[科普中國]-伍德合金

簡介

武德合金用50%鉍（Bi）、25%鉛（Pb）、12.5%錫（Sn）和12.5%鎘（Cd）制成的。它的熔點(diǎn)是70℃，比所有標(biāo)準(zhǔn)條件下為固態(tài)的金屬熔點(diǎn)都低。2

西班牙人烏羅阿和武德分別于1935年和1941 年發(fā)現(xiàn)了鉑主要以游離態(tài)和合金形式存在。因此，為了紀(jì)念伍德，人們將這種特殊的合金命名為伍德合金。

伍德合金用于制電路保險(xiǎn)絲、自動(dòng)滅火和防爆安全裝置等。

把保險(xiǎn)絲安裝在電閘盒中，如果電路中發(fā)生短路或超載，電流過大，導(dǎo)線便會(huì)發(fā)熱，當(dāng)溫度升高到70℃時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，保護(hù)了電器設(shè)備，防止了火災(zāi)的發(fā)生。

性質(zhì)p區(qū)元素及ⅡB族金屬元素大多活潑性較差，其長周期元素次外層d電子已填滿，不能參與成鍵，所以其長周期元素單質(zhì)Bi、Sn、Pb、Hg 等是常用的硬度較小的低熔點(diǎn)金屬。鉍（熔點(diǎn)271.3℃）的某些合金的熔點(diǎn)在100℃以下，如由50%鉍、25%鉛、13%錫和12%鎘組成的伍德合金，其熔點(diǎn)為71℃，應(yīng)用于自動(dòng)滅火設(shè)備、鍋爐安全裝置以及信號(hào)儀表等。

制備取一大瓷坩堝置于一石棉板的孔中，與其中放入少量石蠟（為了防止氧化）和20克金屬鉍，加熱至金屬鉍熔融。然后依次加入5克鉛、2.5克錫，和2.5克鎘。用鐵絲攪拌熔體，當(dāng)所有金屬全部熔融時(shí)，就將混合物倒入水中。

用苯或醚清洗合金以洗盡微量的石蠟。將提純后的合金滴入冷水中，使其成為粒狀。3

易熔伍德合金的流變性能伍德合金系指由鉍、鉛、錫、鎘四種金屬元素組成的低熔點(diǎn)合金，根據(jù)組成搭配的不同其液相線的溫度可在73~93℃間波動(dòng)，而其的共晶成分合金熔點(diǎn)只有70℃，此即為伍德合金的固相線溫度。俄羅斯學(xué)者拉賓諾維奇研究了密度為10.66g/cm3、液相線溫度為87℃的伍德合金的流變性能。

伍德合金液流變性能測試時(shí)，采用了U形管，在保持合金處于一定溫度情況下，在U形管的一端慢慢地注入熔融的伍德合金，泡在等溫槽中的U形管保證了合金液在進(jìn)入U(xiǎn)形管后繼續(xù)保持設(shè)定的溫度，記錄下U形管兩垂直管內(nèi)合金自由表面的高度差，利用公式即可計(jì)算出伍德合金液在不同溫度時(shí)的屈服值r。

上圖給出了測試結(jié)果。由此曲線可見，該合金液在液態(tài)情況下不是牛頓體，它具有屈服值，是具有一定塑體的液體。伍德合金液的屈服值r。隨溫度升高而減小，當(dāng)合金液向液相線溫度靠近時(shí)，屈服值急劇升高；當(dāng)合金溫度超過95℃以后，屈服值已減至很小，向零趨近，合金流變性能向牛頓體接近。這說明比液相線溫度稍高的合金很可能是具有屈服值的液體，即賓漢體的流變性能，這或許與靠近液相線溫度的合金液結(jié)構(gòu)中存在較多、較大距離有序排列的原子集團(tuán)（猶如涂料中絮凝的聚集體）有關(guān)。相似的情況也應(yīng)在鑄鐵液中見到，當(dāng)鐵液的溫度向液相線溫度靠近時(shí)，鐵液中就可出現(xiàn)大量石墨顆粒而改變了鐵液的流變性能。

由上述測試結(jié)果可以推論，一般過熱度較高的合金液可視作牛頓體，故在研究金屬液在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)規(guī)律時(shí)，可把當(dāng)時(shí)的金屬液視作牛頓體。但在壓力鑄造、液態(tài)金屬擠壓時(shí)，金屬充填型腔時(shí)的溫度較低，很可能有屈服值在影響著金屬充填澆注系統(tǒng)和型腔的過程。當(dāng)金屬液在鑄型中冷卻與凝固時(shí)，考慮析出性氣孔。重力偏析、分散性縮孔、熱裂這些在固、液相線溫度區(qū)內(nèi)或在液相線溫度、或固相線溫度附近形成的缺陷時(shí)，就應(yīng)該注意到金屬具有屈服值的特性了。屈服值會(huì)阻礙密度較大或較小的質(zhì)點(diǎn)在液體中的下沉或上浮，這樣合金液中析出的氣泡就有可能停留在它析出的部位而不上浮，充滿型腔后合金液中密度較大的組成物也可能不下沉，而停留在它進(jìn)入鑄型后最后所處的位置上。這樣就比較容易理解為什么鑄件中的析出性氣孔常在鑄件壁厚處的整個(gè)體積中出現(xiàn)，而見不到分散氣孔向鑄件上部集中的趨勢(shì)；為什么在很多場合凝固過程析出的密度較大的晶粒不下沉到型腔底部，而是停留在析出的位置，使凝固區(qū)域增大，使鑄件易得分散性縮松，合金液的塑性會(huì)降低鑄件的致密度。同理合金液的塑性還可減小鑄件出現(xiàn)重力偏析的可能性，增大鑄件中夾渣、夾雜缺陷的或然率。合金液的屈服值還可阻礙金屬液沿晶間通道流動(dòng)對(duì)一些收縮空間的補(bǔ)縮，因此鑄件中的分散性縮孔往往是連通的，在鑄件斷面上見到的分散縮孔實(shí)際上是晶粒間得不到補(bǔ)縮的曲折通道的截面。4