Материалы для ювелирных изделий - Владимир Куманин

В ряде стран – США, Великобритании, Швейцарии – принята каратная система. По этой системе чистое золото (проба 1000) соответствует 24 условным единицам – каратам. Обозначение проб золотых сплавов в различных системах следующее:

В России основную массу ювелирных изделий изготовляют из сплавов проб 750, 583 и 375 (обозначаются 750°, 583° и 375°). За рубежом широко используют 18– и 14-кα-ратные сплавы. Низкопробные сплавы в разных странах могут содержать различное количество золота. В США самым низкопробным является 10-каратый сплав (41,6 % Аи). В Западной Европе и на Ближнем Востоке для производства обручальных колец широко применяют сплавы пробы 333.

В различных странах существуют разные допуски на содержание золота в ювелирных сплавах. Так, в России допускается отклонение от номинального содержания ±3 пробы, в Германии – отклонение в сторону меньшего содержания золота не должно превышать 5 проб, в Швейцарии не допускается содержание золота ниже номинала.

Помимо указанных сплавов за рубежом широко используют 10– и 12-каратные сплавы для плакирования неблагородных металлов. Плакированные материалы дешевы, и изделия из них весьма популярны. В общем объеме ювелирного производства они занимают порядка 20 %.

Большое значение при использовании сплавов на основе золота при производстве ювелирных изделий приобрел метод обесцвечивания золота в результате легирования сплава никелем или палладием. Добавки небольших количеств этих металлов меняют цвет золота. Это было использовано при разработке ювелирных сплавов высокопробного белого золота взамен более дорогой платины.

Химическая стойкость сплавов системы Au – Ag – Си меняется неравномерно. По Тамману различаются следующие зоны химической стойкости сплавов системы Au – Ag – Си.

Стойкие (атомная доля золота 100—50 %). Эти сплавы устойчивы против сильных минеральных кислот и растворяются только в царской водки.

Слаборастворимые (атомная доля золота 50–37,5 %). Сильные кислоты растворяют компоненты сплава до тех пор, пока содержание атомов золота в нем не достигнет 50 % и сплав не станет стойким.

Растворимые (атомная доля золота 37,5—25 %). Присадочные металлы под действием сильных кислот полностью разрушаются, и золото остается в виде нерастворимого осадка.

Тускнеющие (атомная доля золота менее 25 %). Сплавы этой области разлагаются под действием кислот. Присутствие в воздухе сероводорода, аммиака и влаги вызывает потускнение их поверхности.

11.3. Золотые сплавы различных проб

Сплав 750-й пробы. Как упоминалось ранее, золото и медь имеют неограниченную взаимную растворимость, но при 50 атомных % и 25 атомных % золота в этих сплавах происходит упорядочение по типу AgCu и AgCu. Однофазные твердые растворы при охлаждении распадаются на две фазы. Максимальная температура фазового перехода, равная 100 °C, соответствует сплаву ЗлСрМ750-125 с одинаковым количеством серебра и меди. Увеличение содержания любого из легирующих элементов (меди или серебра) приведет к снижению температуры фазового перехода (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Влияние количества Си и Ag на температуру кристаллизации сплава золота 750-й пробы.

Золотые сплавы 750-й пробы делятся на цветные и белые. Технологические и декоративные свойства этих сплавов, представляющие собой тройную систему Au – Ag – Си, зависят от соотношения меди и серебра в сплаве. В диапазоне температур ниже солидуса эти сплавы представляют собой однородные твердые растворы. Интервал плавления всех сплавов 750-й пробы составляет 20–25 °C. Это позволяет заключить, что соответствующей термической обработкой можно получить мягкие или твердые сплавы. Сплавы после отжига, закаленные в воде, обладают невысокой твердостью и хорошей пластичностью. Дисперсионное твердение при низкотемпературном отжиге приводит к росту твердости при одновременном снижении пластичности. Это позволяет повышать износостойкость сплавов. Кроме процессов старения в сплавах ЗлСрМ750 может происходить атомное упорядочение.

Таблица 11.4

Влияние термообработки на твердость ювелирных сплавов

* В числителе дана твердость после закалки, в знаменателе – твердость после закалки со старением. Температура закалки всех сплавов 750 °C

Подробно эти процессы изложены в главе, посвященной термообработке. В таблице 11.4 приведена твердость ювелирных золотых сплавов 750-й пробы после закалки и после закалки со старением.

