Stop cyny i ołowiu posiada specjalne parametry, które pozwalają na zastosowanie go w różnych gałęziach produkcji przemysłowej. Charakterystyka techniczna i właściwości fizyczne każdego metalu determinują jego zastosowanie do długotrwałego przechowywania produktów, lutowania i obróbki powierzchni części w celu zwiększenia ich żywotności.
Aby nadać wytrzymałość produkowanym częściom, stosuje się stop cyny i ołowiu.
Właściwości fizyczne ołowiu
Ołów, produkt odpadowy powstający przy obróbce srebra, okazał się metalem bardzo przydatnym w produkcji.
Artefakty archeologiczne wskazują, że ten pierwiastek chemiczny był znany człowiekowi ponad 6000 lat temu. Jego odkrycie wiąże się z obecnością metalu w rudach zawierających srebro. Po przetopieniu materiał wyrzucono na śmietnik, jednak z biegiem czasu zaczęto z niego wytwarzać różne produkty: figurki, fajki wodne. Obecnie ołów stosowany jest:
- do produkcji baterii;
- w przemyśle kablowym - do stworzenia ochronnej bezszwowej osłony;
- do produkcji farb i lutów;
- podczas budowy obiektów ochronnych - dla źródeł skażenia radiacyjnego (sarkofagi);
- do produkcji stopów na jego bazie (babbitt);
- do produkcji kompozycji drukarskich;
- w medycynie.
Głównym odbiorcą ołowiu jest przemysł motoryzacyjny, w którym powszechnie stosuje się babbity. Produkcja kwasowo-ołowiowych akumulatorów rozruchowych stale rośnie i wprowadzane są udoskonalenia w ich rozwoju.
W przemyśle chemicznym materiał stosowany jest do powlekania wyrobów stalowych: aparatury, zbiorników, rurociągów. Ponieważ żelazo i ołów nie łączą się ze sobą, na produkty najpierw nakłada się cienką warstwę stopionej cyny. Ten proces przetwarzania nazywa się cynowaniem.
Do produkcji wykorzystuje się nie tylko czysty ołów, ale także jego związki. Na przykład tlenek ołowiu stosuje się w produkcji szkła. Niewielki dodatek związku do materiału podczas topienia szkła umożliwia nadanie wyrobom kryształowym przezroczystości naturalnego minerału - kryształu górskiego.
Parametry techniczne cyny
Cyna - od łyżki do grzejnika
Ten pierwiastek chemiczny jest znany od ponad 3500 lat i pierwotnie był przeznaczony do produkcji zastawy stołowej. Współczesne spożycie cyny kojarzone jest z przemysłem konserwowym.
Patent na sposób przechowywania żywności w puszkach należy do szefa kuchni z Francji. Od 1810 roku ludzkość była w stanie przechowywać żywność przez długi czas.
Cyna jest głównym składnikiem lutów stosowanych do lutowania i cynowania wymienników ciepła, chłodnic silników samochodowych oraz cynowania sprzętu medycznego i spożywczego.
Materiał służy do produkcji brązu cynowego, który posiada doskonałe właściwości mechaniczne, odlewnicze i antykorozyjne. Stopy takie stosowane są w częściach przeznaczonych do stosowania w specjalnych warunkach i pod specjalnymi obciążeniami.
Stopem o niskim współczynniku tarcia jest babbitt. Zawiera 83% cyny, antymonu i miedzi. Wykorzystuje się go do produkcji łożysk. Dzięki stabilnemu związkowi antymonu i miedzi stop charakteryzuje się dużą twardością.
Mechanizm napędowy łożyska i składniki składu eliminują występowanie uszkodzeń mechanicznych na powierzchni części.
Cyna ma specyficzne właściwości fizyczne:
- Jego deformacji towarzyszy dźwięk powstający w wyniku ścinania pod wpływem siły.
- W temperaturach od -39°C do +161°C cyna zamienia się w proszek.
Historia zna przypadki takich przemian. Guziki wykonane z czystego materiału traciły kształt na mrozie, a „plaga cyny” niszczyła metalowe sztabki.
