Материалы для ювелирных изделий
Шрифт:
При очень быстром охлаждении при закалке эвтектическое превращение в сплавах Ag – Си может быть подавлено. Последние данные рентгенографических исследований показывают, что в интервале от 100 % Ag до 100 % Си образуется только одна фаза – твердый раствор с ГЦК-решеткой. Ювелирное изделие, полученное таким образом, может использоваться при комнатных температурах, однако при повышении температур из-за нестабильности структуры свойства такого изделия, в частности декоративные, могут изменяться.
Ювелирные сплавы, имеющие изначально гомогенную структуру α-твердого раствора (100—91,2 % Ag) и пониженную прочность, могут быть подвергнуты старению с целью повышения их прочности и твердости. В результате нагрева при старении из пересыщенного медью α-твердого раствора выделяются кристаллы β-фазы (вторичные), которые обогащены медью и обеспечивают повышение прочностных свойств. При этом количество β-фазы может составлять 10 % всей структуры. Это особенно существенно для сплавов СрМ 950, СрМ 925, СрМ 900 и СрМ 875.
При очень быстром охлаждении
10.2. Механические свойства серебряно-медных сплавов
Механические свойства сплавов серебра существенно зависят от содержания в них меди. Так, увеличение концентрации меди с 5 % (СрМ 950) до 20 % (СрМ 800) приводит к повышению прочности на 30 %, а твердости – на 60 % при одновременном снижении пластичности (табл. 10.4 и рис. 10.1). Погрешность определения механических свойств не менее 5 %.
Таблица 10.4
Механические свойства серебряно-медных сплавов
10.3. Серебряные сплавы различных проб
Сплав серебра 950-й пробы. Сплав СрМ950 используют для эмалирования и чернения. Цвет этого сплава соответствует цвету чистого серебра. Сплав очень хорошо поддается обработке давлением. Его применяют также при глубокой вытяжке, чеканке, для изготовления очень тонкой проволоки.
Интервал кристаллизации этого сплава достаточно узок – температуры ликвидуса и солидуса этого сплава соответственно равны 900 и 870 °C. После кристаллизации структура этого сплава – твердый раствор меди в серебре. Ниже 600 °C из-за понижения растворимости из α-твердого раствора выделяется β-фаза.
К недостаткам сплава серебра 950-й пробы следует отнести невысокие механические свойства (см. табл. 10.4). Изделия, изготовленные из этого сплава, при эксплуатации деформируются. Старением можно увеличить прочность сплава от 500 до 1000 МПа, но это приводит к усложнению и удорожанию технологического процесса обработки сплава.
Рис. 10.1.
Влияние состава на механические свойства сплава системы.
Сплавы серебра 925-й и 916-й проб . Сплав СрМ925 иначе еще называется «стерлинговое» или «стандартное серебро». Из-за высокого содержания серебра в сплаве и высоких механических свойств он нашел широкое распространение во многих странах. Цвет сплава такой же, как и у сплава серебра 950-й пробы, однако механические свойства выше (см. табл. 10.5). Сплав пригоден для эмалирования и чернения. Наиболее широко сплав используется для изготовления ювелирных изделий и столовых принадлежностей. Сплав СрМ925 является старейшим ювелирным сплавом, широко используемым также в монетном и медальном производстве. Температуры ликвидуса и солидуса этого сплава составляют 896 и 779 °C соответственно. Выше температуры 760 °C Сплав СрМ925 представляет собой гомогенный твердый раствор меди в серебре. Однако обычная структура промышленных отливок состоит из первичного обогащенного серебром твердого раствора и небольшого количества эвтектики. При охлаждении отливки до комнатной температуры растворимость меди в серебре уменьшается и выпадает вторичная фаза, представляющая собой обогащенный медью твердый раствор.
Таким образом, обычная литая структура сплава состоит из вторичного твердого раствора на основе серебра, выпадающего из него твердого раствора на основе меди и эвтектики α + β.
Обработка давлением и отжиг изменяют литую структуру сплава. Обработанный давлением сплав СрМ925 состоит из серебряной матрицы, в которой растворено небольшое количество меди, и частиц твердого раствора на основе меди, содержащих небольшое количество серебра. Изменяя режимы термообработки, можно получать различные свойства и структуры сплава в широких пределах. Это связано с тем, что при нагреве сплава растворимость меди в серебре увеличивается и при температуре 745 °C вся медь, содержащаяся в сплаве, растворяется в серебре. При этом образуется твердый раствор меди в серебре. Если сплав от этой температуры охлаждать с большой скоростью, медь сохранится в твердом растворе, и в результате получится мягкий и пластичный сплав. При невысокой скорости охлаждения (например, на воздухе) медь будет выделяться из раствора, при этом наблюдается дисперсионное твердение сплава. При очень малой скорости охлаждения в печи результат будет аналогичным охлаждению в воде. Сплав СрМ925 может упрочняться искусственным старением обычным способом, т. е. нагревом до температуры 745 °C, закалкой в воде и старением при температуре 300 °C. Прочность сплава при этом повышается с 600 до 1600 МПа. Однако эта операция проводится редко из-за склонности сплава к образованию крупнозернистой структуры.
