Stopy Zn, Pb, Sn	Data:
TD-I, LP2		ocena

Stopy cynku

Stopy metali w których głównym składnikiem jest cynk oraz zawierające dodatki aluminium, miedzi i manganu. Stopy cynku są tanim substytutem miedzi stopowej. W porównaniu do niej stopy cynku posiadają gorsze własności wytrzymałościowe i są mniej odporne na korozję. Ze względu na to stosowane są tylko przy konstrukcjach i elementach mniej odpowiedzialnych.

Stopy cyny

Stopy, w których cyna jest głównym składnikiem stopowym. Najczęściej stosowanymi są stopy cyny z ołowiem, miedzią i antymonem. Stopy cyny stosowane są jako spoiwa do lutowania. Ze względu na wysoką ciągliwość stopy cyny używane są do wytwarzania folii. Stopy cyny charakteryzują się dobrą lejnością. Używa się ich do wykonywania mało obciążonych odlewów, w tym odlewanych ciśnieniowo.

Stopy ołowiu

Stopy, w których ołów jest głównym składnikiem stopowym. Najczęściej stosowanymi są stopy ołowiu z cyną, miedzią i antymonem. Stopy ołowiu charakteryzują się dużą lejnością, niską temperaturą topnienia, znaczną odpornością na korozję szczególnie w środowiskach agresywnych jak woda morska czy kwas siarkowy lub solny (wynika to z zupełnej nierozpuszczalności chlorków i siarczanów ołowiu). Z uwagi na wysoką toksyczność ołowiu i jego związków oraz fakt że ołów jest roztwarzany przez kwasy organiczne (np octowy) jego używanie w branży spożywczej jest zabronine nawet w postaci dodatków stopowych.

Stopy cynku z aluminium

Techniczne zastosowanie znalazły stopy Zn o zawartości aluminium 3 ÷ 30%, zwane znalami. Znale wieloskładnikowe zawierają ponadto do 5% Cu. Znale wykazują strukturę mieszaniny eutektoidalnej roztworów Al w Zn oraz Zn w Al (rys. 1). Przemiana eutektoidalna wywołuje skurcz stopu. Zmiany wymiarowe również powoduje starzenie stopu w temperaturze pokojowej, przebiegające nawet przez kilka lat. Tym niekorzystnym przemianom przeciwdziała dodatek do ok. 0,1% Mg, polepszający również odporność znali na korozję międzykrystaliczną.

Wieloskładnikowe znale z dodatkiem Cu ulegają starzeniu, które nie powoduje istotnego zwiększenia właściwości wytrzymałościowności na korozję. Z tego względu stopy te powinny być starzone w temperaturze ok. 95°C. Stopy o dużą zawartością Al są stosowane jako odlewnicze, głównie na odlewy ciśnieniowe korpusów, obudów i pokryw różnych urządzeń w przemyśle motoryzacyjnym, precyzyjnym i elektro-technicznym.

Cyna i ołów oraz ich stopy

Cyna występuje w dwóch odmianach alotropowych. Odmiana α (szara) o sieci regularnej występuje poniżej temperatury 13,2°C. Odmiana β (biała) o sieci tetragonalnej jest trwała powyżej tej temperatury. Ochłodzenie cyny poniżej 13,2°C, a w praktyce poniżej ok. –20°C, powoduje nie-odwracalną przemianę β→α, związaną ze znacznym zwiększeniem objętości i naprężeń własnych, a w konsekwencji z rozpadem cyny na szary proszek. Dodatki co najmniej 0,5% Pb zapobiega temu zjawisku.

Temperatura topnienia cyny wynosi 232°C, a wrzenia 2270°C. Gęstość Sn wynosi 7,29g/cm3. Własności mechaniczne cyny są bardzo niskie: Rm = 20 ÷ 30MPa , A10 = 40%, a twardość 5 ÷ 6 HB. Cyny nie można umacniać zgniotowo, gdyż temperatura rekrystalizacji jest poniżej 0°C.

Cyna wykazuje dobrą odporność na korozję, szczególnie zaś w środowisku kwasu octowe-go, tlenu, acetylenu, amoniaku, środków spożywczych oraz wody morskiej. Przez galwaniczne na-noszenie powłok cynowaniu poddaje się blachy stalowe, a także przewody elektryczne w izolacji gumowej.

Ołów nie wykazujący odmian alotropowych, krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowanej typu A1. Jego gęstość wynosi 11,3g/cm3. Właściwości wytrzymałościowe są podobnie jak cyny bardzo niskie: Rm = 20MPa, a twardość ok. 3HB. Za to Pb ma bardzo duże własności plastyczne, w tym wydłużenie A ok. 70% oraz przewężenie Z ok. 100%. Wykazuje dużą podatność na pełzanie nawet w temperaturze pokojowej. Cechuje się ponadto dobrą odpornością na korozję w środowisku kwasu siarkowego, rozcieńczonego kwasu solnego oraz rozcieńczonych alkaliów, np. KOH lub NaOH.

