Лопатина Е.С. Материаловедение драгоценных металлов и их сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Система Ag-Cu. Эту систему можно отнести к диаграммам

эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом

состоянии (рис.5.3).

Рисунок 5.3 – Диаграмма состояния системы Ag-Cu

При кристаллизации сплавов, относящихся к этой диаграмме,

образуются следующие фазы, которые хорошо различаются под

микроскопом: обогащенный серебром α- твердый раствор меди в серебре с

наибольшим содержанием меди 9% и обогащенный медью β-твердый раствор

с наибольшим содержанием серебра 8%. Только в сплаве состава 72%Ag и

28%Cu образуются одновременно α и β фазы. Кристаллизация данного

сплава, называемого сплавом эвтектического состава, происходит при

постоянной температуре, равной 780 °С. Кривая охлаждения сплава подобна

кривой охлаждения чистого металла. Структура данного сплава

мелкозернистая, равномерная и называется эвтектической. Если содержание

серебра в сплаве меньше 72 %, то такой сплав называют заэвтектическим. К

этой области сплавов можно отнести сплав с содержанием серебра равным 50

%. Он начинает кристаллизоваться при такой же температуре, как и сплав 875

пробы (87,5 % Ag), но в отличие от последнего при кристаллизации из

расплава выделяются кристаллы β-фазы. С их ростом содержание меди в

расплаве уменьшается, а содержание серебра увеличивается. Когда

содержание серебра достигнет 72 %, а температура упадет до 780 °С,

остаточная жидкая фаза кристаллизуется вокруг крупных кристаллов β-фазы

в виде эвтектики, т.е. происходит одновременное образование α и β фаз.

Если содержание серебра в сплаве выше 72 %, то такие сплавы

называют доэвтектическими как, например, сплав серебра 875 пробы. При

кристаллизации его при температуре 840 °С из расплава выделяются

обогащенные серебром кристаллы α-фазы. Содержание серебра в расплаве

уменьшается, и при температуре 780°С остаток расплава кристаллизуется в

виде эвтектики, расположенной по границам крупных зерен α-фазы.

Если содержание меди в сплаве меньше или соответствует составу α-

фазы, то образуется гомогенный (однородный) твердый раствор. В их

структуре нет эвтектики. К таким сплавам относят все сплавы с содержанием

серебра более 91 %. В качестве примера может служить сплав серебра 925

пробы. Этот сплав начинает кристаллизоваться при температуре 900°С, и

имеющаяся в сплаве медь полностью растворяется в серебре. Так как в сплаве

содержится 7,5 %Cu, а предельная растворимость меди в серебре составляет 9

%, то при 810 °С сплав кристаллизуется с образованием гомогенного

твердого раствора.

В ювелирном деле почти во всех случаях используются сплавы, в

которых содержание серебра выше 72 %, т.е. доэвтектические сплавы.

Белый цвет серебра с увеличением содержания меди становится все

более и более желтым. При содержании меди 50 % сплав становится

красноватым, а начиная с 70 % Cu, цвет сплава становится красным.

Система Аu - Аg - Сu. Большинство цветных золотых сплавов основано

на тройной системе золото - серебро-медь или на четверной системе золото-

серебро-медь-цинк. Эти системы позволяют производить сплавы различных

желтых и красных оттенков цвета при хорошей обрабатываемости,

благоприятных механических свойствах и высокой стойкости к образованию

оксидной пленки.

На рисунке 5.4 приведена зависимость цвета от состава ювелирного

золота [2].

Линии цветовых зон на

цветовом треугольнике рисунке 5.4

приблизительно производят, где

происходит смена цвета. Сплавы 14

карат и с меньшим значением в

каратах обычно легируются цинком (у

сплавов 8 карат до 20 %), чтобы

преобладающие в дальней зоне

составов у этих сплавов в системе Аu -

Аg - Сu красноватые - красные

оттенки цвета изменить на интенсивно

желтые цвета. Кроме того, добавка

цинка у этих сплавов улучшает

обрабатываемость и стойкость к

образованию оксидных пленок.

Диаграмма состояния показана на рисунке 5.5 [2]. Поверхность

ликвидуса имеет седловину между эвтектикой Аg - Сu и ликвидусным

минимумом (889 °С) на стороне Аu - Сu. Широкий температурный интервал

Рисунок 5.4 Зависимость цвета от состава

сплава Аu - Аg - Сu

поверхности ликвидуса позволяет использовать данную систему для

получения разнообразных припоев и сплавов цветного ювелирного золота.

