CC BY
42
УДК 669.215:671.1 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.43824
Артюх т. м., ФОРМУВАННЯ СПОЖНВННХ
григоренко I. в. ВЛАСТНВОСТЕй ЮВЕЛ1РННХ СПЛАВ1В
НА ОСНОВ1 ЗОЛОТА 585 ПРОБН З МОДНФ1КУЮЧНМН ДОБАВКАМИ
Дослгджено новi ювелiрнi сплави на основi золота з модифжаторами для полтшення спожив-них властивостей ювелiрних виробiв. Симплекс-гратковим методом побудовано математичш моделi та гх геометричш зображення, що описують змти фiзико-механiчних та технологiчних властивостей в системi золото-срiбло-мiдь залежно в^д концентрацг та температури. Вста-новлено вплив модифiкаторiв широкого спектру дп на регулювання показнитв рiдкотекучостi, твердостi, мiцностi оптимальних ювелiрних композицй системи Au-Ag-Cu 585 проби золота.
Ключов1 слова: золото, срiбло, мiдь, ювелiрнi сплави, модиф'жатори золотого сплаву, споживчi властивостi.
1. Вступ
Аналiз розвитку ринку ювелiрноi продукцп в Укра'ш за останш роки свщчить про суттеве збшьшення iмпорту комплектуючих деталей та лкатур, що в умовах сучасноi економжи можна пояснити вщсутшстю власних науко-во-обгрунтованих лкатурних сплавiв для виготовлення ювелiрних виробiв на основi золота. Вiтчизнянi тдпри-емства ювелiрноi галузi випускають ювелiрнi вироби в основному iз сплавiв марок ЗлСрМ 585-80 (бiльше 20 %), у незначнiй кiлькостi використовуються сплави ЗлСрМ 750-150, ЗлСрМ 750-10, ЗлМНЦ 750 та ЗлСрПдМ 375, iншi — лттури закордонного виробни-цтва, не зовсiм пристосоваш до вiтчизняного обладнан-ня, повний склад яких е невщомим. Така обмежешсть асортименту золотих сплавiв, пояснюеться низькою технологiчнiстю, здатнiстю до утворення дефекпв — пористостi, трiщин, крихкость
Ефективне поеднання фiзико-механiчних властивостей ювелiрних сплавiв на основi золота з високими естетичними властивостями, високою антикорозшною здатнiстю до дii агресивних середовищ, свiтлопогоди, iнших умов догляду та експлуатацп, суттевi соцiальнi та економiчнi переваги використання золота як засобу швестицп обумовили застосування ювелiрних сплавiв рiзного кольору для виготовлення масових та ексклю-зивних художшх виробiв побутового призначення [1, 2].
Ювелiрний сплав на основi золота представляе собою багатокомпонентну систему i мктить у шихтовому складд основний дорогоцiнний метал — золото, у кшь-костi (пробi), затвердженоi Законом Украiни; основнi легуючи компоненти: срiбло та мiдь, вмiст яких визна-чено дiаграмами стану для формування ливарних та фiзико-механiчних властивостей сплаву ввдповщно до методу подальшоi механiчноi та термiчноi обробки металу, iншi хiмiчнi добавки, якi забезпечують малий iнтервал кристалiзацii, необхщну рщкотекучкть сплаву, сприяють '¿х ущiльненню, формуванню мiцноi, дрiбнозернистоi струк-тури ювелiрного сплаву в умовах твердiння, термiчноi обробки i старiння, красивого кольору та блиску [3, 4].
Зважаючи на багатофункщональну дiю легуючих ком-понентiв та модифiкаторiв золотого сплаву актуальним завданням щодо полiпшення споживних властивостей ювелiрних виробiв на основi золотих сплавiв е спрямо-ване регулювання процеав фазо- та структуроутворен-ня золотого сплаву шляхом використання комплексу ефективних модифжуючих добавок.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Науковi дослщження у галузi матерiалознавства дорого-цiнних сплавiв на основi золота сприяли поглибленому вивченню хiмiчних, фазових та структуроутворюючих процесiв, що вщбуваються в дiаграмах стану: Аи-Л^, Аи-Си, Ag-Cu, Аи-А^-Си та '¿х впливу на формування властивостей [5, 6]. Дослщженнями дiаграм стану системи золото-срiбло-мiдь (Au-Ag-Cu) встановлено, що утворення фаз, зокрема (а + в) твердого розчину, хiмiчних сполук, мехашчних сумiшей компонентiв, що сплавляються, якi визначають властивостi сплавiв за-лежить вiд концентрацii основних компоненпв та температури. Введення до золотого сплаву мда та срiбла дозволяе суттево змiнити його властивост i отримати красивий колiр, високу твердкть та в'язкiсть. Встановлено тдвищеш показники твердостi, мiцностi на розтягування для сплавiв золота (Аи) 500 проби, i низькi показники — для сплавiв, що мктять максимальну кiлькiсть срiбла. Показники вщносного подовження змiнюються навпаки: у сплавiв з високою твердiстю вiдносне подовження незначне. Але варiацii пропорцш срiбло-мiдь в золотих сплавах дуже обмежеш, тому вони не мають визначального впливу на полшшення властивостей.
Регулювання властивостей здшснюеться введенням до складу потршно' системи: золото-срiбло-мiдь (Аи-Лg-Cu) iнших легуючих компонентiв та модифжуючих добавок, якi змiнюють мехашзм i процеси структуро-утворення фазового складу, що потребуе визначення '¿х впливу на щ процеси з метою визначення виду та вмкту модифiкаторiв для забезпечення рiдкотекучостi
I 42
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 3/4(23], 2015, © Артюх Т. М., Григоренко I. В.
