Brepol Uvelir delo 1982


СМртакег.ги
ШтЕКНАКБ ВКБРОНЬ
ТНЕОВДЕ ШЭ РРАХ15 ОЕЗ 00Ь05СНМ1Е05УЕВ РАС Н В Е1С Н УЕ КI-АО
ЬЕ1Р2Ю
1962
Э. БРЕПОЛЬ
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ЮВЕЛИРНОГО ДЕЛА
Издание четвертое, стереотипноеПеревод с немецкого В. П. КУЗНЕЦОВА
Под редакцией
канд. техн. наук Л. А. Г у т о в а и Г. Т. Оболдуева
ЛЕНИНГРАД
«МАШИНОСТРОЕНИЕ* ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1932
ББК 85.12 Б87
УДК 671.1 + 739.2

Рецензент ВНИИювелнрпром
Бреполь Э.Книга охватывает широкий круг вопросов, связанных с обработкой сплавов иа основе благородных металлов и с процессами производства ювелирных и декоративных изделий.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, специализирующихся в области ювелирного производства и декоративно-прикладного искусства. Она также может быть полезна учащимся профессионально-технических учнлнщ соответствующих специальностей.
12
3106000000—808038(01)—82
без объяв л.
ББК 85. 6П5.8
Б87 Теория и практика ювелирного дела: Пер. с нем./Под ред,- Л. А. Гутова и Г. Т. Оболдуева.—4-е изд., стереотипы. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982.—384 с. ил. В пер.: 1 р. до к.
© Перевод ва русский язык, «Машиностроение», 1973 г.
© Перевод на русский язык, «Машиностроение», 1982 г*
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image2.jpeg" \* MERGEFORMATINET
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Изготовление ювелирных изделий — одно из древнейших ремесел в многовековой истории человечества. С незапамятных времен ювелирные изделия из золота, серебра и драгоценных камней являлись мерилом богатства и власти господствующих классов, символом эксплуатации и угнетения.
В странах социализма функция ювелирных украшений изменилась коренным образом: они уже не являются достоянием эксплуататорских классов, а в качестве подлинных произведений искусства ювелиров служат украшениями для широких слоев трудящихся.
В связи с ростом благосостояния народа потребность в высокохудожественных ювелирных изделиях возрастает из года в год, расширяется их производство, а для этого необходимо, чтобы все ювелиры хорошо овладели теорией и практикой изготовления ювелирных изделий.
Книга Э. Бреполя «Теория и практика ювелирного дела» является одним из весьма немногочисленных и 'наиболее ценным источником информации по производству ювелирных изделий.
Книга состоит из трех частей.
В первой части рассмотрены физические, химические и технологические свойства металлов и сплавов, применяемых при изготовлении ювелирных изделий, а также диаграммы состояния двойных и тройных сплавов драгоценных металлов. Вышеперечисленные данные очень важны для понимания поведения металлов, сплавов и химических веществ в процессе изготовления ювелирных изделий и совершенствования технологии их производстве.
Во второй части подробно изложены стадии технологического процесса изготовления ювелирных изделий: взвешивание, пробирный и химический анализы, плавка, литье, обработка давлением, термообработка, обработка резанием, чеканка, травление, пайка, шлифование, полирование, чернение, серебрение, золочение, роди- рование и эмалирование.
В третьей части даны описания конструкций и способов производства оправ для драгоценных камней различных типов, методы закрепки и раскрепки камней, конструкции и способы изготовления подвижных шарнирных замковых и других соединений.
При переводе книги были устранены отдельные опечатки и неточности, некоторые обозначения и термины заменены общепринятыми в отечественной литературе. По тексту к терминам, сохранившим немецкую транскрипцию, даны достаточно подробные объяснения.
В целом материал книги изложен простым языком, достаточно подробно и доступно для широкого круга читателей, работающих в области ювелирного производства.
Л. Гутов Г. Оболдуев
ПРЕДИСЛОВИЕ К НЕМЕЦКОМУ ИЗДАНИЮ
Теоретики и практики, работающие в ювелирной промышленности, знают отрицательное влияние на их работу отсутствия всеобъемлющего учебника для ювелиров. Это и послужило поводом к написанию данной книги «Теория и практика ювелирного дела». Усилия автора были направлены на то, чтобы по возможности тесно связать научные познания с практическим опытом, причем не так, как это часто бывает в других аналогичных изданиях, где практической части лишь предшествует теоретическое введение, но возвращаясь в каждом разделе рукописи к важнейшим положениям теории, связывая их с задачами практики. Без желания недооценки большого значения сведений о придании формы, автор сознательно обходит вопросы эстетики и сосредотачивает основное внимание на научно-технических проблемах.
По мнению автора, единство теории и практики в настоящее время совершенно необходимо, так как от ювелиров высокой квалификации требуется овладение как теоретическими знаниями, так и практическими навыками в изготовлении ювелирных изделий.
При этом следует Помнить о хороших традициях, присущих кустарям-ювелирам и той или иной ювелирной фабрике, тщательно сохраняя и оберегая их.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, учащихся специальных учебных заведений, молодых квалифицированных рабочих, мастеров, а также может быть использована в качестве руководящего материала для студентов вузов.
При строжайшем соблюдении принципа научности автор стремился максимально просто и доходчиво изложить основы теории,чтобы облегчить понимание материала практикам, не имеющим достаточно хорошей теоретической подготовки.
Автор сердечно благодарит все народные предприятия и ма- стеров-ювелиров, оказавших ему поддержку и содействие при составлении этого труда. Автор выражает также глубокую признательность коллективам Фрейбергского свинцового комбината> Специализированного предприятия по обработке сплавов серебра и золота в Хальсбрюке. Особую благодарность автор приносит господину доктору Шлегелю, госпоже Ирене Ленк, господину В. Штоллю и господину Гюнтеру Шлотту за добросовестный про* смотр рукописи книги и ценные советы по ней. Автор будет признателен за критические замечания, высказанные в адрес данного издания.
д. Бреполь
Лейпциг, 1961 г.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯМАТЕРИАЛЫ
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image3.jpeg" \* MERGEFORMATINET
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫГЛАВА 1
ЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НЕБЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
1. ОБЩИЙ ОБЗОР СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ
Детальное изучение свойств и характеристик материалов, с которыми должен работать ювелир, необходимо для правильной и качественной их обработки. Только тот, кто всесторонне изучил и познал свойства и особенности применяемых материалов, будет в состоянии придать им правильную форму и красивый внешний вид в готовых украшениях.
В производстве ювелирных изделий необходимо в первую очередь учитывать физические свойства металлов и сплавов, плотность, температуру плавления, тепловое расширение, теплопроводность, отражательную способность. Знание этих свойств позволяет правильно выбрать термические режимы литья, ковки, прокатки, пайки и других видов горячей обработки металлов.
Важное значение при различных методах изготовления металлических деталей ювелирных украшений, оправ драгоценных камней, столовых приборов и посуды из сплавов благородных металлов имеют их основные механические свойства. К ним относятся: прочность, твердость, упругость, пластичность. Эти же свойства имеют первостепенное значение и при использовании ювелирных изделий в качестве украшений и предметов домашнего обихода. Учитывая эксплуатационные требования, предъявляемые к долговечности этих изделий, ювелир может на основе детального знания механических свойств сплавов различной пробы обоснованно подойти к выбору наиболее рациональной в данном случае марки сплава.
Не меньшую роль в технологии производства и в процессе потребления ювелирных изделий играют химические свойства как чистых металлов, так и их сплавов: стойкость к воздействию внешней среды — кислот, щелочей, газов, пресной и морской воды, оказывающих большее или меньшее агрессивное действие на металл колец, браслетов, кулонов, цепочек и других ювелирных украшений.
И, наконец, особое место в характеристиках материалов занимают технологические свойства. К ним относятся: жидкотеку- честь, ликвация и усадка металлов при литье, ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием. Знание этих свойств особенно важно при выборе методов и режимов обработки ювелирных изделий.
Ознакомление с металлическими материалами начинается с изучения их физико-химических свойств и основных положений металловедения — науки о металлах, знание которых поможет установить, какие многосторонние практические выводы вытекают из этой науки. При этом станет ясным, что многие дефекты, возникающие при обработке металлов на практике из-за недопонимания их внутреннего строения и свойств, могут быть легко предупреждены.
Золото. Химический элемент, символ Аи, имеет порядковый номер 79, атомный вес 197,0, основную валентность III, плотность 19,3 г/см3, температуру плавления 1063° С, температуру кипения 2970° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 18—20 кгс/мм2.
Золото — металл красивого желтого цвета, тонколистовое (сусальное) золото имеет зеленоватый оттенок. Золото с трудом образует химические соединения, оно химически устойчиво на воздухе, в воде и в кислотах, за исключением царской водки (см. стр. 62) (в последней золото растворяется с образованием золотохлористоводородной кислоты Н [АиС14]). Оно взаимодействует также со свободными ионами хлора, цианидами калия и натрия, бромом и некоторыми другими химикатами, не имеющими применения в производстве ювелирных изделий.
Золото имеет высокую отражательную способность и хорошо полируется; оно обладает высокой пластичностью и прокатывается в листы толщиной до 0,0001 мм. Тепло- и электропроводность золота ниже, чем у меди. Удельная теплоемкость его сравнительно невелика. Из-за невысокой твердости и прочности золото используют в ювелирном деле в виде сплавов с другими металлами и в очень редких случаях в чистом виде.
Серебро. Химический элемент, символ А§, имеет порядковый номер 47, атомный вес 107,88, валентность I, II, плотность
г/см3, температуру плавления 960,5° С, кипения 2210° С, твердость по Бринелю в. отожженном состоянии 25 кгс/мм2.
Серебро — металл белого цвета, практически не изменяющийся под действием кислорода воздуха при комнатной температуре, однако из-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ар'2 3. Серебро устойчиво в воде, но растворяется в азотной и горячей концентри-
рованной серной кислоте. С царской водкой оно образует нерастворимый хлорид серебра А§С1. Как и золото, серебро взаимодействует со щелочными растворами цианидов.
Серебро хорошо полируется, имеет высокую отражательную способность; оно обладает хорошей ковкостью и самой высокой из всех металлов тепло- и электропроводностью. Чтобы повысить твердость и прочность серебра, его используют в сплавах с другими металлами. При изготовлении ювелирных украшений серебро в чистом виде применяют сравнительно редко.
Платина. Химический элемент, символ Р1, имеет порядковый номер 78, атомный вес 195,23, валентность II, IV, плотность 21,45 г/см3, температуру плавления 1773,5° С, температуру кипения 4410° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии около 50 кгс/мм2.
Металл имеет бело-серую окраску, схожую по цвету со сталью, и практически не растворим ни в воде, ни в кислотах, за исключением горячей царской водки, при'взаимодействии с которой образуется платинохлористоводородная кислота Н2[Р1С121. Платина весьма пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. Наряду с палладием и иридием она имеет очень низкую тепло- и электропроводность, низкую удельную теплоемкость и с трудом вступает в химические соединения. Платина в чистом виде очень мягка, поэтому ее легируют иридием, родием и другими металлами. Для изготовления ювелирных изделий в сплав, кроме этих компонентов, добавляют еще и медь.
Металлы платиновой группы (иридий, палладий, родий) в химическом отношении настолько схожи с платиной, что разделение их затруднительно.
Иридий. Химический элемент, символ 1г, имеет порядковый номер 77, атомный вес 193,1, основную валентность III, плотность
г/см3, температуру плавления 2454° С, температуру кипения 5300° С, твердость по Бринелю . в отожженном состоянии 172 кгс/мм2. Из-за большой твердости и высокой температуры плавления иридий с трудом поддается обработке. Относительное удлинение при растяжении составляет лишь 2%. При высоких температурах металл можно обрабатывать давлением. При небольшой добавке иридия к платине значительно повышается ее твердость.
Палладий. Химический элемент, символ Рб, имеет порядковый номер 46, атомный вес 106,4, основную валентность II, плотность 12,0 г/см3, температуру плавления 1554,5° С, температуру кипения 4000° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 52 кгс/мм2.
Палладий имеет более светлую окраску, чем платина, он химически устойчив на воздухе и в воде, растворяется в горячей, слегка разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата палладия Рб (N03)2. При температурах от 400 до 850° С палладий покрывается светло-фиолетовым окисным слоем, который исчезает при
и
более высоких температурах. Благодаря хорошей обрабатываемости, низкой температуре плавления и относительной дешевизне, он чаще других металлов платиновой группы используется в ювелирных изделиях. Как легирующий металл палладий улучшает свойства платины, осветляет ее окраску, а также способствует отбеливанию сплава при получении так называемого белого золота.
Родий. Химический элемент, символ КЬ, имеет пор°цковый номер 45, атомный вес 102,91, основную валентность III, плотность 12,4 г/см3, температуру плавления 1966° С, температуру кипения 4500° С, твердость по Бринелю 101 кгс/мм2.
По цвету родий сходен с платиной, не вступает во взаимодействие с кипящими кислотами и смесями кислот, но растворяется в щелочных растворах цианидов; абсолютно не окисляется на воздухе и в воде, хорошо поддается горячей обработке давлением.
Ртуть. Химический элемент, символ Н§, имеет порядковый номер 80, атомный вес 200,61, валентность I, II, плотность 13,55 г/см3, температуру плавления 38,83° С, температуру кипения 356,95° С.
Ртуть — металл светло-серебристого цвета, находящийся в жидком состоянии при нормальной температуре, стойкий на воздухе и обладающий сильным блеском. При нагревании металла образуется окись ртути, диссоциирующая при температуре свыше 400° С. Так как ртуть при комнатной температуре выделяет ядовитые пары, то хранить ее необходимо только в закрытых емкостях. Ртуть взаимодействует со слабо разбавленной азотной кислотой с образованием нитрата Н§Ы03 и с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата Н§2$04. С соляной кислотой ртуть не взаимодействует. Для повышения температуры плавления в нее добавляют золото, серебро и другие металлы. Полученные таким образом амальгамы при комнатной температуре тверды. Ювелиры используют ртуть для получения золотой и серебряной амальгам при горячем золочении и серебрении.
Медь. Химический элемент, символ Си, имеет порядковый номер 29, атомный вес 63,54, основную валентность II, плотность 8,9 г/см3, температуру плавления 1083° С, температуру кипения 2600° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 35 кгс/мм2.
Медь — единственный металл, имеющий красноватый цвет. На воздухе, в присутствии углекислого газа, она покрывается пленкой зеленого цвета (патиной), гидроокисным карбонатом меди СиС03-Си(0Н)2. При нагреве на поверхности металла образуется черный налет окиси меди СиО. Медь растворяется: в азотной кислоте, образуя нитрат Си(1Ч03)2; в серной кислоте, образуя сульфат Си^04; в разбавленной соляной кислоте, образуя хлорид меди СиС12, а при взаимодействии ее с уксусной кислотой образуется основной ацетат меди — ядовитая ярь-медянка.
Медь прекрасно обрабатывается давлением и обладает хорошим блеском и высокой полируемостью, однако блеск ее довольно быстро исчезает. Медь — лучший проводник тепла и электрического тока после серебра и имеет очень высокую удельную теплоемкость. Чистая медь редко применяется для изготовления украшений, но иногда находит применение при изготовлении шаблонов и опытных образцов изделий. Медь часто используется и как присадочный материал.
Латунь. Технические сплавы меди с. цинком желтого цвета, содержащие свыше 50% Си, называются латунями. Сложные легированные латуни содержат кроме цинка и другие элементы — свинец, олово, алюминий, марганец, никель. В ювелирном деле латуни, обладающие высокой пластичностью, используют при изготовлении посуды и украшений. Латунь, содержащая 10% цинка, известна под названием «томпак». Она имеет желтоватый цвет и по свойствам близка к меди. «Томпак» используют для изготовления ювелирных изделий с последующим нанесением на них защитных покрытий.
Бронза. В ювелирной промышленности используются оловянные бронзы (сплавы системы медь—олово) благодаря их высоким литейным свойствам (жидкотекучести, малой усадке), а также прочности, стойкости против коррозии и красивому желтоватому цвету. Наибольшее распространение имеют сплавы меди с содержанием 5—10% олова. Сплав с 5% олова называется монетной или медальной бронзой, сплав с 10% олова — пушечной бронзой (из него раньше отливались пушки).
Нейзильбер. Сплав на основе меди, содержащий 13,5—16,5% никеля и 18—20% цинка. Сплав имеет высокие твердость, упругость и хорошую коррозионную стойкость В ювелирном деле используется для изготовления игл, булавок, пружин и посеребренных столовых приборов.
Цинк. Химический элемент, символ 2п, имеет порядковый номер 30, атомный вес 65,38, валентность II, плотность 7,13 г/см3, температуру плавления 419,46° С, температуру кипения 906° С, твердость по Бринелю 30—35 кгс/мм2.
Цинк — металл голубовато-белого цвета, медленно покрывающийся на воздухе плотным серым защитным слоем, состоящим из карбоната цинка 2пСОа и окиси цинка 2пО, вследствие чего блеск металла исчезает. При нагреве на воздухе цинк, сгорая, превращается в белый порошок — окись цинка 2пО, светящийся в темноте зеленоватым светом При комнатной температуре он довольно хрупок; при температурах ПО—150° С хорошо поддается обработке давлением, а при температуре выше 200° С становится настолько хрупким, что его можно распылять. Цинк хорошо растворяется в разбавленных кислотах. Он используется в качестве присадки в сплавах благородных металлов.
Кадмий. Химический элемент, символ Сб, имеет порядковый номер 48, атомный вес 112,41, валентность II, плотность 8,65 г/см3,
температуру плавления 320,9° С, температуру кипения 765° С, твердость по Бринелю 16 кгс/мм2.
Кадмий — металл белого цвета, по своим свойствам сходный с цинком. На воздухе покрывается защитной окисной пленкой серого цвета, поэтому полированная блестящая поверхность его быстро тускнеет. Сгорая, кадмий превращается в порошок коричневого цвета — окись кадмия СсЮ. Пластичность металла хорошая. Добавка кадмия снижает температуру плавления твердых припоев, при введении его в сплавы серебро—медь их пластичность повышается.
Олово. Химический элемент, символ 8п, имеет порядковый номер 50, атомный вес 118,7, валентность II, IV, плотность 7,298 г/см3, температуру плавления 213,9° С, температуру кипения 2362° С, твердость по Бринелю 5 кгс/мм2.
