книги из ГПНТБ / Березин, Борис Иванович. Полиграфические материалы учебник для учащихся полиграфических техникумов

вания сравнительно крупных кристаллов более правильной фор­ мы. Наоборот, при быстром охлаждении металлов и сплавов об­ разуются сравнительно более мелкие кристаллы менее правиль­ ной формы, так как в этом случае происходит очень быстрое об­ разование многочисленных кристаллов, правильному росту ко­ торых начинает препятствовать соприкосновение их граней. Не в меньшей степени рост кристаллов металлов и сплавов затрудня­ ет наличие в них примесей поверхностно-активных веществ, рас­ полагающихся на поверхностях граней образующихся кристал­

а6

лов. Кристаллы металлов неправильной формы называют крис­ таллитами.

Кристаллы неметаллов, например поваренной соли, обра­ зуются в более благоприятных для образования крупных кри­ сталлов правильной формы условиях. Так, при образовании в жидкой среде кристаллы этих веществ имеют возможность рас­ ти и принимать правильную геометрическую форму.

Кристаллическое строение металлов и сплавов можно иног­ да установить, рассматривая их излом невооруженным глазом. Например, кристаллическое строение сурьмы четко обозначено на ее изломе. Более полное и точное представление о кристалли­ ческой структуре получают, рассматривая металлы и сплавы в микроскоп. Для изучения кристаллического строения металлов и сплавов микроскоп был впервые применен П. П. Аносовым в 1831 г.

Строение металлов и сплавов, видимое в микроскоп, назы­ вают их микроструктурой, в отличие от макроструктуры, види­ мой невооруженным глазом или при малом увеличении (до 20 раз).

Микроструктура чистых металлов однородна и состоит из бес­ численного количества кристаллов вполне определенной формы для каждого металла (рис. 39). Сплавы же, как правило, сос­ тоят из смеси двух или более видов кристаллов различной вели­ чины и формы (рис. 40).

Под микроскопом можно не только увидеть форму кристал­ лов и установить, из скольких различных типов кристаллов сос­ тоит данный сплав, но также измерить их величину и подсчитать, каких кристаллов больше, каких меньше.

Основоположником металловедения — науки, изучающей свойства металлов и сплавов в зависимости от их строения, яв­ ляется Д. К. Чернов. Он впервые на­ учно объяснил те процессы, которые происходят при нагревании стали, а также показал, как этими процессами надо управлять. Д. К. Чернов устано­ вил, что в процессе нагревания стали размеры кристаллов и свойства стали меняются только при определенных температурах, которые он назвал кри­ тическими точками а и б; теперь их называют точками Чернова. Работы Д. К. Чернова получили мировую из­

вестность.

Очень большое значение для рас­ познавания свойств металлов и спла­ вов и для определения наиболее целе­ сообразных условий их переработки имеет термическое исследование. Это

исследование заключается в систематическом (через точные про­ межутки времени) измерении температуры металлов и сплавов при их плавлении или при затвердевании. В жидком, расплавлен­ ном сплаве или металле устанавливают термопару (рис. 41) и на­ блюдают за температурой его охлаждения. Термопара состоит из двух проволочек различных сплавов, например хромель-копель1. Эти проволочки сварены в точке О и заключены в фарфоровый чехол. Другие концы проволочек присоединены к чувствитель­ ному гальванометру—прибору для измерения очень малых на­ пряжений тока (л«в). Если нагреть место, в котором сварены разнородные металлы, и цепь проволочек замкнуть, то по цепи пойдет электрический ток. Сила тока будет тем большей, чем выше температура нагрева спая проволочек. Отклонение стрел­ ки гальванометра покажет напряжение тока, а так как оно про­ порционально температуре, то показывает и температуру. Опу­ щенная в сплав (или металл) термопара гальванометра покажет температуру сплава (металла) отклонением стрелки. При ох­ лаждении сплава стрелка будет отклоняться до начала его за­ стывания. В течение всего периода застывания (кристаллиза­

1 Хромель — сплав из 90% никеля и 10% хрома; копель — сплав из 56% меди и 44% никеля.

