Последние две статьи по материаловедению были посвящены мной таким базовым металлам Х1Х века как жесть и силумин. В прошлой статье я говорил что обыватели часто путают силумины с цинковым сплавом (который появился и начал использоваться только спустя полвека после силумина, уже в следующем веке), а так-же, как не странно, со свинцовыми сплавами тоже появившимся в Х1Х веке, например с баббитом, хотя там даже по весу ну никак спутать невозможно... вот о сплавах на основе свинца и пойдёт речь в этой статье.
Как легко различать все эти "силумины" между собой рассказывалось там же, и упоминалось, что из этого алюминиевого сплава изготавливалось в том числе и оружие, для примера приводилась германская ракетница. Кстати эта модель (на заставке), разработанная ещё в 1894 году в Австро-Венгрии (Hebel M1894), спустя полвека, с небольшими изменениями выпускалась так же и из цинкового сплава, но уже в Германии. Вот, можете сравнить, это ракетницы из силумина, цинкового сплава и стальная, в подписях есть характеристики.
Как видите все три модели одинаковы, использовали одни и те же боеприпасы, то есть почти полностью идентичны, но были и большие различия. Стальная модель мирного времени, при одинаковой конструкции и сходных характеристиках, была в три раза дороже (в 3!!!) и в двое тяжелее чем Leuchtpistole (Leu.P.) Model 34. Но алюминий требовался для нужд Люфтваффе, поэтому к началу 1942 года конструктора разработали ракетницы из невостребованного на тот момент цинкового сплава - Model Zink (LP Mod. Zink) и из штампованной жести - LP-42. У наших не было ни времени, ни цинковых сплавов, поэтому наши конструктора изначально обходились дешёвой штамповкой, и штамповали ракетницы в промышленных масштабах без особых проблем.
И не думайте что силуминовая или жестяная ракетница это просто брутальная игрушка, потешно и не страшно стреляющая цветными огоньками, это УНИВЕРСАЛЬНОЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОРУЖИЕ. Для них был разработан целый спектр противопехотных осколочных гранат, поражающих на расстоянии до 90 шагов всё что находится в радиусе 10-15 ярдов, и кумулятивные патроны, с расстояния до 30 метров прожигающие броню любого бронетранспортёра. А ещё, более века назад вкладыши в стволы ракетниц точно так же превращали их в полноценный пистолет и позволяли неограниченно пулять свинцом любого пистолетного "мелкашечного" патрона ( Ø 5-7 мм), а если дробью - то ракетница легко "тянула" патрон .410 калибра, без каких-либо видимых последствий для конструкции. Так что всё серьёзно! Из свинцовых сплавов за которыми закрепилось название "баббиты" оружия не делали, а вот пули и дробь - сколько угодно. При чуть меньшем весе на единицу объёма чем у свинца, твёрдость баббита в 3,5 раза (!) выше, а следовательно баббитовая пуля при сравнимом весе обладает гораздо лучшей пробивной способностью чем свинцовая.
Да, свинец был ещё одним основополагающим металлом, был одним из базовых металлов на которых развился техногенный Х1Х век. И, кстати, о баббитах, не смотря на стойкую ассоциацию со свинцом, на момент своего появления этот сплав, изобретённый в 1839 году ювелиром (!) из Массачусетса Ицхаком Баббитом (предполагавшим изначально использовать его как дешёвую замену серебру, чтобы "впаривать" его туповатым обывателям), на 69% состоял из... цинка. Не смотря на то что с первой четверти Х1Х века началось распространение латуни и она начала производиться фабричным способом, сам цинк фактически не использовался, из-за хрупкости и низких механических свойств этого металла. На протяжении всего века он использовался в основном только как добавка при производстве той же латуни. Только в последние десятилетия века цинк стали использовать для оцинковки жести, и производства цинковых белил, которые на пороге ХХ века начали вытеснять более токсичные свинцовые белила, бывшие основным красителем на протяжении двух веков. Сплавы на основе цинка, не смотря на все свои положительные качества, имеют немало и отрицательных свойств. Обладая твёрдостью и прочностью латуни, и не уступая силуминам в литейных свойствах, они сильно корродируют в агрессивной среде, гораздо тяжелее силумина, и на треть дороже. Кроме того, цинковые сплавы обладают очень низкой температурой плавления (в 2 раза меньше чем у настоящего силумина) и при нагреве теряют свою прочность, проявляя склонность к хрупкости, за что их презрительно называют "турецкая латунь", либо "китайское железо", или даже "порошковый металл". Так что, повсеместно расплодившиеся в последнее время ЦАМы, фактически не имеют заметных преимуществ ни перед настоящим силумином, ни перед той-же жестью, да ещё и значительно превосходя в цене - на 30% дороже силумина и в 9(!) раз дороже жести. В общем, если бы цинковых сплавов не было, промышленность ничего бы не потеряла, а отливать что-либо "на коленке" можно и из баббита...