Олово имеет серебристо-белый цвет и обладает хорошей пластичностью, на воздухе постепенно покрывается защитным окис- ным слоем. При сгорании образуется белый порошок — окись олова 3п02, используемый в качестве полирующего средства. При температуре ниже 13,5° С происходит аллотропическое превращение 5пв —► 5па, в результате чего металл превращается в серый порошок («оловянная чума»). Растворяясь в соляной кислоте, олово образует хлорид 5пС12; при взаимодействии его с концентрированной азотной кислотой образуется оловянная кислота Н28п03 — серый порошок, растворимый в разведенной азотной кислоте. Олово является важнейшим составным компонентом мягких легкоплавких припоев.
Свинец. Химический элемент, символ РЬ, имеет порядковый номер 82, атомный вес 207,21, основную валентность II, плотность 11,34 г/см3, температуру плавления 327,4° С, температуру кипения 1740° С, твердость по Бринелю 4 кгс/мм2.
Свинец имеет голубовато-белую окраску, на воздухе покрывается тускло-серым налетом окиси свинца РЬО. В воде на его поверхности образуется толстый слой, состоящий из карбоната свинца РЬС03 и сульфата свинца РЬ$04, который защищает металл от дальнейшей коррозии. Окисный слой свинца стоек также в серной и соляной кислотах. Свинец растворяется только в азотной кислоте с образованием нитрата РЬ(Г\’0;!)2, а также вступает в реакцию со слабой уксусной кислотой. Свинец — мягкий и высокопластичный металл. Пары свинца и его сплавов ядовиты и могут привести к параличу дыхательных путей. Ювелиры используют свинец для купелирования и как присадку для получения мягких припоев.
Железо. Химический элемент, символ Ре, имеет порядковый номер 26, атомный вес 55,85, валентность II, III, плотность 7,87 г/см3, температуру плавления 1539° С, температуру кипения 2740° С, твердость по Бринелю 60 кгс/мм2.
- Железо имеет голубовато-белый цвет и на сухом воздухе довольно устойчиво. Однако из-за наличия во влажном воздухе паров
воды и кислорода железо покрывается коричневым слоем ржавчины, состоящим из водосодержащего окисла железа Ре(ОН)3 х X 2Ре203.
Вследствие пористой структуры этого слоя процесс коррозии продолжается до тех пор, пока весь металл не превратится в ржавчину. Коррозия происходит и в воде, содержащей кислород. При нагреве металла на воздухе свыше 650° С образуется хрупкий черный слой окиси железа, так называемой окалины Ре304. Железо растворяется в соляной кислоте до хлорида РеС12; в концентрированной серной и азотной кислотах оно покрывается защитным слоем, который предохраняет его от дальнейшего разъедания.
Вследствие высокой температуры плавления и легкой окисляе- мости железо редко используется в ювелирном деле.
Чугун. Сплавы железа с углеродом, содержащие свыше 2% С, а также примеси кремния, марганца, фосфора и серы относятся к чугунам. Чугун является продуктом доменного металлургического процесса. Во время плавки восстановленное из руды железо насыщается углеродом и другими примесями, сопутствующими руде, топливу и флюсам, что отражается на его свойствах. При содержании в чугуне от 3,0 до 5,0% углерода повышается его твердость и прочность, но уменьшается пластичность и снижается температура плавления; повышение содержания кремния от 0,3 до 2,5% благоприятствует графитизации и улучшению литейных свойств чугуна; присутствие 0,5—6% марганца способствует образованию карбида железа, повышению твердости и прочности чугуна; примесь 0,08—2,2% фосфора делает его жидкотекучим, твердым и хрупким, а вредная примесь 0,03—0,12% серы способствует ухудшению жидкотекучести чугуна и появлению красноломкости.
Серый чугун, в котором углерод выделяется в виде пластинчатых включений графита, получают при медленном охлаждении. Этому процессу способствует наличие кремния. Поверхность излома выглядит мелкозернистой и имеет серый цвет. Серый чугун мягок и хрупок, он является исходным продуктом для получения чугунного литья.
Если углерод в чугуне находится в связанном состоянии в виде карбида железа Ре3С, то такой чугун называется белым. Поверхность излома белого чугуна блестящая, белого цвета. Белый чугун тверд и хрупок, он является исходным продуктом для получения стали.
Сталь. .Углеродистая сталь содержит железо, углерод и сопутствующие примеси, но в меньших количествах, чем чугун. С увеличением содержания углерода повышаются твердость, прочность, сопротивление деформации и уменьшаются пластичность, свариваемость, вязкость,, ухудшаются литейные свойства.
Строительные и конструкционные малоуглеродистые стали содержат от 0,05 до 0,25%углерода, они хорошо куются, штампуются и свариваются. Изделия из этих сталей обычно не подвергаются закалке. Конструкционные (машиноподелочные) стали, содержащие от 0,25 до 0,7% углерода, обладают высокой прочностью и поддаются закалке, так же, как и инструментальные углеродистые стали, содержащие от 0,7 до 1,5% углерода.
Легированная сталь содержит железо, углерод, сопутствующие примеси и те или иные легирующие элементы: Сг, №, 5), Мп, Ш, И и др. При содержании в ней от 0,5 до 3% кремния повышаются прочность, твердость, упругость и уменьшается пластичность стали Присутствие от 0,8 до 14% марганца повышает прокаливаемость, вязкость и износостойкость, но уменьшает упругость стали; наличие от 0,2 до 30% хрома повышает твердость, прочность, жаропрочность и коррозионную стойкость стали, но ухудшает ее обрабатываемость резанием; при добавлении от 0,2 до 10% молибдена повышаются прочность и коррозионная стойкость, но уменьшаются упругие свойства и ковкость стали, а также ухудшается ее пластичность; прибавление от 0,25 до 36% никеля повышает вязкость металла; наличие 0,05— 4% ванадия повышает прочность стали, ударную вязкость и стойкость к динамическим нагрузкам; присадка 0,5—25% вольфрама повышает твердость, вязкость и усилия, затрачиваемые на резание металла.
2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Твердость по Бринелю. Среди физических свойств металлов твердость и результативные данные испытания на растяжение (предел прочности, относительное удлинение и др.) являются самыми важными для практиков. К сожалению, многие ювелиры не принимают во внимание ценность исследования этих характеристик металлов и сплавов, зачастую полагаясь на свой опыт и чутье. Однако эти характеристики являются основными при выборе материалов для работы.
Т вердостью называют свойство материала оказы вать сопротивление внедрению другого, более твердого тела. При определении твердости по методу Брпнеля закаленный стальной шарик диаметром П вдавливается силой Р в испытуемый образец. При этом образуется отпечаток в виде сферической лунки, диаметр которой измеряется.
Твердость по Бринелю определяется из следующего соотношения:
К ГС
мм2 '
(1)Диаметр вдавливаемого шарика выбирают в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца. Между диаметром шарика и диаметром отпечатка с1 выдерживается соотношение
(2)
й = (0,2 -т-0,7) О.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image5.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 1. Прибор для определения |'вердостн
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image6.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 2. Сравнение чисел твердости по Бринелю у важнейших металлов
При испытании цветных металлов часто используют шарик диаметром 10 мм, а нагрузку принимают равной Р = 10Й2, т. е. 1000 кгс. При испытании очень мягких металлов применяют шарики диаметром 5 и 2,5 мм. Нагрузка в этом случае должна быть соответственно меньше. С помощью измерительного микроскопа определяется диаметр отпечатка с1, а затем по диаметру вычисляется поверхность отпечатка (рис. 1 и 2).
Испытание на растяжение. Особенно ясное представление об изменении свойств металла в процессе пластического деформирования дает испытание на растяжение. Этот вид испытания получил широкое распространение для всех видов металлов и сплавов. Испытание стандартных цилиндрических или плоских образцов производится на разрывных машинах (рис 3)
Образец закрепляют в захватах разрывной машины и затем нагружают постепенно увеличивающимся усилием. Перед началом испытания измеряют диаметр образца и вычисляют площадь его поперечного сечения. Напряжение, возникающее в металле, определяют по формуле
где о — напряжение в кгсЛчм2; Р — нагрузка в кгс; Ри — начальная площадь поперечного сечения образца в мм2.
Напряжение рассчитывается на 1 мм2 поперечного сечения образца. С увеличением нагрузки образец удлиняется, при этом одновременно уменьшается его поперечное сечение.
Относительное удлинение б представляет собой отношение абсолютного удлинения образца после разрыва Д/ = /к — 10 (где 1К — конечная расчетная длина образца) к его начальной расчетной длине /0, выраженное в процентах,
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image9.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 3. Машина для испытают на растяжение с зажатым в се захватах образцом
(4)Когда напряжение достигает наибольшей величины, происходит разрыв образца и процесс растяжения прекращается
На оси ординат диаграммы растяжения (рис 1) нанесены величины напряжения о в кгс/мм2, а на оси абсцисс — абсолютное удлинение е. Из полученной кривой видно соотношение обеих величин. Рассмотрим основные участки диаграммы растяжения.
Участок упругой деформации. Упругая деформация хараюе- ризуется тем, что она продолжается до тех пор, пока действуетнагрузка; при снятии нагрузки удлинившийся образец снова возвращается в исходное состояние. На участке 0 — е, упругой деформации кривая поднимается прямолинейно. Напряжение и растяжение на этом участке кривой пропорциональны. Если увеличить напряжение, то соответственно этому увеличится и относительное удлинение При снятии дополнительной нагрузки удлинение будет соответствовать первоначальному значению Если нагрузку снять совсем, то удлинение будет равно нулю.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image10.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис 4. Диаграмма растяжения металлического образца
При напряжении о, упругая деформация заканчивается. Это напряжение соответствует пределу упругости. Практически невозможно точно определить предел упругости, так как микрообъемы образца из-за посторонних включений неодинаково реагируют на нагрузку Поэтому за технический предел упругости о00, принимается напряжение, которое вызывает удлинение образца на 0,01% от его исходной длины
Участок пластической деформации Если образец подвергается большему нагружению и деформируется в области пластической деформации, то он будет сохранять удлинение и после прекращения действия нагрузки. Переход от упругой деформации к пластической осуществляется постепенно. Пластическая деформация образца начинается при напряжении, равном пределу упругости, и заканчивается при его разрыве. При испытании материала на растяжение за предел текучести принимают напряжение ст„,2> которое вызывает остаточную деформацию в размере 0,2% от исходной длины. На участке пластической деформации образца удлинение увеличивается быстрее, чем нагрузка, и в результате кривая идет более полого, чем при упругой деформации. Если нагрузку снять после того как образец пластически деформировался за пределом текучести, то пластическое -удлинение сохранится, но упругая деформация должна исчезнуть. Если при напряжении о2 разгрузить образец, то кривая упадет не вертикально в точку к.,, а параллельно прямой упругой деформации до тех пор, пока не войдет в точку е2. Область упругой деформации при многократном повторении пластической деформации увеличивается.
Кривая пластической деформации достигает при напряжении ап максимального значения; напряжение, соответствующее этой точке, называется пределом прочности при рас т я к е и к и; оно соответствует максимальной нагрузке, которую выдерживает испытываемый образец. При дальнейшемувеличении нагрузки образец разрушается. Для удлинения образца при напряжении ов, как видно, не требуется увеличения внешнего усилия. Причина этого заключается в том, что теперь образец не растягивается равномерно по всей длине, а его деформация сосредотачивается в одном, особенно податливом месте. На образце появляется местное сужение поперечного сечения, так называемая шейка, которая под действием нагрузки неуклонно сужается. Напряжение в шейке непрерывно возрастает по отношению к исходному поперечному сечению. При напряжении Од, называемом пределом прочности при разрыве, происходи Ад Р1 Р(1 Си 1п Сй 8п РЬ Ре
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image11.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 5. Сравнение величин относительных удлинений и пределов прочности важнейших металлов при растяжении
дит разрушение образца. Величина предела прочности на разрыв не так важна, как значение предела прочности при растяжении. Напротив, абсолютное удлинение при разрыве еЛ, которым определяется общее удлинение образца, и относительное удлинение 6%, являются очень важными величинами.
Если обобщить результаты испытаний, то можно сказать, что предел упругости равен величине напряжения, которое должно быть преодолено прежде, чем возникает пластическая деформация. Предел прочности при растяжении характеризует сопротивление металла пластической деформации, а относительное удлинение соответствует возможностям деформации. Между результатами испытания на растяжение и пробой на твердость существует тесная взаимосвязь: металлы большой твердости, как правило, обладают высокой прочностью, в то время как относительное удлинение их невелико.
На рис. 5 представлена сравнительная диаграмма значений относительных удлинений б в % (верхний горизонтальный ряд цифр) и пределов прочности св в кгс/мм2 (нижний ряд цифр в прямоугольниках) важнейших для ювелира металлов. На прочность металлов оказывают влияние следующие факторы:
легирование — сплавление чистых металлов с легирующими компонентами повышает прочность металлов;

пластическая деформация — она приводит вначале к повышению прочности, которая затем с увеличением степени деформации резко снижается (когда достигнут предел текучести);
величина зерна — мелкозернистая структура придает металлу более высокую прочность, чем крупнозернистая;
температура — с повышением температуры прочность понижается.
При высокой прочности и высоком пределе текучести требуются и большие усилия для деформации. Если относительное удлинение невелико, то при прокатке, волочении, ковке, расплющивании, штамповке, гибке и других операциях металл может подвергаться лишь небольшим пластическим деформациям. У металла с высокой пластичностью относительное удлинение может быть более 30%. Резке и распиловке предшествует пластическая деформация до тех пор, пока частицы металла не распадутся. Чем ниже прочность металла, тем меньшая сила необходима для разделения его частиц. Прочность и относительное удлинение металла, из которого необходимо изготовить кольцо, должны быть настолько высоки, чтобы можно было легко сгибать, ковать и вытягивать отдельные части кольца при его изготовлении. Металл для оправы должен иметь по возможности высокое относительное удлинение, чтобы можно было легко закрепить в ней камень. Разумеется, твердость и сопротивление износу при этом не должны быть малыми, иначе камень может выпасть из оправы.
Материалы для цепочек должны обладать высокой прочностью и твердостью для уменьшения износа звеньев. Кроме того, материал должен быть достаточно пластичным, чтобы звенья цепочки легко гнулись при ее изготовлении. Величины твердости, относительного удлинения и предела прочности важнейших сплавов благородных металлов могут быть взяты из диаграмм механических свойств этих сплавов, приведенных ниже.
Температура и количество теплоты. Между этими понятиями необходимо делать четкое различие. Т емпература характеризует степень нагрева тела, измеряется термометром или пирометром и выражается в градусах Цельсия (°С) или в градусах Кельвина (К)-
Количество теплоты характеризует количество тепловой энергии, содержащейся в теле или потребной для повышения его температуры. Единицей измерения количества теплоты является калория (1 кал = 4,1868 Дж), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 г воды на 1°С в интервале температур от 14,5 до 15,5° С. Килокалория (1 ккал) выражает количество теплоты, которое необходимо для нагрева 1 кг воды на 1 ° С. Если сообщить 1 кг золота количество теплоты, равное 1 ккал, то его температура повысится почти на- 30° С, расход тепла на нагрев также понизится. Это различие в потребности тепла для нагрева 1 кг воды и золота объясняется их
разной удельной теплоемкостью. Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, выраженное в ккал, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1 ° С.
емкость. т
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image12.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 6. Сравнительная диаграмма расхода тепла на расплавление 1 кг различных ме-
Каждому металлу свойственна определенная удельная тепло- Например, удельная теплоемкость Аи равна
034 ккал/(кг-град); Си = 0,093 ккал/(кг • град); Ре — 0,108 ккал/(кг • град).
Зная удельную теплоемкость, можно легко вычислить количество теплоты, необходимое для нагрева металла от комнатной температуры до температуры плавления. Так как удельная теплоемкость при повышении температуры несколько изменяется, то для расчетов используют ее среднее значение. На рис. 6 в виде диаграммы представлено общее количество теплоты в ккал, необходимое для расплавления 1 кг различных металлов. Заштрихованная область обозначает расход тепла для нагрева от комнатной температуры до температуры плавления, а светлая область — скрытую теплоту плавления.
Из диаграммы видно, что для расплавления золота требуется относительно небольшое количество тепла, в то время как для меди, несмотря на небольшую разницу в температуре плавления (не больше 20° С), необходимо тройное количество тепла, а для серебра требуется даже больше тепла, чем для золота, хотя оно имеет более низкую температуру плавления. Отсюда следует, что в плавильной установке, в которой уже расплавилось чистое золото, еще останется большое количество нерасплавленной меди.
Тепловое расширение. Известно, что каждый металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Это свойство является общим для всех металлов, но изменения размеров при изменении температуры у разных металлов различны. Для их определения необходимо знать коэффициент линейного теплового расширения, который характеризует увеличение размера образца длиной в 1 м при нагревании на 1°С. У платинового образца это удлинение составляет всего лишь 0,0000089 м. На рис. 7 наглядно представлены сравнительныевеличины коэффициентов линейного расширения важнейших металлов, умноженные для упрощения их прочтения на 10е. Так, например, для платины коэффициент линейного расширения по рис. 7 составляет 8,9-10“®.
Тепловое расширение следует учитывать при изготовлении ювелирных изделий. Так, например, в пластинах, спаянных из золота и серебра, вследствие различия их коэффициентов теплового расширения возникают напряжения в паяном шве при изменении температуры. При пайке ювелирных изделий из сплавов серебра скрепленные мягкой стальной проволокой детали зачастую смещаются, так как коэффициенты теплового расширения этих металлов сильно отличаются по величине.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image13.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 7. Диаграмма значенийРис. 8. Сравнение теплопроводностей важ-
коэффициентов линейного рас-нейших металлов, выраженных в
ширения важнейших металловкал/(см-с-град)
Известно, что коэффициент теплового расширения стекла очень мал — 8,6-10“® м/°С, т. е. примерно такой же, как у. платины. Поэтому для того чтобы эмаль держалась на металле, в нее вводят специальные добавки, повышающие коэффициент теплового расширения. Тем не менее на золоте и сплавах железа эмаль держится прочнее, чем на серебре.
Теплопроводность. Из всех металлов наибольшей теплопроводностью обладает серебро (рис. 8), в этом мог убедиться каждый ювелир, когда он держал в руках серебряную проволоку при нагреве ее.
Для характеристики теплопроводности различных материалов пользуются коэффициентом теплопроводности. Это величина, характеризующая количество теплоты, переданной за 1 с через образец серебра сечением 1 см2 и длиной 1 см при разности температур на концах образца в 15С [выражается в кал/(см-с-град)1.
