![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Чистые металлы часто не обладают свойствами, необходимыми для изготовления художественных изделий, поэтому для конкретного применения используют сплавы с заданными свойствами. Легирование существенно изменяет физико-химические и технологические свойства металлов и позволяет значительно разнообразить цветовую гамму изделий, а, следовательно, повысить их эстетическую ценность. В художественном материаловедении часто металлы, входящие в состав сплавов (кроме основного металла), называют лигатурными, и соответственно состав сплава - лигатурой.
Сплавы, применяемые для изготовления художественных изделий, должны удовлетворять конкретным эстетическим, эксплуатационным и технологическим требованиям.
Металлы и сплавы характеризуются определенными физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами.
К физическим свойствам металлов и сплавов относятся цвет, блеск, плотность, температура плавления, электропроводность и теплопроводность.
Блеск - свойство поверхности отражать свет.
Цвет - свойство света вызывать зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения. Эти два свойства обусловливают в основном внешний вид металла и являются существенными для художников. Блеском и цветом (табл. 1) характеризуются художественно-эстетические достоинства металлов и сплавов как материалов, из которых изготавливаются произведения искусства.
Сплавы, предназначенные для изготовления ювелирных изделий, обладают определенным ярким устойчивым цветом и делятся на цветные и белые (ахроматические). Для каждого ювелирного сплава разработаны припои, удовлетворительно совпадающие по цвету с основным металлом.
Таблица 1
Цвета сплавов, наиболее распространенных в художественной промышленности
Металл или сплав | Цвет | Металл или сплав | Цвет |
Чистое золото | Чистый желтый | Бронза алюминиевая | Золотисто-желтый |
Низкопробное золото | Желто-красный | Медь | Красный |
Сплав золота с серебром | Желто-зеленый | Томпак | Желтовато-красный |
Платина | Серебристо-белый | Латунь | Желто-зеленый |
Чистое серебро | Сверкающий белый | Никель | Серебристо-белый |
Низкопробное серебро | Серо-белый | Литейный чугун | Серовато-черный |
Плотность — отношение массы вещества к его объему. За единицу принята плотность дистиллированной воды. По плотности металлы разделяют на легкие и тяжелые.
К легким металлам относят металлы, имеющие значение плотности менее 5 г/см3. К тяжелым - чаще всего те металлы, плотность которых выше плотности железа (7,8 г/см3).
По этой классификации все благородные металлы относятся к тяжелым металлам (табл. 2,3).
Температура плавления - температура перехода твердого кристаллического тела в жидкое состояние. По температуре плавления металлы подразделяют на легкоплавкие и тугоплавкие. К легкоплавким металлам относят алюминий (температура плавления - 660°С) и металлы, имеющие значение температуры плавления меньше, чем у алюминия. К тугоплавким
- металлы с температурой плавления выше температуры плавления железа (1539°С). По этой классификации к тугоплавким металлам относятся титан, платина и металлы платиновой группы.
Таблица 2 Основные физические характеристики благородных металлов
Свойство | Ag | Аи | Pt |
Температура плавления, t °C | |||
Плотность, р, г/см3 | 10,49 | 19,3 | 21,37 |
Удельная теплоемкость Ср, кДж/кг- К | 0,233 | 0,131 | |
Теплопроводность Л, Вт/(м • К) | 453,7 | 310,0 | 73,7 |
Температурный коэффициент линейного расширения а • 106, К"1 | 18,8 | 14,0 | 8,92 |
Удельное электрическое сопротивление р • 108, Ом • м | 1,62 | 2,3 | 9,81 |
Электропроводность, о- 106, См/м | 43,5 | 10,2 |
Основные физические характеристики благородных металлов
Таблица 3
Свойство | Ru | Os | Rh | Ir | Pd |
Температура плавления, t 'С | |||||
Плотность, р, г/см3 | 12,06 | 22,5 | 12,44 | 22,42 | 12,16 |
Удельная теплоемкость Ср, кДж/кг- К | 0,231 | 0,129 | 0,234 | 0,128 | 0,238 |
Теплопроводность Л, Вт/(м • К) | 152,0 | 86,0 | 152,0 | 72,7 | |
Температурный коэффициент линейного расширения а- Ю'.Ю1 | 8,45 | 6,10 | 8,45 | 6,5 | 12,5 |
Удельное электрическое сопротивление р • 108, Ом • м | 7,5 | 8,9 | 5,1 | 4,9 | |
Электропроводность, о- 106, См/м | 13,3 | 11,2 | 19,6 | 20,4 | 7,7 |
Электропроводность - способность металла проводить электрический ток. В зависимости от удельной электрической проводимости о все вещества условно делят на три группы: проводники (о>106 См/м), полупроводники (108 См/м <<т<106 См/м) и диэлектрики (<7<10"8 См/м).
