В печати шрифтовой металл относится к металлическим сплавам , используемым в традиционном шрифтолитейном деле и наборе горячим металлом . Исторически шрифтовой металл представлял собой сплав свинца, олова и сурьмы в различных пропорциях в зависимости от области применения, будь то механическое литье отдельных символов для ручного набора, механическое литье линий или механическое наборное литье отдельных символов и литье стереопластин. Используемые пропорции находятся в диапазоне: свинец 50‒86%, сурьма 11‒30% и олово 3‒20%. Сурьма и олово добавляются к свинцу для прочности, одновременно уменьшая разницу между коэффициентами расширения матрицы и сплава. Помимо прочности, общие требования к шрифтовому металлу заключаются в том, что он должен давать точный и четкий отлив и сохранять правильные размеры и форму после охлаждения. Он также должен легко отливаться при разумной низкой температуре плавления , железо не должно растворяться в расплавленном металле, а форма и сопла должны оставаться чистыми и простыми в обслуживании. Сегодня машины Monotype могут использовать широкий спектр различных сплавов. В механическом литейном оборудовании используются сплавы, близкие к эвтектическим .
Хотя знание литья мягких металлов в формы было хорошо известно еще до времени Иоганна Гутенберга , его открытие сплава, который был твердым, прочным и позволял четко получать оттиск от формы, представляет собой фундаментальный аспект его решения проблемы печати с подвижным шрифтом . Этот сплав не давал такой усадки, как свинец в чистом виде при охлаждении. Другими достижениями Гутенберга были создание чернил, которые прилипали к металлическому шрифту, и метод смягчения бумаги для ручной печати, чтобы она хорошо принимала оттиск.
Дешевый, широко распространенный в виде галенита и легко поддающийся обработке, свинец обладает многими идеальными характеристиками, но сам по себе он не обладает необходимой твердостью и не позволяет производить отливки с острыми деталями, поскольку расплавленный свинец сжимается и провисает при охлаждении до твердого состояния.
После многочисленных экспериментов было обнаружено, что добавление олова , полученного из касситерита , улучшает способность литого шрифта выдерживать износ в процессе печати, делая его более прочным, но не более хрупким .
Несмотря на терпеливые попытки подобрать различные пропорции обоих металлов, решение второй части задачи о типе металла оказалось очень сложным без добавления третьего металла — сурьмы .
Алхимики показали, что при нагревании стибнита , руды сульфида сурьмы , с железным ломом образуется металлическая сурьма. Обычно литейщик вводил в тигель порошкообразный стибнит и подковообразные гвозди, чтобы расплавить свинец, олово и сурьму в металл для набора. И железо, и сульфиды отбрасывались в процессе.
Добавление сурьмы обеспечило столь необходимые улучшения свойств твердости, износостойкости и, особенно, четкости воспроизведения рисунка шрифта , учитывая, что она обладает любопытным свойством уменьшать усадку сплава при затвердевании.
Шрифтовой металл представляет собой сплав свинца, олова и сурьмы в различных пропорциях в зависимости от области применения, будь то механическое литье отдельных символов для ручного набора, механическое литье линий или механическое наборное литье отдельных символов и литье стереопластин.
Пропорции используются в диапазоне: свинец 50‒86%, сурьма 11‒30% и олово 3‒20%. Основные характеристики этих металлов следующие:
Металлический шрифт представляет собой сплав свинца (Pb). Чистый свинец — относительно дешевый металл, мягкий, поэтому его легко обрабатывать , и его легко отливать , так как он плавится при температуре 327 °C (621 °F). Однако он сжимается при затвердевании, делая буквы недостаточно острыми для печати. Кроме того, буквы из чистого свинца быстро деформируются во время использования; прямой результат легкой обрабатываемости свинца.
Свинец исключительно мягкий, ковкий и пластичный , но с небольшой прочностью на разрыв .
Оксид свинца — яд , который в первую очередь повреждает мозговую функцию. Металлический свинец более стабилен и менее токсичен, чем его окисленная форма. Металлический свинец не может всасываться через контакт с кожей, поэтому с ним можно обращаться осторожно, с гораздо меньшим риском, чем с оксидом свинца.
Олово (Sn) способствует текучести расплавленного сплава и делает его вязким, придавая сплаву устойчивость к износу. Он тверже, жестче и прочнее свинца.
Сурьма (Sb) — металлоидный элемент, плавящийся при температуре 630 °C (1166 °F). Сурьма имеет кристаллический вид, будучи одновременно хрупкой и легкоплавкой. [1]
При сплавлении со свинцом для получения шрифтового металла сурьма придает ему твердость, необходимую для сопротивления деформации во время печати, а также обеспечивает более четкие отливки из формы для получения четкого, легко читаемого печатного текста на странице.
Фактические составы со временем различались, разные машины настраивались на разные сплавы в зависимости от предполагаемого использования шрифта. У печатников иногда были свои собственные предпочтения относительно качества конкретных сплавов. Lanston Monotype Corporation в Соединенном Королевстве имела целый ряд сплавов, перечисленных в их руководствах.