Различие в теплопроводности металлов необходимо учитывать при пайке деталей ювелирных изделий, изготовленных из разных материалов.
Отражательная способность. Из всей области электромагнитных волн световые волны занимают относительно небольшой участок, а именно длины волн от 4 • 10-5 до 8 • 10~5 см. Определенная часть световых волн, падающих на поверхность металла, поглощается им, а часть отражается от нее, Отражательная способность у металлов различна (рис. 9).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image14.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 9. Отражательная способность благородных металлов в области видимого света: / — серебро после полировки; 2 — серебро через 70 дней после полировки
Золото хорошо отражает дневной свет, однако в желтой области спектра, т. е. при длине световых волн 5,5-10-7 м, отражательная способность золота очень незначительна В красной области спектра отражательная способность золота почти 100%, в голубой области — менее 40%. Как видно из рис. 9, серебро в области видимого света обладает наибольшей отражательной способностью. Минимальная отражательная способность серебра, как и большинства металлов, наблюдается в голубой области спектра. Из-за образования сульфида серебра на поверхности металла отражательная способность его резко уменьшается (рис. 9, кривая 2).
Металлы платиновой группы обладают меньшей отражательной способностью, чем серебро. Отражательная способность платины на 30%, а родия на 20% меньше, чем у серебра. Однако, несмотря на это, серебряные изделия покрывают родием, так как при длительном хранении на воздухе серебро темнеет, в то время как отражательная способность родия остается неизменной
3. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
Кристаллическая структура. Процесс кристаллизации при переходе металла из жидкого состояния в твердое начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается при их росте. Пока кристаллы растут свободно, они имеют правильную геометрическую форму Однако при взаимном столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как на этих участках рост граней прекращается; он продолжается лишь в тех направлениях, где есть свободный доступ «питающей жидкости». В результате после затвердевания образуются кристаллиты (зерна) неправильной геометрической формы, размер которых существенно сказывается на механических свойствах металла. Последние ухудшаются с увеличением размеров кристаллитов.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image15.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 12. Микроструктура металла, протравленного по границам зерен
Каждый кристаллит состоит из элементарных к р и - еталлических ячеек, под которыми подразумевается наименьший комплекс атомов, позволяющий при многократном повторении в объеме кристаллита воспроизвести пространствен-
Рис. 10 Элементарная ячей-Рис. И. Микроструктура золота, прока кубической гранецентри-травленная с различной окраской зерен
рованной решетки
ную кристаллическую решетку. Ее обычно представляют в виде модели или рисунка, причем положения атомов составляют так называемые узлы решетки (на схемах обозначаются в виде кружков). Атомы, образующие решетку, могут располагаться в виде геометрических фигур Простейшим типом кристаллической ячейки является к у - бическая решетка Однако стремление атомов металла занять места, наиболее близкие друг к другу, приводит и образованию других типов решеток:куби
ческой, объемноцентрнрован- ной, кубической граненент- рнрованной и гексагональной плотноупакованной решетки. Такие металлы, как золото, серебро, платина, палладий, иридий, медь, свинец и железо, имеют кубическую гранецентрированную решетку (рис. 10), в которой атомы располагаются в углах куба и в центре его граней. Цинк и кадмий имеют гексагональную решетку.
Исследование структуры сплавов. На практике зачастую применяется метод исследования структуры по излому. В отличие от аморфных тел металлы имеют зернистый (кристаллический) излом. По нему можно судить о размерах зерен, особенностяхвыплавки и литья, термической обработке, а следовательно, и о некоторых свойствах металла.
Для более точного выявления строения металла или сплава применяется микроскопический метод исследования: поверхность исследуемого образца шлифуется и полируется до зеркального блеска так, чтобы под микроскопом не были видны следы шлифовки, а затем подвергается травлению.
Под действием травления зерна даже чистого металла, имеющего одинаковую структуру, получают различные протравимость и окраску (рис. 11). Причиной этого является различная кристаллографическая ориентировка кристаллов относительно поверхности шлифа и связанная с этим анизотропия их физико-химических свойств.
Наряду с травлением и окрашиванием зерен используется также травление по границам зерен, при котором травитель действует так, что зерна остаются неповрежденными, а тонкий, легко растворимый слой примесей по границам зерен разрушается. При этом вырисовывается тонкая паутинообразная картина контуров зерен (рис. 12). Подготовленные таким образом микрошлифы исследуются под металлографическим микроскопом.
ГЛАВА 2
СПЛАВЫ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
4. РАСТВОРИМОСТЬ МЕТАЛЛОВ
Сплавы обычно образуются путем соединения металлов с металлами или металлов с металлоидами в расплавленном состоянии.
Свойства сплава отличаются от свойств чистых металлов, образовавших сплав. Варьируя компонентами сплава, можно изменять такие его свойства, как твердость, прочность, пластичность, цвет, коррозионная стойкость и другие, а добавляя неблагородные металлы, можно снизить стоимость сплавов благородных металлов.
Растворимость металлов в жидком состоянии. Каждый сплав образуется в процессе плавки металлов. При этом между компонентами (составляющими) сплава в расплавленном состоянии наблюдаются три различных случая взаимодействия.
Полная нерастворимость. Компоненты образуют в расплаве отчетливо разграниченные слои, находящиеся один над другим, например, свинца и железа.
Полная растворимость. В этом случае, который встречается чаще всего, всегда образуется однородный расплав, при этом безразлично, в каком качественном соотношении находятся его компоненты.
Ограниченная растворимость. Металлы растворяются друг в друге только в определенных пределах.
Если перейти границу растворимости, то образуются, как и в первом случае, слои жидких металлов. Примером может служить система серебро—никель. В расплавленном никеле может раствориться до 2% серебра, а в жидком серебре — до 0,4% никеля. Если эти границы будут перейдены, то образуются два лежащих один над другим слоя, которые соответствуют упомянутому составу.
Расплав, содержащий_
50% серебра и 50% никеля, имеет слой никеля с 2% се-И^5К|
Рис. 13. Разновидности структур сплавов из двух металлов: а — однородный твер» дый раствор; б — твердый раствор с ограниченной растворимостью; в — механическая смесь неоднородных кристаллитов
ребра и слой серебра с 0,4% никеля.
Сплав может образоваться только тогда, когда исходные компоненты растворяются в жидком состоянии без остатка. Однако при кристаллизации однородного расплава могут образоваться различные типы структур.
Растворимость металлов в твердом состоянии. Если компоненты сплава сходны по строению кристаллической решетки, то полная их взаимная растворимость может сохраниться также и в твердом состоянии. В этом |««%^*°**> случае атомы обоих метал лов составляют общую кри сталлическую решетку. Мик рофотографии структуры сплава Аи—или Аи—Си такие же, как у одного из этих чистых металлов.
Если кристаллические решетки компонентов исходных металлов сплава различны, то-при переходе из жидкого состояния в твердое компоненты образуют самостоятельные кристаллиты, и после затвердевания сплав состоит из смеси кристаллитов исходных компонентов. Металлы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии при затвердевании могут образовать твердые растворы, в которых атомы одного компонента встроены в кристаллическую решетку другого только в определенных пределах.
Образование трех видов структур при затвердевании однородного расплава из двух металлов показано на рис. 13.
Встречаются также металлические соединения (интерметал-
лиды), подобные химическим, образующие в сплавах твердые
растворы. Они выражаются химическими формулами, как, например, АиСи или Аи,А1. Эти соединения, отличающиеся твердостью и хрупкостью, почти не поддаются обработке давлением.
5. ДВУХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВТРОЙНОЙ СИСТЕМЫ Аи—Ад—Си
Система Аи—А§. Из диаграммы состояния (рис. 14) можно сделать основные выводы о структуре и составе различных сплавов этой системы. Кроме того, можно понять, как ведет себя сплав
- Т - Расплаб 1 1 1 и 7СГМП рисп ЮЛЛ1 V твердого раствора
п Твердый. растдор ш 1 1000
800
600
то800600Ш200 0/пааАи
о/ООО Ад2004006008001000/шАд
то
т
Рис. 14. Диаграмма состояния сплавов системы Аи—А§
при переходе из твердого состояния в жидкое и наоборот. В области / металлы находятся в жидком состоянии; в области II происходит переход к твердому состоянию в область III. По диаграмме можно установить, при какой температуре рассматриваемый сплав данного состава затвердевает или расплавляется, какова его область плавления и т. д.
По оси ординат диаграммы откладываются температуры, а по оси абсцисс — составы сплава в тысячных частях. Левая часть оси абсцисс начинается с 0/000 А§ или с 1000/ооо Аи, т. е. с чистого золота. Чем дальше вправо, тем больше становится процент содержания серебра в сплаве, и при 1000/ооо Аб золото в сплаве отсутствует. Для лучшего понимания диаграммы рассмотрим несколько примеров.о
0/ооо А§. Здесь говорится о чистом золоте. Температура 1063 С соответствует точке плавления или затвердевания золота. При охлаждении в этой точке металл находится в тестообразном пере-

ходном состоянии до тех пор, пока не заканчивается процесс кристаллизации.
900/оОС Аи (100/000 Ад,). В этом сплаве уже имеется не просто точка перехода металла из жидкого состояния в твердое, как в предыдущем примере, а температурный интервал превращения. Затвердевание сплава начинается при температуре 1058° С (точка ликвидуса, или просто ликвидус) и заканчивается при температуре 1048° С (точка солидуса, или просто солидус). Между ликвидусом и солидусом находится интервал затвердевания (плавления), в котором металл находится в тестообразном состоянии. Этот интервал является типичным для всех сплавов.
500/ооо Аи (500/000 Ад) В этом сплаве количество обоих металлов одинаково. Интервал между ликвидусом (1020° С) и солидусом (1000° С) здесь наибольший.
250/ооо Аи (750/ом. Ад). С повышением содержания серебра уменьшается разность между температурами ликвидуса и солидуса, для этого сплава они составляют соответственно 988 и 975° С.
0/000 Аи (1000/ооо Ад). Здесь рассматривается уже чистое серебро, . подобно тому, как в первом примере — чистое золото, только температура плавления (затвердевания) теперь другая и составляет для серебра 960е С.
Все точки ликвидуса в этой системе лежат на верхней кривой, а точки солидуса — на нижней. Обе кривые сходятся в точках плавления чистых металлов.
Диаграмма подобного рода указывает на образование однородных твердых растворов с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге.
Свойства сплавов Аи—Ад. Как можно видеть из рис. 14, все возможные точки ликвидуса и солидуса сплавов лежат между точками плавления чистых металлов. Цвет сплавов меняется с повышением содержания серебра от желтого, соответствующего чистому золоту, до белого цвета чистого серебра. Сплавы с содержанием золота в пределах от 600/о0о до 700/оос имеют красивый зеленый оттенок. Однако из-за низких механических свойств эти сплавы на практике применяются очень редко. Обычно к ним добавляют другие легирующие элементы.
Сплавы системы золото—серебро с содержанием золота до 523/000 разрушаются под действием азотной кислоты, сплавы с более высоким содержанием золота в азотной кислоте почти не растворяются. Сплавы с содержанием золота выше 750/ооо и серебра ниже 250/000 растворяются только в царской водке. Нижняя граница коррозионной стойкости этих сплавов лежит в пределах 377/000 Аи. Сплавы с меньшим содержанием золота образуют сернистые соединения и темнеют.
Система Аи—Си. Оба металла из-за их близкого сходства образуют непрерывный ряд твердых растворов, как и в описанных выше сплавах. Кривые плавкости (рис. 15) начинаются от точки плавления золота (1063° С) и кончаются в точке плавления меди(1083° С). Однако эти кривые не идут с такой строгой закономерностью, как у сплавов Аи—А§. Точки ликвидуса и солидуса большей частью находятся ниже точек плавления чистых металлов. При составе 820/000 Аи и 180/О00 Ои температура плавления сплава достигает минимума (889° С). Ликвидус и солидус здесь совпадают. С уменьшением содержания золота в сплаве до 820/ооо Аи температура плавления сплавов понижается, а затем повышается до температуры плавления меди.
°С
Расплав '"Ро спл аВ+
Вор тбердый расгг
1 1 1 ТВердый рост Вор (неупорядоченный.) =5
/Ч й3 'О
Са
■-С // г* \ / / 7 \ N / Твердый (цпорж уа створ Соченный) 900
100
500
300
100
то800600900
с/т Ои200900600
8001000/тСи
Рис. 15. Диаграмма состояния сплавов системы Аи—Си
И 00
Из диаграммы также видно, что из твердого раствора при температуре около 400° С выделяют соединения АиСи и АиСи3, что сопровождается перестройкой кристаллической решетки.
При медленном охлаждении или томлении при соответствующих режимах твердость и прочность сплавов этой области могут значительно повыситься.
Система Аи—Си охватывает сплавы красного золота, которые приобретают свой цвет благодаря присутствию меди. Сплавы Аи—Си, так же, как и сплавы Аи—А§, в ювелирном деле применяются очень редко.
При обработке сплавов Аи—Си с содержанием золота от 500/осо до 750/000 следует помнить, что они лежат в области дисперсионного твердения. Если такой сплав после литья или отжига нужно получить мягким, то старение необходимо предотвратить закалкой в воде или в спирте. Если же готовое изделие должно быть твердым и прочным, то после отжига оно должно быть выдержано при невысокой температуре, т. е. подвергнуто искусственному старению (см. стр. 136).
Под действием сильных кислот (особенно азотной) сплавы с содержанием ниже 650/,Аи разрушаются; при более высоком содержании благородного металла разрушение их незначительно.
о)
°С
1100
П—п г -!■ ;; 1. Г-
!
1 1
1 А спл
1 16 1 1 Р* расплав
_4-4- л—‘ч тт—Ц
//1 1, сх+расплаб, 71 1 1 1мц_д 1 1 / 1* И 1
1 ] _41и 1
__!_л скт/3 н М т6(
П 1 1 II ’рдь
1 а расгг и 11 1
_ II 1 1
1 1
. 1 || 1 | 1 11 1 ——ии 1
1 1 «а,
^В твердый
§ 1 Растбрр
0 200 Ю00/тоАд 800
т
ООО
600
т
900
700
500
300
800 ^ООО^ооОи. 200 0/оаО Ад
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image18.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 16. Система А§—Си: а — диаграмма состояния сплавов; б — график изменения механических свойств:
1 — предел прочности ов в кгс/мм2; В — относительное удлинение 6 о %; 3 — твердость НВ в кгс/мм2: 4 — твердость НВ после старения в кгс/мм*
Все сплавы Аи—Си растворяются в царской водке. Важнейшим недостат ком этих сплавов является малая устойчивость против коррозии на воздухе. Сплав с содержанием ниже 508/ооо А и заметно тускнеет на воздухе из-за образования сернистых соединений.
Система А§—Си. Из
диаграммы состояния (рис. 16, а) видно, что эта система затвердевает, образуя твердые растворы с ограниченной растворимостью. При этом возни кают следующие фазы, легко различимые под микроскопом: а) обогащенный серебром а-твердый раствор с наибольшим содержанием меди 9 %; б) обогащенный медью Р-твердый раствор с наибольшим содержанием серебра 8%. Только в сплаве состава 72% А§ и 28% Си образуются одновременно а- и р-фазы. Температура затвердевания этого сплава от начала процесса до конца остается постоянной и равной 779° С. Кривая охлаждения его подобна кривой охлаждения чистого металла. Структура данного сплава мелкозернистая иравномерная (рис. 17). Такую структуру принято называть эвтектической. Если содержание серебра в сплаве меньше 72%, то такой сплав называется за- эвтектическим. К этой области сплавов принадлежит, например, сплав, содержание серебра в котором 50% Он начинает затвердевать при такой же температуре, как и сплав 875 пробы, но в отличие от последнего при затвердевании из расплава выделяются кристаллы р-фазы. С их ростом содержание меди в расплаве уменьшается, а содержание серебра увеличивается. Когда содержание серебра достигнет 72%, а температура упадет до 779° С, остаточная жидкая фаза кристаллизуется вокруг крупных кристаллов р-фазы в виде эвтектики, т. е. происходит одновременное образование а- и р-фаз фис. 18).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image19.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 17. Микроструктура эвтектического сплава —Си; а-твердый раствор (светлый фон}; Р-твердый раствор (темные зерна); (X 400)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image20.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 18. Микроструктура заэвтектиче- ского сплава А§—Си (Х250)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image21.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 19. Микроструктура доэвтекти- ческого сплава А§—Си (х320)
Если содержание серебра в сплаве выше 72%, то такие сплавы называют доэвтек- тическими (рис. 19), как, например, сплав серебра 875 пробы. При затвердевании его при температуре 840° С из расплава выделяются обогащенные серебром кристаллы а-фазы. Содержание серебра в расплаве уменьшается, и при температуре 779° С остаток расплава затвердевает в виде эвтектики, расположенной по границам крупных зерен а-фа ты (рис. 19).
Если содержание меди в сплаве соответствует составу а-фазы (или еще
меньше), то образуется гомогенный (однородный) твердый раствор. Такие сплавы называются внеэвтектическими. К ним относятся все сплавы с содержанием серебра выше 91 °о. В качестве примера может служить сплав серебра 925 пробы — монетный сплав (стерлинговое серебро). Он начинает затвердевать при температуре 900° С, и имеющаяся в сплаве медь полностью растворяется в серебре. Так как в сплаве находится 7,5% Си, а предел насыщения серебра медью равен 9% Си, то при 810° С сплав застывает с образованием гомогенного твердого раствора (рис. 20).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image22.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 20. Микроструктура твердого раствора внеэвтектического сплава —Си высокой пробы (Х400)
Подобные твердые растворы образуются и со стороны меди (см. рис. 16), но в производстве ювелирных изделий эти сплавы не применяются, и поэтому останавливаться на них мы не будем.
С понижением температуры растворимость металлов в твердом состоянии уменьшается и избыточный металл начинает выделяться из сплава по кривой, идущей вниз от точки, соответствующей пределу насыщения меди в серебре (см. рис. 16, а).
Общие свойства сплавов Ад—Си. В ювелирном деле почти во всех случаях используются сплавы, в которых содержание серебра выше 72%, т. е. доэвтектические сплавы.
Белый цвет серебра с увеличением содержания меди становится все более и более желтоватым. Если медь составляет 50% сплава, то сплав становится красноватым, а сплав с 70% Си имеет уже красный цвет.
