Константинов И.Л. Материаловедение драгоценных металлов и их сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Сплавы 375 пробы пригодны для всех видов холодной обработки и литья.

Сплав ЗлСрПдМ375-100-38 имеет плохие литейные свойства вследствие

большого интервала кристаллизации и склонен к красноломкости при пайке.

Цвет сплавов по световому тону совпадает со сплавом ЗлСрМ585-80 (красное

золото). Сплавы 375-й пробы тускнеют на воздухе, что ограничивает их

применение. Легирование палладием несколько повышает их коррозионную

стойкость. Из сплавов этой пробы получают дешевые изделия. Ювелирные

изделия из сплавов 375-й пробы используются, как правило, для личных

украшений: кольца, серьги, перстни, медальоны, кулоны, броши, цепочки и т.п.

Сплав ЗлСрПдМ375-100-38 применяют преимущественно для изготовления

ритуально-обрядовых изделий в виде обручальных колец, крестиков и т.п.

Сплав ЗлСрМ500-100 по своей технологичности пригоден для прокатки,

волочения, ковки и штамповки, но при этом имеет низкие литейные свойства

из-за большого интервала кристаллизации. За счет серебра этот сплав обладает

зеленоватым цветом. Сплав ЗлСрМ500-100 используют для проведения

пробирного надзора уже имеющихся в обращении изделий, к которым относят

личные украшения: кольца, перстни, серьги, медальоны, кулоны, цепочки,

булавки, пряжки и т.п., а также ритуально-обрядовые изделия. Для

производства этот сплав не рекомендуется.

Сплавы 585 пробы с серебром и медью пригодны для всех видов

холодной обработки и литья. Наилучшую обрабатываемость сплавы имеют

после термообработки предварительно деформированного сплава, в результате

которой формируется мелкозернистая структура. Обработку резанием, в том

числе алмазную, рекомендуется проводить в упрочненном состоянии,

повышающем твердость на 30 – 50%. Наилучшие литейные свойства имеют

сплавы с соотношением серебро: медь равным 1:1. Цветовой спектр тройных

сплавов ЗлСрМ включает цвета от красного до желто-зеленого. Область

применения этих сплавов та же, что и для сплавов 375 пробы.

101

Сплавы 585 пробы дополнительно легированные палладием, цинком и

кадмием относят по цветовому оттенку к группе белого золота. Они пригодны

для холодной обработки, так как пластичны в отожженном состоянии, а также

для литья, в том числе для отливки кастов под закрепку драгоценных камней.

Эти сплавы не подвержены горячему растрескиванию в процессе отжига и

пайки. Присутствие графита при литье нежелательно, так как он охрупчивает

сплав. Добавка кадмия понижает температуру плавления сплава, не снижая при

этом его пластичности. Присутствие цинка приводит к осветлению сплава,

повышает его жидкотекучесть и еще больше, чем кадмий, снижает температуру

плавления. Кроме уже перечисленных изделий, эти сплавы применяют для

изготовления сувениров: памятных медалей, значков и т.п., а также

принадлежностей для курения: портсигаров, сигаретниц, мундштуков и т.п.

Сплавы этой пробы в целом можно назвать материалом массовых ювелирных

изделий. По химической стойкости они относятся к группе растворимых в

минеральных кислотах сплавов. Например, сплав ЗлСрМ585-80 удовлетворяет

требованиям ювелирного производства на всех операциях и применяется для

изготовления всех видов ювелирных изделий. Механические свойства этого

сплава считаются эталонными для оценки всех материалов, применяемых в

ювелирном производстве. Сплав ЗлСрМ585-300 обладает зеленоватым цветом и

используется в сочетании со сплавом ЗлСрМ585-80 для создания полихромных

изделий.

Сплавы 750 пробы, такие как, ЗлСр750-250, ЗлСрМ750-125 и ЗлСрМ750-

150 поддаются всем видам холодной обработки, а для обработки резанием, в

том числе, и алмазной обработки, предпочтительным является использование

нагартованного или упрочненного состояния. Для улучшения износостойкости

изделий рекомендуется низкотемпературный отжиг, приводящий к

значительному росту твердости при одновременном снижении пластичности.

