11.3. Золотые сплавы различных проб

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

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 ?в в МПа; 2 – относительное удлинение ? в %; 3 – твердость НВ; 4 – твердость после закалки и старения НВ.

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.

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.

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.

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°.

Наиболее широко в ювелирной промышленности применяется сплав ЗлСрМ583-80.

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

Таблица 11.6

Свойства сплавов золота 585-й пробы

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.

Таблица 11.7

Свойства сплавов золота 375-й пробы

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.

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.

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.

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 ?-фазы, а сплавы с содержанием меди от 28,5 до 50 % – с выделением вначале ?-фазы. Остаточный расплав в обоих случаях затвердевает с одновременным выделением мелких ?– и ?-кристаллов эвтектики, располагающихся вокруг первоначально затвердевших крупных зерен ос– или ?-фазы.