124 Полиграфические материалы

Химические свойства металлов. Типичные металлы являются энергичными восстановителями, так как способны легко отда­ вать при химических реакциях свои валентные электроны, пере­ ходя в положительно заряженные ионы. Химический процесс, связанный с потерей атомом электронов, как известно, назы­ вается окислением, а обратный процесс приобретения электро­ нов — восстановлением.

Химическая активность металлов и способность металла сое­ диняться с кислородом при непосредственном контакте с ним находится в зависимости от того, насколько легко происходит отрыв от атомов металла его валентных электронов наружной электронной оболочки. Н. Н. Бекетов в 1865 г. расположил ме­ таллы в ряд в зависимости от их химической активности. Этот ряд называется рядом напряжения, так как положение каждого металла в нем точно определяется величиной электрического напряжения, или разности потенциалов, возникающей при по­ гружении данного металла в раствор его соли. В ряду напряже­ ния металлы расположены по их убывающей химической актив­ ности, или способности атомов к отдаче валентных электронов:

К. Na. Са, Mg, Al, Мп, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2. Cu, Hg, Ag. Au

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Более активные металлы вытесняют менее активный металл из его соли. В этом ряду помещен и водород, так как он может также вытеснять некоторые металлы из растворов их солей и вытесняется многими металлами из растворов кислот.

Наиболее химически активные металлы — калий, натрий — соединяются с кислородом при действии на них воздуха в обыч­ ных. условиях. Значительно менее химически активные метал­ лы— медь, ртуть — соединяются с кислородом только при нагре­ вании на воздухе. Серебро, золото, платина не соединяются с кислородом и в накаленном состоянии.

Металлы, стоящие в ряду левее водорода, способны вытес­ нять его из кислот и воды. Наиболее химически активные метал­ лы—калий, натрий —вытесняют водород из воды при обычных

выплавляется из руд* Свинцовые руды, чаще всего свинцовый блеск (PbS), в СССР встречаются на Северном Кавказе, на Ал­

тае, в Казахстане и Восточной Сибири.

Свинец — один из самых тяжелых металлов (удельный вес 11,34) и в то же время самый мягкий металл (процарапывается

ногтем). Свинец очень пластичен и хорошо прессуется. Темпера­ тура плавления чистого свинца сравнительно низкая (327,4°). При температуре 600° он начинает испаряться; пары свинца крайне ядовиты, окисляясь на воздухе, они превращаются в окись свинца, или глет, РЬО.

Свинец имеет очень небольшую вязкость в расплавленном со­ стоянии. При охлаждении расплавленного свинца происходит значительная «усадка» — сжатие при затвердевании, значитель­ но уменьшающая объем и размеры отливки. В чистом виде сви­ нец для отливки не применяется в основном из-за его небольшой механической прочности. Свинец легко окисляется на воздухе, металлический блеск свежего среза свинца быстро темнеет, по­

глет—применяется в лакокрасочном производстве для изготов­ ления сиккативов и в качестве катализатора синтеза алкидных олиф.

Для изготовления типографских сплавов пригоден свинец не ниже марки СЗ (ГОСТ 3778), содержащий не более 0,1 % приме­ сей других металлов. Свинец марки С4 для изготовления типо­ графских сплавов непригоден, так как содержание в нем приме­ сей может составлять 0,5%, в том числе 0,09% меди и 0,1% цинка.

Кроме того, в полиграфической промышленности находит применение свинец сурьмянистый вторичный (ГОСТ 1292—41) марки CCyl. Свинец марки ССу2, содержащий 3—6% сурьмы,

до 0,3% меди, до 0,05% цинка и до 0,25% других примесей, мо­ жет применяться для изготовления типографских сплавов толь­ ко при условии его предварительной рафинации (очистки).

