Свинцовый прокат разновидности особенности и применение

Ключевые химические и физические свойства

Это легкоплавкий (плавится уже при +325…330℃) синевато-серый металл. Кипит он при температуре порядка +1750℃. Удельный вес свинца равен 11,3 г/м3, что делает его более тяжелым, чем большинство известных черных и цветных сплавов. Изделия из металла отличаются податливостью к любой механической обработке: их можно резать, ковать, сверлить.

Контактируя с атмосферным воздухом в течение всего нескольких часов, вещество приобретает на своей поверхности тончайшую невидимую, но высокопрочную пленку, служащую естественной гарантией коррозионной стойкости свинца. Ее наличие можно определить по некоторой тусклости, хотя если кусок вещества разломить, разрезать или разрубить, обнажается красивая блестящая поверхность, постепенно теряющая привлекательный внешний вид.

Производство продукции

Чистый свинец добыть невозможно – в природе он встречается в виде сульфидов, сульфатов, карбонатов, хлоридов и других соединений. Сырьем для получения металла в промышленных масштабах является галенит или другая свинцовая руда (церуссит, англезит, пироморфит и другие минералы – всего порядка 180 наименований, чаще всего полиметаллические агломераты).

Сырьевой материал обогащают флотационным или иным способом, добиваясь достижения концентрации полезного компонента как минимум на уровне 40%. Затем шихту (без обработки или после агломерационного обжига) переплавляют шахтной восстановительной плавкой в черновой металл. Это вещество является промежуточным продуктом с долей чистого базового компонента около 90%. Его продолжают очищать, подвергая зейгерованию. Операция проводится в отражательных печах с наклонным подом и приводит к разделению общей массы материала на фракции – по разной температуре плавления.

Полученный полуфабрикат обрабатывают щелочью, что позволяет выделить максимально чистый металл.

Его использование в строительстве

Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.

Кровля

В качестве кровельного материала свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.

Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.

На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.

Звукопоглощение

Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.

На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.

Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.

Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.

Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.

О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:

Рентген-кабинеты

Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.

При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:

стен и дверей;
пола и потолка;
мобильных перегородок;
средств индивидуальной защиты – фартуков, надплечников, перчаток и других предметов со свинцовыми вставками.

Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.

Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.

Другие направления

Одно из самых неординарных применений металла – сооружение сейсмостойких фундаментов и уплотнение межкладочных швов. Таким образом используют металл еще с древних времен, но и сегодня этот способ придания сооружению вибрационной устойчивости не устарел.
Краски, содержащие в составе свинец и свинцовые соединения, в жилых помещениях не применяются. Однако они прекрасно защищают сталь и железо от коррозии, поэтому продолжают использоваться на технических сооружениях: мостах, железнодорожных опорах, каркасных сооружениях и так далее.
Стабилизаторы на основе свинца применяются при изготовлении металлопластикового профиля, из которого, в свою очередь, изготавливают окна и двери самого разного вида. Ведущие компании в свете тенденции отказа в пользу бессвинцовых технологий, внедряют в производство профиль, при производстве которого свинец не используется. Однако большинство изготовителей от этой технологии еще не отказались.

Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.

О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:

Распространенные марки

На рынке представлен продукт нескольких марок. Наиболее чистой является марка С0. В ней содержится 99,992% (по массе) основного металла, а также:

0,004% висмута;
по 0,001% железа и цинка;
по 0,0005% олова, меди, сурьмы, мышьяка;
0,0003% серебра.

Сплав служит для выпуска полуфабрикатов для дальнейшей переработки, готовых свинцовых изделий: труб, листов, проволоки.

На втором месте по чистоте стоит марка С1C с 99,99% свинца. Сплав содержит те же примеси, что и вариант С0, но концентрации железа, меди, цинка, серебра, сурьмы повышены до 0,001%, висмута – до 0,006%. Доля мышьяка и олова остаются на прежнем уровне. Похожа на это соединение и марка С1, но содержание основного вещества в ней чуть ниже – 99,985%.

Сплавы С2С и С2 еще менее чисты в химическом плане – основы в них соответственно 99,97% и 99,95%. Концентрация базового металла в соединениях марок С3С и С3 составляет 99,5% и 99,9%

Свинца сплавы

Сплавы на основе свинца. Один из древнейших материалов. Многие металлы образуют со свинцом эвтектику, некоторые металлы (гл. обр. щелочные и щелочноземельные) — устойчивые интерметаллические соединения — плюмбиды (напр., Na2Pb, Mg2Pb, La2Pb), тяжелые металлы — легкоплавкие эвтектики (напр., свинец—висмут, свинец — кадмий, свинец — олово). Для свинца характерна ограниченная склонность к образованию твердых растворов. Свинца сплавы отличаются высокой уд. плотностью, низкими мех. прочностью, твердостью, т-рой плавления, хорошими антифрикционными св-вами, относительно большой кислотостойкостью к разбавленной серной, сернистой, хромовой, фосфорной, плавиковой и к некоторым органическим к-там. Сероводород, сернистый газ, серный ангидрид, а также хлор (при г-ре не выше 100° С) практически не действуют на сплавы. Свинца сплавы легируют сурьмой, медью и др. металлами.