Теплопроводность (Л) - величина, характеризующая теплопроводящие свойства материала и зависящая от химической природы среды и ее состояния. Тепловое расширение — это изменение размеров тела в процессе его нагревания. Тепловое расширение характеризуется температурным коэффициентом линейного (а) расширения. Среди металлов наивысшей электрической проводимостью, теплопроводностью и отражательной способностью обладает серебро.
Способность материалов намагничиваться или реагировать на действие магнита характеризует магнитная восприимчивость - % (у диамагнетиков %<0, у парамагнетиков %>0).
К химическим свойствам ювелирных металлов и сплавов относятся коррозионная стойкость и растворимость.
Коррозионная стойкость - свойство металлов противостоять (не разрушаться) действию агрессивных сред.
Коррозионная стойкость ювелирных сплавов должна обеспечивать устойчивость поверхности ювелирных изделий к воздействию внешней среды в нормальных (бытовых) условиях эксплуатации. Наиболее устойчивы ювелирные сплавы золота и платина высоких проб.
Для защиты художественных изделий от коррозии применяют рациональное проектирование, устранение возможности коррозии при производстве, транспортировании и хранении, а также используют технологические методы защиты. В результате применения технологических методов защиты изделия приобретают новые художественные качества - цвет, блеск и т.п. Основными технологическими методами защиты художественных изделий от коррозии являются:
легирование - введение в сплавы элементов, повышающих коррозионную стойкость;
оксидирование — искусственное образование химическим путем на поверхности изделий стойких пленок, защищающих их от коррозии;
металлические и неметаллические покрытия - способ покрытия изделий более стойкими и обычно более декоративными материалами (золочение, никелирование, лакирование).
Растворимость — способность металлов растворяться в кислотах, электролитах и других средах. При изготовлении художественных изделий из металлов часто производится неполное растворение, ограничивающееся только поверхностным слоем металла. Примерами такого растворения являются травление изделий в кислотах для получения чистой поверхности или узора; травление медных досок при изготовлении офорта и т.п.
К основным механическим свойствам металлов и сплавов (табл. 4) относятся пластичность, прочность, твердость и износостойкость.
Таблица 4
Механические свойства благородных металлов технической чистоты
в отожженном состоянии
Металл | HB | Ов, МПа | O0,2, МПа | 5,% | V,% |
Ru | 180-300 | 380-500 | 350-400 | 3-10 | 2-3 |
Rh | 100-130 | 400-560 | 70-100 | 8-15 | 20-25 |
Pd | 38-46 | 180-200 | 50-70 | 25-35 | 80-85 |
Ag | 24-26 | 140-160 | 20-25 | 50-60 | 80-95 |
Os | 300-400 | - | - | - | - |
Ir | 170-220 | 400-500 | 90-120 | 6-10 | 10-15 |
Pt | 30-56 | 120-160 | 60-80 | 40-50 | 95-100 |
Au | 20-25 | 120-130 | 10-25 | 45-50 | 90-95 |
Твердость — способность металла сопротивляться вдавливанию более твердого материала. Существует несколько методов определения твердости металлов. Метод Бринелля основан на вдавливании стального шарика в поверхность испытуемого металла; метод Роквелла - на вдавливании алмазного конуса или стального шарика; метод Виккерса - на вдавливании алмазной четырехгранной пирамиды.
Твердость минералов определяется способностью сопротивляться царапанью по шкале Мооса. При изготовлении ювелирных украшений приходится сравнивать твердости камней и металлов, совмещенных в одном изделии, поэтому очень часто значения твердости металлов приводятся по Бринеллю (НВ) в кгс/мм2, а в скобках указывается твердость по Моосу.
По способу Шора измерение производится при помощи специальных приборов - склероскопов. При измерении твердости этим методом стальной боек падает на испытуемый материал с определенной высоты. Твердость металла характеризуется высотой, на которую отскакивает боек. Чем тверже металл, тем больше высота отскока. Этот способ не портит поверхности и может применяться к изделиям художественной промышленности.
Износостойкость ювелирных сплавов должна быть достаточной для сохранения качества поверхности изделий при механических воздействиях в условиях эксплуатации, т.е. обеспечивать устойчивость против образования рисок и царапин на поверхности. Износостойкость ювелирных изделий обеспечивается определенным уровнем твердости сплава. Из-
за низкой твердости не получили практического применения чистые благородные металлы. Для повышения износостойкости применяют легирование неблагородными металлами.
Прочностные свойства (предел прочности - Ов и предел текучести - 00,2) сплавов должны обеспечивать цельность и неизменность формы изделия, отсутствие деформации отдельных частей в процессе эксплуатации. Наиболее высокие требования по прочности предъявляются к элементам ювелирных изделий, обеспечивающим крепление ювелирных камней. Помимо значения временного сопротивления большое значение имеет величина предела пропорциональности сплава. При высоких значениях предела пропорциональности требуются большие усилия при закреплении, что приводит к повышенному браку вставок по сколам.
