Технические науки/1.Металлургия

К.т.н. Квон Св.С., Малашкевичуте Е.И., Тулегенова Ш.Н.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Исследование влияния барита на некоторые

свойства типографских сплавов.

Типографские сплавы применяются для отливки наборных материалов (шрифты, пробельные элементы, линейки и т. п.). Наборные элементы, в основном, производят литьем под давлением расплавленного типографского сплава в матрицы, находящиеся в отливных формах.

Типографские сплавы изготавливают на основе системы сурьма-свинец-олово. Сурьма (8-23%) входит в состав типографских сплавов, повышая их твердость и понижая усадку при охлаждении. Олово (2-7%) улучшает литейные свойства и устраняет чрезмерную хрупкость сплава, основу любого типографского сплава составляет свинец.

Применяют несколько марок типографских сплавов, в зависимости от состава сплавы различаются температурой плавления, твердостью и другими свойствами.

Однако все типографские сплавы должны удовлетворять следующим техническим требованиям:

- расплавляться при возможно более низкой температуре;

- иметь хорошие литейные свойства, т. е. быть жидкотекучими при температуре отливки;

- при затвердевании иметь малую усадку;

- при отливке не разрушать матрицы и детали отливного механизма в результате химического действия расплавленного сплава;

- в твердом состоянии иметь высокую механическую прочность;

- потери сплава при повторных переплавках должны быть минимальными;

- не быть токсичными;

- не содержать в своем составе дефицитных и дорогостоящих металлов, т. е. быть экономически приемлемыми;

- шрифты, отлитые из типографского сплава, не должны разрушаться под действием влаги, атмосферных условий, смывающих веществ и при длительном хранении.

Из всех перечисленных требований важнейшими свойствами, определяющими качество типографского сплава, являются литейные свойства и твердость.

Твердость типографского сплава - одно из наиболее важных эксплуатационных свойств, так как чем тверже типографский сплав, тем выше его износостойкость, тем выше тиражеустойчивость печатной формы, изготовленной из этого сплава.

В последнее время полиграфическая промышленность при массовых тиражах использует компьютерный набор или фотополимерные формы, однако при печатании специфической продукции (репродукции, гравюры и т.д.) по-прежнему используются наборный материал, поэтому вопрос повышения качества типографского сплава остается актуальным.

В некоторых исследованиях /1,2/ отмечалось, что присадки барийсодержащих материалов положительно влияют на твердость типографских сплавов. Природным барийсодержащим материалом является барит. Барит - это минерал, представляющий собой сульфат бария (BaS0₄), он довольно широко распространен в природе и является главным источником бария для химической промышленности. Во многих случаях барий в барите частично замещается стронцием, свинцом или кальцием. Барит обладает высокой плотностью - 4,3-4,7 г/см³, твердость по шкале Мооса составляет от 3,0 до 3,5.

Казахстан обладает около 23 % всех мировых запасов барита. В мировой практике основная часть барита (около 75 %) используется для бурения нефтяных и газовых скважин. Однако в последние годы барит находит все большее применение и в других отраслях промышленности. Перспективными направлениями использования барита является цементная отрасль, производство тяжелых бетонов, производство ферросплавов и др.

В данной работе исследовалось влияние присадок барита на твердость типографских сплавов. Для исследования использовались образцы, приготовленные из существующего использованного типографского сплава (состав указан в таблице 1). Отработанный типографский шрифт после промывки измельчался и смешивался с барийсодержащим материалом. В качестве последнего использовался баритовый концентрат Жайремского месторождения, содержащий около 95% чистого барита. Присадки барита осуществлялись сверх 100% по массе.

Для проведения экспериментальных работ баритовый концентрат измельчался до крупности 400мкм (90%) и соединялся с металлической частью системы. Так как барит склонен к выгоранию, то при загрузке барит размещался в центре тигля, а плавка осуществлялась в закрытом графитовом тигле при температуре 350⁰С. При расплавлении системы происходила достаточная естественная гомогенизация расплава, и химической ликвации по телу слитка не наблюдалось. По окончании плавки образцы охлаждались и подвергались исследованию на твердость и износостойкость.