золотих сплавiв та заданих характеристик властивостей ювелiрних сплавiв рiзного функцiонального призначення в процесi термiчноi обробки та споживчо' експлуатацii ювелiрних виробiв [7, 8].
У практищ ювелiрних сплавiв на основi золота як легуючi компоненти в якост регуляторiв рвдкотекучос-тi, температури плавлення та штервалу кристалiзацii, режимiв термообробки, кольору та шших важливих споживних властивостей золотих сплавiв частiше ви-користовують: цинк та нiкель, а також модифжуючи добавки, що створюють ефекти: «впорядкування» (твер-дiння тд час старiння), подрiбнення зерна, дюксидуючий та змiну кольору: марганець, щдш, галiй, цинк бiльше 5 %, олово, кобальт, кремнiй, цирконiй тощо [9-13]. Так, додавання цинку в ювелiрнi сплави на основi золота зумовлюе добру розчиннiсть та полшшуе здатнiсть утворювати твердi та пластичш сплави.
Ефект домiшки щлком залежить вiд ii концентрацii, коефщенту розчинностi у твердому станi i однорiдностi лиття [14]. Встановлено, що основними критерiями при виборi легуючих компонентiв е: значення коефiцiентiв розчинност (а) i розподiлу (ю) та величина мiжфaз-ного натягу на межi розподiлу розплав-кристал [15]. Дослщженнями процесiв кристалiзацii золотих сплавiв з добавками модифiкаторiв, що належать до першоi групи — поверхнево-активних елеменпв або '¿х сполук встановлено уповшьнення росту кристалiв внаслiдок '¿х адсорбцп на границях зерен, якi гальмують '¿х рiст, змь нюють форму, сприяють зменшенню дисперсностi [14]. Найбшьшу поверхневу активнiсть мають елементи з ви-соким коефiцiентом розподiлу (ю). Дослiдженнями встановлено межу коефщенпв при легуваннi сплавiв золота з мщдю для пiдвищення мiцностi i твердостi сплавiв: для золота — а > 20, ю > 0,8 (1); для мда — а > 7, ю > 0,3 (2) [15, 16]. Доведено ввдповщшсть умовi (1) вiсiмнaдцяти елеменпв перiодичноi системи, з них в чинних золотих сплавах сьогодш використовують тiльки шiсть: Си, Ag, Pd, Ni, Zn, Cd. Проте шкель та кaдмiй мають обмежене використання внаслщок '¿х токсичностi, пaлaдiй е дорогоцшним металом i збiльшуе варпсть виробiв.
Доцiльнiсть використання елементiв шшо' групи добавок, пов'язана з утворенням у розплaвi високо-дисперсноi «суспензп». Частинки «суспензп» слугують центрами утворення i зростання кристaлiв. В якост таких модифiкaторiв застосовують тугоплaвкi метали або '¿х сполуки, частинки яких знаходяться у розплaвi у зваженому сташ у докристaлiзaцiйний перiод [17-20]. Кремнш, як добавка використовуеться для регулювання текучост та стiйкостi сплаву до окислення. Вщомо, що iз золотом кремнiй утворюе легкоплавку (при темпера-турi 370 °С) евтектику. Кремнш зумовлюе полшшення текучостi сплaвiв на основi золота 585 проби та дiе як розчинник лише при концентрацп його вiд 0,03 до 0,05 %. Його захисний шар запобкае випаровування цинку й додатково захищае метал вщ впливу окисного середовища. Додавання до золотого сплаву кобальту вщбуваеться з метою надання подрiбнюючоi дii. Вве-дення добавки бору у золой сплави обумовлено його здатшстю до зменшення температури солвдус та лш-вiдус. Добавка цирконш у золотi сплави спрямована на змщнення зрaзкiв.
Проте недостатня визначешсть впливу модифжато-рiв першо' та друго' групи на формування споживних
властивостей i характеристику структури золотого сплаву для виготовлення ювелiрних виробiв обумовлюють необхiднiсть проведення дослщжень в цьому напрямку.
3. 06'ект, ц1ль та задач1 дослщження
Об'ект до^дження — ювелiрнi сплави золота 585 проби рiзного функцюнального призначення, якi представ-леш типовими зразками асортименту ювелiрного ринку Проведет дослщження ставили за мету покращення споживних властивостей ювелiрних сплавiв на основi золота 585 проби, зокрема мщносп, твердостi, пластичности безпечностi шляхом спрямованого регулювання впливу комплексу легуючих та модифжуючих добавок рiзноi функцiональноi ди на особливост про-цесiв структуроутворення золотого сплаву.
Головною метою ще! роботи е дослiдження ювелiр-них сплавiв на основi золота з полшшеними показниками мiцностi, твердостi, пластичностi, безпечност шляхом розробки композицiй на основi золота з урахуванням в iх складi основних та легуючих компоненпв, модифжа-торiв зi спрямованим регулюванням структуроутворення.
Для досягнення поставленоi мети виршували такi задачi:
— визначити закономiрностi впливу вмiсту легуючо-го компоненту — цинку на формування властивостей золотого сплаву;
— визначити вплив комплексу модифжуючих добавок (кремнш (Si), кобальт (Со), марганець (Mn), бор (B), цирконш (Zr) на змшу споживних властивостей ювелiрного сплаву шляхом варшвання ств-вiдношення компоненпв, що входять до шихтовоi композицп.