Плотность сплава может быть очень легко рассчитана. с)то можно рассмотреть на примере сплава 900 пробы
В 1 см3 сплава 900/осо А§ содержится:
1000 : 900 = 10,5 : X 1000 : 100 = 8,9 : V
У 900-10,5у10-8,9
Л — 1000Г — 1000
Л = 9,45 г Ад V = 0,89 г Си.
Общая масса равна:
9,45 г Ае + 0,89 г Си = 10,34 г (900/000 А§);
фактическая плотность будет несколько ниже, так как в процессе плавки серебро растворяет в себе кислород, и он частично остается в металле из-за сравнительно высокой скорости охлаждения
В сплавах Ад—Си при поглощении кислорода серебром при высоких температурах образуется закись меди Си20, одного процента которой достаточно, чтобы весь сплав стал твердым, хрупким и ломким. Поэтому совершенно необходимо препятствовать растворению кислорода в расплавленном серебре.
Процессы выделения в твердом состоянии способствуют повышению твердости, особенно в сплавах, лежащих в пограничных областях твердых растворов и доэвтектических сплавов, как, например, в сплаве 920/000 Ад. Если этот сплав после литья или отжига необходимо получить мягким, то его следует подвергать закалке; с другой стороны, нагревом до определенной температуры можно достигнуть существенного повышения его твердости.
Для эмалирования следует использовать сплавы с высоким содержанием серебра или даже чистое серебро.
Компоненты эмали плавятся при температурах от 750 до 800° С. Основной металл при этом должен оставаться без изменения. Такими сплавами являются сплавы, не входящие в эвтектическую область, т. е. твердые растворы, температура солидуса которых достаточно высока, как, например, у сплава 960/О(ю Ад. Чистое серебро лучше всего подходит для нанесения эмали, так как краски эмали на нем блестят ярче, но на практике из-за низких механических свойств серебра в чистом виде оно применяется очень редко. Добавка к чистому серебру 5% Си в два раза увеличивает его твердость. Если на изделие наносится чернь, то и в этом случае, как и для эмалирования, необходимо использовать твердые растворы, поскольку температура плавления черни настолько высока, что у сплавов эвтектической области возможно оплавление границ зерен.
Как видно из табл. 1 и 2 и диаграммы (см. рис. 16, б), у сплавов Ад—Си с повышением содержания меди до 28% твердость
Марка
сплава Плот
ность
г/смэ Область плавления, °с Твердость по Вринелю. кгс/мм2 Предел
прочности
кгс/мм2 Относительное удлинение, %
Чистое 10,39 960 35 18 49
серебро
925/000 10,29 910/810 68 30 29
900/ооо 10,30 890/779 76 30 26
835/ ооо 10,16 840/779 76 30 33
800/ооо 10,13 820/779 79 31 30
720/ооо 10,00 779 92 33 27
625/ооо 9,85 820/779 90 31 31
500/ о**, 9,70 865/779 85 29 36
Свойства сллавов серебра
Таблица 1
Свойства сплавов А§—Си—7,п—С<1
Состав, юоо/000 Область плавления, °С Твердость по Бринелю, кгс/мм8 Предел
проч
ности,
кго/мм8 Относительное удлинение, %
Ай Си 7,п са 900 100 880/866 33 20 67,5
900 — — 100 923/910 32 18 73,8
800 —* 50 150 837/685 39 24,8 68,5
800 150 — 50 819/754 74 29,3 30,9
800 150 50 — 800/768 79 30,3 35,1
800 100 18 82 731/648 76 31,9 34,6
680 265 55 — 748/712 77 40,7 41,3
640 250 ПО — 713/696 87 40,9 40,1
560 220 220 — 678/660 103 45,4 35,2
750 200 9 41 764/667 78 33,4 33,7
и прочность повышаются, а пластичность понижается. Это практически означает, что сплавы с высоким содержанием серебра хотя и хорошо деформируются при обработке давлением, но и изделия из них при употреблении легко искривляются и изнашиваются.
Стойкость сплавов системы А&—Си к кислотам почти одинакова, так как оба исходных металла одинаково устойчивы против важнейших кислот. Сплавы серебра легко растворяются в азотной и концентрированной серной кислотах, в то время как в разбавленной серной кислоте (наиболее распространенном травителе) они не растворяются. Однако даже чистое серебро неустойчиво на воздухе. Вследствие образования черного сульфида серебра А§2$ сплав становится тусклым. С увеличением [содержания меди в сплаве химическая стойкость последнего на воздухе уменьшается, так как серные и аммиачные соединения меди приводят к потемнению сплава.
Особые свойства сплавов Ад—Си. Данных диаграмм и помещенных выше таблиц вполне достаточно для того, чтобы иметь представление о механических и других общих свойствах сплавов. Однако, несмотря на это, следует указать на некоторые специальные свойства основных сплавов серебра, применяемых в ювелирном деле.
Сплав серебра 950 пробы. Цвет этого сплава такой же, как и у чистого серебра. При отжиге на воздухе на поверхности сплава образуется тонкая окисная пленка, под которой находится гетерогенный внутренний окисный слой. Благодаря высокой температуре плавления и цвету сплав используется для эмалирования и чернения, так как краски эмали и черни на этой основе имеют
интенсивный блеск. Сплав такого состава очень хорошо поддается обработке давлением. Его следует применять при глубокой вытяжке, чеканке, а также для изготовления изделий из очень тонкой проволоки. При температуре 600е С начинается старение сплава. После разливки или отжига следует сразу же приступить к обработке сплава, так как в противном случае может произойти естественное старение и пластичность сплава сильно понизится. К недостаткам сплава серебра 950 пробы следует отнести невысокие механические свойства: изделия, изготовленные из этого сплава, при эксплуатации деформируются. Старением можно увеличить прочность сплава с 50 до 100 кге/мм2, но это приводит к усложнению и повышению стоимости обработки сплава.
Сплав серебра 925 пробы. Он называется также «стерлинговое серебро» или «стандартное серебро». Из-за значительного содержания серебра в сплаве и высоких технических свойств этот сплав широко распространен во многих странах. Цвет сплава такой же, как у серебра 950 пробы, однако механические свойства выше. Сплав также пригоден для эмалирования и чернения. Для получения высокой пластичности после отжига сплав следует подвергать закалке. В этом случае сплав обладает хорошей пластичностью и достаточной твердостью. Благодаря старению при температуре 300° С прочность сплавй повышается с 60 до 160 кге/мм2.
Сплав серебра 900 пробы. Применяется главным образом для производства филигранных изделий. Цвет его несколько отличается от цвета чистого серебра. Зачастую после окончательной обработки изделие из этого сплава подвергают многократному травлению для того, чтобы удалить медь с его поверхности. Этот сплав менее стоек на воздухе, чем сплавы 950 и 925 проб, хорошо отливается и куется, но для особо тонких филигранных работ и глубокой чеканки он слишком прочен. В качестве основы для нанесения эмали и черни сплав серебра 900 пробы непригоден, поскольку при температуре 779° С начинается оплавление границ зерен.
Сплав серебра 835 пробы. Он находит применение при серийном производстве декоративных украшений. Цвет сплава и стойкость к потускнению почти такие же, как и у сплава 900 пробы, однако сопротивление деформированию у него выше и, следовательно, обрабатываемость давлением хуже, чем у сплава 900/юо А§.
Сплав серебра 800 пробы. Этот сплав применяется в основном для изготовления корпусных деталей и столовых приборов. Он дешевле описанных сплавов, но имеет заметную желтоватую окраску и малую устойчивость на воздухе. Для устранения этих недостатков его подвергают многократному нагреванию и последующему травлению, в результате чего увеличивается содержание серебра в поверхностном слое. Поскольку содержание меди в сплаве высокое, то в кислых продуктах происходит образование ядовитых медных солей. Например, на столовых приборах при соприкосновении их с уксусом появляется зеленоватый налет ацетата меди.
Пластичность этого сплава значительно ниже, чем у сплава 925 пробы, поэтому при больших деформациях в процессе обработки следует чаще подвергать полуфабрикаты промежуточному отжигу. Литейные свойства его лучше, чем у сплавов с более высоким содержанием серебра. Точка ликвидуса находится при температуре 800° С. Это позволяет производить разливку при температуре 900° С, что соответствует температуре солидуса сплава 925 пробы.
Сплав серебра 720 пробы. Этот эвтектический сплав вследствие желтоватой окраски почти не применяется в ювелирном деле. Правда, сплав 750/соо А§ имел довольно широкое применение в качестве припоя в XIX в. Твердость и прочность эвтектических сплавов наибольшие, а пластичность наименьшая. Отсюда следует, что сплав 720/000 А§ плохо поддается формоизменению, но тверд и упруг в употреблении. Поэтому в некоторых случаях из него изготавливают пружины, иглы булавок и тому подобные детали. Иногда сплав 720/СОо А& применяют в качестве припоя для сплавов неэвтектического состава. Данные о физико-механических свойствах сплавов серебра различных проб приведены в табл. 1.
Влияние примесей на свойства сплавов А§—Си. Металлы. Если сплав А&—Си содержит и другие присадочные металлы, то он превращается в сплав трех или более компонентов, и его свойства изменяются в большей или меньшей степени. В этом случае необходимо делать различие между вредными примесями и легирующими элементами. Рассмотрим влияние некоторых из них на свойства сплавов серебра.
Никель. В сплавах серебра, применяемых в производстве ювелирных изделий, при содержании никеля до 1 % замедляется рост зерна и тем самым улучшаются их механические свойства. С увеличением содержания никеля до 2,5% ухудшается обрабатываемость сплава. При еще большем содержании никеля он не растворяется в сплаве и становится вредной примесью.
Железо. Этот элемент всегда является нежелательной примесью в сплавах серебра. Железо не растворяется в серебре и присутствует в его сплавах в виде чужеродных частиц, ухудшающих обрабатываемость сплава (см. стр. 41).
Свинец. Сплавы серебра, содержащие свинец, становятся хрупкими при нагреве, т. е. красноломкими. Свинец и серебро образуют эвтектику, которая плавится при температуре 304° С. В связи с этим ни в коем случае нельзя допускать присутствия свинца в сплаве. Свинец может попасть в обрабатываемую заготовку сплава из припоя или из подкладок, употребляемых при глубокой чеканке.
Олово. Даже незначительное количество олова снижает температуру плавления сплава. Чистое серебро может растворить в себе до 19% олова, однако при этом сплав получается более
тусклым, мягким и пластичным, чем сплав А§—Си. Если в сплаве А§—Си содержание олова превысит 9%, то образуется хрупкое соединение Си4$п. Так как олово при плавлении окисляется, то хрупкость сплава возрастает из-за образования 5п02.
Алюминий. От 4 до 5% алюминия растворяется в твердом сплаве и почти не влияет на его структуру и свойства. Однако при более высоком содержании алюминия образуется хрупкое соединение А§3А1. При отжиге и плавке образуется также соединение А1203, которое, располагаясь по границам зерен, делает сплав хрупким и ломким.
Цинк и кадмий. Так как температуры кипения цинка и кадмия невелики, то при добавке их в расплав сплавов серебра следует
ш, Ликвидус
Свлидус Сол иву с С оливу с тт
Свлидус
ВОО/ввоАу 200/воо Он 000/ооцАд
150/оаоОь. 50/оец 2п. В 00/ос в Ад ЮО/оооСи 50/ово Сй. ВОО/оооАд 100/ооо Си ?В/ооо 82/оооСй
°С
900
В00
600
иоо
200
Рис. 21 Схема снижения температурного интервала плавления сплавов серебра 800 пробы при добавлении в сплав цинка и кадмия
соблюдать особую осторожность. Оба эти металла я вляются важнейшими присадками для получения припоев, снижающими их температуру плавления (рис. 21), поэтому следует остановиться на них более подробно.
0
А§-—2п. Несмотря на то что в твердом состоянии серебро растворяет в себе до 20% цинка, содержание его в серебре не должно превышать 14%. В этом случае сплавы не
тускнеют на воздухе, имеют хорошие пластичность и полируемость
А§—Сс1. Эти сплавы также устойчивы на воздухе и имеют хорошую обрабатываемость. Серебро может растворить в себе до 30% кадмия.
А§—2п—Сй. Условия сплавления этой трехкомпонентной системы настолько благоприятны, что она вполне может применяться в качестве припоя, однако прочность спаянного таким припоем шва невелика и не удовлетворяет требованиям практики. Интервалы плавки этих припоев очень велики.
Ац—Си—Сй Медь совершенно не растворяет кадмий, а образует с ним хрупкое химическое соединение Си2Сй. Однако при достаточном количестве серебра в сплаве кадмий растворяется в серебре. Такой сплав очень тягуч, пластичен и весьма устойчив к потускнению. Он особенно пригоден для глубокой вытяжки и чеканки.
А§—Си—2п. Несколько десятых процента цинка, добавленных в расплав перед разливкой, значительно повышают жидкотеку- честь сплавов серебро—медь. Медь может растворить до 40% цинка. Сплавы А§—Си—2п могут служить припоями. Если цинка добавить в сплав больше, чем могут растворить его серебро имедь, то при использовании этого сплава в качестве припоя избыточное количество цинка будет переходить из припоя в основной металл. При изготовлении припоя базой его следует брать эвтектический состав сплава А§—Си и добавками цинка понижать температуру плавле ним. Разность температур плавления основного металла и припоя должна быть не менее 5(Р С. Сплавы Ац—Си—2п устойчивы к потускнению на воздухе, имеют хорошие пластичность и обрабатываемость.
210
Г к л у
V
г г 1 'С
ГО
1ш?
§.120
<10
10
300 500 700
“Л!
Рис. 22. Растворимость кислорода в чистом серебре в зависимости от температуры (<Ш1 — температура плавления)
1
Щ
А§—Си—2п—Сб. Эти четырехкомпонентные сплавы используются для приготовления припоев с низкими температурами плавления. Низкие рабочие температуры этих припоев получаются за счет образования цинком и кадмием легкоплавкой эвтетики. Данные о физико-механических свойствах некоторых сплавов из А§, Си, 2п и Сй приведены в табл. 2.
ш Йй
Рис. 23. Большие газовые поры в структуре сплава, содержащего 300/соо А§ (X 200)
Неметаллы. Кремний. Несмотря на то что кремний в серебре не растворяется, он образует с серебром твердые и хрупкие кремнисто-серебряные соединения. Последние располагаются по границам зерен и сильно затрудняют обработку сплава. Кремний может попасть в сплав в результате восстановления из материала тигля.
Сера. Она образует с серебром и медью твердые соединения А§28 и Си28, которые могут располагаться как по границам зерен, так и внутри них. Источниками попадания серы в сплавы могут быть содержащие серу исходные материалы, топливо, горючий газ, остатки травильных растворов (например, от электролиза меди).
г* -
•-» ' «.' с
«
Рис. 24. Вздутия на поверхности прокатанной и отожженной заготовки из сплава А§—Си 800 пробы (х2)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image24.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 25. Включения закиси меди в структуре сплава А§—Си, содержащего 500/иоо А8 (х320)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image25.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 26. «Штриховое серебро» на полированной поверхности изделия из сплава А^—Си пробы (Х4)
Фосфор. Незначительных следов фосфора уже достаточно для того, чтобы образовались хрупкие интер- металлические соединения А§Р2 или Си3Р, которые в виде эвтектики располагаются по границам зерен. Сплавы от этого становятся хрупкими, быстро тускнеют, на них плохо ложатся гальванические покрытия. Фосфор может попасть в сплав при раскислении расплава фосфорной медью.
Газообразные вещества. Кислород. При температуре несколько большей температуры плавления одна часть расплавленного серебра может растворить в себе 20 частей кислорода. При температуре несколько ниже точки затвердевания растворимость кислорода в серебре составляет половину объема серебра, и кислород интенсивно выделяется из металла (рис. 22). Кислород, не успевший выделиться из металла при его затвердевании, образует в краевой зоне слитка крупные газовые раковины и поры, которые снижают прочность и пластичность сплава, а при прокатке и волочении являются очагами образования трещин (рис. 23).
При нагреве заготовки из такого металла газ расширяется и на ее поверхности возникают вспучивания, образуется так называемое «дутое серебро» (рис. 24) Если серебро находится в сплаве с медью, то образуется закись меди Си20. В зависимости от расположения час гиц
закиси меди они могут оказывать различное действие на свойства сплавов серебра. Если они располагаются тонким слоем по границам зерен, то влияние их на обрабатываемость сплава давлением незначительное (рис. 25). Если частицы закиси меди прижаты к твердым инородным телам, то при полировке они не вырываются и выступают над поверхностью. При прокатке металла они выламываются и оставляют на поверхности следы в виде штрихов, образуется так называемое «штриховое серебро» (рис. 26).
Сернистый газ. Двуокись серы 502 содержится в горючих газах и оказывает вредное действие на сплав тем, что подобно кислороду поглощается расплавленным металлом, а при затвердевании его улетучивается и, как кислород, образует в металле раковины. Кроме того, образуются химические соединения в виде Си2$ и А§28, которые, располагаясь по границам зерен, ослабляют их сцепление в слитке.
6. ТРОЙНАЯ СИСТЕМА Аи—Ае—Си
Диаграмма состояния. Если диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов изображаются на плоскости, то процессы, происходящие в трехкомпонентном сплаве, описываются пространственной диаграммой, которая представляет собой трехгранную призму (рис. 27). В основании призмы лежит треугольник, углы которого соответствуют чистым металлам, а стороны — двойным системам (Аи—А§, Аи—Си, А§—Си). Из кривых ликвидуса образуется поверхность ликвидуса. Выше этой поверхности все сплавы находятся в жидком состоянии. Кривые солидуса образуют поверхность аолидуеа. Между этими поверхностями металл находится в «тестообразном» состоянии, т. е. сосуществуют расплав и твердые кристаллы.
Концентрационные треугольники и вертикальные разрезы. На практике, как правило, такие объемные диаграммы не используются. Наиболее приемлемой формой диаграммы тройной системы являются концентрационные треугольники поверхностей ликвидуса и солидуса.
Если через определенный температурный интервал провести горизонтальные плоскости через поверхность ликвидуса и спроектировать линии пересечения на основание диаграммы, то получим концентрационный треугольник поверхности ликвидуса (рис. 28). Аналогично строится концентрационный треугольник поверхности солидуса (рис. 29). Линии пересечения плоскостей называются изотермами, так как горизонтальная плоскость отвечает по диаграмме одной определенной температуре. Содержание чистого металла в сплаве определяется линией, параллельной стороне треугольника, лежащей против соответствующего угла. Из цифр на сторонах треугольника определяется количественное значение компонента.