При литье по выплавляемым моделям сплавы должны расплавляться в вакууме

и разливаться под защитной атмосферой. Эти сплавы хорошо паяются и

рекомендуются для изготовления изделий с покрытием эмалью. Сплавы имеют

102

наиболее интересные цветовые оттенки. На цвет сплавов влияет содержание

легирующих компонентов. При этом цвет сплава может изменяться от зеленого

через желтый до розового и красного. Лучшим сочетанием декоративных и

технологических свойств обладают сплавы марок ЗлСрМ750-125 (ярко-желтый

с розовым оттенком) и ЗлСрМ750-150 (зеленовато-желтый). Из этих сплавов

получают изделия для личного украшения, сувениры, а, кроме того, сплав

ЗлСрМ750-150 предназначен для изготовления индивидуальных ювелирных

изделий с драгоценными камнями. Сплав ЗлСр750-250, имеющий пониженную

прочность, используют для закрепления изумрудов, так как эти камни требуют

особо бережной закрепки во избежание сколов. Остальные сплавы 750-й пробы

пригодны для прокатки, волочения, листовой штамповки (Зл-Ср-Пд-Н), а также

для литья по выплавляемым моделям (Зл-Н-Ц-М).

Элементами, которые наиболее осветляют золото, являются палладий,

никель и платина. Палладий повышает температуру плавления золотого сплава

и резко изменяет его цвет. При содержании в сплаве 10% палладия изделие

окрашивается в привлекательный белый цвет и не требует покрытия родием.

При этом пластичность и ковкость материала остаются на прежнем уровне.

Добавка никеля, сохраняя ковкость металла, повышает его твердость и

литейные свойства. Платина окрашивает золото в белый цвет интенсивнее

палладия. Желтизна золота теряется при содержании в сплаве более 8%

платины, при этом повышается температура плавления сплава.

По цветовому оттенку сплавы относятся к группе белого золота.

Отражательная способность сплавов белого золота, а, следовательно, и цвет

очень близки к платине. Обычно эти сплавы используют для ювелирных

изделий с бриллиантами, изумрудами и другими драгоценными камнями.

Сплав ЗлСрМ958-20 при наибольшей химической стойкости имеет низкие

механические свойства. По данным спектрографических измерений сплавы

958-й пробы обладают наибольшей насыщенностью цвета, однако интервал

цветовых тонов у них невелик (желтые тона). Изготавливают из этих сплавов в

основном обручальные кольца. Необходимо отметить, что в ряде стран

103

применяют сплавы 333-й пробы. Кроме того, в последнее время заметен

интерес к низкопробным сплавам золота. Так, несколько фирм выпустили на

рынок кольца 250-й пробы.

Ювелирные сплавы серебра

Химический состав сплавов на основе серебра представлен в табл. 5.

Таблица 5. Химический состав сплавов на основе серебра

Марка Проба

Массовая доля, %

компонента примеси, не более

Ag Cu Pb Fe Sb Bi O Всего

СрМ800 800 80,0 – 80,5 Ост. 0,005 0,13 0,002 0,002 0,01 0,15

CрМ830 830 83,0 – 83,5 Ост. 0,005 0,13 0,002 0,002 0,01 0,15

СрМ875 875 87,5 – 88,0 Ост. 0,004 0,10 0,002 0,002 0,01 0,12

СрМ925 925 92,5 – 93,0 Ост. 0,004 0,10 0,002 0,002 0,01 0,12

СрМ960 960 96,0 – 96,5 Ост. 0,004 0,01 0,002 0,002 0,01 0,10

Перечисленные выше сплавы серебра можно охарактеризовать

следующим образом. Эти сплавы пригодны для всех видов холодной обработки

и литья. Установлено, что с повышением содержания меди в сплаве его

твердость увеличивается. Для повышения пластичности сплава СрМ925

рекомендуется закалка в воде. Чем ниже содержание серебра, тем выше

литейные свойства сплавов. Присутствие кислорода в сплавах повышает их

твердость и приводит к охрупчиванию, поэтому содержание этого элемента в

сплаве регламентируют. Для нанесения черни и эмалирования, а также для

филигранных работ, рекомендуются сплавы с более высоким содержанием

серебра. Сплавы имеют белый цвет, хотя с увеличением содержания меди цвет

сплавов становится желтоватым.