Główne różnice między metalami i ich stopami
Już w czasach starożytnych materiały te wyróżniały się jedynie kolorem i nazywano je białą i czarną cyną. Istnieją między nimi różnice, które można łatwo ustalić bez dodatkowej analizy.
Masa ołowiu jest 1,5 razy większa niż cyny. Ale cyna ma wyższą twardość i pęka po odkształceniu. Ołów łatwo się utlenia, tworząc szary film.
Trudniej jest określić, jakie składniki zawiera stop cyny i ołowiu. Przybliżony wskaźnik można uzyskać rejestrując temperaturę i wzór topnienia związku.
Materiały łożyskowe zawierające cynę i ołów, stop metali z niklem, tellurem i wapniem, charakteryzują się dużą odpornością na zużycie.
Cyna i ołów doskonale się uzupełniają, co sprawia, że ich stop jest niezbędny w produkcji
Luty na bazie tych metali różnią się temperaturą topnienia. Miękkie, o temperaturze topnienia do +300°C, zawierają bizmut i kadm. Luty twarde (ogniotrwałe), które w temperaturze +500°C przechodzą w stan ciekły, zawierają srebro, cynk i miedź.
W przypadku stopów lutowniczych o dużej zawartości cyny, które nie zawierają ołowiu, zaleca się stosowanie rozcieńczonych odczynników kwasu azotowego. Po wytrawieniu kompozycji podstawa staje się czarna, a obszary o niskiej zawartości metalu pozostają jasne, co pozwala poprawić jakość lutowania części.
Roztopiony czysty ołów nie ślizga się po powierzchni bez jej zwilżenia, ale stop z cyną pozwala uzyskać wysokiej jakości powłokę. Temperaturę pracy kąpieli ustala się w zależności od ułamkowej zawartości metalu stopowego.
Jeżeli konieczne jest zmniejszenie luzów olejowych łożysk i poprawa warunków pracy części, stosuje się pokrycie powierzchni stopami cyny lub ołowiu.
Aby pokryć powierzchnię wolną od węgla, stosuje się stop zawierający 90% ołowiu, 5% cyny i 5% antymonu w postaci półstałej. Skład stopu wpływa na płynność materiału, która zmienia się w zależności od stosunku składników.
Cyna jest miękkim i ciągliwym błyszczącym metalem o srebrzystobiałym kolorze. Charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję w warunkach atmosferycznych, rozpuszczalny w rozcieńczonych mocnych kwasach i stężonych zasadach. Cyna stosowana jest do powlekania (cynowania), produkcji stopów i lutów do lutowania, a także jako dodatek stopowy.
Stopy cyny to układy cyna – antymon – miedź i cyna antymon – ołów, które zawierają od 3 do 90% cyny. Stosowane są jako stopy przeciwcierne – babbity do wypełniania łożysk oraz jako lutowie. Zastosowanie ołowiu zmniejsza koszt lutowania, a wprowadzenie antymonu zwiększa wytrzymałość szwu.
Ołów
Ołów jest miękkim, ciągliwym metalem o jasnoszarej barwie z niebieskawym odcieniem. Wyraźnie miększa od cyny, można ją kroić nożem i zarysowywać paznokciem, łatwo ją zwinąć w cienkie arkusze. Ołów jest odporny na korozję i działanie wielu środków chemicznych, zwłaszcza kwasu siarkowego. Wytop ołowiu był jednym z pierwszych procesów metalurgicznych. Jest szeroko stosowany w przemyśle chemicznym do ochrony sprzętu przed korozją. Ołów służy do wykonywania osłon do ochrony kabli elektrycznych, śrutu, farb i akumulatorów ołowiowych.
Stopy ołowiu
Stopy ołowiu charakteryzują się dużą gęstością i niską wytrzymałością mechaniczną. Są topliwe i odporne na korozję. Stopy z przewagą ołowiu są znacznie tańsze niż stopy na bazie cyny. Wykorzystuje się je jako stopy przeciwcierne – babbity, jako stopy drukarskie i lutowie. Ołów z dodatkiem cyny i antymonu staje się znacznie twardszy.