Пластичность - способность подвергаться необратимой деформации, т.е. обработке давлением. Пластичность характеризуется относительным удлинением (/) и относительным сужением (у/). Пластичность имеет большое значение в кузнечном и штамповочном производстве, а также при чеканке, прокатке и волочении. Драгоценные металлы имеют высокую пластичность, не менее пластичны медь и свинец.
Технологические свойства материалов определяют возможность изготовления продукции при использовании данного материала. При этом материал должен удовлетворять требованиям минимальной трудоемкости при изготовлении.
К основным технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства (жидкотекучесть, усадка), а также обрабатываемость резанием и давлением, упрочняе-мость, свариваемость, паяемость и др.
Литейные свойства определяются температурой плавления, кипения, заливки и кристаллизации, а также плотностью и жидкотекучестью расплава, литейной усадкой. О комплексе свойств литейных сплавов можно в достаточной степени судить по диаграммам состояния систем, составляющих основу этих сплавов.
Жидкотекучесть - способность металла течь и заполнять литейную форму. Она зависит от химического состава сплавов, температуры заливки расплавленного металла, конфигурации литейной формы и т.д. Металлы и сплавы, обладающие высокой жидкотекучестью, позволяют получать высокохудожественные отливки. Высокой жидкотекучестью обладают бронзы, литейные латуни, силумины, цинк и его сплавы, олово. Чистое серебро, красная медь и сталь имеют пониженную жидкотекучесть, при заливке форм наблюдается плохое их заполнение.
В процессе первичной кристаллизации происходит уменьшение объема и линейных размеров - это явление называют усадкой (объемной или линейной). Для изготовления отливок предпочтительнее металлы и сплавы с малой усадкой при литье (табл. 5). Зная величину усадки, можно определить, насколько больше следует изготовить форму для получения отливки нужного размера.
Таблица 5 Значения линейной усадки некоторых металлов и сплавов
Металл | Усадка при литье, % | Сплав | Усадка при литье, % | ||
в землю | в кокиль | в землю | в кокиль | ||
Олово | 0,2-0,3 | 0,6-0,7 | Серый чугун | 1,0 | - |
Свинец | 0,8 | 0,9-1,0 | Силумин | 1,1-1,2 | 1,2-1,9 |
Цинк | 1,1-1,2 | 1,6-1,7 | Фосфористая бронза | 1,3-1,4 | 1,4-1,5 |
Алюминий | 1,6 | 1,8-1,9 | Алюминиевая бронза | 1,4-1,5 | 2,1-2,2 |
Медь | 1,8-1,9 | 2,0-2,1 | Художественная бронза | 1,5 | - |
Магний | 1,5 | 1,7-1,9 | Нейзильбер | 2,0-2,1 | 2,2-2,3 |
Никель | 2,0-2,1 | 1,7-1,8 | Томпак | 2,0-2,1 | 2,1-2,2 |
Обрабатываемость резанием металлов и сплавов оценивается скоростью затупления резца при точении на заданных режимах резания с обеспечением необходимых параметров шероховатости поверхности и выражается в процентах от обрабатываемости стандартного материала. На основании данных об обрабатываемости различных материалов составляются нормативы режимов резания или рекомендации по выбору режимов резания для конкретных условий обработки.
Обрабатываемость резанием, способность шлифоваться и полироваться играют существенную роль в производстве художественных изделий и особенно в отделке (полировании). Хорошую обрабатываемость резанием имеют бронзы, латуни, некоторые марки сталей, алюминиевых сплавов и чугунов. Плохо обрабатываются на станках детали из красной меди, из свинца и его сплавов.
Обрабатываемость давлением в горячем и холодном состояниях оценивают различными технологическими пробами (на осадку, изгиб, вытяжку сферической лунки и др.), характеристиками пластичности, твердости и упрочнения материала при температуре обработки. Среди характеристик обрабатываемости давлением используют, например, ковкость.
Ковкость — это способность металлов изменять свою форму под действием ударов или давления без разрушения. Сплавы для изготовления художественных изделий должны воспринимать пластическую деформацию со значительными степенями обжатия. Степень ковкости зависит от пластичности, степени нагрева, величины деформирующего усилия, химического состава сплавов и других факторов. Металлы могут коваться как в горячем, так и в холодном состоянии. Хорошей ковкостью в холодном состоянии обладают красная медь и золото, в горячем - сталь. Малоуглеродистая сталь, раскаленная докрасна, становится настолько пластичной и мягкой, что из нее можно изготовлять художественные изделия самой разнообразной и сложной формы.