4. Матер1али та методи дослщження впливу легупчих компонентов та модифжатор1в на споживш властивосТ пвел1рного сплаву на основ1 золота
4.1. Дослщжуваш матер1али та обладнання, що вико-ристовувались в експериментг Дослщження проводили з використанням ювелiрних сплавiв на основi золота системи Au-Ag-Cu-585-80, до складу яких входять золото, срiбло, мщь, як легуючий компонент застосовано цинк (Zn) i модифжатори — кремнiй (Si), кобальт (Со), марганець (Mn), бор (B), цирконш (Cr) 3-х факторних та багатофакторних композищях.
Дослщження хiмiчного аналiзy фiзико-механiчних властивостей, структури зразкiв ювелiрних сплавiв проводили з використанням спектрометру енергш рентге-нiвського випромiнювання СЕР-01 ААЕС.412131.001 виробництва ТОВ «Елватех», мiкротвердомiру LV-700, унiверсального динамометру, металографiчного мжроско-пу, диференцiйного термоаналiзатору/DSC 404 F3 Pegasus.
Експериментальш зразки золотих сплавiв готува-ли в електроiндукцiйних печах з графиовими тиглями пiд шаром флюсу, температура плавки контролювалась термопарою. Для плавки сплавiв використовувалось банювське золото Зл 999,9. В якост легуючих ме-талiв використовувалися лише чисп, сертифiкованi метали. Для введення легуючих елеменпв, що вiдрiз-няються температурою плавлення вщ основи сплаву, було приготовано лттури з мщдю. Для проведення експерименту попередньо були пщготовлеш однаковi
опоки (по однiй для кожного сплаву). У кожнш опоцi здiйснювалася плавка золота (розмiр опоки: 80 мм ^а-метр) х 10 мм (висота). Опоки формувалися гшсом. Цикл вщпалу був наступним: сухе випарювання при температурi 200 °С протягом 3-х годин, про^в вiд 200 °С до 700 °С протягом 5 годин, подальше витри-мування при температурi 750 °С протягом 3 годин, охолодження до температури лиття протягом 30 хви-лин, витримування при збереженш температури лиття до досягнення температурно! гомогешзацп протягом 2 годин. Температура лиття для кожно! опоки стано-вила 700 °С. Температура лиття складала: для сплавiв, дослiджуваних на формозаповнюемшть: температура плавлення +150 °С; для шших сплавiв — температура плавлення +100 °С.
Пiсля завершення лиття вс опоки охолоджувались протягом 20 хвилин, попм вiдмочувались у водi при температурi 25 °С. Розмивку «опок» проводили стру-мом води високого тиску для видалення формомаси та ультразвуком для вибивання !! залишюв з важкодоступ-них мiсць. Старiння сплавiв з метою гомогешзацп !х структури здшснювали за таких умов: вiдлитi зразки назвались в печi до температури 75-80 % вщ соль дуса, що складае близько 600 °С протягом 10-20 хв., а попм охолоджувались у водi при температурi 25 °С.
4.2. Методика визначення показникш властивостей зразшв. Твердiсть дослщжуваних сплавiв визначалась згiдно вимог ГОСТ 2999-75, ГОСТ 9450-76 методом Вжкерса (HV) на мiкротвердомiрi LV-700 шляхом вдав-лювання алмазно! пiрамiдки тд постiйним наванта-женням вагою 50 г.
Визначення мiцностi на розтяг/розрив та ввднос-ного подовження проводилось ввдповвдно до вимог ГОСТ 1497-84 на ушверсальному динамометрi. Для дослщжень на розтяг/розрив було виготовлено про-порцiйнi пласкi зразки з довжиною робочо! частини 3,0 мм. Форма i розмiри головок та перехiдних частин визначались способом кршлення унiверсального динамометра, якi запобкали проковзування зразкiв в захватах, деформащю та руйнування зразкiв в мкцях переходу вiд робочо! частини до головок та в головках.
Зерниспсть визначали вщповщно до ГОСТ 21073.0-75 «Цветные металлы. Методы анализа. Общие требования», ГОСТ 21073.1-75 «Металлы цветные. Определение величины зерна методом сравнения со шкалой микроструктур» на металографiчному мжроскот. Зразки групи № 1 були попередньо оброблеш розчином № 1 Царсько! горшки з додаванням глщерину (азотна кислота 10 % — соляна кислота 30 % — глщерин 5 % — дистильована вода решта) для виявлення границь зерен.
Вимiрювали дiапазон температур солщус та лiквiдус методом термогравиметричного аналiзу на пруткових зразках масою 10 мг. Даний метод базуеться на фжсацп температури зразка тд час його рiвномiрного нагрiву або охолодження та рiзницi температур мiж зразком та еталоном, шляхом введення спаю термопари в осьовi отвори зразюв. Спай з'еднаний iз пристроем, який за-писуе термограму в координатах «температура — час». Рiзниця температур вказуе на явища, що передбачають поглинання або видшення тепла, та дозволяють вимiряти ентальпiю плавлення, температуру переходу в рщкий та твердий стан, а також трансформацп в твердому сташ. Зокрема переходи або вiдновлення та рекристалiзацiя зразкiв, що затвердiли тд час обробки.
Крiм того, даний аналiз дае змогу контролювати масу зразка при перепадах температури, виявляти явища випаровування та окислення основних, легуючих та модифжуючих елементiв сплаву.
