Диаграмма состояния сплавов «Pb — Sb»

Свойства свинца и сурьмы

У свинца низкая теплопроводность, составляющая около 35 при температуре 0 градусов по Цельсию. Данный металл мягкий и легко режется ножом и царапается ногтем. Поверхность свинца покрыта толстой пленкой оксидов. Его температура плавления составляет 327 градусов по Цельсию, а кипит свинец при температуре 1749 градусов по Цельсию. Он относится к группе тяжелых металлов, его плотность 11,3 грамма на кубический сантиметр. С увеличением температуры плотность свинца становится меньше. Предел прочности на растяжение свинца составляет 13 мегапаскалей. При температуре -266 градусов по Цельсию свинец переходит в сверхпроводящее состояние.

В настоящее время известны четыре металлических аллотропных модификации сурьмы, которые существуют при разных давлениях, а также три аморфныx модификации:

• черная сурьма,
• взрывчатая сурьма,
• желтая сурьма.

В свободном состоянии сурьма образует серебристо-белые кристаллы плотностью 6,68 грамм на кубический сантиметр. Кристаллическая сурьма обладает высокими теплопроводностью и электропроводностью, а также большой хрупкостью. Она отличается от большинства металлов тем, что при застывании расширяется. Примесь сурьмы уменьшает точки кристаллизации и плавления свинца, сам сплав при отвердевании несколько расширяется. Металлические свойства сурьмы немного преобладают над неметаллическими.

Диаграмма состояния сплавов свинец-сурьма

Диаграмма состояния системы свинец-сурьма строится экспериментально, например, термическим методом. Любые превращения, которые происходят в сплаве, сопровождаются выделением тепла при охлаждении или поглощением тепла при нагревании. Термический метод заключается в том, что свинец в чистом виде и с добавлением постепенно увеличивающейся доли сурьмы - 5, 10, 20 % и т. д сначала расплавляют, а потом охлаждают, при этом осуществляется контроль температур каждого образца. В результате получаются термические кривые охлаждения, пример которых изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Термические кривые охлаждения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Остановка на термической кривой охлаждения или замедление скорости процесса говорят от том, что в сплаве происходит фазовое превращение. Точки на кривых, которые соответствуют остановке, а также началу и концу замедления изменения температуры называются критическими, значения температуры критическими температурами. На рисунке а точка 1 - начало кристаллизации, а точка 1 конец кристаллизации свинца. В сплавах б и г кристаллизация происходит в интервале температур 1-2, а последующая остановка в интервале 2 - 2 свидетельствует о фазовом превращении при постоянной температуре.

Диаграммы состояния первого типа характеризуют те случаи, когда составляющие сплава неограниченно растворены взаимно в жидком состоянии и полностью нерастворимы в твердом состоянии. Пример диаграммы первого типа для системы свинец-сурьма изображен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Точками начала процесса кристаллизации сплавов рассматриваемой системы образуется линия ликвидуса - АВС, а точки завершения процесса линию солидуса. Точка В соответствует минимальной температуре кристаллизации сплава - эвтектика, а сплав с 13 % сурьмы является эвтектическим. Структура данного сплава является однородной механической смесью кристаллов свинца и сурьмы. Сплавы системы свинец - сурьма делятся на три группы:

• доэвтектические - менее 13 % сурьмы,
• эвтектические - 13 % сурьмы,
• заэвтектические - более 13 % сурьмы.

При помощи представленной выше диаграммы состояния системы свинец - сурьма для любого сплава и при любой температуре, пользуясь правилом отрезков, можно определить химический состав фаз, процентное соотношение фаз и фазовый состав.

Рассмотрим сплав свинец – 40 %сурьмы - точка b. Через точку b1 проводится параллельно оси концентраций линия до пересечения с основными линиями диаграммы состояния - точки m и n. Данные точки указывают фазовый состав в точке b1 - сурьма и жидкость. Если из точек m и n опустить перпендикулярные линии на ось концентраций, то можно определить химический состав жидкости - 20 % сурьмы. Количественное соотношение фаз определяется следующим образом:

$L = (b1* n / m* n ) *100$

$Sb = (m *b1 / m* n ) *100$

где, L - расплав.

Таким образом видно, что доля расплава уменьшается по мере охлаждения, минимальная величина в точке В, где превращается в эвтектику. Доля кристаллов сурьмы увеличивается до максимального на линии эвтектики. При комнатной температуре - точка b3 сплав состоит из фаз свинца и сурьмы. Количество эвтектики и сурьмы в данном случае определяется следующим образом:

$Э = (b3* d / p* d ) *100$

$Sb = (p* b3 / p *d ) *100$

В некоторых случаях при кристаллизации и охлаждении отливки сплава свинец-сурьма могут получаться неоднородными. Данное явление называется ликвацией. Она проявляется в оседании кристаллов свинца на дно при медленном охлаждении доэвтектических сплавов. В заэвтектических сплавах кристаллы сурьмы будут наоборот всплывать.