Большое значение обработки

и использования золотых сплавов

имеет разрыв смешиваемости,

который, исходя от граничной

системы серебро-медь, проходит

через дальнюю зону

трехэлементной системы и

значительно расширяется с

уменьшающейся температурой в

направлении золотого угла. Из-за

этого разрыва смешиваемости

однофазные выше этой зоны

сплавы из однородных смешанных

кристаллов Аu - Аg - Сu в пределах

этой зоны термодинамически

больше не являются стабильными. Они скорее преобразуются в обогащенную

α (Cu - Au) и обогащенную серебром фазу α(Аg - Аu). При 18 каратных

сплавах с высоким содержанием меди может возникать также

интерметаллическая фаза AuCu стехиометрическое соединение с

чрезвычайно высокой твердостью и прочностью.

Эти фазы могут образовываться за счет тепловой обработки при

температурах ниже соответствующей температуры фазового преобразования.

За счет этих процессов осаждения можно отверждать сплавы дополнительно

к закалке, которая достижима за счет образования сплава и холодного

формования, посредством тепловой обработки.

Для 14 каратных сплавов и сплавов меньшей каратности из-за этого

добавляется к сплаву цинк, так как он, кроме своего влияния на цвет, сужает

область существования зазора смешиваемости. Сплавы Аu - Аg - Сu - Zn за

счет этого как в мягкоотожженном, так и в отвержденном состоянии

являются менее твердыми и могут обрабатываться лучше, чем

соответствующие тройные сплавы. Кроме того, цинк в незначительном

количестве служит как дезоксидирующий агент у золотых сплавов, которые

применяются для точного литья. В тех случаях, где желательно уменьшения

размера зерна сплавов Аu - Аg - Сu, могут производиться добавки иридия,

рутения или также кобальта в незначительных концентрациях (1%) для

рафинирования зерна.

Для часто применяемых процессов обработки давлением: купеляции,

глубокой вытяжки, выдавливания и штамповки,- предпочтительно годятся

мягкие золотые сплавы. Также для цепочек и плетеных изделий, которые

сегодня почти исключительно изготавливаются машинным способом,

Рисунок 5.5 Изотермы ликвидуса системы

Аu-Аg-Сu в зависимости от состава

применяются провода и полосы из мягких золотых сплавов, в крайнем случае,

из золотых сплавов средней твердости. Плоскостные детали украшений,

например, броши или драгоценные кольца, изготавливаются из сплавов

средней твердости и мягких сплавов. У обручальных колец желательна

высокая прочность на истирание; для этого применяются золотые сплавы от

твердых до очень твердых. Для булавок, защелок и тому подобного, у

которых требуются высокие выносливости и упругости, подходят для

применения только самые твердые золотые сплавы.

Коррозионная стойкость и стойкость к образованию оксидных пленок

золотых сплавов зависит от того, как много атомов золота в сравнении с

атомами других металлов имеются в сплаве.

Cплавы от 18 каратных до красноокрашенных, обогащенных медью,

сами по себе, устойчивы к сильным кислотам, кроме царской водки.

Красноокрашенные сплавы по сравнению с этим, незначительно могут

покрываться оксидными пленками в сернистых средах. 14 каратные сплавы

разъедаются сильными кислотами. 9 каратные и 8 каратные сплавы

разлагаются в сильных кислотах. Устойчивость к образованию оксидных

пленок, особенно в соединении с серой и содержащимся в атмосфере

сероводородом, снижается далее с уменьшающимся содержанием золота и

увеличивающимся содержанием меди.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные легирующие элементы сплавов красного золота.

2. Как влияет серебро на сплавы из золота?

3. Особенности сплавов системы золото-медь.

4. Особенности диаграммы серебро-медь.

5. Как влияет состав сплава на его цвет?

6. Какие свойства сплавов на основе золота необходимы для

изготовления изделий методом глубокой вытяжки?

7. Какие свойства сплавов необходимы для изготовления обручальных

колец?

8. Для каких украшений требуются самые твердые сплавы на основе

золота?

ЗАДАНИЕ

1. Нарисуйте диаграмму золото-серебро. Проведите сплав Au-20 %Ag.

Для данного сплава нарисуйте кривую охлаждения. Укажите

структуру и фазовый состав сплава при комнатной температуре.

2. Нарисуйте диаграмму золото-серебро. Проведите сплав Au-50 %Ag.

Для данного сплава нарисуйте кривую охлаждения. Укажите

структуру и фазовый состав сплава при комнатной температуре.

3. Нарисуйте диаграмму серебро -медь. Проведите сплав Ag-20 % Сu.