Заповнюемiсть форм металом (формозаповнюемкть). У зв'язку з ввдсутшстю стандартизовано'! методики ана-лiзу заповнюваност форм авторами було розроблено власну методику визначення цього параметру.
Зпдно запропоновано! методики визначення вказа-ного показника провадиться на зразках, що являють собою хвилясту решiтку довжиною — 20 мм, висотою — 30 м, товщиною — 0,5 мм. Для цього попередньо було виготовлено полiмернi майстер-моделi за допомогою 3-Д моделювання в програмь Дана програма дае змогу одразу встановити вдеальну вагу повшстю заповнено! форми. На кожну «ялинку» було встановлено по три решггки для визначення формозаповнюваностi кожного окремого сплаву. Шсля проведення процесу лиття гратки були зважеш. За результат приймали середньостатис-тичне значення випробовувань 3-х зазначених зразюв одного сплаву. Реальне ввдсоткове заповнення форм було вирахувано наступною формулою:
MB
РПз = M X I00,
де Рпз — реальне процентне заповнення, Мв — маса ввд-лито! грати, М{ — вдеальна маса повнiстю заповнено! сплавом форми.
Процент формозаповнюваност оцiнювався наступним чином: менше нiж 30 % — незадовшьно; вiд 30 % до 60 % — задовшьно; вiд 60 % до 80 % — добре; вщ 80 % — вщмшно.
5. Результаты дослщжень показнимв споживних властивостей пвел1рних сплав1в на основ1 золота 585 проби
На пiдставi проведених дослiджень визначено власти-вост вихiдного золотого сплаву в системi золото-срiбло-мiдь: Аu-Ag-Cu-585-80, який вщповщае критерiям опти-мiзацii (табл. 1).
Таблиця 1
Власт^^сл сплавiв у систем з□л□т□-срiбл□-мiдь 585 проби
№ Властв^сй Показник
1 Твердшть тсля лиття, га Бринелю (НВ) 120
2 Твердшть тсля старшня, (НВ) 130
3 Мщшсть на р^зтяг (МПа) 450
4 ВщгаСНе ПОД^МеННЯ, % 45
5 Температура шлщус, °С 854
6 Температура лшвщус, °С 900
Оптимальт значення показникiв механiчних властивостей зразюв на основi сплавiв червоного золота 585 проби знаходяться при вмкт в сплавах до 10 % А£ та вщ 15 до 30 % Си.
Результата визначення властивостей зразюв золотого сплаву 585 проби залежно вщ вмшту цинку наведено у табл. 2.
44
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 3/4(23], 2015
Таблиця 2
Показники властивостей сплашв на GCHGBi золота 585 проби з цинком
№ Zn, % Твердеть тсля лиття, по Вшкерсу, HV Твердость тсля старш-ня, по Вшкерсу, HV Мщ-тсть на розтяг, МРа Вщ- носне подов- ження % Зерни-спсть Темпера-тура, сол^ дус, °C Темпера-тура, mrai-дус, °C
1 0,5 140 282 480 37 132 920 929
2 1,0 138 280 472 38 131 910 928
3 1,5 134 276 457 40 129 897 926
4 5,0 122 245 409 43 123 880 920
5 11,0 109 150 328 49 111 868 908
6 15,0 101 112 312 53 103 860 900
7 20,0 93 132 290 58 95 852 892
№ Вмшт Si, % Вщ- носне подов- ження, % Зерни-спсть Мщ-тсть на розтяг, МРа Твердеть тсля ста-ршня, по Вшкерсу, HV Температура солщус, °C Температура mrai-дус, °C
8 0,5 60 118 330 175 910 955
9 0,10 55 123 355 200 906 945
10 0,05 50 128 380 210 898 930
11 0,03 46 132 398 230 888 920
12 0,003 44 134 401 240 882 918
Додаванням до золотого сплаву складу Аи-А£-Си-Zn-Si 585-80-15-0,5 добавки кобальту вщ 0,5 до 0,005 % встановлено зменшення показника вщносного подов-ження з 60 до 45 %;зернистост з 158 до 138; твер-дост пiсля старiння з 262 до 242 НУ; температури солiдус та лжвщус з 910 до 885 °С та з 955 до 920 °С вiдповiдно. Мiцнiсть на розтяг залишаеться на рiвнi 401 МПа (табл. 4).
Таблиця 4
Змша паказнитв властивостей сплашв на асн^ золота Аи-Ад-Си^п^ 585-80-15-0,5 залежно вiд вмiсту Са
Встановлено, що додавання цинку до сплавiв золота 585 проби вщ 0,5 до 20 % сприяе зниженню показниюв твердостi пiсля лиття з 140 до 93 НУ, твердостi з тсля старiння з 282 до 132 НУ, мiцностi на розтяг з 480 до 290 НУ, вщносного подовження з 37 до 58 %, зернистосп вiд 132 до 95, температури солщус та лжвщус з 920 та 929 до 852 та 892 °С вщповщно (табл. 2). Навiть невеличю добавки цинку значно звужують область плав-лення потрiйного сплаву, надають сплаву зеленкуватого вiдтiнкy Це пояснюеться тим, що iз збiльшенням вмшту цинку у сплавах на основi золота рiзко зменшуеться двофазна область. В рядi сплавiв виявляеться фаза iз стовбчастою структурою, ймовiрно, ця фаза на ос-новi цинку, яка присутня при вмкт бшьше 13 % Zn у сплавах з 58,5 % Аи.