В качестве примера возьмем несколько точек (А, В, С) на треугольнике изотерм ликвидуса (рис. 28).
Эти точки отвечают следующим составам сплавов:
А460/оооАи:т/ш180^0ооСи
ВЗ20/ОооАи280/рооА§400/(Н1рСи
С680/оовАибО/оооА§260/оооСи
Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image26.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 27. Диаграмма состояний трехкомпонентной системы сплавов (проекция изотерм с поверхности ликвидуса на концентрационный треугольник)
Кроме такого изображения, связанного с горизонтальными сечениями и проекциями изотерм на плоскость основания, рассмотрим получение вертикальных сечений в той же диаграмме. Для этого рассмотрим пространственную диаграмму на рис. 30, На которой изображена лишь поверхность ликвидуса. Все три сечения проходят так, что плоскость разреза равномерно удалена от «угла золота». Благодаря этому все точки сечения соответствуют постоянному содержанию золота. Меняется лишь соотношение серебра и меди.
Из изотерм ликвидуса и солидуса можно сделать вывод о начале и конце затвердевания сплава, а также установить соотношение жидкой и твердой фаз в области плавления. Однако из этих концентрационных треугольников нельзя сделать вывод о поведении компонентов в твердом состоянии. Эти соотношения дают вертикальные разрезы диаграммы.
Структура тройной системы. Так же, как и в системе А§—Си, в тройной системе Аи—А§—Си различают сплавы с эвтектикой и
Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image27.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 28. Диаграмма состояния тройной системы Аи—А§— Си (изотермы ликвидуса)
Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image28.jpeg" \* MERGEFORMATINET
О/ооо Си
Рис. 29. Диаграмма состояния тройной системы Аи— А§—Си (изотермы солидуса)

твердые растворы. В области эвтектической «канавки», которая простирается от точки эвтектики системы А§—Си до точки К (см. рис. 28), образуются эвтектические сплавы при одновременном выделении а- и ^-твердых растворов.
а-твердый раствор представляет собой сплав золота, серебра и небольшого количества меди (до 9%).
Р-твердый раствор — сплав золота, меди и небольшого количества серебра (до 8%).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image29.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 30. Диаграмма состояния тройной системы Аи—А§—Си с вертикальными разрезами, соответствующими сплавам: ЗЗЗ/ооо Аи. 58Б/(,0о Аи и 750/@о@ Аи
Сплавы, не входящие в эвтектическую область, кристаллизуются так же, как в описанной ранее системе А§—Си: если содержание серебра больше эвтектического состава, то как доэвтектические, если меньше — как заэвтекти- ческие.
На микрофотографии структур видны большие первичные кристаллы и между ними мелкодисперсная эвтектика. Соответственно системе А§—Си сплавы, лежащие вне эвтектической области, будут затвердевать как твердые растворы.
При этом образуется однородная структура, соответствующая чистому металлу. Если состав твердого раствора близок к сплавам с эвтектикой, то при медленном охлаждении происходит частичное распадение твердого раствора, т. е. выделение второй фазы.
Подобно тому, как это было описано выше, можно построить тройную диаграмму механических свойств. В концентрационном треугольнике такой диаграммы все усредненные значения рассматриваемых величин, например твердости по Бринелю, лежат в одной плоскости (рис. 31).
Как видно из диаграммы, максимальную твердость имеет сплав бОО/ооо Аи розового цвета. Сплавы, находящиеся вблизи угла серебра, обладают наименьшей твердостью. Сплав золота 750 пробы красного цвета, имеющий в своем составе эвтектику А§—Си, имеет наивысшую твердость среди других сплавов золота этой системы.
Сравнивая с этой диаграммой концентрационный треугольник прочности на растяжение (рис. 32), можно видеть, что последний сильно напоминает диаграмму твердости: сплавы с высокой твердостью имеют большую прочность.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image30.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 31. Диаграмма твердости сплавов тройной системы Ли—Ад—См
Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image31.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 32. Концентрационный треугольник пределов прочности при растяжении сплавов тройной системы Аи——Си .

Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image32.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 33. Диаграмма относительного удлинения сплавов тройной ^системы Аи—А§—Си
Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image33.jpeg" \* MERGEFORMATINET
О/оооСи *■
Рис. 34. Диаграмма химической стойкости сплавов тройной системы Аи—Ай—Си; области существования сплавов:

I с стойких; // — слаборастворимых; III —- Растворимых; /V тускнеющих на воздухе
В диаграмме относительного удлинения (рис. 33) это соотношение обратное: сплавы с высокими твердостью и прочностью имеют незначительное удлинение. В области сплавов золота 400 пробы розового цвета относительное удлинение наименьшее.
%
Химическая стойкость системы Аи——Си меняется неравномерно. Границы стойкости лежат в пределах отношения атомов золота к общему содержанию атомов как 2/8; 3/8; 4/8. При этом учитывается также различие серебра и меди в атомных весах и в химической стойкости. По Тамману различают следующие группы сплавов системы Аи—А§—Си, различающиеся по химической стойкости (рис. 34).
а) ■
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image35.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 35. Вертикальный разрез диаграммы плавкости тройной системы Ли—Ац— Си, соответствующий сплавам золота 333 пробы: а — диаграмма состояния;
б — график изменения механических свойств:
/ —* относительное удлинение 6 в %: 2 — предел прочности сгв в кгс/мм2; 3 *** твердость ИВ в кгс/мм2; 4 — твердость ИВ после старения в кгс/мм?
Стойкие (8/8...4/8; 100...50% атомов золота). Эти сплавы против сильных минеральных кислот устойчивы и: растворяются только в царской водке.
Слабо растворимые (4/8...3/8; 50...37,5% атомов золота). Сильные кислоты растворяют компоненты сплава до тех пор, пока содержание атомов золота в нем не достигнет 50% и сплав не станет стойким.
Растворимые (3/8...2/8; 37,5...25% атомов золота). Присадочные металлы под действием сильных кислот полностью разрушаются, и золото остается в виде нерастворимого осадка.
Т ускнеющие (2/8...0/8; 25...0% атомов золота).
Сплавы этой области разлагаются не только под действием кислот, но даже присутствие в воздухе сероводорода, аммиака и влаги вызывает потускнение их поверхности.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image36.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 36. Гетерогенная литая структура эвтектического сплава золота 333 пробы (Х400)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image37.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 37. Гетерогенная литая структура заэвтектического сплава золота 333 пробы (между большими кристаллами Р-твердого раствора рас.слагается эвтектика с мелкими зернами а -р р- твердого раствора); (X 1600)
Сплавы золота 333 пробы. Диаграмма состояния (рис. 35, «) получается из вертикального резреза диаграммы трехкомпонентной системы. Слева на диаграмме находятся богатые серебром бледно-желтые сплавы, вправо с увеличением содержания меди цвет сплавов становится красноватым и при содержании меди 66,7% сплав имеет красный цвет. Сплав с содержанием меди 28,5% имеет эвтектическую структуру. Бледно-желтые сплавы с содержанием меди от 12 до 28,5% затвердевают с выделением вначале а-фазы, а сплавы с содержанием меди от 28,5 до 50% — с выделением вначале (3-фазы. В обоих случаях остаточный расплав затвердевает при прохождении через эвтектическую область с одновременным выделением мелких а- и р-кристаллов эвтектики, располагающихся вокруг первоначально затвердевших крупных зерен фазы (рис. 36 и 37).
Свойства сплавов золота 333 пробы. Все сплавы золота 333 пробы легко растворяются в азотной кислоте На воздухе они (особенно красноватые сплавы) довольно неустойчивы и быстро тускнеют. При выборе сплава для работы нельзя руководствоваться только цветом, необходимо } читывать и его свойства. Предпочтительнее сплавы розового цвета, имеющие наибольшие твердость и прочность, в то время как относительное удлинение их наименьшее. Эти сплавы выдерживают лишь малые степени деформации и при обработке давлением должны чаще подвергаться отжигу, чем бледно-желтые или красные. Добавками никеля или цинка механические свойства
этих сплавов можно улучшить настолько, что они становятся пригодными даже для глубокой вытяжки, однако эти добавки сильно ухудшают жидкотекучесть и способность к пайке. Поэтому при выборе этих сплавов ювелир должен ясно представлять, для какой работы будет предназначен данный сплав.
Графики изменения механических свойств сплавов 333 пробы в зависимости от увеличения содержания меди приведены на рис. 35,6.
Почти все сплавы золота 333 пробы мало пригодны для пайки. Это объясняется низкой температурой плавления эвтектики и узким диапазоном плавления. У некоторых сплавов этот диапазон настолько мал, что повышения температуры всего на 25° С достаточно для того, чтобы основной металл изделия, подвергающегося пайке, полностью расплавился.
После нагрева и медленного охлаждения у некоторых сплавов благодаря старению может значительно повыситься твердость. У сплавов, лежащих на границе областей твердых растворов и доэвтектических сплавов, т. е. при содержании меди около 10%, благодаря старению твердость увеличивается в два раза.
Необходимо отметить, что главное преимущество сплавов золота 333 пробы — их небольшая стоимость, хотя обработка их затруднена, особенно сплавов розового цвета. Отрицательным свойством сплавов является также малая устойчивость на воздухе. Данные о физико-механических свойствах сплавов приведены в табл. 3.
Таблица 3
Свойства сплавов золота 333 пробы
Состав 1000/„о„ плавления, °С 1. о а? 5
Цвет Аи Ав Си Другие Твердость
Брннелю, Предел щ §1 ( Плотносп
Бледно-желто- 333 534 133 _ 870/790 99 41 28 11
зеленый
Желтый 333 445 222 _ 820/800 ПО 47 24 10.9
» 333 114 431 114 2п 950; 925 ПО 44 42 10.’
Оранжевым 333 333 334 8 № 825/800 115 58 25 10.9
Розовым 333 200 407 — 900 800 109 18 30 10.8
Красный 333 95 572 - 950'800 99 44 35 10..
Сплавы золота 585 пробы. Из диаграммы состояния сплавов (рис. 38, а) видно, что после затвердевания их структура представляет собой твердый раствор. Бросаются в глаза различие областей температур плавления бледно-желтых и красных сплавов, а также различия между ними и промежуточными сплавами. При
температуре 600° С проходит зона распада средних сплавов, а при более низких температурах — зона распада остальных сплавов. За пределами этой зоны растворимость компонентов друг в друге уменьшается, и однородный твердый раствор распадается на а- и р-фазы.
Сплавы золота 585 пробы идут главным образом на изготовление украшений. По стоимости они являются доступными, имеют
а)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image39.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 38. Вертикальный разрез диаграммы состояния тройной системы Аи—А§—Си, соответствующий сплавам золота 585 пробы (а), и график изменения меха-нических свойств сплавов золота 585 пробы (б):
^ — относительное удлинение 6 в %; 2 — предел прочности ав в кгс/мм8; 3 -■=* твердостьНВ в кгс/мм2; 4 — твердость НВ после старения в кгс/мм2
хороший блеск и нравящийся покупателям красивый цвет. Твердость и прочность этих сплавов отвечают требованиям эксплуатации изделий (рис. 38, б), и тем не менее они хорошо поддаются формоизменению. На воздухе сплавы золота 585 пробы устойчивы и практически не тускнеют. Если красноватые сплавы еще могут растворяться в кислотах, то желтые растворяются очень слабо.
Сплавы золота 585 пробы имеют хорошую паяемость и литейные свойства. Как показывает диаграмма (рис. 38, б), почти все сплавы этой пробы — дисперсионно-твердеющие. Если после литья или отжига необходимо получить более пластичный металл, то сплав следует подвергнуть закалке при температуре 650° С.
Свойства сплавов золота 585 пробы
Состав, 1000/ 000 С О
С й Зле
В
В .г 2
о
7^
Цвет
сплава Аи Си Другие
металлы Область
плавления Твердость
Бринелю,
кгс/мм2 Предел п] ности, кгс Относител удлинение Плотность
Бледно- 585 382,5 32,5 990/970 69 30 35 13,7
желто-
зеленый Желтова- 585 280 135 — 870/830 118 51 33 13,6
тый Желтый 585 110 183,5 71,5 2п 50 N1 — 115 — — —
» 585 187,5 227,5 — 850/810 131 53 36 13,5
Оранжевый 585 90 325 — 890/850 114 51 44 13,4
Красный 585 — 415 — 970/930 75 41 53 13,2
Бело- 430 415 — 155 Рй 1027/978 150 — — 13,4
ЗОЛОТОЙ Физико-механические свойства рассмотренных сплавов приведены в табл. 4. На рис. 39 показана микроструктура твердого раствора сплава 585 пробы.
Сплавы золота 750 пробы. Как видно из диаграммы состояния (рис. 40), кривые ликвидуса и солидуса со стороны серебра от температуры 1020° С идут в сторону меди до температуры несколько ниже 900° С. После затвердевания образуется однородный твердый раствор, который у сплавов средней части диаграммы при температуре 400° С распадается на ос- и Р-фазы. С уменьшением содержания серебра или меди температура начала распада умень шается.
Свойства сплава золота 750 пробы. В химическом отношении сплавы золота 750 пробы представляют собой почти чистое золото. Они устойчивы против сильных кислот и разрушаются только в царской водке. Сравнение механических свойств сплавов 750 пробы и сплавов 585 пробы показывают, что сплавы 750 пробы легче поддаются обработке. С увеличением содержания меди твердость и прочность сплавов увеличиваются. С другой стороны, У сплавов с большим содержанием серебра прочность еще достаточно велика и изделия из них имеют хорошие эксплуатационные свойства (рис. 41).' При тонкой рельефной выколотке, изящных проволочно-гибочных работах или других подобных методах обработки, подвергающих металл сильным напряжениям, наиболее подходящим материалом является желтоватый сплав золота 750 пробы. Эксплуатационные свойства готовых изделий из него можно значительно повысить старением сплава. Особенно увеличивается
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image40.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 39. Однородная структура мягко отожженного сплава золота 585 пробы (X 250)
°С
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image41.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 40. Вертикальный разрез диаграммы плавкости тройной системы Аи—Ар—Си, соответствующий сплавам золота 750 пробы
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image42.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 41. График изменения механических свойств сплавов золота 750 пробы:
— предел прочности пв в кгг.мн1;
— относительное удлинение Г в
%;3 — твердость НВ в кгс/мм';
4 — твердость НЬ после старения
в кгс/мм

твердость при старении красноватых сплавов. Это объясняется тем, что в таких сплавах происходит не только распад твердого раствора на а- и 0-фазы, но и выделение соединения АиСия (рис. 42). Поэтому, если необходимо иметь мягкий материал, эти сплавы нужно подвергать закалке.
Сплавы 750 пробы хорошо поддаются пайке и литью, а также являются подходящей основой для нанесения эмали, однако при содержании меди в сплаве свыше 16% цвет эмали становится
тусклым.
Обрабатываемость и возможность дисперсионного твердения сплавов золота 750 пробы настолько благоприятны, что им следует отдавать предпочтение в производстве единичных изделий, несмотря на удорожание материала. Данные по некоторым физико-механическим свойствам сплавов 750 пробы приведены в табл. 5.
Влияние добавок и примесей на свойства сплавов золота. Металлы. Помимо основных сплавов золота,
описанных выше, важнейшими являются также припои и сплавы белого золота. Для того чтобы правильно ориентироваться в возможностях сплавления, необходимо знать взаимодействие золота и его основных легирующих элементов — серебра и меди с другими присадочными металлами. Кроме того, необходимо знать, с какими недостатками можно встретиться, если содержание присадочного металла в сплаве перейдет допустимые пределы.
Цинк. Растворимость цинка в металлах тройной системы составляет: в золоте до 4%; в серебре до 20%; в меди до 40%. Чистое золото образует уже с 5% цинка хрупкое соединение Аи32п,
г*
А
т*> , .✓ *У'
•'У
4 ч.
' •''ёГ
1 ’>ЬС*Щ§-|
Рис. 42. Структура сплава золота 750 пробы после деформации и рекристал- лизационного отжига (Х200)
Цвет
сплава Состав. ЮОО/000 Область плавления, °С Твердость по Бриыелю, кгс/мм2 Прочность,
кгс/мм2 Относительное удлинение, % Плотность,
г/см3
Аи Аи Си Рс] Жел гый 750 170 80 930/920 100 46 44 —
Розовый 750 125 125 — 920/900 по 48 45 15,4
Белый 750 50 — 200 1280/1272 100 — — 16,6
Свойства сплавов золота 750 пробы
Таблица 5

которое в тройном сплаве не образуется из-за растворения цинка в серебре и в меди. Добавка нескольких десятых долей процента цинка в расплав системы Аи—А§—Си перед разливкой оказывает раскисляющее действие и повышает жндкотекучесть сплава. Благодаря добавкам цинка к сплавам золота красноватого цвета последние приобретают желтоватый цвет. У сплавов золота 333 пробы определенная добавка цинка значительно повышает их устойчивость против серы и сернистых соединений, однако это не имеет практического применения, так как чувствительность таких сплавов к аммиаку сильно возрастает и сплавы быстро тускнеют. При эксплуатации изделий из этих сплавов от выделения кожей аммиака и пота они быстро корродируют.
°с
900 Ликвидус Ликвидус ЛикВидус ЛикВидус
800 Солидус Солидус Солидус ,"",,.'77
Солидус
600 585/оВоАи 585/сос 585/воо 585/восАи
- 139/оооАу МЬ/омАд СО^/оооАд Ы/ооо Ад
ООО 276/ооо 8и 2^/соо Си 291/цсоСи 2М/ооо Ем
20/ооо^и 20/воо СО 29/ооо 2п
200
0 - 99/аоо СА
Рис. 43. Диаграмма снижения области плавления сплава золота 585 пробы при добавлении в сплав цинка и кадмия
Цинк имеет большое значение при изготовлении припоев. Небольшие добавки цинка значительно снижают область плавления тройного сплава, как это видно из рис. 43.
Кадмий. Золото растворяет в себе в твердом состоянии до 20% кадмия; серебро — свыше 30%, так что нерастворимость кадмия в меди не имеет значения. Благодаря добавкам кадмия сплавы Аи—А§ зеленого цвета приобретают более интенсивную окраску. Кадмий еще более, чем цинк, понижает область плавления тройной системы. Если в систему ввести цинк и кадмий вместе, то температура плавления ее понижается более существенно, чем при вводе этих металлов порознь. Это можно проследить по схеме (рис. 43), на которой показано, понижение области плавления сплава золота 585 пробы, содержащего присадки из одной части серебра и двух частей меди.
