В ювелирной промышленности для изготовления золотых изделий используют в большинстве случаев сплавы системы золото-серебро-медь, которые могут содержать добавки никеля, палладия, цинка, индия, кобальта, кадмия, бора.
Соотношение серебра и меди определяет цветовые оттенки сплавов и их механические свойства.
В обозначении марок сплавов золота буквы означают: Зл – золото, Ср – серебро, Пл. – платина, М – медь, Н – никель, Ц – цинк, Пд – палладий, Рд – родий, И – иридий, Кд – кадмий.
Цифры в марках сплавов обозначают: в золотых, золото-серебряных, золото-серебряно-медных, золото-медных сплавах – массовую долю золота и серебра в тысячных долях (пробах); в марках золото-никелевых, золото-платиновых, золото-палладиевых, золото-медно-никелево-цинковых сплавах – массовую долю второго, третьего и четвертого компонентов.
Механические свойства сплавов существенно зависят от их составов и режимов термической обработки. Чем меньше в сплаве серебра, тем эффективнее можно упрочнять сплав в результате фазовых превращений, поскольку соотношение золота и меди в нем все еще мало отклоняется от стехиометрического состава CuAu.
Составы сплавов различных систем приведены в таблицах 1-9.
ТРОЙНАЯ СИСТЕМА Au – Ag – Cu
Диаграмма состояния. Если диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов изображаются на плоскости, то процессы, происходящие в трехкомпонентном сплаве, описываются пространственной диаграммой, которая представляет собой трехгранную призму (рис 1). В основании призмы лежит треугольник, углы которого соответствуют чистым металлам, а стороны – двойным системам (Au-Ag, Au-Cu, Ag-Cu). Из кривых ликвидуса образуется поверхность ликвидуса. Выше этой поверхности все сплавы находятся в жидком состоянии. Кривые солидуса образуют поверхность солидуса. Между этими поверхностями металл находится в “тестообразном” состоянии, т.е. сосуществует расплав и твердые кристаллы.
Концентрационные треугольники и вертикальные разрезы. На практике такие объемные диаграммы не используются. Наиболее приемлемой формой диаграмм тройной системы являются концентрационные треугольники поверхностей ликвидуса и солидуса.
Если через определенный температурный интервал провести горизонтальные плоскости через поверхность ликвидуса и спроектировать линии пересечения на основание диаграммы, то получим концентрационный треугольник поверхности ликвидуса (рис 2). Аналогично строится концентрационный треугольник поверхности солидуса (рис 3). Линии пересечения плоскостей называются изотермами, так как горизонтальная плоскость отвечает по диаграмме одной определенной температуре. Содержание чистого металла в сплаве определяется линией параллельной стороне треугольника, лежащей против соответствующего угла. Из цифр на сторонах треугольника определяется количественное значение компонента.
В качестве примера возьмем несколько точек ( A, B, C) на треугольнике изотерм ликвидуса (рис 2).
Эти точки отвечают следующим составам сплавов:
A__________460/000 Au 360/000 Ag 180/000 Cu
B__________320/000 Au 280/000 Ag 400/000 Cu
C__________680/000 Au 280/000 Ag 260/000 Cu
Кроме такого изображения, связанного с горизонтальными сечениями и проекциями изотерм на плоскость основания, рассмотрим получение вертикальных сечений в той же диаграмме. Для этого рассмотрим пространственную диаграмму на рис 4, на которой изображена лишь поверхность ликвидуса. Все три сечения проходят так, что плоскость разреза равномерно удалена от “угла золота”. Благодаря этому все точки сечения соответствуют постоянному содержанию золота. Меняется лишь соотношение серебра и меди.
Из изотерм ликвидуса и солидуса можно сделать вывод о начале и конце затвердевания сплава, а также установить соотношение жидкой и твердой фаз в области плавления. Однако из этих концентрационных треугольников нельзя сделать вывод о поведении компонентов в твердом состоянии. Эти соотношения дают вертикальные разрезы диаграммы.
Структура тройной системы. Так же, как и в системе AG-cu, в тройной системе Au-Ag-Cu различают сплавы с эвтектикой и твердые растворы. В области эвтектической “канавки”, которая простирается от точки эвтектики системы Ag-Cu до точки К (см рис 2), образуя эвтектические сплавы при одновременном выделении α- и β-твердых растворов.
α-твердый раствор представляет собой сплав золота, серебра и небольшого количества меди (до 9%).
β-твердый раствор – сплав золота, меди и небольшого количества серебра (до 8%).
Сплавы, не входящие в эвтектическую область, кристаллизуются так же, как в описанной ранее системе Ag-Cu: если содержание серебра больше эвтектического состава, то как доэвтектические, если меньше – как заэвтектические.
На микрофотографии структур видны большие первичные кристаллы и между ними мелкодисперсная эвтектика. Соответственно системе Ag-Cu сплавы, лежащие вне эвтектической области, будут затвердевать как твердые растворы.
При этом образуется однородная структура, соответствующая чистому металлу. Если состав твердого раствора близок к сплавам с эвтектикой, то при медленном охлаждении происходит частичное распадение твердого раствора, т.е. выделение второй фазы.
Подобно тому, как это было описано выше, можно построить тройную диаграмму механических свойств. В концентрационном треугольнике такой диаграммы все усредненные значения рассматриваемых величин, например твердости по Бринелю, лежат в одной плоскости (рис 5).
Как видно из диаграммы, максимальную твердость имеет сплав 500/000 Au розового цвета. Сплавы, находящиеся вблизи угла серебра, обладают наименьшей твердостью. Сплав золота 750 пробы красного цвета, имеющий в своем составе эвтектику Ag-Cu, имеет наивысшую твердость среди других сплавов золота этой системы.
Сравнивая с этой диаграммой концентрационный треугольник прочности на растяжение (рис 6), можно видеть, что последний сильно напоминает диаграмму твердости: сплавы с высокой твердостью имеют большую прочность.
В диаграмме относительного удлинения (рис 7) это соотношение обратное: сплавы с высокой твердостью и прочностью имеют незначительное удлинение. В области сплавов золота 400 пробы розового цвета, относительное удлинение наименьшее.
Химическая стойкость системы Au-Ag-Cu меняется неравномерно. Границы стойкости лежат в пределах отношения атомов золота к общему содержанию атомов как 2/8; 3/8; 4/8. При этом учитывается также различие серебра и меди в атомных весах и в химической стойкости. По Тамману различают следующие группы сплавов системы Au-Ag-Cu, различающиеся по химической стойкости (рис 8).
Стойкие (8/8 ...4/8; 100 ...50% атомов золота).
Эти сплавы устойчивы против сильных минеральных кислот и растворяются только в царской водке.
Слабо растворимые (4/8 ...3/8; 50....37,5% атомов золота).
Сильные кислоты растворяют компоненты сплава до тех пор, пока содержание атомов золота в нем не достигнет 50% и сплав не станет стойким.
Растворимые (3/8 ...2/8; 37,5 ...25% атомов золота).
Присадочные материалы под действием сильных кислот полностью разрушаются и золото остается в виде нерастворимого осадка.
Тускнеющие (2/8 ...0/8; 25 ...0% атомов золота).
Сплавы этой области разлагаются не только под действием кислот, но даже присутствие в воздухе сероводорода, аммиака и влаги вызывает потускнение их поверхности.
Немає коментарів:
Дописати коментар