Все эти металлы хорошо растворяются в кадмии при незначительном перегреве.
Применяют следующий порядок ведения плавки. Под слоем угля расплавляют кадмий. В расплав вводят магний (0,05% от массы кадмия). После этого расплав подогревают до 480-500°С и производят присадку легирующих компонентов. При непрерывном подогреве и периодическом перемешивании выдерживают сплав при это температуре в течение 15-20 мин до полного растворения легирующих присадок. Затем с поверхности расплава удаляют шлак и засыпают порцию свежего древесного угля. Сплав перемешивают и после охлаждения до 350-370°С разливают в соответствующие формы.
При приготовлении сплава кадмий – цинк с 18% цинка предварительного перегрева расплавленного кадмия не проводят.