Cyna i ołów to ciągliwe, niskotopliwe metale o zwiększonej odporności na korozję w warunkach atmosferycznych i w niektórych warunkach kwaśnych.
Ołów jest metalem o siatce sześciennej skupionej na ścianie i nie ulega przemianom alotropowym w stanie stałym. Temperatura topnienia ołowiu wynosi 327 ° C.
Cynę można znaleźć w dwóch odmianach krystalicznych: a-Sn (cyna szara) z siatką diamentową - poniżej +13 ºС i b-Sn (cyna biała) z siatką tetragonalną skupioną na ciele. Na zimno plastikowa b-cyna rozpada się na szary proszek a-Sn. Zjawisko to nazywa się plaga cyny . Temperatura topnienia cyny wynosi 232 şС.
Obliczanie progu temperatury rekrystalizacji zgodnie z regułą A.A. Bochvara (T p = 0,4 T pl) podaje liczby –123 i –147 ºС, tj. próg temperatury rekrystalizacji leży znacznie poniżej 0 ° C. Zatem odkształcenie plastyczne ołowiu i cyny w temperaturze pokojowej jest odkształceniem na gorąco. W tych metalach nie obserwuje się utwardzania podczas takiego odkształcenia.
Głównym obszarem zastosowania czystej cyny jest cynowanie cyny. Czysty ołów stosowany jest do wyłożenia aparatów do produkcji kwasu siarkowego i zbiorników na kwas solny. Ołów jest również używany do osłon kabli w celu ochrony ich przed korozją gleby.
Ważnym obszarem zastosowań ołowiu i cyny są lutowie, a także stopy do czcionek typograficznych, odlewów anatomicznych i bezpieczników. Stopy te zawierają oprócz ołowiu i cyny bizmut i kadm. W parach wszystkie te pierwiastki tworzą między sobą układy z niskotopliwą eutektyką bez faz pośrednich i związków chemicznych, tj. tworzą proste układy eutektyczne (rysunek 8.8). W układach trójskładnikowych pomiędzy tymi pierwiastkami tworzy się trójskładnikowa eutektyka, która jest jeszcze bardziej topliwa niż eutektyka podwójna. Temperatura topnienia tych eutektyk wynosi 90-100 ºС. W czwartorzędowym układzie tych składników powstaje czwartorzędowa eutektyka o temperaturze topnienia 70 ºС. Praktycznie stosowany stop Wooda ma skład zbliżony do eutektyki (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn i 12,5% Cd).
Aby uzyskać jeszcze bardziej niskotopliwe stopy, wprowadza się do nich rtęć, na przykład stop zawierający Bi-36%; Pb-28%; Cd-6% i Hg - 30% mają temperaturę topnienia 48 ºС.
Zarówno stopy czystej cyny, jak i ołowiu zawierające cynę od 3 do 90% i niewielką ilość antymonu (do 2% Sb) stosowane są jako lutowie do lutowania miedzi, stali i wielu innych produktów.
Temperatura topnienia lutów zależy od zawartości cyny i można ją w przybliżeniu określić na podstawie podwójnego wykresu Pb-Sn. Najbardziej topliwym lutem jest stop o zawartości 61% Sn, oznaczony POS 61. Istnieją stopy POS 18, POS-40, POS-61, POS 90 itp. Do druku czcionek stosuje się stopy ołowiu z antymonem i arsenem (10-16% Sb i 1-4% As).
Nazywa się stopy przeciwcierne (łożyskowe) na bazie cyny lub ołowiu z dodatkami antymonu, miedzi, wapnia i innych pierwiastków Babbitts.
Mikrostruktura wszystkich babbitów, zgodnie z regułą Charpy'ego, musi składać się z co najmniej dwóch składników: bardziej miękkiego i bardziej plastycznego składnika, który jest podstawą stopu, zapewnia docieranie łożyska do czopa wału oraz wtrąceń twardszego elementu zmniejszają współczynnik tarcia. Twarde kryształy, przejmując obciążenie, są wciskane w miękką podstawę.