Олово — блестящий, серебристого цвета металл, выплавляе­ мый из руды, которую называют оловянным камнем, состоящей в основном из двуокиси олова SnO2. В СССР оловянный камень встречается в Забайкалье, Сибири, на Дальнем Востоке и в других районах.

Удельный вес чистого олова 7,28, температура плавления 231,8°. Олово принадлежит к очень тягучим и ковким металлам. При сгибании оловянных пластинок можно ясно слышать харак­ терный треск, происходящий вследствие некоторого перемеще­ ния кристаллов относительно друг друга. Этот треск называют «криком олова», он слышен тем яснее, чем чище олово.

Олово при обыкновенной температуре не окисляется ни на

воздухе, ни в воде, но способно сильно окисляться в расплавлен­ ном состоянии. Введение олова в сплавы улучшает их литейные и механические свойства. В полиграфической промышленности олово применяется для изготовления типографских сплавов.

Ввиду сравнительно незначительного содержания олова в типографских свинцовых сплавах (до 7%) любая марка олова

(Sb2O3). В СССР известны несколько месторождений сурьмяных руд: на Кавказе, в Казахстане, Средней Азии и Восточной Си­ бири.

Сурьма настолько хрупка, что ее можно истолочь в порошок; вследствие этого ее применяют главным образом в виде спла­ вов. В сплаве со свинцом сурьма повышает твердость сплава и понижает его температуру плавления и усадку. Удельный вес чистой сурьмы 6,62, температура плавления 630,5°. На воздухе при обычной температуре сурьма не окисляется, но сильно окис­ ляется в расплавленном состоянии.

Для изготовления типографских сплавов предназначена сурь­ ма марок Cyl и Су2 (ГОСТ 1089—41), в которых содержание примесей не превышает 0,35% и 0,50% соответственно. Сурьма марок СуЗ и Су4 для изготовления типографских сплавов непри­

полиграфической промышленности для изготовления типограф­ ских сплавов применяется сурьма свинцовистая (МПТУ 4014— 53), содержащая до 12% свинца.

Сурьма свинцовистая марки СуС—1 с содержанием сурьмы и свинца не менее 99,6%, в том числе свинца 3—10%, применяется для изготовления и корректирования всех свинцовых типограф­ ских сплавов. Сурьма свинцовистая марки СуС—2 с содержани­ ем сурьмы и свинца не менее 99,4%, в том числе свинца 5— 12%, применяется только для изготовления сплавов Ш1 и Ш2

по ОСТ 7131/515.

Медь в чистом виде—металл бледно-розового цвета; техни­ ческая медь имеет темно-красный цвет вследствие наличия в ней окислов. Удельный вес меди 8,93, температура плавления 1083°. Медь на воздухе постепенно покрывается пленкой основных со­ лей (углекислой меди, сернокислой меди и др.), а при нагрева­ нии довольно быстро окисляется. Медь встречается в природе в виде самородков, а чаще всего в виде руд.

В полиграфической промышленности медь применяется для изготовления печатных форм в глубокой печати путем травления

изображения на поверхности тонкого слоя меди, полученного электролитическим путем на печатном цилиндре. Для этой цели рекомендуется применение анодов из чистой меди электролити­ ческой марки Ml и М2. Электролитический способ медных от­ ложений используется также для изготовления форм высокой печати — гальваностереотипов — и для получения некоторых оф­ сетных биметаллических форм. Медные пластины используются иногда для изготовления типографских клише, а также для

переплетных штампов.

Цинк — тяжелый металл, имеющий в чистом виде синевато­ белый. а при наличии примесей — серовато-белый цвет.

Цинк получают путем переработки цинковых руд. Промыш­ ленное значение имеет производство цинка из руды галмея, пред­ ставляющей смесь углекислых солей цинка, и из цинковой об­ манки, содержащей сернистый цинк. В СССР цинковые руды до­ бываются во многих местах, главным образом на Алтае, Даль­ нем Востоке и Кавказе. Удельный вес цинка в зависимости от характера его обработки (литой, прокатанный) —6,9—7,14, тем­ пература плавления 419°. При температуре 100—130° цинк ста­ новится тягучим и его можно ковать, прокатывать в листы и вытягивать в проволоку. При температуре 270° цинк опять при­ обретает хрупкость и может быть измельчен в порошок. При тем­ пературе 916° чистый цинк испаряется.