Цинк и кадмий являются важнейшими присадочными металлами для приготовления припоев благородных металлов.
Олово. Сплавы Аи—А_$ —Си могут растворить в себе без заметного вреда до 4% олова Хрупкость сплавов золота из-за загрязнения их оловянными припоями возникает вследствие присутствия в припое свинца, а не олова. Если количество олова в сплаве превысит 4%, то образуется окись олова, которая при затвердевании располагается по границам зерен и делает сплав хрупким.
Свинец. Несколько десятых долей процента свинца достаточно для того, чтобы образовалось хрупкое соединение Аи2РЬ. Оно располагается по границам зерен (рис. 44), и, так как это соединение плавится при 418° С, то сплав не поддается обработке давлением (рис. 45). Свинец может попасть в сплав из свинцовистых припоев или из подкладок при выколотке рельефа.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image43.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 44. Выделение Аи2РЬ по границам зерен сплава 720/соо Аи с 10/Ооо рЬ (X 800)
Алюминий. Пластичность и склонность к потускнению сплавов с низким содержанием золота увеличиваются из-за присутствия
Рис. 45. Появление микротрещин в структуре сплава 720/000 Аи с 10/о0о РЬ после небольшой деформации (X 630)
в сплаве незначительного количества алюминия. Однако, как только количество алюминия превысит растворимость его в серебре и меди, образуется фиолетовое хрупкое соединение АндА1 —
°с
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image44.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 46. Диаграмма состояния сплавов системы Аи—N1
«аметистовое золото». При переплавке может образоваться окись алюминия А1203, которая также делает сплав не пригодным к обработке.
Железо. Из-за высокой температуры плавления и легкой окисляемости железные и стальные частицы, попавшие в сплав, не растворяются в нем и являются вредными инородными включениями, как это было описано при рассмотрении сплавов серебра.
дается. Если в меди никель растворяется хорошо, то в серебре он почти не растворим; 13,5% никеля уже достаточно, чтобы сплав приобрел белый цвет, поэтому его добавляют в сплавы
Никель. По диаграмме (рис. 46) при затвердевании системы Аи—№ сначала образуется однородный твердый раствор, который при температуре около 800° С распа-
золота 585 пробы для получения более дешевого неблагородного белого золота.
Из-за различного отношения легирующих металлов сплава к никелю возникают значительные трудности при обработке этих сплавов, которые устраняются добавками других металлов, например, цинка.
В общем, можно сказать, что неблагородное белое золото имеет следующие основные недостатки:
твердость и прочность сплавов настолько велики, что обработка их вызывает значительные трудности;
при отжиге сплав легко окисляется и поэтому должен покрываться, например, борной кислотой;
нельзя производить переплав отходов своими силами, их необходимо сдавать в специализированный плавильный цех.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image45.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 47. Выделение фосфидов по границам зерен и в самих зернах сплава золота 585 пробы с 1% Р (Х630)
Неметаллы. Кремний. Он может попасть в расплав из материала тигля, содержащего кварц. С золотом кремний образует эвтектику, которая плавится при температуре 370° С. При этом обрабатываемость сплава в целом ставится под угрозу.
Сера. С золотом сера не вступает во взаимодействие, однако она активно реагирует с легирующими металлами — серебром и медью, как об этом было сказано выше, а также с никелем и металлами платиновой группы. Хрупкие соединения N1382 образуют с никелем эвтектику, которая плавится при температуре 645° С, и для образования которой достаточно всего 0,05% серы.
Фосфор. Если городской газ загрязнен соединениями фосфора или расплав раскисляется фосфоросодержащими раскислителями, то фосфор может попасть в сплав. С золотом фосфор не взаимодействует, но образует с присадочными металлами — серебром, медью и никелем хрупкие соединения с низкоплавкой эвтектикой (рис. 47) Газообразные вещества. С кислородом золото не реагирует, однако он вступает во взаимодействие с присадочными металлами, как это было описано выше. Если водород попадает в кислород, содержащий расплав, то при соединении с кислородом образуется водяной пар, который и приводит к появлению в слитке пор и раковин. Такие газы, как углеводород и окись углерода, углекислый газ, сернистый газ и т. д., попадая в расплав, прочно удерживаются в нем, образуя при затвердевании сплава раковины. При этом наблюдаются дефекты, аналогичные дутому серебру.
Практически важнейшими для ювелира сплавами платины являются: ювелирная платина, ювелирный палладий и белое золото.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image46.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 48. Повышение твердости платины и палладия при легировании их другими металлами (% легирующих металлов увеличивается слева направо)
Ювелирная платина. Из-за низких механических свойств платина в чистом виде в ювелирном деле не применяется. Ее свойства улучшают незначительными добавками палладия и иридия до тех пор, пока она не становится вполне пригодной для изготовления драгоценностей. При этом желательны следующие изменения:
прочность и твердость должны быть настолько увеличены, чтобы повысилась износостойкость изделий, но обрабатываемость сплава при этом не должна ухудшиться;
высокая температура плавления должна быть снижена;
коэффициент теплового расширения должен быть увеличен.
Содержание платины в ювелирном сплаве должно быть не менее 95% Это значит, что на присадочные металлы остается только лишь 5%. Из рис. 48 хорошо видно, как круто поднимается кривая твердости по Бринелю при незначительных добавках присадочных металлов к платине. Так, например, достаточно нескольких процентов иридия, чтобы твердость, а, следовательно, и износоустойчивость платины резко повысились. Добавка палладия улучшает обрабатываемость и ковкость сплава платины и осветляет цвет сплава. На химическую стойкость платины небольшие добавки палладия влияния не оказывают. Палладий снижает температуру плавления сплавов платины. При изготовлении ювелирных изделий хорошо зарекомендовал себя сплав платины следующего состава: 95% Р1; 4,5% Р6 и 0,5 % 1г.
Ювелирный палладий. Палладий пока еще не является общепризнанным как самостоятельный металл для производства ювелирных изделий и во многих странах известен только как
присадочный металл. Несмотря на это, в последнее время намечается тенденция приобщить палладий к изготовлению ювелирных изделий.
Из металлов платиновой группы палладий выделяется следующими свойствами:
он дешевле платины;
имеет более интенсивный, чем у платины, белый цвет;
обладает большей ковкостью, т. е. имеет лучшую обрабатываемость, чем платина, что является необходимым качеством
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image47.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 49. Выделение сульфидов по границам зерен сплава белого золота 750 пробы с палладием при загрязнении сплава серой (X 800)
в производстве ювелирных изделий;
имеет практически такую же, как платина, устойчивость к потускнению на воздухе.
Одна западногерманская фирма выпускает сплав «благородный палладий», о котором известно только, что температура плавления его составляет 1600° С, твердость — 61 кгс/мма, относительное удлинение — 26%, плотность — 12 г/см3 По основным свойствам он не уступает платине, имеет более интенсивный цвет и значительно дешевле ювелирной платины.
Белое золото. Сплавы неблагородного белого золота с добавками никеля рассматривались выше. Белое золото на основе палладия является благородным по своим свойствам, превосходящим свойства сплавов золота с никелем. 16% палладия достаточно для того, чтобы сплав золота приобрел приятный белый цвет. В производстве сплавов золота белого цвета палладий полностью заменяет платину. Белое золото на основе палладия дороже, чем на основе никеля, однако при этом оно имеет ряд преимуществ:
оно обладает более высокими пластичностью и ковкостью, чем сплавы на основе никеля;
имеет более благородный блеск;
белый цвет сплава устойчив при нагреве.
Влияние примесей на свойства металлов платиновой группы. Кремний. Из-за высоких температур плавления металлов платиновой группы вероятность восстановления кремния из материала тигля увеличивается. Кремний легко вступает в реакции с платиной и палладием, образуя хрупкие соединения, которые при температуре порядка 670° С плавятся. Небольшого количества кремния достаточно, чтобы сплав стал хрупким и полностью не пригодным к обработке.
Алюминий. Алюминий, так же как и кремний, попадает в расплав из материала тигля. Действие его на сплав аналогично
кремнию, т. е. он образует с металлами хрупкие соединения, которые имеют температуру плавления порядка 787° С и располагаются по границам зерен. Достаточно нескольких десятых долей процента алюминия, чтобы сплав стал непригодным для дальнейшей обработки. При плавке металлов и сплавов платиновой группы нельзя пользоваться тиглями, содержащими окись алюминия, а также графитовыми. Плавку этих металлов необходимо проводить в окислительной среде в тиглях из обожженной извести — СаО.
Углерод. Углерод не вступает в реакцию с металлами, но растворяется в расплаве и при затвердевании располагается по границам зерен. Обрабатываемость сплава при этом значительно ухудшается.
Сера. С платиной и палладием сера, как указывалось выше, образует хрупкие соединения. Кроме того, палладий образует эвтектику Рб—Рб45, которая располагается по границам зерен и плавится при температуре 600° С (рис. 49). Присутствие нескольких тысячных долей процента серы может сделать сплав полностью не пригодным к обработке.
Газообразные вещества не оказывают заметного действия на сплавы платины, однако, попадая в расплав, они удерживаются в нем и образуют поры и раковины.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image48.jpeg" \* MERGEFORMATINET
РАЗДЕЛ ВТОРОЙХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВАГЛАВА 3
КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КИСЛОТАХ
Кислоты являются химическими соединениями одного или нескольких атомов водорода с кислотными остатками, которые могут быть неметаллами или окислами неметаллов. Кислоты имеют кислый вкус и окрашивают голубую лакмусовую бумагу в красный цвет. По числу водородных ионов определяют валентность кислотного остатка. При замещении водорода кислоты металлом образуется соль. При взаимодействии кислоты с основанием образуется соль с отделением воды и происходит реакция нейтрализации. Характеристики важнейших кислот приведены в табл. 6.
ПРИМЕНЕНИЕ КИСЛОТ В ЮВЕЛИРНОМ ДЕЛЕ
Борная кислота НаВ03. Она является слабой кислотой, кристаллизующейся из раствора в виде белых, кажущихся жирными на ощупь чешуйчатых пластинок.
Соли борной кислоты, из которых важнейшей является бура, называются боратами. Борная кислота защищает металл от окисления при пайке и отжиге. При нагревании до 100° С кислота отдает молекулу воды, вследствие чего образуется метаборная кислота, которая плавится при 160° С,
Н3В03 — нво2 + н2о.
Метаборная кислота при дальнейшем нагревании распадается на тетраборную кислоту и воду
4НВ02 —> НаВ407 + Н20.
Название кислоты Формула Валентность
кислотного
остатка Наименование
получаемой
соли
Синильная ней I Цианид
Борная (ортоборная) н8во3 III Б^рат
Метаборная НВОа I Метаборат
Тетраборная н2в4о7 П Тетраборат
Хромовая Н2 (СЮ4) II Хромат
Двухромовая Н2 (Сг207) II Бихромат
Плавиковая НР I Фторид
Кремневая НдбЙОд II Силикат
Угольная н2со3 II Карбонат
Азотная НШ3 I Нитрат
Азотистая НШа I Нитрит
Соляная НС1 I Хлорид
Серная Н2504 и Сульфат
Сернистая На503 II Сул ьфит
Сероводородная Н25 II Сульфид
Важнейшие кислоты
Таблица 6
Если тетраборную кислоту нагреть до красного каления, то образуется борный ангидрид, т. е. окись бора,
Н2В407 — 2В 203 + Н20.Окись бора образует вязкую плотную глазурь, которая в холодном состоянии расслаивается в виде твердого хрупкого стекла- Окись бора является химически активной формой борной кислоты, так как превращает окись металла в метабораты, например окись меди — в метаборат меди:
В203 + СиО —> Си (ВО2)2-При температуре ниже 900° С метаборат выделяется как инертный, неподвижный шлаковый слой в окиси бора, обволакивающий поверхность металла и не позволяющий активным веществам проникать в металл. Эта несмешиваемость обеих фаз препятствует активности защищенного слоя. При температурах выше 90С° С окись бора становится настолько подвижной, что она смешивается с образующимися боратами, которые от поверхности металла переходят во внешний слой глазури и этим содействуют доступу новых частиц окиси бора к поверхности металла.
Химическая активность и вместе с этим растворимость окиси бора возрастает настолько, что борная кислота при высоких температурах может быть использована при пайке.
Азотная кислота НМ),,. Чистая азотная кислота представляет собой бесцветную жидкость с плотностью 1,52 г/см3; концентрированная 70% азотная кислота имеет плотность 1,41 г/см3 и кипит при 122° С.
Красная дымящаяся азотная кислота содержит растворенный Ы02) который улетучивается в виде красно-коричневого ядовитого газа. Азотная кислота является сильным окислителем; органические вещества разрушаются ею с окрашиванием в желтый цвет. Опасно попадание кислоты на кожу. Металлы растворяются в азотной кислоте с образованием нитратов. Вначале идет окисление по реакции
ЗСи + 2НШ3 -» ЗСиО + НаО + 2Ш.Для окисления расходуются две молекулы кислоты, при этом образуются вода и окись азота; последняя в соединении с кислородом воздуха образует двуокись азота (N0.*) и улетучивается в виде красно-коричневых ядовитых паров. Затем окись металла взаимодействует с кислотой по реакции
ЗСиО + 6НЫ08ЗСи(Ы03)2 + ЗН20.При этом еще шесть молекул кислоты расходуются на образование соли, также с выделением воды.
В целом процесс растворения выглядит так:
ЗСи + 8НЫ03 -> ЗСи(Ш3)2 + 4Н20 + 2ЫО.В азотной кислоте не растворяются только золото и платина, поэтому с помощью азотной кислоты можно отличить золото от серебра. Азотная кислота содержится в пробирных кислотах, в кислом травильном растворе и в царской водке.
Азотистая кислота Н1У02. Эта кислота существует только в разбавленном растворе, ее соли называют нитритами.
Соляная кислота НС1. Образуется при растворении хлористого водорода в воде. Последний представляет собой весьма гигроскопичный бесцветный газ с резким запахом. Концентрированная соляная кислота содержит 38% хлористого водорода; чаще всего применяют разбавленную кислоту с содержанием от 12 до 20% хлористого водорода. Дымящаяся соляная кислота выделяет хлористоводородный газ. Из-за наличия хлоридов железа техническая кислота имеет слегка желтоватую окраску. Многие недрагоценные металлы, растворяясь в кислоте, образуют хлориды, например цинк
. 2п + 2НС1 -» 2пС12 + Н2.Соляную кислоту используют для изготовления паяльной жидкости, при осаждении серебра и как составную часть царской водки.
Царская водка. Она представляет собой смесь трех объемных частей соляной и одной объемной части азотной кислот. Правиль-
ное изготовление ее имеет большое значение для ювелира. При длительном хранении эта смесь разлагается и вследствие этого перед употреблением следует изготовлять свежую царскую водку. В связи с этим область применения царской водки ограничивают растворением таких металлов, как золото и платина. Этот процесс можно продемонстрировать на примере растворения золота. Сначала азотная кислота окисляюше действует на соляную:
НЫ08 + ЗНС1 ЫОС1 + С12 + 2Н20.
При этом возникают два активных вещества: хлор и нитрозил- хлорид, которые в состоянии растворить золото,
Аи + ЫОС1 + С12 АиС13 + N0.
Образовавшийся хлорид золота немедленно присоединяет еще молекулу НС1, образуя тетрахлорзолотую кислоту, которая известна в обиходе как «хлорное золото»
АиС13 +НС1з — Н[АиС14].
Эта комплексная кислота кристаллизуется с четырьмя молекулами воды в виде Н [АиС14] • 4Н20. Кристаллы ее светло-желтые, водный раствор также окрашен в желтоватый циет.
С платиной реакция протекает аналогично. Как конечный продукт образуется платинохлористоводородная кислота Н2[Р{С16], которая кристаллизуется вместе с шестью молекулами воды.
Серная кислота Н2§04. Эта кислота является маслянистой (в очищенном состоянии) бесцветной жидкостью с высокой плотностью 1,84 г/см3. Вследствие органических загрязнений техническая серная кислота имеет темный цвет; дымящаяся серная кислота содержит избыточную трехокись серы 503 и поэтому особенно активна. Серная кислота очень гигроскопична, она отнимает у многих веществ даже химически связанную воду, вследствие чего органические вещества обугливаются. Серную кислоту можно разбавлять в любом соотношении, причем ее тонкой струей льют в воду и ни в коем случае — наоборот! При разбавлении выделяется такое большое количество тепла, что капли воды вскипают, разбрызгиваются и уносят с собой частицы кислоты, которые могут причинить опасные ожоги.
Все металлы, кроме золота и платины, растворяясь в серной кислоте, образуют сульфаты, например, цинк
2п + Н2304 — 2п504 + Н2.
Металлы, которые являются электрохимически благородными, могут быть растворены в серной кислоте посредством окисления, например, медь
Си + Н2$04 -» СиО + 502 + Н20.
Это возможно потому, что серная кислота при окислении меди становится сернистой кислотой, которая тотчас распадается на
двуокись серы и воду. Затем окись меди также растворяется в травильном растворе разбавленной серной кислоты по реакции
СиО + Н2504Си504 + Н20.
Суммарная реакция выглядит так:
Си + 2Н 2$04 — Си504 + 50 2 + 2НгО.
Медь и серебро в травильном растворе не растворяются, так как образование их окиси возможно только в концентрированной кислоте. Ювелир применяет серную кислоту для травления, для определения пробы серебра, как добавку для желтой протравы и при кислотном меднении.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВАНИЯХ,
ИХ ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Основания являются соединениями металлов с определенным числом гидроксильных групп (ОН) в соответствии с валентностью металлов. Растворимые в воде основания называются щелочами. Основания являются жирными на ощупь и окрашивают в голубой цвет красную лакмусовую бумажку.
Характеристики важнейших оснований приведены в табл. 7.
Таблица 7
Важнейшие основания
Название основания Название щелочи Формула Валент
ность
Едкий натр Натриевая щелочь ЫаОН I
Едкое кали Раствор едкого кали кон I
Гидроокись аммония Нашатырный спирт ш4он 1
Едкий натр. Состоит из белых прозрачных сальных на ощупь хрупких кристаллических платинок, которые очень гигроскопичны. Насыщенное основание легко растворяется в воде, образуя натриевую щелочь, и действует затем как очищающее и обезжиривающее средство. Жиры и минеральные масла эмульгируют, т. е. разделяются на мелкие частицы и, равномерно распределяясь, смешиваются с основанием.
