Предел прочности при растяжении свинец
Свинец — редкий минерал, самородный металл класса самородных элементов. Ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Известен с глубокой древности. Очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.
СТРУКТУРА
Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75Å, ионные радиусы: Рb2+ 1,26Å, Рb4+ 0,76Å. Двойниковые кристаллы по {111}. Встречается в мелких округлых зёрнах, чешуйках, шариках, пластинках и нитевидных образованиях.
СВОЙСТВА
Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м•К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см3 (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м2). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Содержание в земной коре — 1,6•10−3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)3(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO3, англезит PbSO4 (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS2 и бетехтинит Pb2(Cu,Fe)21S15, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb4Sn6S14, буланжерит Pb5Sb4S11. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.
Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.
Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате содержание примесей падает до менее чем 0,2 %[
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Образует вкрапленность в изверженных, главным образом кислых, горных породах, в м-ниях Fe и Мn ассоциирует с магнетитом и гаусманитом. Встречается в россыпях с самородными Au, Pt, Os, Ir.
В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.
ПРИМЕНЕНИЕ
Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.
Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl2 в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с. 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO2 широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.
Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH)2•PbCO3, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H2S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлёвки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.
Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика).
Борат свинца Pb(BO2)2•H2O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора.
Хлорид свинца PbCl2, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH4Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.
Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве жёлтых пигментов.
Нитрат свинца Pb(NO3)2 — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.
Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.
Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85—90 % Sn и 15—10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C2H5)4Pb (умеренно летучая жидкость, пары которой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших — неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = +80 °С/13 мм рт. ст.; плотность 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.
Используется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.
Свинец (англ. Lead) — Pb
| Молекулярный вес | 207.20 г/моль |
| Происхождение названия | от латинского plumbum |
| IMA статус | действителен, описан впервые до 1959 (до IMA) |
КЛАССИФИКАЦИЯ
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.05-20 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AA.05 |
| Dana (7-ое издание) | 1.1.21.1 |
| Dana (8-ое издание) | 1.1.1.4 | Hey’s CIM Ref | 1.30 |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | серый, обычно покрыт белым налётом гидроцеруссита |
| Цвет черты | серый |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | нет |
| Твердость (шкала Мооса) | 1,5 |
| Прочность | ковкий, тягучий, режется ножом |
| Излом | зазубренный, крючковатый |
| Плотность (измеренная) | 11.37 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | |
| Магнетизм | диамагнетик |
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Тип | изотропный |
| Цвет в отраженном свете | серо-белый с коричневатым оттенком и коричневато красным внутренним отражением |
| Плеохроизм | не плеохроирует |
| Люминесценция в ультрафиолетовом излучении | не флюоресцентный |
КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Точечная группа | m3m (4/m 3 2/m) — гексаоктаэдральный |
| Пространственная группа | Fm3m |
| Сингония | кубическая |
| Параметры ячейки | a = 4.9506Å |
| Двойникование | по (111) |
mineralpro.ru
06.09.2016
Источник
Сотрудники сайта lompb.ru в данной статье расскажут об основных свойствах и показателях металла — свинец, его основные сплавы и их состав. Данные были собраны из разных источников и ни в коем случае не могут являться данными для различных вычислений и применений на практике. Атомный объем восемнадцать и три десятых, удельный вес или проще говоря плотность свинца равна одиннадцать и тридцать четыре сотых г/см3, тип кристаллической решетки куб с центрированными гранями, ребра элементарной ячейки 4,94, ковалентный радиус 1,47.
Температура плавления свинца равна триста двадцать семь и четыре десятых градуса Цельсия, температура кипения свинца около тысяча пятьсот двадцати шести градусов, при температуре семьсот градусов свинец становится заметно летуч, а свинцовые пары вредны для здоровья.
Атомный вес свинца равен двести семь и две десятых, теплота плавления свинца пять и девять десятых кал/г, теплоемкость тринадцать сотых кДж/(кг·°С), в таблице элементов располагается на восемьдесят втором месте, теплоемкость при комнатной температуре 0,030 кал/г, теплота плавления 5,9 кал/г. Сжатие при кристаллизации три и четыре десятых процента, коэффициент линейного расширения 29,09, удельное электро сопротивление свинца равно 20,4 ом-мм2/м, удельная электропроводность четыре и девять десятых, твердость свинца по Бринелю четыре.