Упрочняемость — способность металла приобретать более высокую прочность после термической, химико-термической или механической обработки. К механической обработке относят операции обработки на металлорежущих станках (токарных, шлифовальных, полировальных и т.д.).
Свариваемость — это способность металлов и сплавов прочно соединяться путем местного нагрева и расплавления свариваемых кромок изделия. Свариваемость оценивают сравнением свойств основного материала со свойствами сварных соединений, количеством способов сварки, диапазоном допускаемых режимов сварки и др. Свариваемость считается тем выше, чем больше способов сварки может быть применено, шире пределы допускаемых режимов сварки. Для технологической оценки свариваемости определяют структуру, механические свойства и склонность к образованию трещин материала шва и околошовной зоны. Чистые металлы и низколегированные сплавы свариваются лучше по сравнению с высоколегированными сплавами. Например, легко свариваются стали, содержащие до 0,23 % С, намного хуже свариваются высокоуглеродистые легированные стали и чугуны. Наиболее распространенными способами сварки, применяемыми в производстве художественных изделий, являются газовая и электрическая сварка, автогенная сварка, а также кузнечная (горновая) сварка, сохраняющая свое значение при художественных ковочных работах.
Надежность сварного соединения - это свойство сварных участков выдерживать в течение длительного времени комплексное нагружение, которое обычно воздействует на соответствующую деталь или сварную конструкцию. Испытания проводят на специальных образцах, а наиболее жесткие условия испытаний создаются путем выбора соответствующей формы образца и типа нагружения.
Паяемость - свойство металлов образовывать неразъемные соединения посредством расплавленного присадочного материала - припоя. При пайке должно отсутствовать явление красноломкости. Различают два основных вида пайки: пайку мягкими припоями с температурой плавления до 400°С, и пайку твердыми припоями, температура плавления которых свыше 550°С.
![]() |
Пайка металлов известна с глубокой древности. Различными приемами пайки хорошо владели ювелиры античной Греции и Древнего Рима. Тонко и искусно спаянные художественные прои зведения встречаются в культуре скифов (рис. 8) и Древней Руси. |
Рис. 8. Сокровища скифских курганов (бляшки с изображением охотящихся скифов, золото,
VII-II вв. до н.э.)
В настоящее время из-за трудоемкости пайка главным образом применяется в художественных предметах интерьера, выполняемых в небольших сериях, - декоративных, бытовых и ювелирных изделиях.
Припои для ювелирных и других бытовых изделий из золота и платины должны иметь ту же пробу, что и основной сплав. Припой для ювелирных и других бытовых изделий из серебра должен иметь пробу не ниже 650-й. Допускается использование специального припоя, не содержащего драгоценных металлов, для пайки цепочек, изготовляемых на автоматах, при условии обеспечения пробы цепочек в установленных пределах.
Испытания технологических свойств {технологические испытания) относятся к самым старым видам испытаний материалов. Отличительной их чертой является определение возможности применения материала в данном способе производства или для специальных целей.
Вопросы для самоконтроля
1. С какой целью в сплавы вводят легирующие элементы?
2. Как называют металлы, входящие в состав сплавов из драгоценных металлов?
3. Какими свойствами характеризуются металлы и сплавы, применяемые для изготов
ления металлических художественных изделий?
4. Перечислите физические свойства металлов. Дайте им краткую характеристику.
5. Приведите примеры наиболее распространенных цветов материалов для изготовле
ния художественных изделий.
6. Как металлы подразделяют по температуре плавления? Приведите примеры.
7. Как металлы подразделяют по плотности? Приведите примеры.
8. Какой металл обладает наивысшей электрической проводимостью, теплопроводно
стью и отражательной способностью?
9. Перечислите и охарактеризуйте технологические методы защиты художественных
изделий от коррозии.
10. Какие методы используют для определения твердости?
11. Назовите особенности методов определения твердости?
12. Как повышают износостойкость ювелирных сплавов?
13. К каким элементам ювелирных изделий предъявляют наиболее высокие требования
по прочности и почему?
14. Какие свойства конкретного материала определяют возможность изготовления из
него продукции?
15. Что такое жидкотекучесть и отчего она зависит?
16. Какими литейными свойствами обладают сплавы с узким температурным интерва
лом кристаллизации?
17. Какими литейными свойствами должны обладать сплавы, используемые для изготов
ления высокохудожественных отливок?
18. Какую обрабатываемость резанием имеют металлы и сплавы, применяемые для изго
товления художественных изделий?
19. Как оценивают обрабатываемость давлением?
20. Что такое ковкость и упрочняемость?
21. Как оценивают свариваемость различных металлов и сплавов?
22. Что понимают под надежностью сварного соединения?
23. Какие основные виды пайки различают?
24. Какие припои можно использовать при пайке ювелирных и других бытовых изделий
из драгоценных металлов?
Дата публикования: 2015-03-26; Прочитано: 3994 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!