Babbitta B83. Babbitt B83 to stop na bazie cyny zawierający 83% Sn, 11% Sb i 6% Cu. Jeżeli stop nie zawierał miedzi, to zgodnie z diagramem fazowym Sn – Sb jego strukturę powinny składać się z dwóch składników: kryształów pierwotnej fazy B (wtrącenia twarde) oraz kryształów a stałego roztworu antymonu w cynie utworzonego przez reakcja perytektyczna (miękka zasada). Faza b to roztwór na bazie związku SnSb. Stałe kryształy fazy B są wysoce wypolerowane i dlatego dobrze odbijają światło. Trawienie roztworem 5% HNO 3 w alkoholu zwykle nie ujawnia granic między kryształami a i pod mikroskopem łączą się one w jednolite ciemne tło. Jednocześnie jasne b-kryształy, które w przekroju mają kształt kwadratów, trójkątów i innych wielościanów, są ostro zarysowane na ciemnym tle a-kryształów. Ponadto twarde kryształy b wyróżniają się reliefem nad silniejszymi, polerującymi miękkimi kryształami a i są widoczne na niewytrawionej części.
Dodatek Cu komplikuje strukturę babbitta. Skład stopu B83 w układzie trójskładnikowym Sn – Sb – Cu mieści się w obszarze pierwotnej krystalizacji związku międzymetalicznego Cu 6 Sn 5. Po zakończeniu procesu krystalizacji pierwotnej, wraz ze spadkiem temperatury, rozpoczynają się procesy krystalizacji podwójnej eutektyki b+Cu 6 Sn 5, składającej się głównie z fazy b (ułamek objętościowy Cu 6 Sn 5 w eutektyce jest rzędu kilku procent). Fasetowane kryształy b z eutektyki wyglądają tak samo jak pierwotne kryształy b w układzie Sn – Sb.
Wraz z dalszym spadkiem temperatury następuje przemiana perytektyczna: Ж p + b®a + Cu 6 Sn 5, a powstała mieszanina składa się głównie z fazy a (roztwór antymonu w cynie).
Pierwotne kryształy Cu 6 Sn 5 tworzą szkielet, który zapobiega segregacji gęstości – unoszeniu się lżejszych kryształów typu B. Zatem miedź dodaje się głównie w celu zapobiegania segregacji gęstości. Ponadto kryształy Cu 6 Sn 5 wraz z fazą b są niezbędnymi stałymi wtrąceniami w babbicie. Składnik miękki jest mieszaniną (a + Cu 6 Sn 5), utworzoną w wyniku reakcji perytektycznych i eutektycznych i składającą się głównie z miękkich kryształów roztworu a antymonu w cynie.
Zatem stop B83 zawiera trzy składniki strukturalne: białe kryształy pierwotne Cu 6 Sn 5 w kształcie igieł i gwiazd, białe fasetowane kryształy fazy b z podwójnej eutektyki b + Cu 6 Sn 5 oraz mieszaninę a + Cu 6 Sn 5 pochodzenia perytektycznego i eutektycznego, w którym dominuje ciemna faza a.
