Термическая обработка сплавов на основе золота

Двойные сплавы золото — серебро термически не упрочняемые, так как серебро и золото неограниченно растворимы в твердом состоянии.

Тройные сплавы системы Аи—Ag—Си упрочняются термической обработкой. Эффект упрочнения в результате закалки и старения зависит от состава сплава.

В связи с тем, что медь и серебро ограниченно растворимы, сплавы системы Аи—Ag—Си двухфазны при комнатных температурах до 25% меди и серебра в сумме, т. е. до сплавов 750-й пробы.

Сплавы 333-й пробы закаливаются из области гомогенного твердого раствора. Температура закачки — 650 °C, охлаждение — вода. Температура старения — 250—300°С (табл. 14.1). Время старения — 10—15 мин. Упрочнение происходит за счет распада пресыщенного твердого раствора и образования мелкодисперсных выделений вторичных фаз.

Значительное упрочнение наблюдается и в сплавах 583-й и 585-й проб (табл. 14.1). Содержание меди в золоте 583-й и родственной ей 585-й пробы изменяется от 3,25 до 32,5% при соответствующем содержании серебра от 38,25 до 9,0%, Разрез тройной диаграммы состояния для сплавов 585 пробы показан на рис. 12.4. После затвердевания все сплавы имеют однофазную структуру твердого раствора. При температурах ниже 600 °C происходит распад с выделением частиц второй фазы. В равновесном состоянии структура сплавов, а + (3 — твердые растворы. Температура начала распада твердого раствора зависит от состава, она максимальна для сплава, содержащего 21% меди, и соответствует 660 °C. Термическая обработка этих сплавов состоит из закалки из однофазной области, от температуры 700—750°С, и последующего старения. Температура старения сплава ЗлСрМ585−188, содержащего 21% Си, — 450 °C, остальных — 300 °C (см. табл. 14.1). Упрочнение сплавов золота этой пробы происходит за счет образования мелкодисперсных выделений (3-фазы.

Твердость после кратковременного низкотемпературного отжига сплавов 583-й пробы значительно повышается, если отжигу подвергать не закаленный, а деформированный металл. После дисперсионного твердения при 280 °C в течение 10 мин твердость по Виккерсу HV закаленного сплава составляет 1850 МПа, а деформированного с обжатием 75% — 3050 МПа.

Твердость сплавов после низкотемпературного отжига зависит от продолжительности температуры отжига. В сплавах 583-й пробы первоначальный рост твердости сменяется ее уменьшением, которое происходит тем скорее и тем резче, чем выше температура отжига.

Термическая обработка сплавов золота 750-й пробы также зависит от соотношения меди и серебра в сплаве. Как уже указывалось, золотые сплавы 750-й пробы делятся на цветные и белые. Декоративные и технологические свойства сплавов цветного золота 750-й пробы, представляющих собой тройные сплавы Аи—Ag—Си, зависят от соотношения меди и серебра в сплаве. В широком диапазоне ниже солидуса эти сшивы представляют собой однофазные твердые растворы. Температура плавления сплавов ЗлСрМ750 понижается с увеличением содержания меди. При температуре 400 °C в сплаве ЗлСрМ750−125 происходит распад однородного твердого раствора. Увеличение содержания меди или серебра приводит к понижению температуры распада. Цвет сплаbob ЗлСрМ750 изменяется в зависимости от компонентов от зеленого (Аи—Ag) через желтый до розового и красного (Аи—Си). Всю гамму цветовых сплавов ЗлСрМ750 можно условно разделить на три группы:

• 1) сплавы с большим содержанием серебра — зеленого цвета, наиболее тугоплавкие имеющие сравнительно низкие механические свойства и малоупрочняемые дисперсионным твердением;
• 2) сплавы со средней концентрацией серебра и меди, имеющие цвет от зеленовато-желтого до розовато-желтого, обладают высокой прочностью и твердостью и упрочняются дисперсионным твердением;
• 3) сплавы с большим содержанием меди — розового и красного цвета, твердые и прочные. В результате фазового превращения при старении и упрочнении твердость этих сплавов повышается при одновременном снижении пластичности.

Наиболее оптимальными сочетаниями декоративных, технологических и механических свойств обладают сплавы второй группы. Сплавы первой группы слишком мягкие, а сплавы третьей группы имеют бедную цветовую гамму. Влияние степени деформации на твердость золотых сплавов 750-й пробы с различным содержанием серебра таково, что наиболее сильно упрочняются холодной деформацией сплавы с высоким содержанием серебра. Наиболее интенсивный рост твердости наблюдается при степени деформации 30%. С уменьшением содержания серебра в сплаве скорость упрочнения уменьшается. Сплавы с высоким содержанием серебра быстро размягчаются уже в процессе пайки. Лучшим сочетанием декоративнных и технологических свойств обладают сплавы ЗлСрМ750−125 и ЗлСрМ750−150. Первый имеет яркожелтый цвет с розоватым оттенком, второй — зеленовато-желтый. Поскольку эти сплавы склонны к быстрому росту зерна в процессе отжига, степень деформации полуфабрикатов из них должна составлять порядка 70%, а время отжига — ограничиваться несколькими минутами в зависимости от толщины полуфабриката. Закалка в воде после отжига позволяет получить пластичный материал с гомогенной структурой. При температуре 400 °C в сплаве ЗлСрМ750−125 происходит распад однородного твердого раствора. Увеличение содержания меди или серебра приводит к понижению температуры распада. Цвет сплавов ЗлСрМ750 изменяется в зависимости от содержания легирующих компонентов от зеленого (Аи—Ag) через желтый до розового и красного (Аи—Си).

