МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВОВ БЕЛОГО ЗОЛОТА

Сплавы золота белого цвета применяются в ювелирной промышленности для изготовления украшений с бриллиантами. Традиционные сплавы содержат золото, серебро и палладий, иногда легируются никелем [1,2].

В последние годы промышленное распространение получили новые сплавы белого золота системы золото — медь — никель — цинк (сплавы ЗлМНЦ) [2]. Эти сплавы предназначены для изготовления ювелирных изделий методом литья. От сплавов первого типа (ЗлСрПд) они отличаются хорошими литейными свойствами, пониженной температурой плавления, высокой прочностью и твердостью. Сплавы системы ЗлМНЦ более экономичны, так как не содержат, кроме золота, других драгоценных металлов [3]. Однако свойства сплавов системы ЗлМНЦ изучены недостаточно. Различные предприятия в практике используют эмпирически подобранные составы, имеющие общие недостатки.

Цель настоящей работы —- исследование объективных характеристик сплавов белого золота, известных из практики отечественной и зарубежной промышленности (табл. 1).

Таблица 1

Составы сплавов белого золота

1. Методика исследования

Механические свойства определяли на литых микрогагаринских образцах длиной 15 мм, диаметр рабочей части — 3 мм. Образцы отливались центробежным методом в керамические формы на гипсовом связующем. В качестве шихты для литья образцов использовались как первичные металлы (золото 999,9 пробы и лигатура медь — никель — цинк), так и оборотный металл (литники и образцы первой плавки).

Образцы сплава ЗлМНЦ 750-100-100 получены переплавом полуфабрикатов, поставляемых по ТУ 48-1-267-76 [5].

Образцы испытывали на разрывной машине марки Р-5, записывая диаграммы растяжения (6-9 образцов одного состава в одном состоянии). Испытания образцов проводились после литья и после дополнительного отжига в печи «Соло». Критические температуры плавления определялись на приборе типа ФПК-59, при этом записывались кривые нагрева и охлаждения с помощью потенциометра.

Цветовые характеристики определены по кривым спектрального отражения, снятым на спектрофотометре СФ-14.

Жидкотекучесть сплавов оценивали по длине спиральной пробы диаметром 2 мм, заливаемой па центробежной установке в керамическую форму.

Шероховатость поверхности определяли с помощью профилографа — профилометра на наиболее гладких участках поверхности плоских образцов.

Ликвационную неоднородность распределения компонентов сплавов исследовали с помощью рентгеноспектрального микроанализа бора JХА—ЗА (Япония) с разрешающей способностью 1 мкм.

Рентгеноструктурный анализ проводили на установке УРС-50И.

2. Результаты исследования

Механические характеристики. Прочность и предел пропорциональности сплавов ЗлМНЦ выше, чем у сплавов ЗлСрМ с аналогичным содержанием золота и меди. Прочностные характеристики сплавов ЗлМНЦ повышаются, главным образом, за счет легирования никелем (табл. 2). На прочность сплавов золота 583 пробы с примерно равным содержанием никеля (№ 6, 7, 9) влияет содержание цинка. Пластичность сплавов ЗлМНЦ ниже, чем у их аналогов в троимой системе ЗлСрМ. При этом относительное удлинение сплавов ЗлМНЦ 583 пробы выше, чем у высокопробных сплавов ЗлМНЦ 750.

Все исследованные сплавы имели однофазную структуру, кроме сплава ЗлМНЦ 750-100-100 (750-2), у которого и после литья, и после отжига обнаружено упорядочение типа АВ₃.

При механических испытаниях образцов этого сплава выявлена потеря пластичности (см. табл. 2). Случаи растрескивания изделий из сплава этого состава отмечались и в практике ювелирных предприятий. Таким образом, пониженные свойства этого сплава можно объяснить особенностями структуры исследованных образцов. Полагаем, что в случае однофазного состояния сплава свойства его будут на уровне других сплавов этого типа.

В группе золота 583 пробы сплав ЗлМНЦ 583-250-125 по своим механическим свойствам наиболее близок к сплаву ЗлСрМ 583-80 и, следовательно, более других отвечает сложившимся технологическим приемам ювелирного производства.

