Материалы для ювелирных изделий - Владимир Куманин

При температуре ниже 290 °C в сплаве происходит упорядочение атомов золота и меди с образованием структуры CuAu. Зерна состоят из большого количества областей, имеющих форму пластин, интенсивность травления которых различна. Установлено, что в этих областях преобладают домены одной ориентировки, которые также имеют форму пластин.

Упорядочение по типу АВ (CuAu) приводит к резкому изменению механических свойств. Пластичность сплава по сравнению с неупорядоченным состоянием снижается в 10 раз, а предел текучести возрастает почти в два раза. Уже 5-минутная выдержка приводит к охрупчиванию материала. Во многих зернах наблюдается при этом возникновение тонкой пластинчатой структуры. С увеличением времени выдержки структура становится более отчетливой, а сопротивление деформированию резко возрастает. Полное упорядочение сплавов происходит в течение примерно 10 мин.

Процесс упорядочения в сплаве ЗлМНЦ 12,5-Ю-2,5 замедлен по сравнению с бинарным медно-золотым сплавом.

Фазовые превращения в сплаве ЗлМНЦ 12,5-10-2,5 оказывают взаимное влияние друг на друга. Так, при термической обработке сплава в температурном интервале упорядочения по АВЗ механизм старения изменяется. Прерывистый распад подавляется полностью и заменяется выделением фазы по всему объему зерна. Предпочтительными местами выделения фазы становятся антифазные границы.

Если сплав, закаленный от температуры, превышающей температуру начала старения, подвергнуть термической обработке при температуре 270–290 °C, то скорость упорядочения по АВ значительно превысит скорость образования обогащенной никелем фазы. Возникшие в процессе нагрева зародыши упорядочения с повышением температуры будут сливаться в крупные доменные пластины, что приведет к возникновению высоких внутренних напряжений и растрескиванию крупнозернистого сплава по границам зерен. В мелкозернистом сплаве напряжения недостаточны для его самопроизвольного разрушения. При более низких температурах скорость упорядочения снижается, и на доменных границах успевает образоваться сетка выделений. Создание сетки выделений обогащенной никелем фазы ограничивает размер доменов при упорядочении по АВ и позволяет избежать самопроизвольного разрушения сплава по границам зерен, однако требует длительных выдержек при термической обработке.

Ставы 583-й пробы . Сплавы золота 583-й и родственной ей 585-й пробы обладают хорошими технологическими свойствами, имеют красивый внешний вид, высокие антикоррозионные и механические свойства.

Сплавы золота 585-й пробы приведены в соответствие с международным стандартом и имеют положительный ремедиум 5 единиц. Если на сплавах 583-й пробы концентрированная азотная кислота может оставлять мутный налет, то на сплавы 585-й пробы она не действует.

Рис. 11.4. Влияние количества Си и Ag на температуру кристаллизации сплава золота 585-й пробы.

Наиболее легкоплавкими являются сплавы с атомной долей меди в пределах от 22 до 25 % с соотношением Ag/Cu = 1. Интервал затвердевания всех сплавов 583-й пробы остается сравнительно узким и не превышает 50 °C. После затвердевания структура сплава представляет собой однофазный твердый раствор. При температурах и концентрациях, соответствующих пунктирной кривой на рис. 11.4, происходит распад перенасыщенных однофазных твердых растворов на две фазы. Максимальная температура перехода, равная 660 °C, соответствует сплаву с содержанием меди около 21 %. С увеличением и уменьшением содержания меди в сплаве золота 583-й пробы температура фазового перехода уменьшается. В результате протекания вышеуказанных фазовых превращений сплавы золота 583-й пробы могут изменять свои физико-механические свойства (см. рис. 11.5).

Рис. 11.5.

Влияние состава на механические свойства сплавов золота 585°.

НВ1 – твердость после закалки и старения.

Наиболее широко в ювелирной промышленности применяется сплав ЗлСрМ583-80.

В таблице 11.6 приведены свойства сплавов золота родственной 585-й пробы в закаленном состоянии.

Последний сплав, приведенный в таблице 11.6, очень близок к отечественному стандартному сплаву марки ЗлСрМ583-80 (58,3 % Аи; 8 % Ag; остальное Си). Для данного сплава характерно деформационное упрочнение.

Таблица 11.6

Свойства сплавов золота 585-й пробы

Рис. 11.6. Микроструктура сплава золота 585-й пробы. Увеличение х 400.

При низкотемпературных отжигах в интервале температур 290–200 °C, когда в сплаве происходит упорядочение, наблюдаются резкое повышение предела прочности и снижение пластичности. Хрупкость сплава обусловлена возникновением мелкодисперсионной структуры с большими упругими искажениями решетки. Эффект охрупчивания проявляется сильнее всего у крупнозернистого материала. Если хрупкость вызвана структурно-фазовыми превращениями в сплаве, то она может быть ликвидирована кратковременным нагревом до температуры 700 °C с последующей закалкой.