Результата змши властивостей зразкiв сплаву на основi золота з оптимальною добавкою цинку (Аи-А£-Cu-Zn 585-80-15) залежно вщ вмiсту кремнiю (Si), наведено у табл. 3.
Таблиця 3
Змша паказнитв властивостей сплавiв на аснавi залата з цинком (Аи-Ад-Си^п 585-80-15) залежно вщ вмiсту кремнiю
№ Со, % Вщносне подов- ження, % Зерни-спсть Мщ-шсть на розтяг, МРа Твердеть тсля ста-рiння, по Вшкерсу, HV Температура соль дус, °C Температура mrai-дус, °C
13 0,5 60 158 401 262 910 955
14 0,1 52 150 401 254 902 944
15 0,05 50 148 401 252 900 940
16 0,03 46 140 401 244 888 923
17 0,005 45 138 401 242 885 920
Як вказують дат табл. 4, ефективну подрiбнюючу дш добавки кобальту для 585-1 проби золотих сплавiв встановлено вiд 0,1 до 0,5 %, яка здшснюеться виключно у твердому станi, тд час вiдпалу матерiалу, який тдда-еться холоднiй обробцi. Характер дп кобальту, вивчений на золотих сплавах 585 проби, вказуе на 1х змщнення при холоднiй обробцi, твердшня пiд час старiння вщ-буваеться до 262 НУ Встановлено, що кобальт не дiе у процес лиття, внаслщок рiзноi швидкостi охоло-дження, яка змiнюе розмiр частинок змщнюючо'1 фази. Добавка кобальту в межах вщ 0,03 до 0,05 пщвишуе твердiсть сплавiв, яка не впливае на ковюсть, що дозво-ляе краще контролювати термообробку, забезпечуе бшьш високу термiчну стабiльнiсть сплавiв iз збереженням 1х естетичних показниюв. Проте кобальт дещо розширюе штервал кристалiзацii.
Зменшення добавки бору до золотих сплавiв Аи-А£-Cu-Zn-Со-Si 585-80-2,5-0,5-0,05 вщ 0,04 до 0,005 % сприяе зменшенню зернистостi (з 580 до 240); вщ-носного подовження (з 46 до 44 %); твердост тс-ля старiння (з 265 до 240 НУ); температури солщус та лжвщус (вiдповiдно з 895 до 882 °С та з 930 до 919 °С) (табл. 5).
Таблиця 5
Змша паказнитв властивостей сплашв на аснавi залата Аи-Ад-Си^п-Са^ 585-80-2,5-0,5-0,05 залежно вщ вмiсту В
Аналiз даних табл. 3 вказуе на зменшення показниюв властивостей золотого сплаву на oraoBi цинку при зменшенш вмшту кремшю вiд 0,5 до 0,003 %, зокрема вiднoснoгo подовження вщ 60 до 44 %; температури солщусу i лiквiдусу з 910 до 882 °C та з 955 до 918 °C вщповщно. KpiM цього, поступово зростають таю по-казники як зернистiсть ^з 118 до 134), мiцнiсть на розтяг ^з 330 до 401 МПа), твердость пiсля старiння ^з 175 до 240 HV).
№ Вмшт В, % Вщ- носне подов- ження, % Зерни-стiсть Мщ-тсть на розтяг, МРа Твердость тсля ста-ршня, по Вшкерсу, HV Температура солщус, °C Температура лшвщус, °C
18 0,04 46 580 401 265 895 930
19 0,03 46 460 401 260 890 925
20 0,02 45 380 401 250 888 923
21 0,01 45 300 401 245 885 920
22 0,005 44 240 401 240 882 919
При введенш 0,2 % (0,43 ат %) циркошю ^г) у сплав на основi золота Au-Ag-Cu-Zn-Si 585-80-2,5-0,05 зразкi змщнюються до 430 МПа, при одночасному зниженш подовження до 54 %, при вмкт 0,5 % (0,6 ат %) циркошю ^г) — збшьшуеться до 445 МПа, при зниженш подовження до 60 %. Твердость гомогенного розчину, яка мктить 0,5 % циркошю складае 160 НV i збшь-шуеться до 240 НV при зменшенш вмiсту цирконiю до 0,2 % (табл. 6).
Таблиця 6
Залежшсть властивостей сплаву золота Аи-Ад-Си^^ 585-80-2,5-0,05 вщ вмiсту 2г
№ Вм1ст Zr, % Вщ- носне подов- ження, % Зерни-спсть Мщ-шсть на розтяг, МРа Твердость шсля старшня, по Вшкерсу, HV Температура солiдус, °C Температура лшв^ дус, °С
23 0,5 60 133 445 160 890 923
24 0,2 54 132 430 240 892 925
25 0,15 50 133 420 230 892 926
26 0,05 48 133 415 220 891 924
27 0,005 44 133 405 230 890 925
кол1р сплаву, проте додатково зм1цнюе иого структуру (табл. 7).
Таблиця 7
Змша показнитв властивостей сплавiв на 0CH0Bi золота Au-Ag-Cu-Zn-Si-Zr 58,5-8,0-2,5-0,05-0,02 залежно вщ вмiсту Mn
№ Вм1ст Mn, % Вщ- носне подов- ження, % Зерни-спсть Мщ-шсть на розтяг, МРа Твердость шсля ста-рiння, по Вшкерсу, HV Температура солiдус, °C Температура лшвь дус, °С
28 0,5 43 351 630 290 890 915
29 0,2 51 350 532 260 873 905
30 0,15 52 323 490 265 875 905
31 0,10 53 248 450 258 880 910
32 0,05 54 132 430 250 892 925
Зменшення вмшту цирконiю у дослiджуваних сплавах на основi золота вiд 0,5 до 0,005 % впливае на тдвищення твердост пiсля старiння з 160 до 230 Н^ разом з тим, зменшуеться мiцнiсть на розрив з 445 до 405 МПа та вщносне подовження з 60 до 44 %, вщ-буваються незначш коливання показниюв: зернистос-тi — 132-133; температури солвдус — 890-892 °С;та лiквiдус — 923-926 °С.