Литейные свойства сплавов. Наиболее высокой жидкотекучестью обладают сплавы 750-1 и 750-2 (табл. 3). Последовательность распределения сплавов по длине спирального канала зависит от отношения содержания в сплаве никеля к цинку (внутри каждой группы). Сплавы 750 пробы с максимальной жидкотекучестью имеют указанное соотношение 3/1 и 2/1. С увеличением отношения никель/цинк жидкотекучесть падает. Нарушение этой зависимости в сплаве 583-10 можно объяснить воздействием марганца, так же как и цинка, повышающего жидкотекучесть.

Увеличение содержания никеля до 17% (сплав 583-8) приводит к повышению температуры плавления почти до 1300 К и расширению интервала кристаллизации до 120 К.

Наименьшее среднее значение величины зерна отмечено у сплава 583-10, легированного марганцем. Однако шероховатость поверхности отливок у этого сплава выше, чем у всех остальных литейных сплавов.

Цвет. Для сплавов белого золота из цветных характеристик имеет значение насыщенность цвета. В каждой из исследованных групп насыщенность цвета определяется суммарным содержанием никеля и цинка. Наименьшую сумму этих компонентов содержит сплав 750-1, он и обладает наиболее высокой насыщенностью цвета — 13%. Визуально это выражается в легком желтоватом нацвете у полированных изделий.

Из этих данных следует, что сплавы белого золота можно получить в том случае, если насыщенность не превышает 10%. Все сплавы 583 пробы отвечают этому требованию.

Ликвационная неоднородность. Исследование распределения основных компонентов методом микрозондового рентгеноспектрального анализа показало, что золото и никель в литой структуре сплавов ЗлМНЦ распределяется неравномерно (табл. 4). Особенно велика ликвация этих элементов в сплавах 583 пробы.

Из сопоставления фотографий микроструктур и кривых характеристического излучения следует, что в литом состоянии оси дендритов обогащены никелем, обеднены золотом и цинком.

Явление ликвационной неоднородности исследованных сплавов 583 пробы не позволяет определять пробность ювелирных изделий методом натира.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Из исследованных сплавов 750 пробы оптимальным сочетанием свойств обладает сплав ЗлМНЦ 750-150-75. Однако высокую насыщенность цвета (13%) следует отнести к его недостаткам. Заслуживает внимания и сплав ЗлМНЦ 750-150-100, так как по теоретическим разработкам [4] в нем не должно происходить упорядочения по типу АВ. Высокие прочностные характеристики этих сплавов — примерно в 2,5 раза выше, чем у традиционного для ювелирной промышленности сплава ЗлСрМ 583-80 — также следует отнести к недостаткам. Это повышает трудоемкость изготовления ювелирных изделий, увеличивает брак по сколам драгоценных камней на закрепке.

Следовательно, сплавы типа ЗлМНЦ требуют дальнейшего совершенствования.

2. В группе сплавов 583 пробы оптимальным сочетанием свойств обладает сплав ЗлМНЦ 583-250-125. По технологичности сплав этой марки можно считать пригодным для ювелирного производства, так как по пластичности и пределу пропорциональности он находится на уровне сплава ЗлСрМ 583-80. Недостатком этого сплава, как и всех других сплавов ЗлМНЦ 583 пробы, является высокий уровень ликвации по золоту и никелю, что не позволяет пробировать изделия с достаточной точностью. Следовательно, без дополнительных разработок по снижению ликвации сплавы ЗлМНЦ 583 пробы применять не следует.

3. Резко отличаются от рассмотренных выше сплавов системы ЗлСрПд. Предел пропорциональности сплава ЗлСрПд 583-257-180 в три раза ниже, чем у сплава ЗлСрМ 583-80. В результате чего недостаточно прочна закрепка камней. Низкая твердость сплава повышает трудоемкость при полировке изделий, к тому же при носке украшений полировка быстро тускнеет. Температура плавления этого сплава не позволяет использовать его для изготовления отливок на обычном оборудовании. Следовательно, существующие сплавы золота белого цвета не удовлетворяют в полной мере требованиям современного ювелирного производства.