Микроструктура сплава после электрохимического травления показана на рис. 11.6.

Сплавы золота низких проб. Из сплавов 375-й пробы и родственной ей 333-й пробы на ювелирных предприятиях изготовляют дешевую продукцию массового назначения. Составы и свойства некоторых сплавов золота 375-й пробы приведены в таблице 11.7.

Таблица 11.7

Свойства сплавов золота 375-й пробы

* В числителе – после отжига, в знаменателе – после деформации

Сплав 375-й пробы с палладием (последний состав) по коррозионным свойствам превосходит другие сплавы, но имеет плохие литейные свойства из-за большого температурного интервала плавления.

Наибольшую пластичность сплав 375-й пробы имеет при комнатной температуре. Сплавы с большим содержанием меди имеют красноватый оттенок, но по сравнению с медью более светлые. Среди сплавов с высоким содержанием меди только сплав состава 37,5 % Au, 2 % Ag, 52 % Си, 8 % Sn, 0,5 % Со имеет желтый цвет.

Некоторые свойства сплавов золота родственной 333-й пробы приведены в таблице 11.8.

Таблица 11.8

Свойства сплавов золота 333-й пробы

В зависимости от содержания серебра и меди микроструктура сплавов может значительно различаться. Пример литой структуры сплава Au – Ag – Си 333-й пробы показан на рис. 11.7, а микроструктуры заэвтектического сплава той же пробы – на рис. 11.8.

Рис. 11.7. Микроструктура сплава Au – Ag – Си 333-Й пробы в литом состоянии. Увеличение х 500.

При содержании серебра выше 15 % низкопробные золотые сплавы упрочняются при термообработке, но в значительно меньшей степени, чем сплавы 583-й и 750-й проб. У сплавов, лежащих на границе областей твердых растворов, и доэвтектических сплавов, содержащих около 10 % меди, благодаря старению твердость увеличивается в 2 раза. Упрочнение в обедненных золотом сплавах происходит за счет дисперсионного твердения в системе золото – медь. Отрицательным свойством сплавов является их низкая коррозионная стойкость, в результате чего сплавы на воздухе довольно неустойчивы и быстро тускнеют.

Рис. 11.8. Микроструктура заэвтектического сплава Au – Ag – Си 333-Й пробы в литом состоянии. Увеличение х 500.

ВНИИ Гознака разработан низкопробный золотой сплав ЭлСрПдМ375-100-38, содержащий 37,5 % золота, 3,8 % палладия, 10 % серебра, остальное медь, обладающий повышенной по сравнению с известными отечественными и зарубежными сплавами коррозионной стойкостью. С увеличением содержания меди сплавы приобретают красноватый оттенок, а при содержании 66,7 % меди – красный цвет.

Структура сплавов, содержащих менее 12 и свыше 50 % меди, представляет собой однородный твердый раствор. Сплав с содержанием меди 28,5 % имеет эвтектическую структуру. Сплавы с содержанием меди от 12 до 28,5 % затвердевают с выделением сначала α-фазы, а сплавы с содержанием меди от 28,5 до 50 % – с выделением вначале β-фазы. Остаточный расплав в обоих случаях затвердевает с одновременным выделением мелких α– и β-кристаллов эвтектики, располагающихся вокруг первоначально затвердевших крупных зерен ос– или β-фазы.

По коррозионной стойкости в атмосферных условиях и при ношении (изделия из него), а также по цвету, механическим и технологическим свойствам сплав ЗлСрПдМ375-100-38 аналогичен сплаву ЭлСрМ583-80. Сплав хорошо обрабатывается давлением в холодном состоянии, допуская деформацию до 70–80 %, и в настоящее время применяется для серийного изготовления обручальных колец. При этом в наклепанном состоянии твердость по Виккерсу достигает 232, а в отожженном – 153 единицы.

11.4. Влияние легирующих элементов и примесей на свойства сплавов золота

Легирующие элементы и примеси оказывают следующее действие на свойства сплавов золота.

Никель. Золото и никель обладают неограниченной растворимостью в жидком, а при высоких температурах и в твердом состоянии. Сплавы системы золото – никель имеют гранецентрированную кристаллическую решетку. Легирование золота никелем, так же как и легирование никеля золотом, сопровождается повышением твердости легируемого металла. Никель хорошо растворяется в меди, а в серебре он практически нерастворим. Никель входит в состав менее благородного, чем с палладием, белого золота системы золото – медь – никель – цинк. Для придания сплаву белого цвета достаточно, как правило, содержания в сплаве от 10 до 14 % Ni. Максимум белой окраски достигается при 17 % никеля.