Сплавы серебра используют:

- для изготовления предметов сервировки стола: ложек, вилок, ножей,

подстаканников, блюд, лопаток, рюмок, сахарниц и т.п.;

- в качестве материалов для ритуально-обрядовых изделий: обручальных

колец, крестиков и т.п.;

- для получения из них ювелирных изделий личного украшения: колец,

перстней, медальонов, кулонов, цепочек, браслетов, булавок, запонок и т.п.;

104

- для изготовления курительных принадлежностей: портсигаров,

мундштуков и т.п.

Из перечисленных сплавов чеканят медали, значки, монеты и т.п. Кроме

того, сплав СрМ830 часто используют для изготовления декоративных

украшений.

Ювелирные сплавы платины и палладия

Сплавы платины, а в последнее время и палладия, широко применяются в

ювелирном производстве.

В чистом виде платину в ювелирном деле не используют из-за низких

механических свойств. В отечественных сплавов содержится от 85 до 95%

платины, а в качестве легирующих компонентов добавляют иридий (И),

палладий (Пд), родий (Рд), медь (М), рений (Ре), кремний (Кр), галлий (Га) и

вольфрам (В). Указанные добавки обеспечивают повышение прочности,

твердости и износостойкости, но при этом обрабатываемость сплавов не

должна ухудшаться. Кроме того, перечисленные элементы снижают

температуру плавления сплавов. Химический состав российских сплавов на

основе платины, а также их физико-механические свойства, приведены в табл. 6

и 7.

Таблица 6 Химический состав сплавов на основе платины

Марка

Проб

Массовая доля компонента,%

Pt Ir Pd Rh Cu Re Si Ga W

ПлИ850-150

ПлПд850-150

ПлРд850-150

ПлМ850

ПлПдКр850-120

ПлПдГа850-140

850

85,0-85,5

Ост

–

Ост

–

11,5-12,5

13,5-14,5

–

Ост

–

Ост

–

Ост

–

Ост

–

ПлИ900-50

ПлПд900-100

ПлРд900-100

ПлМ900

ПлПдРе900-80

ПлПдКр900-70

900

90,0-90,5

Ост

–

Ост

–

7,5-8,5

6,5-7,5

–

Ост

–

Ост

–

Ос

–

Ост

–

ПлИ950-50

ПлПд950-50

ПлРд950-50

950 95,0-95,5

95,0-95,5

Ост

–

Ост

–

Ост

–

105

ПлМ950

ПлПдРе950-25

ПлПдКр950-30

ПлВ950

95,0-95,5

–

2,0-3,0

2,5-3,5

–

Ост

–

Ос

–

Ост

–

Ост

*Примеси в каждой марке не должны превышать, %: железо – 0,04; кремний – 0,09 (за

исключением кремнийсодержащего сплава); свинец – 0,015; золото – 0,05; всего – 0,11.

Сплав содержит от 0,01 до 0,10% иттрия.

Таблица 7. Свойства сплавов на основе платины

Марка

Расчетная

плотность, г/cм

Температура

плавления

(интервал), °С

Твердость HV

, кгс/мм

Твердый Мягкий

ПлИ850-150 21,59 1800 – 1820 210 155

ПлПд850-150 19,25 1730 – 1750 120 60

ПлРд850-150 19,90 1710 – 1730 240 105

Пл850 17,79 1630 – 1680 340 160

ПлПдКр850-120 16,29 1100 – 1120 – 300

ПлПдГа850-140 19,05 1650 – 1700 160 135

ПлИ900-100 21,54 1790 – 1800 145 80

ПлПд900-100 19,93 1740 – 1755 140 80

ПлРд900-100 20,00 1820 – 1850 200 90

ПлМ900 18,82 1650 – 1700 335 155

ПлПдРе900-80 20,20 1680 – 1740 – –

ПлПдКр900-70 16,75 960 – 980 – 300

ПлИ950-50 21,5 1790 – 1800 145 75

ПлПд950-50 20,66 1700 – 1750 150 65

ПлРд950-50 20,70 1800 – 1825 195 80

ПлМ950 20,15 1700 – 1730 275 122

ПлПдРе950-25 21,05 1700 – 1760 150 80

ПлПдКр950-30 18,38 1170 – 1190 – 300

ПлВ950 21,3 1830 – 1845 135 –

Твердость определялась на образцах со степенью деформации 75 – 95%.