Большая часть механического набора в основном делится на две различные конкурирующие технологии: литье строк ( линотип и интертип ) и литье отдельных символов ( монотип ).
В руководствах по эксплуатации литейной машины «Монотип» (издания 1952 года и более поздние) упоминается не менее пяти различных сплавов, которые можно использовать для литья, в зависимости от назначения типа и выполняемой с ним работы.
Хотя в целом литые литеры Monotype можно визуально идентифицировать по квадратной насечке (в отличие от круглых насечек, используемых в литейных литерах), не существует простого способа идентифицировать сплав, кроме дорогостоящего химического анализа в лаборатории.
Помимо этого, две компании Monotype в США и Великобритании также производили формы с «круглыми» насечками. Шрифтолитейщики и печатники могли заказывать и заказывали специально разработанные формы по своим собственным спецификациям: высота, размер, вид насечки, даже количество насечек можно было изменить.
Тип, изготовленный с помощью этих специальных форм, можно идентифицировать только в том случае, если известен литейный завод или типография.
В Швейцарии фирма "Metallum Pratteln AG", в Базеле, имела еще один перечень типовых металлических сплавов. При необходимости можно было изготовить любой сплав по спецификации заказчика.
Регенерационный металл [ необходимо разъяснение ] был расплавлен в тигле для замены потерянного олова и сурьмы через шлак . [ необходима ссылка ]
Каждый раз, когда тип металла переплавляется, олово и сурьма окисляются . Эти оксиды образуются на поверхности тигля и должны быть удалены. После перемешивания расплавленного металла на поверхности образуется серый порошок, шлак, который необходимо снять. Шлак содержит извлекаемые количества олова и сурьмы.
Переработку шлака необходимо осуществлять на специализированных предприятиях, чтобы извлечь чистые металлы в условиях, исключающих загрязнение окружающей среды и остающихся экономически целесообразными.
Чистый металл плавится и затвердевает простым способом при определенной температуре. Это не относится к сплавам. Там мы находим диапазон температур со всеми видами различных событий. Температура плавления всех смесей значительно ниже, чем у чистых компонентов.
Добавление небольшого количества сурьмы (от 5% до 6%) к свинцу значительно изменит поведение сплава по сравнению с чистым свинцом: хотя температура плавления чистой сурьмы составляет 630 °C, эта смесь будет полностью расплавлена и будет однородной жидкостью даже при температуре до 371 °C. Если дать этой смеси остыть, сплав останется жидким даже при 355 °C, температуре плавления чистого свинца. Как только температура достигнет 291 °C, начнут образовываться кристаллы свинца , увеличивая сцепление жидкого сплава. При 252 °C смесь начнет полностью затвердевать, в течение которого температура будет оставаться постоянной. Только когда смесь полностью затвердеет, температура снова начнет снижаться.
Использование смеси 10% сурьмы и 90% свинца задерживает образование кристаллов свинца примерно до 260 °C.
Использование смеси 12% сурьмы и 88% свинца полностью предотвращает образование кристаллов, превращаясь в эвтектику . Этот сплав имеет четкую температуру плавления 252 °C.
Увеличение содержания сурьмы свыше 12% приведет к преимущественной кристаллизации сурьмы.
Добавление олова в эту биполярную систему еще больше усложняет поведение. Часть олова входит в эвтектику. Смесь 4% олова, 12% сурьмы и 84% свинца затвердевает при 240 °C.
В зависимости от избытка металлов по сравнению с эвтектикой образуются кристаллы, обедняющие жидкость, пока снова не образуется эвтектическая смесь 4/12.
Сплав 12/20 содержит множество смешанных кристаллов олова и сурьмы, эти кристаллы обуславливают твердость сплава и его износостойкость.
Повышение содержания сурьмы невозможно без добавления олова. Потому что текучесть смеси резко снизится при понижении температуры где-то в каналах машины. Форсунки могут быть забиты кристаллами сурьмы.
Эвтектические сплавы используются на линотипных машинах и машинах для литья по технологии «Лудлоу» для предотвращения засорения формы и обеспечения непрерывного бесперебойного литья.
Сплавы, используемые в машинах Monotype, как правило, содержат больше олова, чтобы получить более прочные символы. Все символы должны выдерживать давление во время печати. Это означало дополнительные инвестиции, но Monotype всегда была дорогой системой.
Жесткая конкуренция между различными механическими системами литья шрифтов, такими как Linotype и Monotype, породила несколько устойчивых сказок о typemetal. Пользователи Linotype смотрели свысока на Monotype и наоборот.
Однако машины Monotype могут использовать широкий спектр различных сплавов; поддержание постоянного и высокого уровня производства означало строгую стандартизацию металла шрифта в компании, чтобы любыми способами сократить любые перерывы в производстве. Повторные анализы проводились через регулярные интервалы времени для контроля используемого сплава, поскольку каждый раз, когда металл перерабатывается, примерно полпроцента содержания олова теряется из-за окисления . Эти оксиды удаляются вместе с шлаком при очистке поверхности расплавленного металла.