На рис. 11.3 представлен гpaфик изменения механических свойств сплавов золота 750-й пробы. Номера кривых соответствуют следующим механическим свойствам: 1 – предел прочности σв в МПа; 2 – относительное удлинение δ в %; 3 – твердость НВ; 4 – твердость после закалки и старения НВ.

Рис. 11.3. Влияние состава на механические свойства сплава золота 750-й пробы.

Для сплавов ЗлСрМ750 с малым содержанием серебра отмечено значительное изменение механических свойств даже в результате кратковременного пребывания в области температур атомного упорядочения. Так, пребывание образцов из сплава ЗлСрМ750-125 в интервале температур 310–325 °C, где наиболее интенсивно проходят процессы упорядочения атомов, в течение 30 мин при охлаждении вместе с печью привело к увеличению предела текучести вдвое и уменьшению пластичности в пять раз.

У сплавов с большим содержанием серебра (16–18 %) диапазон изменения механических свойств несколько меньше.

Пластичность сплавов остается сравнительно высокой при всех термических обработках. Им свойственна меньшая чувствительность механических свойств к размеру зерна. Кроме того, в этих сплавах резко снижена скорость упорядочения; закалкой от высоких температур в них удается зафиксировать неупорядоченное состояние. Значительное упрочнение сплавов происходит только в результате длительных термических обработок.

Увеличение количества серебра в сплаве до 21,3 % приводит к тому, что даже длительные термические обработки не оказывают влияния на механические свойства.

Особенностью сплавов марки ЗлСрМ750 является то, что в них никогда не наблюдается самопроизвольное растрескивание при упорядочении, что позволяет подвергать их многократным термообработкам, т. е. упрочнять либо разупрочнять сплав в результате фазовых превращений. Наибольшее изменение механических свойств происходит за счет совместного действия упорядочения и старения. Гораздо слабее изменяются механические свойства под действием только одного атомного упорядочения и практически не изменяются в результате старения.

Цвет сплавов ЗлСрМ750 изменяется в зависимости от содержания легирующих элементов от зеленого (золото – серебро) до красного (золото – медь).

Лучшим сочетанием декоративных и технологических свойств обладают сплавы ЗлСрМ750-125 (имеет ярко-желтый с розовым оттенком цвет) и ЗлСрМ750-150 (имеющий зеленовато-желтый цвет).

Сплавы 750-й пробы хорошо куются, технологичны для нанесения эмали, но при содержании в ставе более 16 % меди цвет эмали может тускнеть.

Свойства некоторых сплавов 750-й пробы после закалки приведены в таблице 11.5.

Таблица 11.5

Свойства многокомпонентных сплавов золота 750-й пробы

Как видно из табл. 11.5, сплавы 750-й пробы могут иметь розовый или желтый оттенок в зависимости от количества серебра и меди.

Весьма элегантный белый цвет достигается при легировании золота палладием и рядом других элементов.

Белое золото 750-й пробы. Золото приобретает белый цвет при добавлении к нему палладия (около 16 %), а также никеля и цинка. В отечественной промышленности наиболее широко применяется сплав белого золота 750-й пробы ЗлМНЦ 12,5-10-2,5.

Химический состав сплава: золото – 74,5—75,5 %; медь – 12,0—13,0 %; никель – 9,5—10,5 %; цинк – 2,0–3,0 %; допускаются примеси свинца, сурьмы и висмута в количестве не более 0,005 % каждая и железа не более 0,1 %.

При температурах выше 660 °C сплав является однофазным твердым раствором. В твердом состоянии в сплаве могут происходить три фазовых превращения. При температурах ниже 660 °C (до 360 °C) однофазный твердый раствор начинает распадаться с выделением фазы, богатой никелем. Старение сплава осуществляется по механизму классического прерывистого распада. Грубые пластины выделения образуются на границах зерен и постепенно разрастаются вглубь. Скорость превращения для сплава ЗлМНЦ 12,5-10-2,5 невелика (при температуре 600 °C полное превращение во всем объеме происходит примерно за 100 ч). Старение по прерывистому механизму не оказывает существенного влияния на механические свойства сплава: пластичность остается высокой.

В интервале температур 360–290 °C кроме распада в сплаве происходит упорядочение атомов золота и цинка с образованием структуры типа АВ3 (Au3 Zn). Микроструктура имеет обычный для твердого раствора вид. Сплавы со структурой AugZn также отличаются высокой пластичностью.