Сплавы платины пригодны для всех видов обработки и литья. Но при

этом следует учитывать, что платино-палладиевые сплавы ПлПд и платино-

родиевые сплавы имеют ограниченное применение для литья, а сплавы с

кремнием и галлием рекомендуется использовать в качестве припоев. Сплавы

имеют белый цвет и хороший блеск. Из платиновых сплавов получают

ювелирные изделия для личного украшения: колье, узкие и широкие браслеты,

оригинальные украшения для волос, филигранные серьги, броши, кулоны

обручальные кольца, перстни, цепочки и т.п.

В последнее время, платиновые сплавы, занимавшие нишу белого золота,

начинают теснить более дешевые сплавы палладия. Это связано с тем, что

106

имевшиеся ранее проблемы с технологичностью этих сплавов, а также вопросы

качества, которые возникали ранее при производстве палладиевых украшений,

по большей части уже решены. Торговля рекламирует ювелирные изделия из

палладия, основываясь на его схожести с платиной по целому ряду параметров.

Палладий также чистый, редкий, долговечный ювелирный металл модного

белого цвета. Предположения о том, что украшения из палладия могут

повыситься в цене, как в свое время платиновые украшения, также зачастую

используются для привлечения покупателей. По сути, палладий предоставляет

менее состоятельным покупателям возможность приобрести изделия из белого

драгоценного металла высокой чистоты по доступной цене. Химический состав

и физико-механические свойства отечественных палладиевых сплавов

представлены в табл. 8 и 9.

Сплавы палладия имеют высокие механические свойства, пригодны для

всех видов обработки давлением и резанием и обладают интенсивным белым

цветом, особенно сплавы с серебром и никелем. Из палладиевых сплавов

получают ювелирные изделия для личного украшения: кольца, колье, броши,

браслеты, кулоны и т.п.

Таблица 8. Химический состав сплавов на основе палладия

Марка Проба

Массовая доля компонента, %

Палладий Серебро Никель Медь

ПдСрН500-450 500 50,0 – 50,5 44,5 – 45,5 Ост. –

ПдСрН850-130

ПдМ850

850 85,0 – 85,5

85,0 – 85,5

12,5 – 13,5

–

Ост.

–

Ост.

Примеси в каждой марке сплава не должны превышать, %: железо – 0,05; свинец –

0,04; висмут – 0,02; платина – 0,05; золото – 0,05; всего – 0,16

Таблица 9.Свойства сплавов на основе палладия

Марка

Расчетная

плотность, г/см

Температура плавления

(интервал),°С

Твердость HV

, кгс/мм

Твердый Мягкий

ПдСрН500-450

ПдСрН850-130

ПдМ850

11,16

11,83

11,54

1200 – 1210

1420 – 1500

1360 – 1415

330

235

220

160

125

155

* Твердость определялась на образцах со степенью деформации 75 – 95%.

Контрольные вопросы и задания

107

1. Какие пробы ювелирных сплавов золота содержит государственный

стандарт России?

2. Для каких целей применяют сплав ЗлСрМ 500-100?

3. Какую пробу золота называют материалом массовых ювелирных

изделий.?

4. С помощью каких химических элементов осветляют сплавы золота?

5. Какой вид термообработки рекомендуют для повышения пластичности

сплава СрМ925?

6. Какие пробы платины и палладия применяют для ювелирных сплавов?

7. Почему палладиевые ювелирные сплавы начинают вытеснять

платиновые сплавы?

Лекция 14, 15

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЮВЕЛИРНЫХ СПЛАВОВ

План лекции

1. Общие понятия

2. Пластическая деформация и рекристаллизация

3. Отжиг

4. Старение

Термической обработкой называют процесс обработки изделий из

металлов и сплавов путем теплового воздействия с целью изменения их

структуры и свойств в заданном направлении.

Термообработку применяют как промежуточную операцию для

улучшения технологических свойств (обрабатываемости давлением, резанием и

др.) и как окончательную операцию для придания металлу или сплаву такого

комплекса механических, физических и химических свойств, который

обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики изделия.