Сурьма способствует увеличению твердости, прочности и кис-лотостойкости (по отношению к серной кислоте); медь замедляет рекристаллизацию (уменьшает ликвацию) и повышает коррозионную стойкость к серной к-те; натрий, калий, литий, магний, кальций и барий значительно увеличивают твердость, но снижают хим. стойкость; кадмий, олово и теллур увеличивают твердость и сопротивление усталости; натрий и мышьяк повышают способность к каплеобразованию (что важно при литье дроби); таллий увеличивает коррозионную стойкость к органическим к-там; висмут, олово, кадмий, сурьма и ртуть (в различных сочетаниях) значительно понижают т-ру плавления.

Свинца сплавы подразделяют на антифрикционные сплавы, типографские сплавы и припои. Антифрикционные сплавы на основе свинца обладают более высокой твердостью и т-рой плавления, чем оловянистые, дешевле их (см. также Антифрикционные материалы, Баббит, оло-вянистый баббит, Свинцовистый баббит). Типографские сплавы на основе свинца отличаются хорошими литейными и антикоррозионными св-вами, малой усадкой и легкоплавкостью (tпл = 240 375° С). В качестве легирующих добавок содержат сурьму, к-рая снижает усадку при кристаллизации и повышает твердость, и олово, улучшающее литейные св-ва (см. также Легкоплавкие сплавы, Типографские сплавы). У припоев на свинцовой основе широкий температурный интервал кристаллизации, они создают более прочные швы, чем другие припои (см. также Припои). Свинца сплавы получают сплавлением первичных или вторичных металлов, а также их лигатур.

Сплавы свинца с натрием, калием и кальцием получают также электрохимическим способом — электролизом расплавленных солей с жидким свинцовым катодом. Полуфабрикаты из С. с. изготовляют в виде чушек (для антифрикционных и типографских изделий), пластин и электродов (для хим. пром-сти), прутков (напр., для пайки) , пленок (для полупроводниковой техники), дроби (для огнестрельного оружия) и т. д. Большинство сплавов являются мягкими и легко поддаются мех. обработке — прокатке, штампованию, ковке и т. д. Антифрикционные свинца сплавы применяют для изготовления подшипников малой и средней нагруженности, подшипников для железнодорожных вагонов. Из С. с, легированных таллием, изготовляют подшипники повышенной теплостойкости. Типографские свинца сплавы используют для изготовления штампов, шрифтов и др. Припои применяют для герметичного соединения деталей, для пайки.

Из свинца сплавы, легированных сурьмой, изготовляют штампы, аккумуляторные пластины, крыльчатки вентиляторов, мешалки, барабаны. Свинцовооловянные сплавы используют для нанесения защитных покрытий. Сплав свинца (45%) с висмутом (55%), не дающий усадки, применяют при изготовлении ответственных моделей — отливок особой точности; сплав свинца (50%) с висмутом (37,5%) и оловом (12,5%) используют для соединения стекла с металлом. Сплав свинца (57%), висмута (29%) и ртути (14%) легко плавится при трении. Сплавы свинца с натрием применяют для осушения органических жидкостей, для получения каустической соды и приготовления тетраэтилсвинца — (С2Н5)4Рb, добавляемого в моторное топливо в качестве антидетонатора. Теллурид свинца РbТе, являющийся полупроводником, находят применение при создания термо-, фото- и пьезоэлектрических устройств. Термогенераторы, при изготовлении к-рых использован теллурид свинца, можно эксплуатировать при т-ре 650—700° С, их кпд около 15%.

Лит. Шпагин А. И. Антифрикционные сплавы. М., Основы металлургии, т. 1.

Статья на тему Свинца сплавы

Свинцовые баббиты

Это особая разновидность материала, представляющая собой антифрикционные сплавы на основе свинца, присадками служат медь, сурьма и другие элементы. Их отличительная особенность – хорошая прирабатываемость (способность пригонять друг к другу трущиеся поверхности) и относительно низкая температура плавления. Баббитами заливают подшипники автомобильных и других транспортных двигателей, силовых агрегатов промышленного оборудования с целью увеличения срока службы деталей, которые подвергаются существенным истирающим нагрузкам.

На рынке представлены баббиты нескольких марок. Самые распространенные – БС6 с максимальным содержанием свинца и по 6% сурьмы и олова, Б16 с 6% меди и 9% сурьмы, БН с дополнительным включением в состав цинка, висмута, никеля. Баббиты выпускаются из расплавленного первичного или вторичного металла путем внесения в него компонентов в соответствии с маркой.

