Золотые сплавы различных проб

Сплав 750-й пробы.

Как упоминалось ранее, золото и медь имеют неограниченную взаимную растворимость, но при 50 и 25 ат.% 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. 12.2).

Рис. 12.2. Влияние количества Си и Ад 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 Аи—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°С Вышеупомянутое позволяет заключить, что соответствующей термической обработкой можно получить мягкие или твердые сплавы в зависимости от их назначения. 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. Подробно эти процессы изложены в главе, посвященной термообработке.

В табл. 12.4 приведена твердость ювелирных золотых сплавов 750-й пробы после закалки и после закалки со старением.

Таблица 12.4

Влияние термообработки на твердость ювелирных сплавов.

*В числителе дана твердость после закалки, в знаменателе — после закалки со старением. Температура закалки всех сплавов 7500 °C.

На рис. 12.3 представлен график изменения механических свойств сплавов золота 750-й пробы.

Рис. 12.3. Влияние состава на механические свойства сплава золота.

• 750-й пробы:
• 1 — предел прочности ств, МПа; 2 — относительное удлинение 8, %; 3 — твердость НВ; 4 — твердость HB' после закалки и старения

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°С, 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 и соответственно 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 фасного (золото — медь).

Лучшим сочетанием декоративных и технологических свойств обладают сплавы ЗлСрМ750−125, имеющий 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.

Свойства после закалки некоторых сплавов 750-й пробы приведены в табл. 12.5.

Как видно в табл. 12.5, 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 ЗлМНЦ12,5−10−2,5.

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%.

Таблица 12.5

Свойства многокомпонентных сплавов золота 750-й пробы.

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°С) 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 ЗлМНЦ12.5−10−2,5 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°С кроме распада в сплаве происходит упорядочение атомов золота и цинка с образованием структры типа АВ₃ (Au₃Zn). Микроструктура имеет обычный для твердого раствора вид. Сплавы со структурой Au₃Zn 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 пятиминутпая 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 ЗлМНЦ12,5−10−2,5 замедлен по сравнению с бинарным медно-золотым сплавом.

Фазовые превращения в сплаве ЗлМНЦ12,5−10−2,5 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.

Рис. 12.4. Влияние количества Си и Ад на температуру кристаллизации сплава золота 585-й пробы.

В случае если сплав, закаленный от температуры, превышающей температуру начала старения, подвергнуть термической обработке при температуре 270—290°С, 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 образовываться 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.