В настоящее время эта «битва» утратила свое значение, по крайней мере для Monotype. Качество производимого типа гораздо важнее. Сплавы с высоким содержанием сурьмы, а затем и олова, можно отливать при более высокой температуре, с меньшей скоростью и с большим охлаждением в составе Monotype или supercaster.
Хотя были приняты меры, чтобы избежать смешивания различных типов металла шрифта в цехах с различными системами литья шрифтов, на практике это часто случалось. Поскольку литейщик составов Monotype может работать с различными металлическими сплавами, периодическое смешивание сплава Linotype с отбракованным сплавом шрифтолитейщиков доказало свою полезность.
В механическом литейном оборудовании используются сплавы, близкие к эвтектическим .
Медь использовалась для закалки металла; этот металл легко образует смешанные кристаллы с оловом, когда сплав остывает. Эти кристаллы будут расти чуть ниже выходного отверстия сопла в машинах Monotype, что через некоторое время приведет к полной закупорке. Эти сопла очень трудно чистить, потому что твердые кристаллы будут сопротивляться сверлению.
Латунные пространства содержат цинк , который крайне контрпродуктивен в типографском металле. Даже небольшое количество — менее 1% — образует пыльную поверхность на поверхности расплавленного металла, которую трудно удалить. Символы, отлитые из загрязненного типографского металла, такого как этот, имеют низкое качество, решение — выбросить и заменить свежим сплавом.
Поэтому латунь и цинк следует удалить перед переплавкой. То же самое относится и к алюминию , хотя этот металл будет плавать на поверхности расплава и его будет легко обнаружить и удалить, прежде чем он растворится в свинце.
Магниевые пластины очень опасны в расплавленном свинце, так как этот металл может легко гореть и воспламеняться в расплавленном свинце.
Железо практически не растворяется в литейном металле, хотя расплавленный металл всегда находится в контакте с чугунной поверхностью плавильного тигля.
Джозеф Моксон в своих «Механических упражнениях » упоминает смесь равных количеств «сурьмы» и железных гвоздей . [3]
Пункт 2. Изготовление Меттала.
Литейщики металла делают печатные буквы из свинца, закаленного железом : таким образом, они выбирают укороченные гвозди как лучшее железо для плавки, а также потому, что они уверены, что укороченные гвозди сделаны из хорошего мягкого и прочного железа , а также потому, что (будучи в небольших кусках железа ) расплавятся быстрее. Чтобы сделать железный поток , они смешивают равный вес сурьмы (истолченной в железной ступке на мелкие куски) и укороченные гвозди вместе. И готовят столько глиняных сорока или пятидесятифунтовых плавильных котлов (сделанных для этой цели, чтобы выдерживать огонь ) , сколько они намереваются использовать: они загружают эти котлы мингельдом железа и сурьмой настолько полно, насколько они могут вместить.
Каждый раз, когда они плавили металл , они строили новую печь , чтобы расплавить его: эта печь называется открытой печью ; потому что воздух дует через все ее стороны, чтобы раздувать огонь . Они делают ее из кирпичей на открытом месте, а также потому, что воздух может иметь свободный доступ ко всем ее сторонам, так как пары сурьмы ( которые неприятны) могут меньше оскорблять тех, кто совершает обряд изготовления металла : а также потому, что сильный огонь, разведенный в печи, не должен подвергать опасности обжиг соседних домов.
«Сурьма» здесь на самом деле была стибнитом , сульфидом сурьмы (Sb 2 S 3 ). Железо выжигалось в этом процессе, восстанавливая сурьму и в то же время удаляя нежелательную серу . Таким образом образовывался ферросульфид, который испарялся со всеми парами.
Смесь стибнита и гвоздей нагревали докрасна в печи на открытом воздухе , пока все не расплавилось и не было готово. Полученный металл может содержать до 9% железа. Дальнейшая очистка может быть выполнена путем смешивания горячего расплава с кухонной солью NaCl. После этого добавляют раскаленный свинец из другого плавильного котла и тщательно перемешивают. [4]
В сплав добавлялось немного олова для отливки мелких символов и узких пространств, чтобы лучше заполнить узкие области формы. Хорошие свойства олова были хорошо известны. Использование олова иногда сводилось к минимуму для экономии расходов.
Большая часть этой токсичной работы выполнялась детским трудом , рабочей силой , включающей детей . [5]
До сих пор всю эту работу мог выполнять мужчина (нет, мальчик).
В качестве предполагаемого противоядия от вдыхаемых токсичных паров металлов рабочим давали смесь красного вина и салатного масла: [6]
Теперь (согласно обычаю) каждому рабочему выдают полпинты сакэ, смешанного с саладовым маслом; это средство предназначено для противоядия от ядовитых паров сурьмы и для восстановления сил, которые могли быть истощены сильным огнем и тяжелым трудом.