Цинк имеет следующие механические свойства: прочность на разрыв литого цинка 2—3 к.г!мм2, прокатанного — до 18 ка/.и.и2, твердость по Бринеллю 40—50 кг[мм2. У электролитического цин­ ка несколько худшие механические показатели. Цинк хорошо отливается в форму, но имеет большую усадку (около 6,5%).

Прокатанный цинк имеет очень мелкозернистое строение и удовлетворительные механические свойства. При нагревании выше 150° происходит изменение свойств цинка, что связано с его рекристаллизацией: цинк приобретает грубокристалличе­ ское строение и становится хрупким. Наибольшей склонностью к рекристаллизации обладает цинк, лишенный примесей, напри­ мер электролитической. Примесь к цинку небольшого количест­ ва кадмия (0,2%) препятствует рекристаллизации.

Разбавленные минеральные кислоты (соляная, азотная, серная) хорошо растворяют цинк; концентрированные кислоты, особенно серная, менее активны в этом отношении. Растворение цинка происходит очень быстро в том случае, когда он содержит примеси кадмия, свинца (до 1%) и некоторых других металлов.

Во влажном воздухе цинк покрывается тонкой плотной плен­ кой основной углекислой соли цинка Хг^ОНЦСОз, которая ус­ тойчива в обычных условиях и практически нерастворима в во­ де; эта пленка предохраняет цинк от дальнейшего разрушения его разбавленными кислотами. Предохранение же других метал­

является анодом, а защищаемый металл — катодом.

В полиграфической промышленности цинк в виде пластин применяется для изготовления цинкографских клише и офсет­ ных печатных форм. Из цинковых сплавов могут изготовляться типографские шрифты и пробельный материал (см. § 50).

Производство цинковых пластин, предназначенных для изго­ товления цинкографских клише и офсетных печатных форм, за­ ключается в прокатке металлического цинка, очищении и вы­ равнивании поверхности пластины различными способами, на­ пример циклеванием. Поверхность цинковых пластин, предназ­ наченных для изготовления цинкографских клише, полируют суконным кругом с жирной пастой.

Химически чистый цинк непригоден для изготовления цинко­ графских клише, так как он недостаточно прочен и легко под­ дается рекристаллизации при нагревании. Поэтому цинковые пластины изготовляют из цинка марки ЦЗ, содержащей приме­ си: свинца—1%, кадмия —0,2%, железа — 0,07%. Эти приме­ си, за исключением железа, улучшают механические свойства цинка. Кадмий, кроме того, дает возможность получать пласти­ ны с однородной мелкокристаллической структурой. В полигра­ фическом цинке содержание железа должно быть возможно меньше, так как включения FeZn7 выкрашиваются при поли­ ровке и оставляют глубокие царапины на поверхности металла. Примеси свинца и железа должны быть распределены равномер­ но во всей массе цинка; крупные включения железа и особенно свинца не поддаются травлению азотной кислотой.

Примесь к цинку более 0,5% свинца делает цинк совершенно непригодным для изготовления лито-офсетных форм. Это проис­ ходит потому, что зерна свинца не воспринимают воду, а воспри­ нимают краску, образуя окрашенные пятна в пробельных участ­ ках печатной формы. Поэтому для изготовления лито-офсетных печатных форм пригодны только марки цинка с наименьшим со­

Пластины должны быть ровно обрезаны по всей длине и ши­ рине. Допустимо отклонение размеров листа по длине и ширине на ±5 мм и по толщине на ±0,05 мм. Более толстые пластины трудно без поломок краев укрепить на поверхности печатного цилиндра.

Для изготовления штриховых и автотипных (растровых) кли­