Свинцовые сплавы,

сплавы на основе
свинца.
Различают низколегированные и высоколегированные С. с. К 1-й группе относятся С. с., содержащие малые добавки Fe, Cu, Sb, Sn, Cd или Са в концентрациях, не снижающих, а в некоторых случаях повышающих коррозионную стойкость свинца и значительно увеличивающих его предел ползучести и длительную прочность. Во 2-ю группу входят С. с., которые содержат в значительном количестве элементы, повышающие прочность, твёрдость и антифрикционные свойства и понижающие температуру плавления свинца и его усадку при литье. Как и свинец, большинство С. с. (за исключением содержащих более 0,1% Ca, Mg, Li, К или Na) характеризуются высокой коррозионной стойкостью на воздухе, в воде, а также в большинстве разбавленных неорганических кислот при комнатной и низких температурах. С. с. устойчивы в концентрированных уксусной, хлоруксусной и лимонной кислотах. В присутствии кислорода стойкость в органических кислотах снижается. Хлор (до 100 °С), сероводород и сернистый газ оказывают незначительное воздействие на С. с. Низколегированные С. с. весьма устойчивы в почве, содержащей соли кремниевой, угольной и серной кислот.

Из всех элементов, используемых для легирования свинца, только Ca и Te делают его способным упрочняться при пластической деформации. Свинец, легированный др. элементами, из-за низкой температуры рекристаллизации

разупрочняется непосредственно при прокатке, прессовании, волочении и др. процессах обработки, проводимых при комнатной температуре. Добавки весьма значительно повышают предел ползучести, длительную прочность, температуру рекристаллизации и стойкость свинца в серной кислоте. При введении 0,05% Te потери свинца под воздействием серной кислоты снижаются в 10 раз.

С. с. с Te (0,03—0,06%), Cu (0,04—0,08%), Sb (0,5—2,0%) используют для изготовления листов, труб и др. полуфабрикатов, для облицовки ванн и другой кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов. Для оболочек низковольтных и силовых кабелей применяют С. с., легированные Te (0,04—0,06%), Ca (0,03—0,07%), Sn (1,0—2,0%), Sb (0,4—0,8%). Легкоплавкие С. с. (см. Легкоплавкие сплавы

) представляют собой главным образом двойные, тройные и более сложные эвтектики свинца с In, Sn, Bi, Sb, Cd и Hg. На базе систем Pb — Sn, Pb — Ag и Pb — Sn — Sb создана серия т. н. мягких
припоев
(с температурой плавления 185—305 °С), характеризующихся хорошей адгезией со многими металлами и сплавами и высокой коррозионной стойкостью. Для защиты от коррозии железных сплавов и перед заливкой вкладышей подшипников применяют свинцовые
полуды,
представляющие собой С. с., легированные 0,5—1% Zn или Sn. Тройные С. с. с Sb (8—23%) и Sn (2—7%) находят применение в полиграфической технике (см.
Типографские сплавы
)
.
Широко используются подшипниковые С. с. (см.
Антифрикционные материалы
и
Баббит
) на базе систем Pb—Sb—Sn, Pb—Sb—Sn—Cu и Pb—Ca—Na. Благодаря высокой плотности и хорошим литейным свойствам С. с., содержащие 0,1—1,5% Sb, 0,06—0,2% As, 0,02—0,04% Na, применяются для отливки дроби, а сплавы с 0,3—3% Sb для отливки сердечников пуль. Решётки для
свинцовых аккумуляторов
готовят из С. с., содержащих 6—9% Sb.

Лит.:

Шпичинецкий Е. С., Свинцовые сплавы, в кн.: Справочник по машиностроительным материалам, т. 2, М., 1959.

Е. С. Шпичинецкий, Г. Е. Шпичинецкий.

Оглавление

Металлический свинец

Это первичный продукт, базовый полуфабрикат для изготовления широкого спектра металлоизделий. Его закупают предприятия электротехнической сферы для выпуска пластин аккумуляторных батарей и бронированных оболочек кабелей. При производстве строительных материалов измельченный до порошка свинец добавляют в шпатлевки, цемент, выравнивающие и другие сухие смеси. Это распространенная добавка в краски и важный химический реактив. В военной промышленности продукт требуется для изготовления взрывчатых веществ.

Слитки, чушки

Принципиальное различие между этими двумя изделиями – в форме. Слиток имеет строгую геометрическую форму в виде параллелепипеда или объемной трапеции, а у чушки есть пережимы для удобного разделения на несколько частей и уши (называемые также рогами) для легкости транспортирования и складирования.