В ювелирном производстве широко используется литье, холодная или

горячая деформация, а также пайка. Перечисленные процессы влияют на

структуру ювелирных сплавов, а, следовательно, и на их свойства. Так,

например, использование литья при производстве ювелирного изделия требует

выполнения строго определенного теплового режима, следовательно, и процесс

изготовления отливок можно рассматривать как один из видов термической

обработки. Неправильно установленный режим литья может быть причиной

108

таких пороков в отливке, которые невозможно потом устранить ни специальной

термической обработкой, ни горячей деформацией, ни пайкой. Такое же

большое значение имеет тепловой режим и при горячей обработке давлением,

так как деформация металлов в этом случае производится в диапазоне

температур, при которых в них обычно возможны структурные изменения.

Технологические процессы пластической деформации металлов в холодном

состоянии (операции ковки, волочение, прокатка и т.д.), а также в горячем

состоянии в большинстве случаев неразрывно связаны с термической

обработкой. Здесь она применяется и как вспомогательная операция между

операциями холодной обработки для восстановления пластичности и как

самостоятельный технологический процесс для снятия наклепа и придания

холоднодеформированному металлу требуемых свойств.

Драгоценные металлы обладают кристаллической структурой с наиболее

плотной атомной упаковкой. Золото, серебро, платина, палладий, иридий, родий

имеют гранецентрированную кубическую решетку, а рутений и осмий -

гексагональную плотноупакованную. Указанные типы кристаллической

решетки определяют высокую пластичность, а также высокие тепло- и

электропроводность драгоценных металлов.

Пластическая деформация и рекристаллизация

Пластическая деформация вызывает в металле структурные изменения,

которые включают изменение формы кристаллитов, их кристаллографической

пространственной ориентировки и внутреннего строения каждого кристаллита.

Форма заготовки при обработке давлением изменяется под действием внешних

сил вследствие пластической деформации каждого кристаллита в соответствии

со схемой главных деформаций. Основное изменение формы кристаллитов

состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации

растяжения (например, в направлении прокатки или волочения). С повышением

степени холодной деформации зерна все более вытягиваются, и структура

становится волокнистой. При пластической деформации кристаллические

решетки зерен приобретают преимущественную пространственную

ориентировку – возникает текстура деформации. Это одно из важнейших

следствий кристаллографической направленности скольжения в каждом зерне

по определенным плоскостям и направлениям пространственной решетки,

которые закономерно поворачиваются по отношению к осям деформации

109

изделия. Важнейшее изменение внутреннего строения каждого кристаллита при

холодной деформации – увеличение плотности дислокаций.

Так как из всех видов термической обработки драгоценных металлов

отжиг является основным, то необходимо уметь определять температуру начала

рекристаллизации. Установлено, что температура появления

рекристаллизованных зерен не является физической константой, такой как

температура плавления, а зависит от времени отжига и степени деформации при

обработке давлением. Кроме того, с повышением чистоты металла

температурный порог рекристаллизации снижается. Температуру

рекристаллизации металлов принято определять по формуле А.А.Бочвара,

согласно которой, рекристаллизация начинается при температуре (Т

п.р.

составляющей одинаковую для всех металлов долю от температуры плавления

по абсолютной шкале:

п.р.

= (0,3 ÷ 0,4) Т

пл.

Коэффициент 0,3 – 0,4 в этой формуле относится к металлам

сравнительно высокой технической чистоты (около 99,99%). Для особо чистых

металлов Т

п.р.

=(0,25 ÷ 0,3)Т

пл.

Так, например золото чистотой 99,999,

подвергнутое деформации со степенью 99,99%, рекристаллизуется при

комнатной температуре.

Размер рекристаллизованного зерна – одна из важнейших характеристик

отожженного металла. К основным факторам, влияющим на этот параметр,

следует отнести температуру и время отжига, степень деформации, химический

и фазовый состав сплава. Зависимость размера зерна от перечисленных

факторов невозможно изобразить графически в виде одной диаграммы.

Большое распространение получили пространственные диаграммы

рекристаллизации, иллюстрирующие зависимость размера зерна металла или

сплава от степени деформации и температуры отжига при определенном

времени выдержки.

Так как такая структура малопригодна для дальнейшей обработки из-за

склонности к образованию трещин, то для получения благоприятной

мелкозернистой структуры необходимо соблюдать следующие правила:

1. подвергать металл максимальной степени деформации;

2. при рекристаллизационном отжиге нагревать заготовки до необходимой

температуры как можно быстрее;

3. строго соблюдать требуемую температуру отжига;

110