Исследование влияния примесей на свойства сплава ЗлСрМ 583-80

Авторы ряда трудов по обработке ювелирных сплавов уделяют большое внимание влиянию примесей на технологические свойства металла [1—3]. Действующий стандарт ГОСТ 6835-72 определяет суммарное содержание примесей в сплаве ЗлСрМ 583-80 не более 0,28%. Строгие ограничения предусмотрены для четырех наиболее вредных примесей — свинца, сурьмы, висмута и железа.

Авторы статьи исследуют влияние серы, алюминия, олова и кремния на механические и технологические характеристики сплава ЗлСрМ 583-80. Исследованные примеси, как правило, попадают в оборотный металл в процессе производства ювелирных изделий.

Для выявления исходного уровня загрязненности сплава были проанализированы на содержание алюминия, кремния, олова, фосфора и серы более 60 партий полуфабрикатов централизованной поставки¹. Результаты анализов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание исследуемых примесей в полуфабрикатах сплава ЗлСрМ 583-80 централизованной поставки

Нижний предел всех исследованных примесей одинаков — 0,0005 вес.%, верхний для фосфора превышает 0,01 вес.%, а для всех остальных находится на уровне 0,003-0,0005 вес.%. Для проведения работы были выплавлены слитки из сплава ЗдСрМ 583-80, специально легированные каждым из исследованных компонентов в трех концентрациях (табл. 2).

¹ Работа по созданию методики и проведению анализов выполнена коллективом сотрудников аналитической лаборатории под руководством канд. хим. наук Чайкина П. И.

Алюминий. При всех трех концентрациях алюминия временное сопротивление разрыву неизменно — 60-62 кгс/мм², т. е. на 20% выше, чем для исходного сплава. Относительное удлинение составляет 38-40%, т. е. находится на нижнем пределе относительного удлинения стандартного сплава 583 пробы.

Твердость и электропроводность сплава при 0,25 А1 заметно ниже, чем на первых двух слитках (при 0,012 и 0,054 вес. % А1). Показатель штампуемости сплавов, легированных алюминием (см. графу 7, табл. 3), свидетельствует о том, что с повышением концентрации алюминия пластичность сплава возрастает. Это означает, что алюминий действует и как легирующий элемент (растворяется в сплаве), и как раскислитель (очищает металл от газов и закиси меди). Поскольку в результате раскисления в расплаве остается окись алюминия А1₂О₃, поверхность металла ухудшается (см. графу 10, табл. 3) уже при 0,01% Al, а при 0,05% Al прокат имеет значительные дефекты на поверхности.

Таким образом, целесообразно ограничить содержание алюминия в сплаве ЗлСрМ 583-80, установив допустимый уровень, совпадающий с максимальным фактическим содержанием алюминия в металле централизованной поставки, т. е. 0,005 вес. % Al.

Олово. Сплав ЗлСрМ 583-80, легированный оловом в количестве 0,008%, по прочности на 20% превосходит среднестатисти¬ческий уровень прочности металла централизованной поставки (61 кгс/мм² против 48 кгс/мм2), а относительное удлинение его совпадает со средней величиной (примерно 44,7%). При повышении содержания олова прочность и твердость снижаются, пластичность практически не изменяется. Электропроводность уменьшается. Уже при 0,008 вес. % Sn на поверхности металла появ¬ляются мелкие плены, при 0,047 вес. % Sn качество поверхности проката резко ухудшается: появляются вздутия и плены. Следовательно, количество олова в сплаве 583 пробы следует ограничить, установив предел 0,005 вес. % Sn.

Кремний. В отличие от алюминия и олова, в достаточных количествах растворяющихся во всех компонентах тройной системы Au—Ag—Cu, кремний растворяется только в меди и не растворяется в твердом золоте и серебре. В сплаве ЗлСрМ 583-80, как показал рентгеноструктурный анализ, кремний растворяется, несколько увеличивая параметр решетки твердого раствора. При введении 0,008 вес. % Si пластичность сплава 583 пробы резко снижается сравнительно с исходными значениями: относительное удлинение на 40%, глубина вытяжки и количество перегибов в два—три раза. Поэтому целесообразно ограничить содержание кремния 0,003 вес. %, т. е. верхним пределом содержания крем¬ния в партиях сплава 583 пробы централизованной поставки. (Примечание: статья написана давно. Сейчас кремний специально вводят в сплавы золота и серебра. См. например.)

Фосфор. Фосфор, как и кремний, растворим только в меди и не растворяется ни в золоте, ни в серебре. По механическим характеристикам сплавы, легированные фосфором, наиболее близки к сплаву централизованной поставки. По сравнению со всеми исследованными сплавами, твердость сплава минимальна, глубина вытяжки и число перегибов — максимальны. На самом низком уровне — электропроводность. Таким образом, фосфор в минимальной степени сказывается на характеристике сплава. Действуя как раскислитель, P повышает пластичность сплава. При содержании не более 0,03 вес. % сохраняется хорошая поверхность проката, однако структура сплава ухудшается: появляются включения - эвтектики между зернами. Поэтому содержание фосфора следует ограничить 0,01 вес. %.

Сера. Растворяясь в расплавах золота, серебра, меди, сера нерастворима в этих металлах в твердом состоянии. Поэтому расплав золота 583 пробы, обогащенный серой, при затвердевании «кипит» даже при 0,02% серы. В последнем случае слиток характеризуется наличием газовой пористости и для прокатки не пригоден. При содержании серы 0,004-0,01 вес. % металл по механическим характеристикам наиболее близок к сплавам, легированным алюминием: повышается прочность при пониженной пластичности. Содержание серы следует ограничить 0,005 вес. %.

Исследование влияния примесей Al, Sn, Si, P и S в тысячных, сотых и десятых долях вес. % на свойства сплава ЗлСрМ 583-80 показало, что все примеси, кроме фосфора, повышают прочность, и снижают пластичность сплава. Фосфор действует как раскислитель, повышая пластичность. Увеличение содержания всех примесей, кроме фосфора, снижает качество поверхности проката.

На основании проведенного исследования можно считать допустимым содержание исследованных примесей не более, вес. %:

Накопленные статистические данные о наличии примесей в оборотном металле позволят оценить достоверность установленных пределов.