Для данного сплава нарисуйте кривую охлаждения. Укажите

структуру и фазовый состав сплава при комнатной температуре.

4. Нарисуйте диаграмму серебро- медь. Проведите сплав Ag-40 % Сu.

Для данного сплава нарисуйте кривую охлаждения. Укажите

структуру и фазовый состав сплава при комнатной температуре.

5. На рис. 5.6 приведены структуры сплавов Ag-20 % Сu; Ag-28,1 %

Сu; Ag-50 %Сu. Определите какой сплав относится к

эвтектическому. Обозначьте структурные составляющие.

6. На рис. 5.6 приведены структуры сплавов Ag-20 % Сu; Ag-28,1 %

Сu; Ag-50 %Сu. Определите какой сплав относится к

доэвтектическому. Обозначьте структурные составляющие.

7. На рис. 5.6 приведены структуры сплавов Ag-20 % Сu; Ag-28,1 %

Сu; Ag-50 % Сu. Определите какой сплав относится к

заэвтектическому. Обозначьте структурные составляющие.

а б в

Рисунок 5.6 Структура сплавов системы серебро-медь

8. Нарисуйте диаграмму золото-медь. Проведите сплав Au-5 %Сu. Для

данного сплава нарисуйте кривую охлаждения. Укажите структуру и

фазовый состав сплава при комнатной температуре.

9. Определите цвет сплава, содержащего 80 % золота, 10 % серебра,

10 % меди.

10.Определите цвет сплава, содержащего 30 % золота, 5 % серебра,

65 % меди.

11.С помощью рисунка 5.4 приведите пример сплава красного цвета.

12.С помощью рисунка 5.4 приведите пример сплава желтого цвета.

13. С помощью рисунка 5.4 приведите пример сплава белого цвета.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЮВЕЛИРНЫМ

СПЛАВАМ

В производстве ювелирных изделий требуется в первую очередь

учитывать такие физические свойства металлов и сплавов, как плотность,

температура плавления, тепловое расширение, теплопроводность и другие.

Знание этих свойств позволяет правильно выбирать термические режимы

литья, ковки, прокатки, пайки и других видов горячей обработки металлов.

Основные механические свойства, на которые должен обращать

внимание ювелир – это прочность, твердость, упругость, пластичность. Они

играют важную роль при использовании ювелирных изделий, как в качестве

украшений, так и для изготовления предметов домашнего обихода. Учитывая

эксплуатационные требования, предъявляемые к долговечности этих изделий,

можно на основе знания механических свойств сплавов различной пробы

обоснованно подойти к выбору наиболее рациональной для данного случая

марки сплава.

Не меньшее значение в технологии производства и в процессе

потребления ювелирных изделий играют химические свойства, как чистых

металлов, так и их сплавов: стойкость к воздействию внешней среды – кислот

щелочей, газов, пресной и морской воды, способных оказывать агрессивное

действие на металл колец, браслетов, кулонов, цепочек и других ювелирных

украшений.

И, наконец, особое место в характеристиках материалов занимают

технологические свойства. К ним относятся: жидкотекучесть, ликвация и

усадка металлов при литье, ковкость, свариваемость и обрабатываемость

резанием. Применение драгоценных металлов в чистом виде в ювелирном

производстве не всегда оправдано из-за высокой стоимости, недостаточной

твердости и износостойкости, поэтому для ювелирных изделий используют,

как правило, сплавы этих металлов.

Ювелирными изделиями называют предметы украшения человека и

окружающей его обстановки, изготовленные с использованием драгоценных

металлов и драгоценных камней, а также других долговечных материалов,

при условии их высокохудожественной обработки.

Сплавы благородных металлов, применяемые для изготовления

ювелирных изделий, должны удовлетворять эстетическим,

эксплуатационным и технологическим, а также санитарным требованиям.

Цвет сплавов. Ювелирные сплавы должны обладать определенным

ярким устойчивым цветом. Они делятся на цветные и белые (ахроматичные).

Для каждого ювелирного сплава должно быть разработано несколько

припоев, удовлетворительно совпадающих по цвету с основным металлом. В

последние годы для объективной оценки цвета золотых сплавов применяют

методы колориметрии по системе МКО (международной комиссии по

освещению). Для наглядного представления цвета применяются производные

понятия: цветовой фон, соответствующий длине волны чистого

спектрального цвета, насыщенность, отражающая соотношение

спектрального и ахроматического цветов.