Предел прочности в кг/мм2 равен один и восемь десятых, относительное удлинение сорок пять процентов, относительное сужение свинца равно 90 процентов, модуль упругости 780 кг/мм3, В природе Pb состоит из пяти стабильных изотопов 202, 204, 206, 207, 208. На воздухе при взаимодействии с кислородом покрывается тонюсенькой пленкой густо серого цвета, это образовался оксид свинца
Это были основные свойства свинца, далее химические свойства свинца и влияние примесей. Предел прочности свинца при сжатии около 50 мн/м2, предел прочности при растяжении 12 мн/м2, при разрыве относительное удленнение свинца составляет пределы от 50 до 70 процентов.
Под влиянием примесей свинец сильно видоизменяет свои механические и химические свойства. Понижение кислотной устойчивости свинца связано с присутствием цинка и висмута. Повышение прочности и твердости свинца осуществляется добавлением кальция, магния и натрия, правда в свою очередь эти элементы снижают химическую стойкость свинца. Против воздействия на свинец серной кислоты, в него добавляют медь которая увеличивает устойчивость. Кислотную устойчивость к серной кислоте кроме меди повышает добавление сурьмы. Для повышения твердости в свинец добавляют литий и барий. Повышает твердость и сопротивление усталости свинца также такие элементы как олово, кадмий и теллур.
Марки свинец с2, свинецс3 и другие марки и химический состав свинца по ГОСТ 3778 — 74
| Марка | Pb | Ag | Cu | Zn | Bi | As | Sn | Sb | Fe | Mg, Ca, Na |
| С0 | 99,9 | 0.0003 | 0,0005 | 0,001 | 0,004 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0001 | 0,001 |
| С1с | 99,9 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,006 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,00 | 0,002 |
| С1 | 99,9 | 0,0015 | 0,001 | 0,001 | 0,006 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,003 |
| С2с | 99,9 | 0,0015 | 0,001 | 0,001 | 0,006 | 0,002 | 0,002 | 0,005 | 0,002 | 0,01 |
| С2 | 99,9 | 0,0015 | 0,001 | 0,001 | 0,003 | 0,002 | 0,002 | 0,005 | 0,007 | 0,015 |
| С3 | 99,9 | 0,0015 | 0,002 | 0,005 | 0,006 | 0,005 | 0,002 | 0,005 | 0,005 | 0,04 |
| УС | ост | —- | 0,06 | 0,001 | 0,03 | 0,08 — 0.2 | 0,01 | 5 — 6 | 0,005 | — |
| УС 1 | ост | — | 0,05 | — | — | 0,1 — 0,14 | 0,16 | 1,8 — 2,3 | — | — |
| ССуМ | ост | — | 0,02 — 0,05 | 0,005 | 0,05 | 0,005 | 0,005 | 0,4 — 0.6 | 0,005 | — |
Источник
То, что свинец мягкий, знают все, кто когда-либо читал о нем или держал его в руках. Сведений о свинце в интернете много, но нас будет интересовать только вопрос о его механических свойствах (ну и немного о структуре, поскольку сайт посвящен маталлографии).
В принципе, структура свинца ничем не отличается от структуры других металлов. На рисунке 1,а показана структура свинца. Она похожа на структуру, например, феррита (статья феррит) или многих других чистых металлов. Для примера на рис.1,б показана структура ниобия.
Рисунок 1. Структура свинца (а) и ниобия (б).
А вот механические свойства свинца существенно отличаются от свойств других чистых металлов. Свинец отличается высокой коррозионной стойкостью и большой плотностью, чем определяется его исключительно важная роль в технике. Удельный вес свинца 11,3 г/см3. Для сравнения: плотность железа 7,8 г/см3.Температура плавления свинца 327,3оС, температура кипения 1744оС. Предел упругости 0,25 кг/мм2, предел текучести литого свинца 0,5 кг/мм2; предел прочности в литом состоянии 1,1-1,3 кг/мм2, в деформированном – 1,5 кг/мм2. Относительное удлинение литого свинца – 30-40%, деформированного 60-70%. Относительное сужение – 92-100%. Твердость HB 3,2-4,5 кг/мм2 для литого и 3-4,8 кг/мм2 для деформированного. Для сравнения: предел прочности литого алюминия чистотой 99,0% составляет 83 МПа (8,3 кг/мм2), относительное удлинение – 20%. Поскольку свинец имеет низкие механические свойства, он не используется как конструкционный материал. Изменение механических свойств свинца при высоких и низких температурах показано на рис. 2.