Babbitt B16, opracowany przez A.M. Bochvar to stop na bazie ołowiu. Zawiera 16% Sn, 16% Sb i 1,7% Cu. Ze względu na niższą zawartość cyny babbitt B16 jest mniej rzadki niż babbitt B83. W czwartorzędowym stopie B16 krystalizacja rozpoczyna się od utworzenia igieł Cu 6 Sn 5, następnie krystalizuje podwójna eutektyka b+Cu 6 Sn 5, składająca się głównie z fazy b (SnSb), a na koniec krystalizuje potrójna eutektyka a+b Powstaje +Cu 6 Sn 5, w którym ilość a+Cu 6 Sn 5 jest tak mała, że można uznać, że składa się wyłącznie z roztworu a wszystkich pierwiastków stopowych w ołowiu i fazie b (SnSb). W praktyce w stopie B16 można wyróżnić trzy składniki strukturalne: pierwotne igłowe kryształy Cu 6 Sn 5, fasetowane kryształy b (SnSb) i barwną eutektykę a + b. Igły pierwotne Cu 6 Sn 5 zapobiegają unoszeniu się lżejszych kryształów typu B. Stałymi wtrąceniami w babbitcie są kryształy b i Cu 6 Sn 5, a baza z tworzywa sztucznego jest mieszaniną a+b, w której faza b jest jasna, a stały roztwór na bazie ołowiu jest ciemny. Różnorodny składnik strukturalny z wyraźną strukturą eutektyczną wyraźnie odróżnia mikrostrukturę stopu B16 od mikrostruktury babbitu B83.
Babbitt BN – Siedmioskładnikowy stop na bazie ołowiu jest zbliżony do Babbitt B16 pod względem zawartości głównych pierwiastków stopowych (10% Sn, 14% Sb, 1,7% Cu). Oprócz tych dodatków babbit BN zawiera 0,3% Ni, 0,4% Cd i 0,7% As. Arsen i kadm tworzą stały związek chemiczny (prawdopodobnie As 3 Cd 2), który wykrywa się na mikrosekcji w postaci małych szarych kryształków na tle jasnej fazy b.
Mikrostruktura BN babbitt zawiera cztery składniki: lekkie igły związku zawierającego miedź (prawdopodobnie Cu 6 Sn 5), białe kryształy fazy b, szare kryształy składnika arsenu oraz eutektykę składającą się z fazy b i rozwiązanie oparte na ołowiu. W eutektyce faza ciemna jest wieloskładnikowym roztworem na bazie ołowiu. Faza b w BN babbitt jest wieloskładnikowym roztworem na bazie związku SnSb. Kryształy tego związku są mniejsze, a ich udział objętościowy jest mniejszy niż w stopie B16, co decyduje o zwiększonej wytrzymałości zmęczeniowej stopu BN.
Babbitt BS6 – stop na bazie ołowiu zawierający 6% Sn, 6% Sb i 0,2% Cu. W przeciwieństwie do babbitt B16 zawiera znacznie mniej cyny i antymonu, dlatego w babbitt BS6 krystalizuje przede wszystkim nie faza b (SnSb), ale roztwór a na bazie ołowiu. Struktura babbittu BS6 składa się z dwóch składników - ciemnych pierwotnych dendrytów a-roztworu cyny i antymonu w ołowiu i eutektyce (a + b). W przeciwieństwie do innych babbittów, w których izolowane twarde kryształy są rozmieszczone w miękkiej bazie, babbitt BS6 ma miękkie kryształy roztworu na bazie ołowiu otoczone twardszą eutektyką. Ze względu na brak kruchych pierwotnych kryształów związków chemicznych, stop BS6 charakteryzuje się większą wytrzymałością zmęczeniową niż babbity B83, B16 i BN. Jest tańszy niż te babbity, ponieważ zawiera mniej cyny. Babbitt BS6 ma szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym w postaci bimetalicznych wkładek składających się z taśmy stalowej i cienkiej warstwy babbittu.
Babbitt BKA. W odróżnieniu od omawianych powyżej babbitów na bazie ołowiu, które jako główne dodatki zawierają Sb, Sn i Cu, stop marki BKA składa się z ołowiu z dodatkiem 1% Ca, 0,8% Na i 0,1% Al i nazywany jest babbitem wapniowym. Stop ten jest głównym stopem na łożyska ślizgowe wagonów kolejowych. Babbit wapniowy różni się od babbitów na bazie Sn i babbitów ołowiowo-cynowych wyższą temperaturą topnienia i utrzymywaniem twardości aż do wyższych temperatur po nagrzaniu łożyska.