Из этих данных следует, что наиболее насыщенным цветом обладает

золото. Насыщенность цвета золота при его легировании быстро падает,

особенно при введении меди. Гораздо меньше падение насыщенности цвета

при легировании серебром, что явно проявляется при сравнении сплавов 958

пробы. Можно отметить падение насыщенности цвета со снижением пробы

сплавов золота, хотя бинарные сплавы Au – Cu 750, 853, 375 и 333 проб очень

близки по цветности. Разница в цвете становится заметной при легировании

их серебром.

По цветовому тону, все сплавы тройной системы располагаются в

интервале от 598 нм (желто-оранжевый цветовой тон меди) до 570 нм

(бинарные сплавы 750 и 583 проб с серебром зеленовато-желтого тона). На

сплавах 750 пробы удается получить наиболее необычные тона зеленоватого

оттенка. С уменьшением пробы резко снижается насыщенность в области

бинарных сплавов Au – Ag, что приводит к получению обесцвеченных

сплавов при содержании серебра свыше 60 %.

Сегодня в коллекциях известнейших ювелирных домов представлены

изделия из золота широкой цветовой гаммы. Кроме традиционных цветов

известны красный, розовый, зеленый и совершенно невероятным для многих

станет открытие о существовании изделий из пурпурного, синего и черного

золота.

На сегодняшний день самыми популярными и респектабельными

считаются изделия из белого золота. Белый цвет в них достигается за счет

сплава золота с палладием. Белое золото традиционно является прекрасным

обрамлением для драгоценных камней. Цвет бриллианта не всегда чисто

белый, а может быть и желтым, и даже с коричневым оттенком. А белое

золото придает любому оттенку камня белый цвет, усиливает его сияние.

Поэтому в изделиях из цветного золота бриллиант закрепляют в накладку из

белого металла, чтобы показать его красоту.

Пробность сплавов. Для изготовления ювелирных изделий применяют

сплавы с определенным содержанием драгоценного металла – пробой. Проба

сплава ювелирного изделия удостоверяется клеймом Инспекции пробирного

надзора.

Коррозионная стойкость ювелирных сплавов должна обеспечивать

устойчивость поверхности ювелирных изделий к воздействию внешней среды

в нормальных (бытовых) условиях эксплуатации. Наиболее устойчивы

ювелирные сплавы золота и платины высоких проб.

Износостойкость ювелирных сплавов должна быть достаточной для

сохранения качества поверхности изделий при механических воздействиях в

условиях эксплуатации. Наиболее устойчивы ювелирные сплавы золота и

платины высоких проб.

Прочностные характеристики. Механическая прочность ювелирных

сплавов должна обеспечивать цельность и неизменность формы ювелирных

изделий, отсутствие деформации отдельных частей в процессе носки.

Наиболее высокие требования по механической прочности предъявляются к

элементам ювелирных изделий, обеспечивающим крепление ювелирных

камней. Помимо значения временного сопротивления разрыву, большое

значение имеет величина предела пропорциональности сплава. При высоких

значениях предела пропорциональности требуются большие усилия при

закреплении, что приводит к повышенному браку вставок по сколам.

Технологичность сплавов. Конструктивные особенности конкретных

ювелирных изделий определяют требования к технологичности сплавов на

различных операциях. В общем виде эти требования формулируются так:

способность к получению при литье в изложницу плотного однородного

слитка с равномерным распределением компонентов по высоте и к

формированию мелкозернистой структуры при точном литье; пригодность к

пластической деформации со значительными степенями обжатия; стойкость

против красноломкости при пайке; возможность переработки оборотного

металла без заметного ухудшения прочности и пластичности сплава.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие свойства сплавов необходимо учитывать при производстве

ювелирных изделий?

2. Какие металлы добавляют в золото в качестве легирующих

компонентов?

3. Сплавы каких систем чаще всего используют при производстве

ювелирных изделий?

4. Какие технические требования, предъявляют к ювелирным сплавам?

5. Какого цвета бывают ювелирные сплавы золота?

6. Коррозионная стойкость ювелирных сплавов.

7. Какова должна быть износостойкость ювелирных сплавов?

8. Что должна обеспечивать механическая прочность ювелирных

изделий?

9. Требования к технологичности ювелирных сплавов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7

МАРКИ И СВОЙСТВА ЮВЕЛИРНЫХ СПЛАВОВ

1. Маркировка сплавов

ГОСТ 6835-2002 «Золото и сплавы на его основе. Марки»

устанавливает марки золота и его сплавов, предназначенный для

производства изделий технического назначения, в том числе полуфабрикатов

из листов, лент, полос, фольги проволоки, труб, профилей, литых заготовок и

др. [Новиков].