Название этого сплава только с 60-х Х1Х стало устойчиво ассоциироваться со свинцом, даже на момент продажи Баббитом патентов на этот сплав Англии в 1844 году и России в 1847 году, его состав предлагался уже... на основе олова. Так откуда же там взялся свинец? Всё просто, сэр Баббит бывший таки-ж ювелиром, не стесняясь предлагал дорогущее и имеющее весьма сомнительные механические характеристики олово как основание для сплава, но это никак не устраивало фабрикантов, поскольку то же олово даже тогда было в 6 раз(!) дороже того же цинка! А развивающаяся промышленность и механизмы наоборот требовали доступного металла, который бы был гораздо дешевле и доступнее их обоих, и такой металл был - свинец!
"Грязное олово", как называли свинец, "ущербный" собрат благородного, дорогого и довольно редкого олова, на самом деле отличался от него заметно лучшими механическими свойствами, практически не реагировал на погодные и температурные изменения, имел на 96 °C большую температуру плавления (327 °C), практически не уступал олову в прочности (чистый Pb~4HB, а Sn~5HB), а ещё он не "прилипал" к отливочным формам, но главное - БЫЛ ПОЧТИ НА ПОРЯДОК ДЕШЕВЛЕ. Сплавы на основе свинца всегда считались более выгодными аналогами оловянных соединений. Высокий показатель износоустойчивости позволяет изготавливать из них детали для станков, подвижных механизмов, нагруженные подшипники. Да свинец заметно тяжелее олова (Pb - 11,34 г/см³, даже тяжелее серебра, а олово весит примерно как железо) и почти сразу покрывается на воздухе чёрно-серой оксидной плёнкой теряя товарный вид, но дешевизна, устойчивость к нагреву и широкая распространённость с лихвой перекрывали все эти недостатки в век, когда паровой двигатель, и движущиеся механизмы становились основным средством развития человечества.
Свинец - это даже не столько дробь и пули, сколько металл прогрессивных технологий! Свинец и его сплавы использовались для производства аккумуляторов, в кабельной промышленности, для изготовления подавляющего большинства известных тогда красок и припоев, для изготовления типографских составов (гартов), а добавка соединения свинца в материал при плавке стекла позволяет придать хрустальным изделиям ту самую голубоватую прозрачность, и это даже не самые заметные области применения свинца и его сплавов. Главное - без подшипников из свинцовых баббитов невозможно производство двигателей, механизмов, железнодорожного транспорта, а также оборудования, которое нужно для тяжелого машиностроения, то есть всего того, что создало ТОТ САМЫЙ Х1Х ВЕК прогресса, механизации, электрификации и просвещения...
Надеюсь что (в том числе и из моих статей) уже ясно, что сплавы всегда превосходят чистые металлы по своим физическим, химическим и механическим свойствам, и чистый свинец тоже очень заметно уступает своим производным. Поэтому основная масса производится для использования в сплавах и, поверьте, относительно дешёвый свинец отнюдь не "на полу валяется", для получения 1 кг свинца требуется переработать 1 центнер (100 кг) руды, и это вполне приемлемая пропорция. Мало кто знает, но у свинца есть ещё более "грязный" родной брат - это кадмий ( Cd - 8,65 г/см³, t - 321 °C, твёрдость ~15НВ), хотя чисто внешне он выглядит посимпатичнее свинца. И это родство не мнимое, дело в том что кадмий добывают попутно из той же самой руды что и свинец, например из галенита, но чтобы добыть кило кадмия требуется переработать до полутонны руды. Благо что он добывается попутно и по цене примерно на уровне свинца. Если 1 кило свинца в приёмках берут за 60 рублей, то кадмий идёт по цене 63-66 руб./кг (правда ещё найти надо кто возьмёт). Да, кадмий по ядовитости не уступит свинцу, но без него не было бы ни аккумуляторов, ни электрических батареек, ни полупроводников, и если его не кушать и мыть руки - особого вреда от кадмия (как и от свинца) не будет. Но дома я его всё равно крайне не рекомендовал бы хранить. А ещё кадмий является очень важной добавкой в баббитовых сплавах, именно этот металл отвечает за коррозийную стойкость баббитов и придаёт им привлекательный внешний вид, а так же увеличивает твёрдость.