Рисунок 2 . 1 — изменение предела прочности (кг/мм2); 2 – изменение относительного удлинения (% *10).
Собственно, механические свойства мы определяем опытным путем при растяжении, сжатии, кручении и пр. Т.е. в основе этих испытаний всегда лежит деформация. Деформации сопутствует наклеп – увеличение прочностных свойств под действием деформации. Поэтому чем больше мы растягиваем металл, тем большее усилие требуется для того, чтобы это растяжение продолжать.
Значит, свинец почему-то не наклепывается.
Чем снять наклеп? Только нагревом. Можно после деформации, можно в процессе деформации. Чем выше температура, при которой мы проводим деформацию, тем меньше наклеп. Логично предположить, что есть такая температура, при которой наклепа вообще не будет. Такая температура существует, и она называется температурой рекристаллизации.
Рекристаллизация – это процесс формирования в деформированном металле новых зерен (взамен старой деформированной структуры) и последующего их роста. На рисунке 3 показаны мелкие, только что образовавшиеся зерна, и более крупные, которые росли более активно.
Рисунок 3. Разнозернистость в свинце
Такое изменение структуры и обеспечивает снятие наклепа. Этот процесс начинается при определенной абсолютной температуре, которая определяется по формуле Бочвара по абсолютной температуре плавления: Трекр.=аТплавл. Коэффициент «а» зависит от состава – чем выше чистота металла, тем ниже температура рекристаллизации. Для металлов технической чистоты а=0,3-0,4. Для сплавов а=0,8. Для очень чистых металлов а=0,1-0,2.
Если деформировать металл при температуре рекристаллизации и выше, то наклепа не произойдет. Значит, металл будет восприниматься как мягкий.
Температура плавления свинца 600,61 K или 327,46 °C. Значит, температура рекристаллизации свинца составляет порядка -32°C, если принять коэффициент «а» равным 0,4 (технический свинец). Т.е., комнатная температура для свинца – это температура горячего состояния. Поэтому зерна свинца всегда полиэдрические даже после очень сильной деформации. Для примера: температура рекристаллизации алюминия составляет порядка 100°C, алюминиевых сплавов – порядка 460…480°C.
Т.е. свинец при комнатной температуре – горячий.
Как и все металлы в интервале температур между началом рекристаллизации и температурой плавления, свинец имеет низкие механические свойства.
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 сентября 2019; проверки требуют 8 правок.
Преде́л про́чности — механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Иначе говоря, это пороговая величина, превышая которую механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Следует различать статический и динамический пределы прочности. Также различают пределы прочности на сжатие и растяжение.
Величины предела прочности[править | править код]
Статический предел прочности[править | править код]
Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).
Динамический предел прочности[править | править код]
Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности на сжатие[править | править код]
Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.
Предел прочности на растяжение[править | править код]
Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)
Другие прочностные параметры[править | править код]
Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».
Прочностные особенности некоторых материалов[править | править код]
Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.
У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и предела прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.
Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.
Некоторые значения прочности на растяжение в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²)[1]:
| Материалы | , МПа | |
|---|---|---|
| Бор | 5700 | 0,083 |
| Графит (нитевидный кристалл) | 2401 | 0,024 |
| Сталь 60С2А рессорно-пружинная | 1570 (после термообработки) | 0,0074 |
| Сапфир (нитевидный кристалл) | 1500 | 0,028 |
| Железо (нитевидный кристалл) | 1300 | 0,044 |
| Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали | 420 | 0,02 |
| Тянутая проволока из вольфрама | 380 | 0,009 |
| Стекловолокно | 360 | 0,035 |
| Сталь Ст0 обыкновенного качества | 300 | 0,0017 |
| Нейлон | 50 | 0,0025 |
См. также[править | править код]
- Теоретический предел прочности
Примечания[править | править код]
- ↑ Диапазон пределов прочности для стали составляет 500—3000 МПа (Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др. Конструкционные материалы. Справочник. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.).
Источник