Продукты не используются самостоятельно, являясь сырьем для изготовления разнообразных изделий. Их раскатывают в плоский (листовой и рулонный) прокат, продавливают сквозь фильеры в проволоку, изготавливают из них трубы. Такой свинец подходит для выпуска медных сплавов, баббитов, припоев, гартовых (полиграфических) сплавов.

Листовой свинец

Листы производятся способом горячей деформации на прессе с последующей прокаткой, в процессе работы изделию придается нужная толщина. Затем свинцовый прокат обрезают до заданных размеров либо подвергают простому выравниванию кромок. Для получения ленты предварительно изготовленный лист распускают на станке для продольной резки на длинные полосы нужной ширины.

Свинцовые листы – лучший материал для защиты человека, оборудования и целых помещений от радиационного излучения. Они используются для обшивки стен в рентгенологических кабинетах и профильных лабораториях. Значительная химическая стойкость металла обуславливает его использование в качестве полуфабриката для коррозионностойкой футеровки трубопроводных магистралей, технологического оборудования, контактирующих с агрессивными средами. Это базовая заготовка для выпуска другого свинцового проката: ролей (полос в рулонной намотке), труб.

Из лент изготавливают изоляционное покрытие силовой и слаботочной кабельной продукции с целью защиты сердцевины от электромагнитных полей. Оно отличается высокими экранирующими способностями и дополнительно оберегает кабель от коррозии.

Плоский прокат свинца востребован в ядерной и атомной энергетике, в медицинской отрасли. На базе изделий можно создать эффективный экран, который препятствует распространению в помещении рентгеновских лучей. Из них вырезают заготовки для пластин свинцово-кислотных аккумуляторов, а в нефтегазопромысле, химии, нефтехимии и других перерабатывающих областях из полос и листов изготавливают контейнеры для хранения опасных отходов и токсичных химических веществ. В гальванотехнике продуктом покрывают стенки рабочих ванн для цинкования, хромирования, никелирования и других процессов.

Свинец-сурьма-олово

Делались неоднократные попытки устранить недостатки Pb-Sb не путем исключения сурьмы или снижения ее содержания, а путем введения легирующих добавок. В качестве последних в большинстве случаев изучались те же элементы, которые предлагались как добавки к металлическому свинцу. Наибольший эффект был получен при введении олова.

Увеличение олова в сплавах с постоянным содержанием сурьмы и, наоборот, увеличение сурьмы в сплавах с постоянным количеством олова приводит к возрастанию твердости практически пропорционально количеству легирующего элемента. Такой характер закономерности изменения твердости наблюдается во всех исследованных состояниях сплавов: литом, закаленном и отожженном.

Известно, что олово образует твердые растворы со свинцом и интер-мегаллид с сурьмой (SbSn) и является нетоксичным элементом. Кроме того, олово способствует депассивации границы токоотвод-активная масса, то есть уменьшает контактное сопротивление оксидного слоя. По-видимому, олово внедряется в состав оксидного слоя, образующегося на поверхности токоотводов. При этом возможно образование смешанных кристаллов Sn1-хPbxOn вызывающих рост проводимости оксидного слоя.

Кроме того ионы Sn2+, Sn3+ и Sn4+, внедряясь в кристаллическую решетку РЬОn (п<2), изменяют тип полупроводниковой проводимости на указанной фазовой границе.

Введение олова в количестве менее 0,5% мало изменяет скорость коррозии малосурьмяного сплава, в то же время значительно повышает когезию рыхлой и плотной частей оксидной пленки, образующейся на поверхности токоотводов. Увеличение концентрации олова, начиная от 0.5%, вызывает монотонное снижение скорости коррозии. Минимальное содержание олова, при котором сплав имеет стабильные характеристики, составляет 2,54-2,7%.

Основным недостатком Pb-2,5%Sb-3,0%Sn является его склонность к трещинообразованию при литье. Исключение этого недостатка возможно при литье токоотводов под давлением, либо за счет дополнительного легирования. Дополнительный элемент должен играть роль модификатора, препятствуя формированию в процессе кристаллизации крупнодендритной структуры α-Pb, повышающей вязкость расплава. В качестве модификатора может быть применен селен.

Проволока из свинцовых сплавов

Это длинномерное сплошное изделие в виде нити или шнура круглого (чаще), квадратного или овального (реже) поперечного сечения. Его выпускают гидравлическим прессованием, продавливая более толстую заготовку (свинцовую катанку) сквозь отверстия фильеры. Потребителю проволока поставляется в мотках или на катушках.

Продукт активно применяется в:

электротехнике;
любительской и промышленной электронике;
машино- и приборостроении;
энергетическом секторе;
стекольной промышленности.

Самыми толстыми модификациями герметизируют стыки тюбингов в шахтных стволах, выработках метрополитена, тоннелях. Тонкие варианты используются в часовом деле, при изготовлении медицинского оборудования и рыболовной оснастки (блесен, грузил).