Sód w stopie BKA występuje całkowicie w postaci stałego roztworu na bazie ołowiu. Wapń tworzy z ołowiem związek Pb 3 Ca; Tylko setne procent Ca są rozpuszczalne w stałym ołowiu. Mikrostruktura babbitu wapniowego składa się z dwóch składników: pierwotnych białych dendrytów związku Pb 3 Ca (wtrącenia stałe) oraz ciemnych kryształów roztworu Na i Ca w Pb powstałych w wyniku reakcji perytektycznej (podstawa plastyczna). Ponieważ Ponieważ roztwór ołowiu jest bardzo miękki, podczas polerowania rozmazuje się i trudno jest zidentyfikować granice między kryształami plastikowej podstawy, co pod mikroskopem daje solidne ciemne tło. Kształtki wykonane z babbitu wapniowego są silnie utlenione, dzięki czemu można je oglądać w stanie świeżo wypolerowanym.
Luty cynowo-ołowiowe
Stopy podwójnego układu eutektycznego Pb-Sn należą do grupy szeroko stosowanej w technologii miękkie luty. Luty POS30, POS61 i POS90 zawierają odpowiednio około 30, 61 i 90% Sn, resztę stanowi ołów.
Struktura stopu podeutektycznego POS30 składa się z ciemnych dendrytów pierwotnych roztworu Sn w Pb (a) i eutektyki (a+b). Lut POS61 zawiera praktycznie jeden składnik konstrukcyjny – eutektykę (a+b). Jest to najbardziej topliwy z lutów cynowo-ołowiowych, używany do lutowania sprzętu elektrycznego i radiowego, gdzie przegrzanie jest niedopuszczalne. Strukturę lutu POS90 tworzą lekkie pierwotne dendryty roztworu Pb w Sn (b) i eutektyki (a+b). Lut ten zawiera niewielką ilość Pb i dlatego jest używany do lutowania przyborów kuchennych.
Stopy cynku
Najszerzej stosowane stopy cynku należą do układu trójskładnikowego Zn – Al – Cu.
Stop TsAM 10-5. Stop przeciwcierny na bazie cynku TsAM 10-5 zawiera średnio 10% Al, 5% Cu i 0,4% Mg. Stop zlokalizowany jest w rejonie pierwotnej krystalizacji fazy a, niedaleko linii krystalizacji podwójnej eutektyki (a+e). Faza a to stały roztwór cynku i częściowo miedzi w aluminium. Faza e jest związkiem typu elektronicznego o zmiennym składzie, z charakterystyczną koncentracją elektronów wynoszącą 7/4, co odpowiada składowi CuZn 3. W układzie trójskładnikowym Zn – Al – Cu pewna ilość aluminium rozpuszcza się w fazie e. Struktura stopu TsAM 10-5 składa się z trzech składników: stosunkowo niewielkiej ilości lekkich pierwotnych dendrytów aluminium w roztworze a, eutektyki podwójnej (a+e) i eutektyki potrójnej (h+a+e). Faza h to stały roztwór Al i Cu w Zn. Łatwo jest odróżnić eutektykę potrójną od eutektyki podwójnej, ponieważ jest znacznie ciemniejszy i ma bardziej rozproszoną strukturę. Dodatkowo otaczają je kolonie eutektyki podwójnej, tworzące się po kryształach pierwotnych, a pomiędzy koloniami eutektyki podwójnej zlokalizowana jest eutektyka potrójna.
Stop TsA4M3. Stop ten zawiera 4% Al, 3% Cu i 0,04% Mg i jest szeroko stosowany do formowania wtryskowego w przemyśle motoryzacyjnym, do odlewania części do sprzętu AGD i innych gałęziach przemysłu. Głównymi składnikami konstrukcyjnymi stopu TsA4M3 powinna być eutektyka podwójna (h+e) i potrójna (h+a+e). Ponadto najprawdopodobniej zostaną wykryte jasne kryształy pierwotne fazy e.
Procedura pracy
1. Obejrzyj cienkie przekroje przy powiększeniu 100-200, określ elementy konstrukcyjne i schematycznie naszkicuj mikrostrukturę.