Твердость определялась методом Бринелля согласно ГОСТ 9012-59 для свинцовых и других сплавов. Износостойкость полученных сплавов определяли с помощью замера изменения массы образца (ГОСТ 23.224-86) по формуле:

где g_эi; g_иi – соответственно потеря массы для отдельных испытанных эталонного и исследуемых образцов, г.

В качестве эталона использовался аналогичный типографский сплав без добавок барита.

Для получения достоверных результатов все измерения проводились не менее чем с тремя дублями, расхождение не превышало 5%. Доверительную оценку результатов проводили путем сравнения с эмпирическим стандартом при уровне значимости Р=0,98. Оценку значимости расхождения между сравниваемыми параметрами оценивали с помощью критерия Стьюдента при надежности оценки Р=0,98. Результаты проведенных исследований приведены в таблице 1.

Влияние содержания барита на свойства сплава Таблица 1.

№ образца	Состав сплава, %				Свойства сплава
	Sn	Sb	Pb	барит	НВ, кг/мм^2	Коэффициент износостойкости
эталон	5	14,5	80, 5	-	19	1
1	5	14,5	80, 5	1	20	1,05
2	5	14,5	80, 5	2	22	1,05
3	5	14,5	80, 5	3	23	1,15
4	5	14,5	80, 5	4	25	1,2
5	5	14,5	80, 5	5	25	1,2

Как видно из данных таблицы 1 присадки барита увеличивают твердость и износостойкость сплава в среднем около 20%.

Механизм положительного влияния на твердость сплава и, как следствие, на износостойкость, пока не совсем ясен. Однако с учетом диаграммы Sb-Pb-Sn возможно предположить образование тройного твердого раствора, легированного барием. Частичное замещение бария на атомы свинца в растворе приводит к увеличению напряжений трения в решетке, и упрочнение происходит по механизму, аналогичному упрочнению легированного феррита /4/.

В данной работе подробно не анализировалось влияние барита на другие важные свойства типографских сплавов, такие, как жидкотекучесть и склонность к усадке. Однако при визуальном наблюдении эти свойства не изменились. Все детали формы были заполнены полностью, степень усадки составила в среднем 0,8%. Эта величина несколько превышает допустимую усадку, предусмотренную ГОСТ 5235-72 (0,7%). В связи с этим дальнейшее увеличение присадок барита, по-видимому, нецелесообразно.

Проведенные исследования показали возможность повышения износостойкости типографского сплава путем введения небольших (1-5%) присадок барита. Данное направление представляется перспективным, т.к. баритовый концентрат является относительно недорогим сырьем.
Выводы:

1.Экспериментально доказана возможность использования барита для повышения некоторых свойств типографского сплава.

2.Введение небольших присадок (1-5%) барита позволяет повысить твердость и износостойкость типографского сплава на 15-20%.

Литература

1. Березин Б.И. Материаловедение полиграфического производства – 2-е издание. – М.: Материаловедение, 1972. – 420 с.

2. Тян В.Д., Кубарев А.Д., Жангараев А.Ж., Какенов Н.К., Джасупов А.Т. Комплексное использование баритовых руд Жайремского месторождения// Журнал Комплексное использование минерального сырья, 1982 №6, с.39.

3. Паньков В.А., Кожевников Г.Н., Жучков В.И., Лукин С.В., Парфенов А.А. Получение барийсодержащих сплавов из баритовых руд// Журнал Комплексное использование минерального сырья, 1981 №11, с. 63.

4. Гольдштейн М.Н., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: Металлургия, 1989.

5. Локшин Э.П., Воскобойников Н.Б. Барий. Барий и его свойства. – М.: Недра, 1996. – 350 с.