Наименование марок состоит из букв, обозначающих компоненты

сплава Зл – золото, Ср – серебро, Пл – платина, Пд – палладий, М – медь, Ц –

цинк, Н – никель, и следующих за ними цифр, указывающих номинальное

содержание компонентов благородных металлов в сплаве в %.

Пример: ЗлСрМ 58,5-20 содержит в среднем 58,5 % Au, 20 % Ag,

остальное медь.

ГОСТ 30649-99 «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные.

Марки» устанавливает марки золота и сплавов на основе благородных

металлов, применяемых для изготовления ювелирных, ритуально-обрядовых

и других изделий бытового назначения.

В стандарте приняты следующие условные обозначения для марок сплавов: Зл

– золото, Ср – серебро, Пл – платина, Рд – родий, И – иридий, Пд – палладий, М –

медь, Н – никель, Ц – цинк, Кд – кадмий.

В этом стандарте наименование марок также состоит из букв,

обозначающих компоненты сплава и цифр, указывающих номинальное

содержание легирующих компонентов в тысячных долях, если компонент

благородный, и в процентах, если компонент неблагородный металл.

Пример: ЗлСрНЦМ 585-80-8,2-2,5 содержит в среднем 58,5 % Au, 8 %

Ag, 8,2 % Ni, 2,5 % Zn, остальное – Cu.

Серебряные сплавы маркируются так же, как и золотые. Сплавы для

производства изделий технического назначения маркируются буквами и

следующими за ними цифрами, обозначающими номинальное содержание

легирующих элементов в %

Пример: СрПдМ 50-30 содержит 50 % Ag, 30 % Pd, остальное медь

Платиновые сплавы в качестве легирующих компонентов содержат

иридий (И), палладий (Пд), родий (Рд), медь (М), рений (Ре), кремний (Кр),

галлий (Га) и вольфрам (В). Маркируются так же, как и золотые сплавы.

Сплавы палладия маркируются аналогично.

2. Свойства сплавов

Сплавы на основе золота

Механические свойства сплавов приведены в таблице 4.1.

Сплавы 375 пробы пригодны для всех видов холодной обработки и

литья. 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

для изготовления ритуально-обрядовых изделий в виде обручальных колец,

крестиков и т.п.

Таблица 7.1 - Свойства сплавов на основе золота

Марка Расчетная

плотность г/см

Интервал

плавления, °С

Твердость,

HV,кгс/мм

Цвет

Твердый Мягкий

ЗлСрМ375-20

ЗлСрМ375-100

ЗлСрМ375-160

ЗлСрМ375-250

ЗлСрПдМ375-100-38

ЗлСрМ500-100

ЗлСрМ585-415

ЗлСр585-80

ЗлСрМ585-200

ЗлСрМ585-300

ЗлСрПд585-255-160

ЗлСрПдЦ585-287-100

ЗлСрПдКд585-280-100

ЗлСрНЦМ585-80-8,2-

2,5

ЗлНЦМ585-12,5-4

ЗлСр750-250

ЗлСрМ750-125

ЗлСрМ750-150

ЗлСрНЦ750-150-7,5

ЗлСрПд750-100-150

ЗлСрПлМ750-80-90

ЗлСрПдН750-90-140

ЗлСрПдН750-70-140

ЗлСрПдНКд750-90-85-4

ЗлНЦМ750-7,5-2,5

ЗлСрМ958-20

Зл999,9

11,24

11,41

11,54

11,74

11,56

12,47

14,30

13,24

13,60

13,92

14,76

14,31

14,60

13,11

12,85

15,96

15,45

15,53

15,38

16,44

16,78

16,32

16,25

15,80

14,81

18,52

19,30

965-985

925-940

880-900

770-850

850-975

835-925

1025-1030

880-905

830-845

835-880

1175-1220

1150-1180

1160-1190

825-1015

870-950

1040-1045

885-900

890-920

900-950

1250-1300

955-1055

1155-1247

1115-1215

1140-1170

910-950

1005-1030

1063

235

265

240

250

230

240

115

270

250

185

160

140

330

300

115

270

250

240

150

180

195

190

200

140

130

155

150

155

160

170

150

110

230

170

140

130

140

125

140

150

135

150

Ярко-желтый

Красный

Розово-желтый

Желтовато-

оранжевый

Красный

Зеленый

Красный

Красновато-

желтый

Желто-зеленый

Белый

Светло-желтый

Белый

Зеленый

Ярко-желтый

Желтый

Белый

Желтоватый

Белый

Ярко-желтый

Твердость определялась на образцах со степенью деформации 75 – 95%