Вот так плавно переходим к собственно баббитам, визитной карточкой которых можно назвать такой сплав как БС6. Отличный недорогой материал с хорошими физическими свойствами и достаточной коррозийной стойкостью, довольно твёрдый ~16HB, использующийся практически везде. Наиболее перспективным легирующим компонентом для малосурьмяных свинцовых сплавов является кадмий. Введение его в свинцовый сплав приводит к связыванию сурьмы в интерметаллическое соединение CdSb и формированию сплава с более высокими механическими характеристиками
Следующая максимально широко распространённая группа баббитов - кальциевые баббиты. Хоть и его основой является свинец, сплав получил свое название по одной из составляющих, в его составе присутствует кальций и натрий. Эти элементы отличают данный баббит самой недорогой ценой, придают ему повышенную теплопроводность и плотность. Содержание кальция в сплаве увеличивает твердость сплавов, поэтому значения твердости для них приближаются к значениям твердости для малосурьмяных свинцовых сплавов, легированных кадмием. Однако, предел прочности на разрыв для них значительно ниже и такой сплав быстрее окисляется. Основных марок две - БК2 и БКА с примерно схожими характеристиками твёрдостью ~9HB
Баббит БК2 производят для работы деталей в условиях ударной и постоянной нагрузки при высоких скоростях скольжения. Баббиты БК2 необходимы для заливки вкладышей шатунных, коренных подшипников двигателей, буксовых подшипников трения вагонов и трендеров железных дорог, подшихтовки сплавов при заливке вкладышей шатунных и коренных подшипников.
Баббит БКА преимущественно используют в процессе заливки буксовых подшипников трения, которые в дальнейшем предполагают установку на вагоны и другой железнодорожный транспорт. Его основными сферами применения считают двигателестроение, металлургическое машиностроение, производство подшипников тендеров, паровозов, электромоторов и других изделий. Баббит этой марки отличается небольшой теплопроводностью и высокой плотностью. Существенное его достоинство - демократичная стоимость, которая позволяет крайне широко его применять, недостатком считают предрасположенность к окислению на воздухе.
А теперь будьте внимательны - ССу. Это не действие, это имя собственное свинцово-сурьмянистых сплавов. Чисто технически они не считаются баббитами, но по сути это самые настоящие баббиты, прекрасные литьевые сплавы с широким спектром применения. Основным легирующим элементом в ССу является сурьма. Этот полуметалл, такой же как мышьяк, в котором свойства металла проявляются меньше и висмут, в котором они больше, является основной добавкой которая увеличивает твёрдость и механическую прочность свинцовых сплавов, а так-же несколько снижает температуру плавления. В свинцово-сурьмяных сплавах снижение сурьмяного компонента приводит к уменьшению их твердости и предела прочности на разрыв. Введение в свинцово-сурьмяные сплавы олова в качестве легирующей добавки не повышает их твердость, но приводит к увеличению их коррозионной стойкости.
Самые распространённые - ССу2, ССу3, ССуА и мышьяковистые сплавы УС, УСМ и PbSb2.5As.
Ну а теперь ПОССу. Это провокационное название расшифровывается до банальности скучно - "припой оловянно-свинцово-сурьмянистый". То есть это тот самый припой которым лудят и паяют всевозможные электродетали и электропроводки, да и вообще всё что под руку попадётся, следовательно основным показателем этих сплавов является низкая температура плавления и вязкость. Цифры в названии сплавов и припоев обозначают процентное содержание легирующих элементов, обычно первая цифра процентное содержание олова, а вторая основного легирующего элемента - кадмия или сурьмы. Основные марки припоев - это недорогие сплавы, так сказать на все случаи жизни, среди них довольно тугоплавкий но пластичный кадмиевый ПОСК2-18, оловянно-свинцово-сурьмянистые ПОССу5-1, ПОССу4-4 и наиболее распространённый твёрдый и износоустойчивый из них ПОССу4-6
Понятное дело, не ПОССу - не побегу (это я так скаламбурил), но сейчас я вас удивлю ещё больше! Самый лучший припой - конечно СЕРЕБРЯНЫЙ, которым паяют ответственные электросхемы, он же и самый дорогой. Серебро - это не какое-то там олово, тугоплавкий драг.металл, который дороже олова или сурьмы раз в 25, а разница в цене со свинцом или кадмием - в сотни раз! Именно поэтому серебряный припой... состоит из свинца. Так что
Но, не смотря ни на что, серебро там всё-таки есть, пусть пару-тройку процентиков, но есть! Больше попросту нельзя, а то температура плавления будет зашкаливать, как и цена, а "пайка" превратится в "плавку". Так что, именно такая пропорция, когда Ag составляет 2-3% - это самое то для серебряного припоя. Серебро, как легирующий элемент в свинцовом сплаве, как не удивительно, снижает температуру плавления сплава на ~10% и сильно увеличивает твёрдость, прочность и коррозийную стойкость свинца. Свинцово-серебряный сплав, даже при столь малой доле драг.металла, становится больше похож на олово чем на свинец, но при этом приобретает превосходные механические характеристики. Именно такой сплав применяли для производства украшений и подделки "под серебро", дёшево и сердито...
Самые распространённые и обладающие наилучшими характеристиками марки серебряных припоев, в сочетании с ценой/качеством, это свинцово-серебряные ПСр2.5, ПСр2.5с и ПСр3, а так-же кадмиево-серебряный ПСр3Кд
Так что свинцовые сплавы это вам не "как два пальца об асфальт"...
Продолжение следует...