Результати дослiдження властивостей золотого сплаву Au-Ag-Cu-Zn-Si-Zг 58,5-8,0-2,5-0,05-0,02 вказують на ефективнiсть введення марганцю як добавки, яка по-дрiбнюе зерно у кiлькостi вiд 0,5 до 0,05 %, не змшюе
Електронно-мжроскошчш знiмки шлiфiв зразкiв зо-лотих сплавiв модифiкованих рiзними добавками шю-струють формування гранулоподiбноi структури рiзноi зернистостi (рис. 1, 2).
Зокрема, у разi застосування модифжуючо! добавки кремнiю (рис. 1, а) вона рiвномiрно розподiляеться в структурi золотого сплаву i характеризуеться великою юльюстю дрiбних гранул. Додавання до золотого сплаву кобальту сприяе утворенню гранул бшьшого розмiру (рис. 1, б), циркошю — гранул меншого розмiру велико! юлькосп (рис. 1, в). Комплексний модифжатор на основi вище перелiчених добавок надае можливкть утворити рiвномiрну, бiльш шдльну дрiбнозернисту структуру (рис. 1, г). Особливост мiкроструктури зо-лотих сплавiв визначають !х вплив на характеристики показниюв споживних властивостей, мжрострук-туру сплавiв пiсля термiчноi обробки та старшня та зовнiшню поверхню зразюв пiсля шлiфування та полiрування.
а б в г
Рис. 1. Мшрофотографи структури зразтв золотих сплавiв: а — сплав на основi золота 585 проби № 8 (з кремшсм), б — № 15 (з кобальтом);
в — № 26 (з циркошсм); г — № 28 (з марганцем)
■ - №, ■ I
Рис. 2. Зразки шлiф□ван□i' п□верхнi сплавiв: а — сплав на □сн□вi золота 585 проби № 8 (з кремшсм), б — № 15 (з кобальтом); в — № 26 (з циркошсм ); г — № 28 (з марганцем); д — № 29 (з комплексним модифiкатором); з — № 1 (з цинком)
б
з
I 46
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 3/4(23], 2015
Слiд зазначити, що в жоднiй з виливок з застосу-ванням модифiкаторiв, не було виявлено дефекту усад-ково! пористостi, ^м зразка № 1 (без модифiкаторiв, з цинком) що, втiм, природно, тому що подiбнi дефекти зустрiчаються переважно в сплавах бiлого золота, а ана-лiзованi авторами статт — сплави червоного золота, найбшьш типовими дефектами яких е дефекти газо-во1 пористостi. Дослiджуючи виливки з даних сплавiв, автори виявили, що газова пориспсть зустрiчаеться частше у виливках з «традицшних» сплавiв № 1, 2.
I хоча в шших сплавах також були ознаки газово! пористостi, все ж, тсля детального дослiдження, автори статп прийшли до висновку, що середнш розмiр усадкових пор у вщливках iнших сплавiв виявився значно меншим.
6. Обговорення результатов дослщження впливу моднфжатор1в на властивосто золотих сплав1в
Ефективнiсть застосування комплексного модифжа-тора у сплавах на основi золота для полшшення спо-живних властивостей ювелiрних виробiв е закономiрним процесом зважаючи на формування дрiбнозернистоi рiв-номiрноi структури, що залежить вщ хiмiчноi дп окремого компонента та 1х комплексно'! дп i тдтверджуеться полiпшенням усiх показникiв властивостей (табл. 7).
Зокрема, легування цинком ювелiрних сплавiв на основi золота мае позитивний вплив, проте його здаттсть до випаровування в значних юлькостях тд час технологи виробництва, викликае зниження його позитивно' дп. Тому його вмкт обмежено до 2,5 % i модифiковано введенням шших компоненпв. Доведено, що цирконш виявляе додаткову змiцнюючу дiю на золой сплави шляхом розпаду твердого розчину на 2 фази: твердий розчин менш насичений циркошем та промiжна сполу-ка ZrAuз. Проте домшка цирконiю викликае розсiяну пориспсть, на що вказують зменшення характеристик показниюв мiцностi. Встановлено, що введення крем-нiю у концентрацп до 0,05 мас. % до золотих сплавiв 585 проби сприяе запобтнню випаровуванню цинку, дегазацп, тдвищуе текучiсть сплаву, стiйкiсть до окислення в процеа лиття та зменшуе пористiсть, що викликана присутнiстю домшок цирконiю, але збшь-шуе розмiр зерна. Тому оптимальний вмiст кремшю, що можна ввести до складу сплаву в комбшацп з кобальтом складае вщ 0,3 до 0,5 мас. %. При цьому значно зменшуеться розмiр зерна, тдвищуеться твердость i мiцнiсть сплавiв, ковкiсть зостаеться в дозволенних межах, сплав залишаеться термостабшьним. Виявлено, що комбшащя кремнiй-кобальт пiд час повторного ви-користання iнколи утворюе iнтерметалiчнi комплекснi сполуки, якi ускладнюють процес лиття та фшшну об-робку готових виробiв. Для запобiгання подiбних явищ до складу сплаву введено бор в межах 0,3...0,5 мас. %, який сприяе збереженню технолопчних властивостей сплаву та запобкае утворенню штерметалдав кремшю та кобальту. Доведено ефектившсть введення марган-цю до складу сплаву на основi золота як ефективну зерноподрiбнюючу домiшку, яка не змшюе колiр сплаву, проте додатково змщнюе його структуру. Встановлено оптимальну концентращю цинку в золотих сплавах для задоволення потреб технологи виготовлення та забез-печення оптимальних властивостей надшносп ювелiр-них виробiв пiд час експлуатацп. Високий вмкт цинку
в ювелiрних сплавах е також недощльним тому, що вш змiнюе колiр сплаву, що суттево впливае на визначення вмкту чистого золота тд час випробування методом пробiрноi риски за еталонними голками в процедурах пробiрного контролю. Для остаточного розв'язання про-блеми полшшення споживних властивостей отриманих ювелiрних сплавiв доцiльно було б дослiдити показни-ки формозаповнюваностi та рiдкотекучостi отриманих сплавiв з метою отримання високохудожшх ювелiрних виробiв методом лиття за витоплюваними моделями.
