Олово, свинец, цинк и их сплавы

• Припои
• Антифрикционные 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 — серовато-белый металл с высоки­ми литейными и антикоррозионными свойства­ми, температура плавления 419°С. Входит в со­став медных сплавов (латунь) и твердых при­поев.

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 ЦВ0, ЦВ1) применяют в полиграфической и автомобильной промыш­ленности; цинк марки ЦВ00 — 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.

 

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.

По температуре расплавления припои 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 и оловянные припои

 

Марка	Основные компо­ненты, % (свинец - остальное)	Температура плавления, °С	Назначение
	олово	другие элементы	солидус	ликви­дус
ПОС-90		—			Пайка и лу­жение пи­щевой посу­ды и меди­цинской аппаратуры
ПОС-61		—			Пайка и лу­жение электро- и радиоаппа­ратуры, пе­чатных схем
ПОС-40		—			Пайка дета­лей из оцин­кованного железа
ПОС-61М		Медь 2			Пайка тон­кой медной проволоки и фольги
ПОССу-50-0,5		Сурьма до 0,5			Пайка авиа­ционных радиаторов
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

 

Оловянно-свинцовые припои широ­ко применяют во всех отраслях промышленно­сти. Для снижения охрупчивания олова при низ­ких температурах в состав припоев вводят сурь­му. Оловянно-свиниовые 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 стой­кость. Их применяют при пайке радиотехниче­ской и электронной аппаратуры.

Медно-цинковые припои (латуни) широко применяют для пайки большинства металлов. 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.

 

 

Медно-цинковые припои

Марка	Основные компо­ненты, % (цинк - остальное)	Температура плавления, °С	Назначение
	медь	другие элементы	солидус	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 Л68		— — —			Пайка стали, жести, медных сплавов
ЛЖМц-57-1,5-0,75   ЛНМц-50-2		Марга­нец, же­лезо по 1 Никель, марганец по 2			Пайка инструментов
МцН-48-10		Никель 10	—		Пайка чугуна

 

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.

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 коэффициент трения. Исходя из этих требова­ний, антифрикционный материал представляет собой сочетания достаточно прочной и пластич­ной основы, в которой имеются оперные (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 (см. табл.). 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, свинцу 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.

 

Антифрикционные сплавы

Материал	Марка	Условия применения	Назначение
Давление, Мпа	Окружная скорость, м/с
Баббит	Б88   БС6		—	Подшипники быстро­ходных дизелей   Подшипники авто­тракторных двигате­лей
Бронза	БрОЦС5-5-5			Подшипники элект­родвигателей центро­бежных насосов
Латунь	ЛМцЖ52-4-1			Подшипники роль­гангов, конвейеров, редукторов
Чугун	АЧС-1 АЧС-5 АЧВ-1   АЧК-1 АЧС-3 АЧК-2		1,2 1,0   2,0 0,75 1,0	Для работы с закаленным или нормализованным   С термически необработанным валом (в стадии поставки)
Металлокерамика	Бронзо-графит   Железо-графит	12-18 0,8-1,2   0,6-1,0	0,1 4,0   0,1 4,0	Подшипники конвейеров сельскохозяйственных и других машин; подшипники, работающие в мес­тах труднодоступных для подачи смазки

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 (БК2, БКА). Последние не имеют в своем составе олова.

Лучшими антифрикционными свойствами об­ладают оловянные баббиты. Микроструктура оловянносурьмяномедного баббита Б83 состоит нз мягкой основы, представляющей со­бой твердый раствор на базе олова. Твердыми частицами являются кубические включения SnSb и игольчатые кристаллы включений Cu₃Sn.

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.

Для 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 тонкого слоя, нанесенного на стальное ос­нование, т. е. в виде биметаллического материа­ла. В зависимости от химического состава раз­личают две группы сплавов.

Сплавы алюминия с сурьмой, медью и дру­гими элементами, которые образуют твердые фазы в мягкой алюминиевой основе. Наиболь­шее распространение получил сплав АСМ, со­держащий сурьму (до 6,5%) и магний (0,3—0,7%). Этот сплав хорошо работает при высо­ких нагрузках и больших скоростях в условиях жидкостного трения. Сплав АСМ широко приме­няют для изготовления вкладышей подшипников коленчатого вала двигателей тракторов и авто­мобилей.

Сплавы алюминия с оловом и медью, на­пример АО20-1 (20% олова и до 1,2% меди) и А09-2 (9% олова и 2% меди). Они хорошо ра­ботают в условиях сухого и полужидкого трения и по антифрикционным свойствам близки к баб­битам. Их используют для производства под­шипников в автомобилестроении, транспортном и общем машиностроении.

Для работы в подшипниковых узлах трения применяют специальные антифрикционные чугуны. Изготовляют три типа антифрикцион­ного чугуна: серый, высокопрочный с шаровид­ным графитом и ковкий (см. табл. 16). Антифрик­ционный чугун идет на изготовление червячных зубчатых колес, направляющих для ползунов и т. п. деталей машин, работающих в условиях трения.

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.