Материалы для ювелирных изделий - Владимир Куманин

Цинковые припои в основном используют для пайки алюминиевых сплавов. Хорошо оправдал себя припой, представляющий сплав цинка с 40 % кадмия. Этот сплав имеет температуру плавления 266 °C, временное сопротивление 100 МПа и относительное удлинение 5 %.

Припой является заэвтектическим сплавом системы кадмий – цинк, структура которого состоит из первичных кристаллов P-твердого раствора кадмия в цинке и эвтектики (α + β), где α– твердый раствор цинка в кадмии. Диаграмма состояния приведена на рис. 9.3.

10. Серебро и его сплавы

Серебро – химический элемент, металл. Атомный номер 47, атомный вес 107,8. Плотность 10,5 г/см3. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая (ГЦК). Температура плавления 963 °C, кипения 2865 °C. Твердость по Бринеллю 16,7.

Серебро – металл белого цвета. Считается вторым после золота благородным металлом. Полированное чистое серебро практически не изменяет свой цвет на воздухе. Однако под воздействием сероводорода воздуха на поверхности со временем образуется темный налет – сульфид серебра Ag2S. Серебро по сравнению с золотом и платиной менее устойчиво в кислотах и щелочах.

Серебро прекрасно деформируется как в холодном, так и в горячем состоянии. Хорошо полируется, имеет высокую отражательную способность.

Широкое применение серебра в фотографии и электротехнике обусловлено его уникальными физическими свойствами – самой высокой среди металлов электро– и теплопроводностью.

Несмотря на то что серебро сравнительно редкий элемент (его содержание в земной коре всего 7 х 10-6%, в морской воде еще меньше – 3 х 10-8%), оно на протяжении многих столетий широко используется в ювелирном производстве. Это в первую очередь связано с высокими декоративными свойствами серебра, а также с его уникальной пластичностью. Ювелирные изделия из серебра часто выполняются в технике скани – узора из тонкой проволоки. Из серебра изготавливают нити для серебряного шитья.

Для изготовления ювелирных изделий, а также в электронной промышленности используется как чистое серебро, так и его сплавы с медью и платиной.

Марки серебра и серебряных сплавов регламентированы ГОСТом 6836-80.

Стандарт распространяется на сплавы, предназначенные для электротехнических проводников и контактов, ювелирных изделий, струн музыкальных инструментов.

Согласно указанному стандарту, серебряные сплавы обозначают буквами Ср, вслед за которыми указываются лигатуры (Пт – платина, Пд – палладий, М – медь). Цифры после буквенного обозначения сплава указывают массовую долю серебра, выраженную в промилле (десятых долях процента) для чистого серебра и серебряно-медных сплавов (например, Ср999, СрМ91б, СрМ950 и т. д.), или массовую долю основных легирующих компонентов, выраженную в процентах (в этом случае цифра отделяется от буквенного обозначения не пробелом, а дефисом, например: СрПл-12 (12 % Pt, 88 % Ag), СрПд-40 (40 % Pd, 60 % Ag).

Все серебряные сплавы (ГОСТ 6836-80) могут быть использованы в электротехнической промышленности для производства контактных групп различного назначения. Для изготовления струн музыкальных инструментов используется сплав СрМ 950.

ГОСТ 6836-80 устанавливает марки серебра и серебряных сплавов с медью, платиной и палладием, предназначенных для изготовления полуфабрикатов изделий методом литья, горячей и холодной деформации. Прочие серебряные сплавы регламентируются отраслевыми стандартами или ТУ.

Химический состав серебра и его сплавов должен соответствовать нормам, указанным в таблицах 10.1, 10.2, 10.3 (ГОСТ 6836-80). Серебряно-платиновые сплавы, как более дорогие, в ювелирной промышленности применяются реже.

Таблица 10.1

Серебро

Таблица 10.2

Серебряно-медные сплавы

Таблица 10.3

Серебряно-платиновые сплавы.

10.1. Двухкомпонентные сплавы серебра

В ювелирной промышленности в основном используются сплавы на основе серебра, которые относятся к системе Ag – Си.

Диаграмма состояния сплавов системы Ag – Си показана на рис. 3.7.

Данная диаграмма относится к эвтектическим диаграммам с ограниченной растворимостью. Так, серебро растворяет медь, концентрация которой при температуре эвтектического превращения 779 °C может достигать 8,8 %, образуя при этом α-твердый раствор (91,2 % Ag, 8,8 % Си). Медь, в свою очередь, растворяет серебро, максимальная растворимость которого 8 %, образуя α-твердый раствор (92 % Си, 8 % Ag). Эвтектика (71,5 % Ag, 28,5 % Си) состоит из смеси α– и β-кристаллов твердых растворов. При температуре кристаллизации эвтектики (779 °C) в обоих твердых растворах достигается максимальная растворимость второго элемента. Таким образом, сплавы, содержащие 91,2—71,5 % Ag, являются доэвтектическими, а содержащие 71,5–8 % Ag – заэвтектическими. В ювелирном деле, как правило, используются сплавы, содержащие более 71,5 % Ag.

С понижением температуры растворимость меди в α-твердом растворе и серебра в β-твердом растворе понижается. Таким образом, 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 P-фазы может составлять 10 % всей структуры. Это особенно существенно для сплавов СрМ 950, СрМ 925, СрМ 900 и СрМ 875.

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 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.

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.