2. Pod każdą mikrostrukturą opisz gatunek stopu, średni skład chemiczny, powiększenie mikroskopu i wskaż strzałkami elementy konstrukcyjne.
3. Obok mikrostruktur narysuj odpowiednie diagramy fazowe niezbędne do analizy elementów konstrukcyjnych.
Praca laboratoryjna nr 7
Powiązana informacja.
Stopy wykonane z tego materiału mają pewne właściwości, które zależą od ich stanu początkowego.
Ogólny opis cyny
Należy tutaj zauważyć, że istnieją dwa rodzaje tych surowców. Pierwszy typ nazywany jest białą cyną i stanowi β-modyfikację tej substancji. Drugi typ to modyfikacja α, znana lepiej jako szara cyna. Przechodząc od jednej modyfikacji do drugiej, a mianowicie od bieli do szarości, następuje silna zmiana objętości substancji, ponieważ zachodzi proces taki jak dyspersja metalu w proszek. Właściwość ta jest powszechnie nazywana. Należy również pamiętać, że jedną z najbardziej negatywnych właściwości cyny jest jej podatność na mróz. Innymi słowy, w temperaturach od -20 do +30 stopni Celsjusza może rozpocząć się spontaniczne przejście z jednego stanu do drugiego. Ponadto przejście będzie kontynuowane nawet po zwiększeniu temperatury, ale po rozpoczęciu procesu. Z tego powodu surowce muszą być przechowywane w miejscach o dość wysokich temperaturach.
Właściwości cyny i ołowiu
Warto dodać, że cyna, ołów i stopy wykonane z tych materiałów mają sporo wspólnych właściwości. Na przykład im czystsza cyna, tym większe ryzyko, że zostanie dotknięta zarazą. Ołów z kolei w ogóle nie ulega przemianom alotropowym.
Warto jednak zaznaczyć, że stosowane są dodatkowe substancje spowalniające tego rodzaju przemianę w cynie. Najlepszymi materiałami były bizmut i antymon. Dodatek tych substancji w ilości 0,5% spowoduje zmniejszenie szybkości przemiany alotropowej do niemal 0, co oznacza, że białą cynę można uznać za całkowicie stabilną. Można tu również zauważyć, że w mniejszym stopniu, ale jednak, do tego samego celu wykorzystuje się stop cyny i ołowiu.
Jeśli mówimy o właściwościach ołowiu, to ma on wyższą temperaturę topnienia - 327 stopni Celsjusza - niż cyna - 232 stopnie. Gęstość ołowiu w temperaturze pokojowej wynosi 11,34 g/cm 3 .
Charakterystyka cyny i ołowiu
Warto zacząć od tego, że rekrystalizacja przerobionej na zimno cyny, ołowiu i jego stopów zachodzi w temperaturze uznawanej za niższą od temperatury pokojowej. Z tego powodu proces ich przetwarzania jest typu gorącego.
Ogólnym wskaźnikiem była odporność na korozję w warunkach atmosferycznych. Niewielka różnica polega jednak na odporności na korozję pod wpływem mniejszych substancji. Np. ołów najlepiej objawia się w interakcji ze stężonymi związkami niektórych kwasów – siarkowego, fosforowego itp. Cyna z kolei najlepiej opiera się roztworom kwasów spożywczych. Różny jest także zakres zastosowania tych substancji indywidualnie. Cyna jest szeroko stosowana do cynowania cyny, natomiast ołów znalazł zastosowanie w wykładzinach urządzeń do produkcji kwasu siarkowego.