Ołów jest stosowany na płyty akumulatorowe, osłony kabli oraz w rentgenologii i radiologii na osłony przeciwradiacyjne.

Stopy Pb z Sb (ołów twardy)

W celu polepszenia twardości i odporności na ścieranie do Pb dodaje się 1 ÷ 20% Sb, a także niewielką ilość Sn, As, Cd lub Te. Twardość takich stopów, zwanych ołowiami twardymi, wzrasta do ok. 17 HB. Podobnie jak ołów, stopy te są stosowane na powłoki kabli, podkładki, uszczelki, do produkcji akumulatorów, elementów aparatury chemicznej, anod oraz galwanizacji. Stop PbSb3As jest stosowany do produkcji śrutu.

Stopy cyny do obróbki plastycznej i odlewnicze

Stopy cyny z niewielkim dodatkiem antymonu (ok. 2,5%) są przeznaczone do obróbki plastycznej. Stosuje się Stosuje się je do wytwarzania folii na otuliny i platerowania folii ołowianej. Stopy zawierające 12–15% Sb i ok. 5% Cu, a także do 10% Pb są stosowane na odlewy ciśnieniowe i części aparatury pomiarowej.

Stopy łożyskowe cyny i ołowiu.

Do najpowszechniejszych stosowanych stopów cyny i ołowiu należą stopy łożyskowe, stosowane do wylewania panewek łożysk ślizgowych w samochodach, wagonach i różnych maszynach. Stopy te mają miękką i plastyczną osnowę z cząstkami nośnymi z twardych faz międzymetalicznych zapewniającymi dużą odporność na ścieranie.

Najkorzystniejsze właściwości wykazują stopy na osnowie cyny, zawierające 7 ÷ 13% Sb i 2,5 ÷ 6,5 Cu, zwane babbitami cynowymi. Ich osnowę stanowi roztwór stały bogaty w cynę o niskiej twardości, z wydzieleniami faz twardych SnSb w kształcie sześcianów oraz Cu6Sn5 w kształcie igieł. Babbity cynowe mogą przenosić naciski powierzchniowe ok. 1kN/cm2 przy prędkości obwodowej ok. 5m/s.

Ze względu na oszczędności Sn przy naciskach większych niż 1kN/cm2 i prędkości obwodowej mniejszej od 1,5m/s są stosowane babbity ołowiowe z dodatkiem Sn, a także Sb i Cu. Stopy

Struktury stopów cynku, cyny i ołowiu 2

te zawierają od 5 ÷ 17% Sn, 5,5 ÷ 17% Sb, do 2% Cu, do 1% As i resztę ołów. Eutektyka wielo-składnikowa bogata w ołów stanowi plastyczną osnowę babbitów ołowiowych, a twarde wydziele-nia faz Sn3Sb2 i Cu2Sb decydują o odporności tych stopów na ścieranie. Babbity ołowiowe cechują się wysoką wytrzymałością i dobrą odpornością na korozję. Są stosowane do wylewania panewek samochodowych, pomp i sprężarek.

Stopy drukarskie.

Stopy ołowiu zawierające 12 ÷ 26% Sb i ok. 5 ÷ 7% Sn, w niektórych przypadkach 2% Sn lub bezcynowe, są stosowane w poligrafii na czcionki lub do odlewania składu metodą linotypową, monotypową i stereotypową. Stopy drukarskie o dużej zawartości Sb maja osnowę trójskładnikowej eutektyki z wydzieleniami kryształów pierwotnych roztworu Sb i Sn w Pb i faz międzymetalicz-nych.

Stopy niskotopliwe.

Wieloskładnikowe stopy Pb, Sn lub Bi, zawierające zwykle ponadto dodatki Cd, Sb lub Cu, maja niską temperaturę topnienia: 70 ÷ 400°C. Są stosowne na czujniki i automaty przeciwpożaro-we, na odlewy precyzyjne, sprzęt medyczny, panewki łożysk oraz w przemyśle elektrotechnicznym.

Spoiwa cynowo – ołowiowe.

Spoiwa (lutowia) cynowo – ołowiowe są stopami ołowiu z cyną i antymonem, stosowanym do łączenia elementów z różnych metali i stopów. Spoiwa te zapewniają dobre zwilżanie po-wierzchni oraz mają wąski zakres temperatur topnienia.

Spoiwa cynowo – ołowiowe określone w normie PN–76/M–69400 należą do lutowi mięk-kich, ich temperatura topnienia mieści się w zakresie od 180°C do 300°C.

Wytrzymałość uzyskiwanych złączy na rozciąganie Rm wynosi ok. 50 ÷ 70MPa, a wy-trzymałość na ścinanie Rt maksymalnie osiąga ok. 22MPa.

Spoiwa oparte na miedzi, mosiądzach, brązach lub niklu (PN–70/M–69413), wykazują wyż-szą temperaturę topnienia i wyższą wytrzymałość.