Сложные фазовые превращения наблюдаются в сплаве белого золота 750-й пробы, содержащем (массовые доли компонентов): 15% Си, 7,5% Ni, 2,5% Zn. В этом сплаве могут происходить три фазовых превращения: при температуре ниже 660 °C начинается распад гомогенного твердого раствора по механизму прерывистого распада. Скорость превращения невелика и при 660 °C заканчивается через 100 ч. С понижением температуры отжига при 360 °C начинается упорядочение атомов золота и цинка по типу Au₃Zn, ниже температуры 290 °C происходит упорядочение атомов золота и меди по типу AuCu. При отжиге 270—.

290 °C образование крупнодоменной структуры, сопровождающееся формоизменением объема, может привести к самопроизвольному растрескиванию. При более низких температурах (250°С) растрескивания не происходит, образуется мелкодоменная структура, но для завершения процесса упорядочения требуется промежуток времени.

Под влиянием процессов атомного упорядочения происходит изменение типа распада: выделение фазы по границам зерен по прерывистому механизму полностью подавляется и сменяется дисперсным выделением фазы, равномерно распределенной по объему зерна. При этом резко увеличивается скорость выделения фазы. Поэтому наибольшее упрочнение достигается термообработкой ниже 290 °C за счет совместного действия упрочнения и старения.

Сплавы золота более высокой, чем 750-я, пробы термически не упрочняются.

Сплав системы Аи—Pt при массовой доле Аи от 10 до 70% распадаются в твердом состоянии на обогащенные золотом и платиной твердые растворы. В закаленном состоянии сплавы имеют твердость по Бринеллю до 1000—1500 МПа (100—150 НВ). После старения твердость может быть увеличена до 4000 МПа.

В сплавах системы Аи—Pd при всех температурах сохраняется однородный твердый раствор, поэтому эффект дисперсионного твердения не наблюдается.

В сплавах золото — никель хотя и происходит распад твердого раствора, упрочнение при старении незначительно.

Особенно отчетливо эффект упрочнения наблюдается у сплавов 750-й пробы. Склонные к старению сплавы имеют то преимущество, что износоустойчивость изделия может быть увеличена, в то время как обрабатываются они относительно легко в мягком состоянии. Также это обстоятельство позволяет в ряде случаев более экономно использовать драгоценный металл.

Таким образом, технология термообработки дисперсионно-твердеющих сплавов золота заключается в нагреве до определенной температуры, быстром охлаждении, обычно в воде (закалке), и последующей выдержке при повышенной температуре. При термической обработке сплавов золота следует учесть, что увеличение температуры при старении даст меньший эффект упрочнения (равно как и для неблагородных сплавов); продолжительность выдержки для сплавов с более высоким содержанием золота выше: в гетерогенных областях (для низкопробных сплавов) старение происходит быстрее, чем в гомогенных; ускорению процесса старения способствует предшествующая деформация. При этом сплавы с высоким содержанием серебра склонны к внутреннему окислению, в связи с чем при термообработке необходимо в ряде случаев применять предупредительные меры. Наиболее распространены нагрев в вакууме, использование защитных атмосфер (например, в среде аммиака, монооксида углерода и др.), в специальных средах (например, расплавах солей; в этом случае, помимо защиты от окисления, можно с большей точностью контролировать температуру).

Простейшей закалочной средой является вода. Однако вследствие высокой скорости охлаждения на изделии могут образоваться трещины. Малогабаритные изделия часто закаливаются в этиловом спирте. Ввиду пожароопасности при закалке деталей большого размера спирт использовать нельзя!

Режимы термообработки дисперсионно-твердеющих сплавов золота приведены в табл. 14.1.

Режимы термообработки сплавов золота.

Таблица 14.1

Вопросы для самоконтроля

• 1. Какой вид термообработки применяют для сплавов системы Ag—Си?
• 2. Какой вид термообработки применяют для сплавов системы Аи—Ag—Си 583-Й и 585-й проб?
• 3. От чего зависит термообработка сплавов на основе золота?
• 4. Почему в ряде случаев закалку изделий из золотых сплавов проводят в этиловом спирте?
• 5. Для чего нагрев под закалку изделий на основе сплавов золота проводят в вакууме или в среде аммиака или угарного газа?