Systemy stopowe
Ważne jest, aby zacząć od faktu, że stop cyny i ołowiu jest materiałem jeszcze bardziej topliwym niż osobno. Takie mieszaniny są najczęściej stosowane jako luty, do produkcji czcionek typograficznych, lontów odlewniczych itp. Układ taki jak „cyna-ołów” należy do grupy typów eutektycznych. Ważną właściwością wszystkich materiałów należących do tej kategorii jest to, że ich temperatura topnienia waha się od 120 do 190 stopni Celsjusza. Ponadto istnieją grupy eutektyk trójskładnikowych. Przykładem jest system stopów cyny, ołowiu i cynku. Temperatura topnienia takich materiałów spada jeszcze niżej i jej granica wynosi 92-96 stopni Celsjusza. Jeśli dodasz czwarty składnik do stopu, temperatura topnienia spadnie do 70 stopni. Jeśli mówimy o zastosowaniu stopu cyny i ołowiu jako lutowia, to najczęściej do ich składu wprowadza się do 2% substancji takiej jak antymon. Odbywa się to w celu poprawy rozprowadzalności lutu. Warto tutaj zauważyć, że temperaturę topnienia można regulować poprzez stosunek cyny do ołowiu. Najbardziej topliwy surowiec topi się w temperaturze 190 stopni.
Babbitts
Ustaliliśmy już, jak nazywa się stop cyny i ołowiu - jest to eutektyka. Ta grupa substancji o takim składzie jest najpowszechniej stosowana w produkcji stopów łożyskowych, zwanych „babbitami”. Materiał ten stosowany jest jako wypełniacz do panewek łożysk. Najważniejszą rzeczą jest tutaj dobranie odpowiedniego materiału, aby można go było łatwo włożyć do cholewki. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że masa stopów cyny i ołowiu z różnymi lutami jest doskonałym rozwiązaniem. Jednak w rzeczywistości nie jest to do końca prawdą. Materiały takie okazały się zbyt miękkie, a współczynnik tarcia pomiędzy wałem a taką wkładką był wysoki. Innymi słowy, podczas pracy nagrzewały się zbyt mocno, co powodowało „przyklejanie się” metali niskotopliwych do wału. Aby uniknąć tej wady, zaczęto dodawać niewielkie ilości bardziej stałych substancji. Uzyskano w ten sposób materiał, który jest jednocześnie miękki i twardy.
Skład substancji
Aby uzyskać taką substancję, która ma dokładnie odwrotne właściwości, zastosowano następujące substancje. Najważniejsze jest to, że leżą one bezpośrednio w obszarze dwufazowym α+β. Kryształy fazy β są wzbogacone lutem, takim jak antymon. Działają jak twarde, kruche substancje. Z kolei kryształy fazy α stanowią miękkie i plastyczne podłoże. Aby uniknąć takich niedogodności, jak topienie stałych kryształów i ich pływanie, do mieszaniny dodaje się kolejny składnik - miedź. W ten sposób z kawałka stopu ołowiu i cyny z dodatkiem innych substancji można stworzyć materiał łożyskowy o nazwie Babbitt, który łączy w sobie dwie przeciwstawne cechy – twardość i miękkość. Klasycznym i najbardziej rozpowszechnionym produktem tej marki jest Babbitt B83. Skład tego stopu jest następujący: 83% Sn; 11% Sb; 6% Cu.
Alternatywny
Warto powiedzieć, że z ekonomicznego punktu widzenia babbity na bazie cyny są bardzo nieopłacalne, ponieważ ten materiał kosztuje dość dużo. Ponadto sama cyna jest uważana za substancję rzadką. Z tych dwóch powodów opracowano alternatywne łożyska na bazie ołowiu, antymonu i miedzi. W tej kompozycji kryształy antymonu działają jak stała baza. Miękka podstawa jest bezpośrednim stopem ołowiu i antymonu. Miedź stosuje się tutaj w taki sam sposób, jak ołów w poprzedniej kompozycji, to znaczy, aby zapobiec pływaniu stałych kryształów bazowych.
Jednak i tutaj warto wspomnieć o wadach. Eutektyka ołowiowo-antymonowa nie jest tak ciągliwa jak faza cyny. Dlatego części wykonane w ten sposób ulegają szybkiemu zużyciu. Aby złagodzić tę wadę, nadal trzeba dodać pewną ilość cyny. Stosowanie eutektyki trójskładnikowej nie jest zbyt powszechne.
Ładowanie...