7. Висновки
В результат проведених дослщжень:
1. Виявлено, що додавання цинку до сплавiв золота 585 проби вщ 0,5 до 20 % сприяе зниженню показниюв твердосп тсля лиття з 140 до 93 НУ, твердосп з тсля старшня з 282 до 132 НУ, мщносп на розтяг з 480 до 290 НУ, вщносного подовження з 37 до 58 %, зернистосп вщ 132 до 95, температури солщус та лж-вщус з 920 та 929 °С до 852 та 892 °С вщповщно.
2. Встановлено, що додавання комбшованих моди-фiкуючих добавок (кремнiй кобальт (Со), марга-нець (Мп), бор (В), цирконiй (Zr) до складу ювелiрних сплавiв на основi золота 585 проби забезпечуе спрямо-ване регулювання фiзико-механiчних та технолопчних властивостей, зокрема, змщнення сплавiв, при збере-женнi пластичностi та ввдносного подовження, забезпечуе формування однорщно! дрiбнозернистоi структури, з незначними проявами газово! пористостi, високою якiстю шлiфованоi поверхнi.
Проведеними дослiдженнями показана можливкть регулювання властивостей ювелiрного сплаву на основi золота шляхом варiювання стввщношення легуючих компонентiв та модифiкуючих добавок, що входять до складу шихтово! композицп. Зважаючи на широкий штервал кристалiзацii для сплавiв золота 585 ювелiрноi проби, низьку механiчну мщшсть, твердiсть, високу газову пористiсть, вони потребують спрямованого ре-гулювання споживних властивостей шляхом введення добавок для модифжацп з метою досягнення мшмаль-ного ввдсотку ливарних дефектiв у готових виливках.
Лггература
1. Бреполь, Э. Теория и практика ювелирного дела [Текст] / Э. Бреполь. — 13-е изд., доп. — С-Пт.: Соло, 2000. — 527 с.
2. Корти, К. В. Взаимодействие ювелирного дизайна и ювелирной технологии [Текст] / Кристофер В. Корти // Ювелирный бизнес. — Март, 2005. — С. 59-61.
3. Лившиц, В. Б. Физические свойства металлов и сплавов [Текст] / В. Б. Лившиц, В. С. Крапошин, Я. Л. Ли-нецкий. — М.: Металлургия, 1980. — 320 с.
4. Мак, К. Т. Полное руководство по обработке металлов для ювелиров. Иллюстрированный справочник [Текст]: пер. с англ. / Тим Мак Крайт. — Омск: ИД «Дедал-Пресс», 2006. — 206 с.
5. Бредихин, В. Н. Благородные металлы [Текст] / В. Н. Бредихин, В. А. Кожанов, Н. А. Маняк, Е. Ю. Кушнерова. — Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2009. — 525 с.
6. Польеро, М. Сплавы для ювелирного производства [Текст] / М. Польеро // Русский ювелир. — 2007. — № 9. — С. 106-109.
7. Малышев, В. М. Золото [Текст] / В. М. Малышев, Д. В. Румянцев. — М.: Металлургия, 1979. — 288 с.
8. Халилов, И. Х. Ювелирное литье [Текст] / И. Х. Халилов, М. И. Халилов. — 2-е изд. — Саратов, 2001. — 130 с.
9. Милани, И. Результаты испытаний нескольких различных видов литьевых сплавов, созданных на основе сплава красного золота 585 пробы [Текст] / И. Милани, Д. Маджиан, С. Борто-ламей // Ювелирный бизнес. — 2005. — № 7. — С. 32-40.
10. Майоренко, В. М. Математическое планирование эксперимента при оптимизации состава четырехкомпонентного сплава по цветовым свойствам [Текст] / В. М. Майоренко, В. Н. Федоров, В. М. Можаев, Е. М. Мейнарович // Методы исследования ювелирных сплавов и вопросы нормирования драгоценных металлов. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1982. — С. 15-20.
11. Майоренко, В. М. Исследование цветовых свойств некоторых сплавов на основе меди [Текст] / В. М. Майоренко, В. Н. Федоров, В. М. Можаев и др. // Методы исследования ювелирных сплавов и вопросы нормирования драгоценных металлов. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1982. — С. 8-15.