Сплав СрМ916 широко применяется в отечественной
Сплав СрМ916 очень близок по свойствам к рассмотренному выше сплаву СрМ925, и многое из того, что касается структуры и свойств этого сплава после литья, обработки давлением и термообработки, также применимо к сплаву СрМ916.
Сплав серебра 900-й пробы. Этот сплав применяется для филигранных работ. Цвет его несколько отличается от цвета чистого серебра. Этот сплав менее стоек на воздухе, чем сплавы 950-й и 925-й проб, однако имеет хорошие литейные свойства, хорошо обрабатывается давлением, но для глубокой чеканки является слишком прочным. Температуры ликвидуса и солидуса сплава равны соответственно 875 и 779 °C.
Содержание меди в сплаве СрМ900 превышает предел растворимости меди в серебре, и поэтому сплав во всех случаях содержит некоторое количество эвтектики.
Сплав серебра 875-й пробы. Сплав СрМ875 применяется для изготовления ювелирных изделий и декоративных украшений. Цвет сплава и стойкость к потускнению почти такие же, как и у сплава СрМ900. Механические свойства его более высокие (см. табл. 9.4), а обрабатываемость давлением хуже, чем у сплава СрМ900. Температуры ликвидуса и солидуса сплава равны соответственно 875 и 779 °C.
Структура литого сплава состоит из кристаллов обогащенного серебром твердого α-раствора и расположенных по границам α-зерен эвтектики.
Сплав серебра 800-й пробы. Сплав СрМ800 применяется за рубежом для изготовления посуды вместо сплава 925-й пробы, а также для изготовления украшений. Недостатками сплава являются желтоватый цвет и малая химическая стойкость на воздухе. Пластичность у этого сплава значительно ниже, чем у сплава СрМ925, поэтому в процессе обработки давлением его следует чаще подвергать промежуточному отжигу. Литейные свойства сплава СрМ800 выше, чем у более высокопробных сплавов. Температуры ликвидуса и солидуса сплава соответственно равны 805 и 779 °C. Микроструктура сплава будет отличаться лишь незначительным увеличением доли эвтектики.
Эвтектические и заэвтектические сплавы серебра в ювелирном деле практически не используются.10.4. Сплавы серебра для припоев
Припой – весьма важный вспомогательный материал в ювелирном деле.
Для соединения различных элементов ювелирных изделий между собой, при работе в технике скань и зернь применяют серебряные припои – сплавы на основе серебра. Основное требование к припойному сплаву – низкая температура плавления, для этого в сплав добавляют различные легирующие элементы.
Серебряные припои маркируются иначе, чем сплавы для изделий. В марках серебряных припоев серебро имеет обозначение ПСр, а цифровой шифр в процентном отношении ставится после каждого компонента, кроме последнего.
Например, обозначение ПСр70М26Ц означает, что припой состоит из 70 % серебра, 26 % меди, остальное (4 %) – цинк.
Влияние на свойства сплавов серебра также оказывают легирующие элементы и примеси, попадающие в сплав.
Цинк и кадмий. Так как оба металла имеют сравнительно низкую температуру кипения, то при введении их в расплавы серебра следует соблюдать особую осторожность. Эти металлы являются важнейшими легирующими компонентами при получении припоев, и поэтому влияние их на свойства сплавов следует рассмотреть более детально.
Ag – Zn. В серебре в твердом состоянии растворяется до 20 % цинка, но практически содержание цинка в сплаве не должно превышать 14 %. Такие сплавы не тускнеют, хорошо полируются и имеют хорошую пластичность.
Ag – Cd. Предел растворимости кадмия в серебре составляет около 30 %. Эти сплавы пластичны и устойчивы против коррозии на воздухе.
Ag– Zn – Cd. Сплавы имеют низкую температуру плавления и в некоторых случаях применяются в качестве припоев. Сплавы имеют широкую область кристаллизации, а паяный шов обладает низкими механическими свойствами, что обусловливает ограниченное применение припоев на основе этой системы.
Ag– Си – Cd. Медь совершенно не растворяет кадмий, а образует с ним хрупкое соединение Cu2Cd. При достаточно большом содержании серебра в сплаве кадмий, растворяясь в серебре, делает сплав вязким, пластичным и весьма устойчивым к потускнению.
Серебряно-медные сплавы с небольшими добавками кадмия особенно хорошо подходят для глубокой вытяжки и чеканки.
Ag-Си– Zn. Несколько сотых долей процента цинка, введенных в расплав перед разливкой, значительно повышают жидкотекучесть сплавов серебра с медью. Кроме того, небольшие добавки цинка делают сплавы более устойчивыми к потускнению и более пластичными. Медь растворяет до 39 % цинка. При большем содержании цинка в сплавах серебра с медью образуются тройные сплавы с низкой температурой плавления. Такие сплавы нашли широкое применение в качестве припоев.