12. Старченко, И. П. Механические и технологические характеристики сплавов белого золота [Текст] / И. П. Старченко, В. А. Лифшиц // Новые отечественные материалы для ювелирного производства. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1981. — С. 69-75.
13. Мальцев, М. В. Модифицирование структуры металлов и сплавов [Текст] / М. В. Мальцев. — М.: Металлургия, 1964. — 214 с.
14. Кондаков, Е. Н. К вопросу о модификации отливок из золота 583 пробы [Текст] / Е. Н. Кондаков // Основные проблемы развития металлургических процессов ювелирного производства. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1976. — Вып. 12. — С. 27-35.
15. Гуляев, Б. Б. Синтез сплавов золота [Текст] / Б. Б. Гуляев, Е. Н. Кондаков // Методы исследования ювелирных сплавов и вопросы нормирования драгоценных металлов. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1982. — С. 3-8.
16. Шлычкова, В. С. Влияние легирующих добавок на свойства золота [Текст] / В. С. Шлычкова, И. П. Старченко // Химическая технология и методы обработки при производстве ювелирных изделий. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1971. — Вып. 1. — С. 55-67.
17. Кузнецов, В. П. Влияние примесей и некоторых присадочных металлов на свойства благородных металлов [Текст] / В. П. Кузнецов, Л. А. Гутов // Основные проблемы развития металлургических процессов ювелирного производства. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1974. — Вып. 7. — С. 27-37.
15. Шлычкова, В. С. Механические и технологические характеристики сплава ЗлСрМ 583-80 [Текст] / В. С. Шлычкова, И. П. Старченко // Основные проблемы развития металлургических процессов ювелирного производства. Сборник НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1974. — С. 50-56.
19. Рухман, Б. Д. Новые сплавы в ювелирной промышленности [Текст] / Б. Д. Рухман, Т. П. Белоусова, Т. Г. Жигуренко,
Л. А. Гутов // Химическая технология и методы обработки при производстве ювелирных изделий. Сборник трудов НИИ Ювелирпром. — Ленинград, 1971. — Вып. 1. — С. 67-78.
20. Дамиано, З. Результаты новых исследований высококаратных цветных золотых сплавов, предназначенных для производства ювелирных изделий с применением технологии литья по выплавляемым моделям [Текст] / Зито Дамиано // Ювелирный бизнес. — 2005. — № 2. — С. 12-18.
ФОРМИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ЮВЕЛИРНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА 585 ПРОБЫ С МОДИФИЦИРУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ
Исследованы новые ювелирные сплавы на основе золота с модификаторами для улучшения потребительских свойств ювелирных изделий. Симплекс-решетчатым методом построены математические модели и их геометрические изображения, которые описывают изменения физико-механических и технологических свойств в системе золото-серебро-медь в зависимости от концентрации и температуры. Установлено влияние модификаторов широкого спектра действия на основе композиций металлов и неметаллов на регулирование показателей жидкотекучести, твердости, прочности оптимальных ювелирных композиций Au-Ag-Cu 585 пробы золота.
Ключевые слова: золото, серебро, медь, ювелирные сплавы, модификаторы золотого сплава, потребительские свойства.
Артюх Тетяна Миколагвна, доктор техшчних наук, професор, кафедра експертизи харчових продуктiв, Нащональний утверси-тет харчових технологш, Кигв, Украгна, e-mail: Artyuh.t@mail.ru. Григоренко 1нна Bae^ieHa, кандидат техтчних наук, старший викладач, кафедра експертизи харчових продуктiв, Нащональний утверситет харчових технологш, Кшв, Украта, e-mail: soniki04@mail.ru.
Артюх Татьяна Николаевна, доктор технических наук, профессор, кафедра экспертизы пищевых продуктов, Национальный университет пищевых технологий, Киев, Украина. Григоренко Инна Васильевна, кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедра экспертизы пищевых продуктов, Национальный университет пищевых технологий, Киев, Украина.
Artjuh Tatyana, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine, e-mail: Artyuh.t@mail.ru.
Grigorenko Inna, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine, e-mail: soniki04@mail.ru
УДК 678.057
DOI: 10.15587/2312-8372.2015.43845
Бвецький В. I., Сокольський 0. Л., 1вщький I. I.
МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ НАЯВНОСТ1, ХАРАКТЕРУ ТА ВЕЛИЧИНИ ПРИСТ1ННИХ ЕФЕКТ1В ПРИ ТЕЧИ ПОЛ1МЕРНИХ МАТЕР1АЛ1В
Створено методики визначення наявностi присттних ефектiв при течп розплаву полiмерно-го матерiалу, визначення характеру цих ефектiв та гх величини, в залежностi в^д напруження зсуву на сттщ з урахуванням неньютотвського характеру властивостей полiмерних матерiа-лiв. Створен методики дозволяють утверсально тдходити до визначення присттних ефектiв у полiмерних матерiалах.
Ключов1 слова: полiмер, присттш ефекти, ковзання по сттщ.
1. Вступ
Одною з особливостей зсувно! течп полiмерних ма-терiалiв, якою зазвичай нехтують при спрощеному ii
аналiзi, е наявшсть присттних ефекпв рiзного характеру, як значно впливають на точшсть моделювання. Найбшьш ктотш помилки виникають при розрахунку течи в каналах невеликих перетишв при течп деяких
48 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 3/4(23], 2015, © йвецький В. I., Сокольський О. Л.,
!вщький I. I.