Жиры растворяются с образованием глицерина и солей жирных кислот, например:
С3Н5(С17Н35СОО)3 + ЗЫаОН — С3Н6(ОН)3 + ЗС17Н36СООЫа.
Едкое кали. Соответствует по внешнему виду и действию едкому натру. Его водный раствор образует щелок едкого кали.
Гидроокись аммония. Она образуется при введении бесцветного резко пахнущего аммиачного газа БШ3 в воду. Полученное хими-
ческое соединение сразу диссоциирует в растворе, т. е. распадается на ионы,
МН3 + Н20 ЫН4+ + ОН'.
Гидроокись аммония существует только в диссоциированной форме, расщепленной на положительный ион аммония и отрицательный ион гидроксила. Непосредственной связи между этими обеими частями нет. При нагревании происходит обратная реакция, т. е. основание распадается на аммиак и воду. Гидроокись аммония как слабое основание действует так же, как едкий натр.
ГЛАВА 4СОЛИи. ВИДЫ СОЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ
Простая соль образуется при замещении водорода кислоты металлом. Следовательно, соль состоит из металла и кислотного остатка. У двойной соли так соединены две соли, что в твердом состоянии они устойчивы, но в водном растворе распадаются так, как будто бы обе соли были растворены отдельно. Так, например, квасцы распадаются на ионы при растворении по реакции
КА1(50Д К+ + АГ++ + 2307.
Комплексная соль является соединением более высокого порядка, в котором одна соль проявляет совершенно новые свойства и которое в водном растворе распадается не на простые составные компоненты, а образует комплексные ионы; примером может служить растворение дицианоаурата калия
К1Аи(СН)2] — К+ + [Аи(СН)23-.
Ниже приводятся основные виды химических реакций, приводящих к образованию солей.
Нейтрализация, при которой реагируют кислота и основание и в результате их взаимодействия образуется соль и вода
ИаОН + НС1 -> ИаС1 + Н20.
Взаимодействие металла и кислоты, при которой образуются соль кислоты и водород
2п + 2НС1 -* 2пС12 + Н2.
Взаимодействие окиси металла и кислоты, приводящее к образованию соли и воды
СиО + Н2304 — Си304 + Н20.
и
Двойной обмен двух солей' при котором металле взаимно обмениваются, образуя при этом нерастворимую соль
А§Ы03 + ЫаС1 — А§С1 + ЫаШ3.
Двойной обмен между сильной кислотой и слабой солью, приводящий к образованию слабой кислоты и сильной соли
2НС1 + А§25Н25 + 2А§С1.
12. ВАЖНЕЙШИЕ СОЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В табл. 8 приведены характеристики некоторых солей, названия которых зависят от входящих в соль кислотных остатков и металлов, ее образовавших. По окончанию названия соли можно судить о содержании кислорода в соответствующей кислоте, так, например, окончание «ид» встречается у солей, образовавшихся из бескислородных кислот; «ат» встречается у солей, получившихся из кислот с нормальным содержанием кислорода; «ит» встречается у солей, образовавшихся из кислот с пониженным содержанием кислорода.
13. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕС ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ ь
Многие из химических веществ, описанных выше и применяемых в ювелирном деле, могут при неосторожном обращении с ними нанести телесные повреждения в виде ожогов кожи, поражений слизистой оболочки глаз, органов дыхания и другие, а также вызвать отравление организма.
Особенно опасным действием обладают цианиды — соли синильной кислоты. Они должны храниться в закрытых сосудах, снабженных соответствующими надписями, в сейфах. К работе с ними допускается лишь персонал специальной квалификации, прошедший необходимую подготовку. Опасными при несоблюдении мер предосторожности в обращении с ними являются часто используемые в ювелирной практике: азотная, серная и соляная кислоты и их водные растворы с концентрацией выше 15%; гидроокись натрия и гидроокись калия с концентрацией выше 5%; раствор аммиака с концентрацией аммония выше 10% и соединения меди. Все эти вещества должны храниться в стеклянных банках и бутылях с притертыми пробками или других, плотно закрывающихся сосудах, снабженных наклейкой с надписью «осторожно». Эти сосуды по своей форме и виду должны отличаться от всех бутылок и сосудов, ‘применяемых для пищевых продуктов.
Хранение больших количеств указанных веществ должно осуществляться в _ специальных закрываемых помещениях. У рабочего места ювелира должен быть запирающийся шкаф для хранения химических веществ.
Важнейшие соли
Название соли ) Бытовое название Формула Ва
лент
ность Название кнс- лоты, образующей соль
Цианид калия Цианистый
калий кси I Синильная
Цианид натрия Цианистый
натрий ИаСИ I »
Цианид меди — СиСИ I »
Цианид серебра — А§СЦ 1 »
Цианид золота — АиСИ I »
Тетраборат натрия Бура Ца2В40; П Тетраборная
Бихромат калия — К2СггО; II Двухромовая
Бихромат серебра — II »
Карбонат кальция Мел СаС08 II Угольная
Карбонат калия Поташ к2со3 II »
Карбонат натрия Сода №2С03 II »
Карбонат цинка — >-.пСОа 11 »
Карбонат меди Патина СиС03 II » I
Нитрат калия — КШ3 I Азотная
Нитрат натрия Чилийская
селитра №Ш3 I »
Нитрат меди — ' Си (Ш3)2 II » I
Нитрат ртути — н5ш3 I » !
Нитрат серебра Адский камень А§Ш3 I »
Хлорид натрия Поваренная
соль ЦаС1 I Соляная
Хлорид калия — КС1 I »
Хлорид цинка — 2пС1а I »
Хлористое олово — 5пС12 II » 1
Хлористое серебро Хлористое
серебро АйС1 I »
Хлорид золота — АиС13 III »
Хлорид аммония Нашатырь (ЛН4) С1 I »
Сульфат кальция Гипс Са504 II Серная
Сульфат меди Медный
купорос Си804 II »
Сульфид калия — К25 II Сероводород
ная
Сульфид серебра — А&5 II То же
Ацетат меди Ярь-медянка С :и(СН3СОО)2 I Уксусная
При обращении с химическими веществами следует соблюдать следующие основные меры безопасности.
Не допускать попадания ядовитых веществ на тело или на одежду. Работать только в резиновых перчатках.
При возникновении ядовитых паров, выделяемых, например, азотной или соляной кислотой, работу выполнять только в вытяжном шкафу или, в крайнем случае, в хорошо вентилируемом помещении. Последнее должно быть оборудовано системой приточно-вытяжной вентиляции по нормам охраны труда.
После использования ядовитых химических реактивов их следует немедленно убирать в шкаф под замок.
Перед обеденным перерывом и в конце рабочего дня тщательно мыть руки с мылом. Не допускать приема пищи и курения на рабочем месте во время небольших перерывов в работе.
ЧАСТЬ ВТОРАЯРАБОЧАЯ ТЕХНИКАРАЗДЕЛ ПЕРВЫЙПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫГЛАВА 1ВЗВЕШИВАНИЕ
Прецизионные весы, тщательно взвешенные изделия и добросовестное взвешивание обеспечивают точные результаты. Кто не соблюдает этого, тот причиняет значительный ущерб себе и прежде всего клиентам.
ВЕСЫ
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image50.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 50. Опорная подушка коромысла весов с ножевой призмой
Весы для взвешивания золота имеют нормальную нагрузку до 200 г и позволяют получить точность взвешивания до 10 мг, т. е. 0,01 г. Они действуют по принципу весов с коромыслом. На деревянном основании укреплена стойка, в верхней части которой находится опорная подушка с фасонным вырезом. На внутреннее ребро выреза подушки свободно опирается острие призмы коромысла весов, к концам которого подвешены на шарнирах чашки для гирь и взвешиваемых материалов. Форма выреза (рис. 50) обеспечивает наибольшую устойчивость призмы коромысла. Указатель в виде стрелки, жестко закрепленный посередине коромысла, позволяет контролировать амплитуду качания весов. Точность взвешивания может' быть гарантирована только в том случае, если все элементы весов, даже после длительного употребления, остаются без изменения: коромысло не должно быть искривлено, а положение чашек не должно изменяться.
Особенно осторожного обращения требуют опоры коромысла. Их форма обусловлена необходимостью свести до минимума трение, особенно на опорном ребре призмы, при качании коромысла.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image51.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 51. Граммовые разновесы
Для уменьшения износа призму и опорную подушку изготовляют из агата или нержавеющей стали.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image52.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 52. Миллиграммовые разновесы вместе с однограммовой гирькой
Весы с коромыслом действуют как двусторонний рычаг, оба плеча которого имеют одинаковую длину Весы уровновеши- ваются, если уравновешены обе стороны коромысла по известному закону рычага.
Разновесы показаны на рис. 51 и 52. Разновесы более одного грамма изготавливаются из лагу ни, а менее одного грамма из пластинок алюминия.
Весы и разновесы должны иметь клеймо.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА
Для того чтобы начать взвешивание, устанавливают чаши весов неподвижно на подставках. Затем их осторожно приподнимают рычагом арретира (стопорного приспособления), выжидают, пока они не перестанут качаться, и проверяют их равновесие. Если при этом стрелка устанавливается вертикально, значит, весы настроены и можно приступать к взвешиванию.
На одну чашу помещают предмет, вес которого нужно определить, на другую укладывают разновесы, начиная с больших гирек, до тех пор, пока чаши весов не выравняются и стрелка снова не установится вертикально. Затем суммируют веса отдельных разновесов, чтобы установить окончательно вес взвешиваемого объекта.
ГЛАВА 2
ПРОБИРНЫЙ АНАЛИЗ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВИ ИХ СПЛАВОВ
Металлы и сплавы, с которыми работает ювелир, можно разделить по цвету на две группы: цветные — чистое золото, цветные сплавы золота, цветные недрагоценные сплавы и белые — чистое серебро, сплавы серебра, белое золото, платина, платиновые металлы и их сплавы, белые недрагоценные сплавы.
При определении пробы благородных сплавов должен быть дан ответ на следующие вопросы.
Идет ли речь о драгоценном металле или о сплаве, содержащем драгоценный металл?
Как велика доля драгоценного металла в общем сплаве?
В первом случае проба является качественной, а во
втором — количественной. В этой связи здесь будут описаны такие методы, которые может применять ювелир в своей мастерской без особых знаний химии и использования вспомогательных средств. Простейшие методы исследования не могут дать точного ответа на приведенные вопросы и допускают определенные отклонения, с которыми приходится мириться. Абсолютно точную пробу можно получить только путем анализа в пробирной лаборатории.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ШТРИХОВОЙ ПРОБЫ
Пробирные кислоты. Эти кислоты имеются в продаже в виде готовых препаратов. Следует отметить, что при самостоятельном изготовлении пробирных кислот могут возникнуть отклонения в концентрации, что приводит к ошибкам при пробирном контроле. Пробирные кислоты должны храниться в стеклянных флаконах с притертыми пробками, имеющими стержень, погруженный
в жидкость (рис. 53). Состав и назначение кислот приведены в тзбл у
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image53.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 53. Вспомогательные средства для штриховой пробы: пробирная кислота, пробирный камень и пробирные иглы
Пробирный камень. В качестве пробирного камня обычно используется черный лидийский кремень (сланец), обладающий всеми необходимыми свойствами хорошего пробирного камня.
Он должен иметь цельную матовую отшлифованную поверхность, быть черным, иметь однородную мелкозернистую, лишенную пор структуру, должен быть тверже исследуемого металла и обладать кисло гостой костью.
а
Пробирные кислоты
Назначение пробирных кислот Состав
Для золота 333 пробы 20 см3 концентрированной азотной кислоты (р= 1,42), 20 см3 воды
» » 585 » 20 см3 концентрированной азотной кислоты (р - 1,42)
У
•ч
СП
О 40 см3 концентрированной азотной кислоты (р = 1,42), 1 см3 концентрированной соляной кислоты (р = 1,19), 15 см3 воды
Для серебра 3 г бихромата калия, 3 см3 концентрированной серной кислоты, 32 см3 воды
» платины 18 см3 концентрированной азотной кислоты (р= 1.42), 24 см3 концентрированной соляной кислоты (р = 1,19), 6 см3 воды

Для удаления пробирного штриха после употребления камня его поверхность зачищают древесным углем и водой. Затем для сохранения податливости структуры очищенный и просушенный камень покрывают тонким слоем хорошего
масла.
Пробирная игла. В качестве пробирной иглы применяют латунную полоску длиной около 6 см. к переднему концу которой припаяна маленькая полоска из сплава драгоценных металлов (проба которого точно известна) для использования его в качестве эталонного сплава.
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Качественная проба золота. С помощью качественной пробы определяют содержание золота в сплаве.
Сначала с помощью шабера или напильника удаляют в каком- либо незаметном месте предмета возможно имеющееся в данном случае золотое покрытие. Затем зачищенным местом испытуемого золотого предмета на пробирном камне делается штрих шириной около 5 мм и длиной 20 мм, который смачивается концентрированной азотной кислотой, предназначенной для золота 585 пробы. Через пять секунд производится проверка действия реактива.
Если штриховая проба под действием пробирной кислоты для золота 585 пробы растворяется без остатка, это свидетельствует о том, что испытуемый металл может быть сплавом золота ниже 333 пробы, сплавом серебро-медь с содержанием серебра ниже 500 пробы или недрагоценным сплавом.
Если штриховая проба под действием этой же кислоты окрашивается в коричневый цвет, то исследуемый металл может быть сплавом золота с содержанием последнего от 500 до 333 проб.
Если пробирная кислота для золота 585 пробы совсем не действует на штрих, то мы имеем дело со сплавом золота выше 500 пробы.
Для качественного анализа сплавов золота ниже 333 пробы штрих металла обрабатывается пробирной кислотой для золота 333 пробы. Если при этом происходит растворение металла без остатка, то испытуемый металл может быть сплавом золота ниже 160 пробы, сплавом серебро-медь ниже 500 пробы или недрагоценным металлом. При окрашивании штриха в коричневый цвет и получении коричневого осадка исследуемый металл может быть сплавом золота от 160 до 300 проб. Если же эта пробирная кислота совсем не действует на штрих металла, то он является сплавом золота выше 300 пробы.
Штриховая проба делает возможным определение золота в сплавах с содержанием Аи от КЮСУщо до 160/по„. При более низком содержании золота прибегают к химическому анализу. Под действием азотной кти лоты серебро переходит в серный нитрат серебра А@5Ю3, а медь — в зеленый нитрат меди Си15Ю3]2, в то время как золото не растворяется.
Концентрированная азотная кислота хорошо подходит как пробирная кислота для сплавов золота 585 пробы потому, что сплавы выше 500 пробы не разъедаются ею. При таком высоком содержании золота все присадочные металлы сплава также не растворяются.
При более низком содержании золота концентрированная азотная кислота растворяет легирующие металлы, в то время как золото остается в виде коричневого нерастворенного осадка. Если сплав совсем не содержит золота, то он без осадка растворяется и металлы переходят в нитраты, при этом зачастую происходит закипание кислоты. Недрагоценные цветные сплавы почти всегда содержат медь, в связи с этим оставшийся раствор соли в большинстве случаев имеет зеленый цвет нитрата меди.
Разбавленная азотная кислота действует медленнее, чем концентрированная. При содержании в сплаве более 30% золота она не растворяет легирующие металлы; ее можно использовать для определения золота только при более низком содержании его в сплаве.
Химический анализ. Этот метод применяется в том случае, если сплав реагирует при штриховой пробе как недрагоценный цветной сплав, но, несмотря на это, предполагается, что он содержит незначительное количество золота.
Действие основывается на растворимости легирующих металлов и устойчивости золота в подогретой концентрированной азотной кислоте. В пробирке растворяют в подогретой азотной кислоте 0,5 г испытуемого сплава. В то время как недрагоценный металл и серебро растворяются, переходя в нитраты, золото осаждается в виде темно-коричневого порошка на дно.
Посредством фильтрации его извлекают из раствора, промывают дистиллированной водой и просушивают на фильтровальной бумаге. Если пыль после того, как на нее надавить и потереть шабером, приобретает блеск металла, то можно с уверенностью говорить, что это золото.
Количественная проба золота. После того как качественной пробой установлено, что сплав содержит золото, нужно определить количество содержащегося в нем золота.
Испытуемым металлом проводят на камне черту; для сравнения рядом делают несколько штрихов сплавом пробирной иглы, который, как предполагают, соответствует приблизительно по составу исследуемому образцу. Поперек штрихов от неизвестного сплава и штрихов, сделанных пробирной иглой, наносят соответствующую пробирную кислоту. Последующая реакция соответствует реакции качественной пробы.
Процесс растворения должен быть выполнен тщательно, так как только благодаря сравнению скорости и интенсивности растворения неизвестного сплава и сплава пробирной иглы можно, говорить о содержании золота в нем. При соответствующей практике ошибка в определении содержания драгоценного металла составит 5% и менее.
Возможность применения количественной пробы ограничивается содержанием золота в сплаве от 20 до 80%. Повышенное или пониженное содержание золота (меньше 20% или больше 80%) должно быть определено аналитически.
Доказательство присутствия чистого золота. Для предварительного исследования переплавляют небольшую порцию металла без ^добавления флюсов. При этом получают королек цвета морской волны, поверхность которого после охлаждения не должна иметь пятен. Коричневый налет указывает на наличие примесей. Если этот опыт прошел успешно, производят пробу химическим анализом по следующей схеме:
около 1 г тонкопрокатанного пробного материала растворяют в 6 см царской водки. Для того чтобы разложить избыточную азотную кислоту, раствор кипятят. При этом не должны появляться желтовато-белые пятна хлорида серебра;
в раствор разбавляют 20—30 см3 дистиллированной воды, добавляют 5 г раствора солянокислого гидразина и перемешивают! Все золото выпадает в виде коричневого осадка на дно сосуда. Содержимому дают отстояться до тех пор, пока раствор не станет прозрачным;
из светлой жидкости извлекают этот осадок и смешивают с нашатырным спиртом. Голубоватое окрашивание указывает на наличие меди. Образующиеся пятна указывают на присутствие свинца, висмута, железа, алюминия и т. п.;
если раствор с неизвестным сплавом до сих пор выдержал испытание, то в него добавляют еще несколько капель раствора сернокислого аммония. Если и после этого не появляется никакого осадка, можно с уверенностью говорить, что это чистое золото.
БЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Предварительное исследование. Образцом из исследуемого сплава проводят черту на пробирном камне, которую, обрабатывают пробирной кислотой для сплавов золота 585 пробы. Если при этом происходит растворение металла без остатка и без желтого окрашивания кислоты, то исследуемый металл может быть сплавом серебра или неблагородным металлом.
Если же штриховая проба растворяется с окрашиванием кислоты в желтый цвет, то исследуемый металл является палладием или его сплавом.
В случае окрашивания кислоты в красный цвет и отсутствия растворения исследуемого металла, последний может быть сплавом белого золота ниже 500 пробы.
Если штрих испытуемого металла растворяется с окраской кислоты в коричневый цвет, то мы имеем дело со сплавом белого золота ниже 500 пробы с высоким содержанием неблагородных белых металлов и серебра.
В том случае, когда штриховая проба под действием этой пробирной кислоты остается без изменения, то исследуемый металл может быть платиной, сплавом платины или сплавом белого золота выше 500 пробы.
Серебро и сплавы серебра. Качественная проба. Для предварительного анализа сплавов серебра проводят качественную пробу. Для опробования достаточно поскоблить исследуемое место и капнуть на него красной пробирной кислотой для серебра или же обработать этой кислотой штриховую пробу. Если мы имеем дело со сплавом серебро-медь, то оба металла при этом переходят в сульфаты. В то время как сульфат меди остается без изменения, сульфат серебра, под действием бихромата калия, превращается в бихромат серебра:
К2Сг207 -)- А§2804 > А§2Сг207 -}- К2804.
Если содержание серебра в сплаве ниже 250 пробы, то образование кроваво-красного бихромата серебра практически невозможно; сплав ведет себя как неблагородный и покраснение невозможно установить.
В сплавах с содержанием серебра ниже 250 пробы точное определение серебра возможно только реакцией в пробирке.
Штриховая проба с азотной кислотой и раствором поваренной соли. Как и при предварительном анализе, исследуемым сплавом делают штрих на пробирном камне и проверяют его азотной кислотой. Вместе с недрагоценными металлами серебро растворяется, переходя в нитраты. При добавке раствора поваренной соли образуется хлорид серебра:
А§Ш3 + №С1 -* АбС1 + ЫаШ3.
Хлорид серебра вызывает молочное потускнение капли. Если сплав содержит незначительное количество серебра или совсем его не имеет, то раствор остается светлым. Для того чтобы убедиться в том, что в осадке есть хлористое серебро, добавляют аммиак. Помутнение должно опять исчезнуть.
Если обоих методов штриховой пробы для анализа нормальных рабочих сплавов серебра достаточно, то при очень низком содержании серебра доказательство его наличия достигается только с помощью химического анализа.
Химический анализ. Он основывается на описанной выше реакции, но действие ее здесь проявляется отчетливее, чем на пробирном камне. Для проведения химического анализа 0,25 г испытуемого сплава растворяют в пробирке с помощью азотной кислоты и разбавляют дистиллированной водой. Если в сплаве имеется серебро, то при добавлении поваренной соли выпадает мутный творожистый осадок хлорида серебра; если раствор остается светлым, то, следовательно, сплав не содержит серебра.
Количественная проба серебра. В противоположность до сих пор описанным методам количественная проба делается не химическим, а чисто оптическим методом. Она основывается на том факте, что цвет сплава серебро-медь с увеличением количества меди изменяется от белого и желтоватого к красному.
Испытуемым сплавом делают штрих на пробирном камне, а рядом наносят для сравнения штрихи соответствующих сплавов пробирными иглами. Затем определяют — какой из сравнительных сплавов соответствует цвету испытуемого сплава. Так можно установить содержание серебра в его сплавах выше 30-й пробы (3% А§), но метод оказывается непригодным, если в сплаве имеются цинк и кадмий, влияющие на цвет штриховой черты.
Точное содержание серебра может быть определено титрованием роданистыми солями или хлористым натрием после растворения сплава в азотной кислоте.
Доказательство наличия чистого серебра. Это исследование соответствует пробе химическим анализом и производится в следующем порядке: 1 г серебра растворяют в 5 смя азотной кислоты; образуется темный осадок, содержащий серебро. Добавляют от 20 до 30 см3 аммиака, при этом лакмусовая бумажка окрашивается в голубой цвет. Если сразу достигается нейтрализация, то в осадок выпадает окись серебра, которая затем растворяется при добавлении аммиака. Если осадок остается, то это указывает на примеси: цинк, висмут, железо или алюминий. Если в сплаве содержится медь, то раствор окрашивается в голубой цвет. Наличие цинка и кадмия этим методом определить нельзя.
Платина, сплавы платины и белое золото. Качественная проба. Этим исследованием устанавливают — имеет ли испытуемый сплав высокое содержание платины или речь идет только о белом золоте с высоким содержанием золота либо о кислотоустойчивом недрагоценном сплаве, если сплав после действия на него азотной кислоты не изменяется.
Штриховая проба. Металлический штрих на пробирном камне сначала смачивают пробирной кислотой для золота 750 пробы. Если штрих разъедается, то можно заключить, что это белое золото с содержанием золота не выше 666 пробы. Если нет никакого растворения, то штрих обрабатывают пробирной кислотой для определения платины. Действие кислоты осуществляется вследствие того, что платина разъедается только горячей царской водкой, в холодной же смеси кислот она устойчива, в то время как все виды сплавов типа белого золота растворяются. Лишь отдельные неблагородные сплавы, как например, некоторые легированные стали могут также не раствориться в этой смеси. Если под действием пробирной кислоты для платины штриховая проба металла растворяется, то мы имеем дело с белым золотом. При отсутствии растворения исследуемый металл является платиной или сплавом платины выше 800 пробы.
Химический анализ. Он производится в данном случае следующим образом:
Приблизительно 0,5 г испытуемого сплава кипятят в разбавленной азотной кислоте (1 : 1). Серебро, никель и другие недрагоценные металлы растворяются; палладий, золото и платина остаются.
Раствор заменяют царской водкой. Белое золото при этом окрашивается в холодной царской водке в темный цвет; палладий также темнеет под воздействием кислоты. Только платина остается пассивной.
Царскую водку подогревают. Теперь платина растворяется и жидкость окрашивается в коричнево-красный цвет.
При дальнейшем нагре-
вании раствора, содержащего платину, и добавлении нашатыря выпадает осадок хлорплатината аммония (ЙН4)2[Р1С1вЗ от желтого до коричнево-красного цвета
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image54.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 54. Гидростатические весы для взвешивания золота
шатыря выпе хлорплатината
Исследуемым сплавом вместе с несколькими сплавами известного состава делают
Количественная проба платины. Точное исследование сплавов платины делает пробирная лаборатория. Приблизительный состав сплава можно определить посредством метода, который основывается на различной степени растворимости и неодинаковой скорости растворения платиновых металлов в подогретой царской водке.
штрихи на не покрытой глазурью фарфоровой пластинке. В фарфоровой чаше подогревают немного царской водки, приблизительно до 70° С. В этот раствор погружают пластинку со штрихами и сравнивают действие кислоты через 30 с Если испытуемый сплав соответствует одному из эталоных по поведению в кислоте, то, следовательно, и его состав аналогичен.
Исследования драгоценных металлов и их сплавов по плотности. Хотя определение плотности является более длительной процедурой, чем штриховая проба, но результаты его надежнее. Преимущество заключается и в том, что изделие остается неповрежденным. Особенно хорош этот метод при исследовании белых сплавов.
Метод взвешивания основывается на известном принципе Архимеда:
где р — плотность; т — масса предмета в воздухе; т' — масса предмета в воде.
Сначала определяют массу в воздухе. Затем предмет, укрепленный на тонкой серебряной проволоке, опускают в стакан с водой, установленный на подставке, свободно перекинутой в виде мостика над чашей весов, где он свободно колеблется (рис. 54). Таким образом определяют массу предмета в воде. Данные подставляют в формулу и высчитывают плотность исследуемого сплава.
Плотность основных металлов и сплавов дана в разделе «Металлические материалы».
ГЛАВА 3
ОТДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Принцип этого старинного метода отделения металла излагается здесь для того, чтобы облегчить молодым специалистам понимание химических процессов, которые лежат в основе растворения драгоценных металлов.
ПРИНЦИП ЧЕТВЕРТИЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ
Четвертичное отделение (квартование) имеет ограниченное применение для концентрированных отходов драгоценных металлов в виде мелких кусочков, обрезков проволоки, стружек, опилок и т. п. Для металлической пыли, остающейся после шлифования и для крецов (мусора, содержащего драгоценные металлы) квартование неэффективно.
Рабочий процесс отделения состоит из следующих этапов: подготовки металла, растворения его в азотной кислоте, последующего растворения в царской водке, восстановления золота и серебра и завершающей процесс плавки осадка драгоценных металлов.
Подготовку металла производят в следующем порядке:
1 Извлекают крупные частицы посторонних неметаллических материалов. Удаляют магнитом частицы железа.
Удаляют горючие примеси: дерево, бумагу, жиры, воск и т. п. Их отделяют слабым прокаливанием имеющихся отходов драгоценных металлов.
Растворяют посторонние недрагоценные металлы: олово, свинец (попавшие из оловянного припоя), цинк, алюминий и другие в концентрированной горячей соляной кислоте При этом особое внимание следует обратить на удаление олова: если оно не растворится здесь в виде хлорида, то в дальнейшем выпадет в азотной кислоте как хлопьевидный осадок оловянной кислоты. Процесс
растворения заканчивается, когда прекращается выделение пузырьков.
Раствор сливают. Осадок металла промывают и просушивают.
Весь металл сплавляют; при этом предполагают, что содержание чистого золота в нем выше 250 пробы могло быть снижено до 250/Ооо Аи (так называемого квартового золота) добавкой серебра или меди. При более высоком содержании золота металл будет в большей или меньшей степени устойчивым против кислоты и не будет растворяться в ней без остатка.
Расплавленный металл гранулируют, выливая в воду, если получено его большое количество. При небольшой массе металл остужают и прокатывают как можно тоньше; затем его режут на полоски и сворачивают в маленькие рулончики, удобные для последующей обработки кислотой.
Растворение в азотной кислоте осуществляют следующим образом:
Подготовленный металл опускают в сосуд, который на одну треть заполнен слегка разбавленной азотной кислотой. Недрагоценные металлы и серебро, растворяясь, превращаются в нитраты; одновременно образуется осадок с высоким содержанием золота.
Раствор, содержащий нитраты, сливают, остаток обрабатывают еще раз свежей подогретой азотной кислотой. Если больше не наблюдается выделения красно-коричневых паров окиси азота, то растворение закончено.
Полученную жидкость сливают с ранее отделенным раствором. Она используется затем для выделения серебра.
Осадок промывают дистиллированной водой и фильтруют.
Растворение в царской водке выполняют в следующей последовательности:
Осадок растворяют в царской водке, при этом примеси попадают в раствор вместе с золотом. Содержание серебра ни в коем случае не должно превышать 5%, ибо из-за этого металл, подлежащий растворению, покрывается слоем нерастворимого хлорида серебра, который препятствует разрушающему действию кислоты.
Раствор выпаривают в вытяжном шкафу до густоты сиропа. Это делается для удаления излишней, неизрасходованной царской водки.
Восстановлен и, е золота осуществляют следующим образом:
Добавляют раствор сульфата железа в солевой раствор, образовавшийся в царской водке; при этом выпадает металлическое золото. Восстановление считается законченным, если осадок золота больше не выпадает при повторной добавке небольшого количества раствора сульфата железа.
Раствору дают отстояться не менее двух часов, а затем сливают. Оставшийся осадок, представляющий собой чистое золото, промывают и просушивают.
Убеждаются в чистое золота посредством пробы, описанной на стр. 75.
Чистое золото переплавляют.
Восстановление серебра производят в следующем порядке:
Раствор, содержащий нитрат после обработки азотной кислотой, смешивают с поваренной солью до тех пор, пока не выпадает осадок хлорида серебра.
Творожистый белый осадок оставляют на отстой. Затем, перемешивая эту массу, сбивают ее вместе. Раствор, содержащий медь, сливают.
Осадок промывают до тех пор, пока промывочная вода при проверке лакмусовой бумажкой не будет показывать кислой реакции.
Добавляют к осадку разбавленную серную кислоту й цинк до насыщения для того, чтобы выпало полностью металлическое серебро;
2А§С1 + 2п + Н2504 — 2п504 + 2НС1 + 2А&
Осадок, содержащий чистое серебро, сплавляют.
ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ, ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
От количества драгоценного металла в общей массе вещества зависят длительность процесса регенерации и стоимость ее. Поэтому из всех отходов удаляют вещества, которые явно не содержат драгоценных металлов, как, например, остатки клея и гипса, частицы дерева и железа. Кроме того, такие отходы как металлические опилки, лом, мусор с пола упаковывают раздельно, в соответствии с различным содержанием драгоценного металла. Мелкие кусочки, обрезки проволоки, листов и прочие отходы рабочих сплавов ^обирают вместе. После тщательного просмотра на содержание посторонних материалов и явных частиц недрагоценных металлов лом взвешивают и упаковывают в плотно закрываемую жестяную банку, в крайнем случае, в прочную картонную коробку, которые, можно полагать, не будут повреждены при транспортировке. На упаковке должны быть обозначены точные данные о содержащемся металле, например: «418 г лома сплавов золота 750 пробы».
Остатки, получившиеся при шлифовке или полировке, должны быть по возможности отделены. Для того . чтобы избежать ненужного увеличения веса, можно удалить горючие вещества посредством низкотемпературного отжига. Упакованные опилки должны быть точно замаркированы, например: «216 г опилок 585/000 золота (свободного от платиновых металлов)».
ГЛАВА 4ПЛАВКА
Сущность процесса плавки заключается в том, что слиток металла под действием тепла переходит из твердого состояния в жидкое.
ПРОЦЕСС ПЛАВКИ
Кристаллическая решетка даже при комнатной температуре не остается неподвижной: атомы, составляющие ее, находятся в постоянном движении внутри ограниченной области; однако
а) В)
в) *)
— ' 1_

Рис. 55. Схема растворения кристаллитов при плавке: а — исходная микроструктура металла; б — начало расплавления по границам зерен; в — полужидкое состояние расплава; г — окончание процесса расплавления
силы взаимного притяжения удерживают их, как резиновые жгуты, вместе. При нагреве слитка увеличивается подвижность атомов, вследствие чего связь между ними ослабляется. Структура металла (рис. 55, а) разупроч- няется, так как силы сцепления с увеличением межатомного расстояния уменьшаются. Кроме того, увеличение межатомных расстояний вызывает тепловое расширение металла. Когда, наконец, достигается температура плавления, то лишь у нескольких атомов энергия движения становится больше, чем их сила взаимного притяжения. Атомы освобождаются от внутрикристаллических связей. Расплавление металла происходит не сразу, а постепенно: сначала поверхность слитка достигает температуры плавления, в то время как центральные его области имеют несколько меньшую температуру. Кристаллиты поверхности слитка распадаются так, что сначала растворяются только слабо связанные атомы по границам зерен (рис. 55, б). При дальнейшем нагревании между кристаллитами образуется все больше жидкого металла (рис. 55, в). Тем временем нераспла- вившийся еще металл находится в тестообразном состоянии. Когда периферийный металл слитка превратится в жидкость, процесс расплавления таким же путем будет распространяться дальше, в его внутреннюю часть. Процесс растворения структуры продолжается подобным образом до тех пор, пока весь металл из твердого состояния не перейдет в жидкое. Поступающая в течение этого времени извне тепловая энергия расходуется на разрушение межатомных связей. При этом у чистых металлов температура
остается постоянной до тех пор, пока весь металл не расплавится. У сплавов температура возрастает и во время разрушения решетки, т. е. в промежутке от температур солидуса до температур ликвидуса. Если изобразить изменение температуры при плавке на диаграмме, где по горизонтали отложено время, а по вертикали — температура в °С,< то получаем кривые плавления, показанные на рис. 56.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image56.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 56. Важнейшие кривые температур плавления:
/ — чистого металла:2 — твердого раствора;
3—эвтектического сплава; 4 — заэвтектического и доэвтектического сплавов
По этим кривым отчетливо видно, что у чистого металла от начала до конца плавления не происходит повышения температуры.
На кривой это выглядит в виде горизонтальной площадки (рис. 56, 1).
У сплавов между точками солидуса и ликвидуса кривая слегка поднимается (рис. 56, 2 и 3). Кривая эвтектического сплава
соответствует характеру кривой чистого металла (рис. 56, 3); кривая за- или доэвтектического сплава сначала идет горизонтально и затем слегка повышается до точки ликвидуса (рис. 56,4). Потребление тепла при плавке у отдельных металлов различно: оно зависит от удельной теплоемкости и теплоты плавления металла.
ПЛАВИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Коксовая печь. В настоящее время только отдельные сплавы драгоценных металлов плавят на открытом огне и, как правило, только в тех случаях, когда необходимо получить большое количество расплавленного металла. Прототипом коксовой печи была простейшая, каменной кладки, печь, у которой топочное отверстие отделено от поддувала колосниковой решеткой из стальных прутьев.
Одна дверца используется для загрузки тигля и топлива, Другая — для выгребания золы (рис. 57).
Для нагрева металла используют кокс. Тигель с поддоном ставят на колосниковую решетку так, чтобы он почти до половины был окружен раскаленным коксом. Затем тигель обкладывают почти до верха коксом. Для предохранения расплава от попадания в него кусочков кокса, топочных газов, частиц грязи и т. п. тигель закрывают сверху большим куском древесного угля как крышкой. В процессе плавки подкладывают кокс, чтобы тигель хорошо прогревался со всех сторон. Если тигель, однако, не устойчиво установлен в коксе, то при случайном толчке он может
опрокинуться, а если его захватят холодными клещами, он треснет и тогда придется отмывать частицы металла от золы. Недостатки этой печи очевидны. Несмотря на попытки модернизировать ее, исключить их не удалось.
Устройства дня газопламенного нагрева. Нагрев пламенем естественного газа используют для плавки небольшого количества металла. В плавильный пистолет подаются бытовой газ и воздух
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image57.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 57. Коксовая плавильная печь
в определенной пропорции, и эта воздушно-газовая смесь поджигается у выходного отверстия пистолета. Если раньше сжатый воздух получали с помощью мехов, то в настоящее время в современной ювелирной мастерской имеются электрические дутьевые вентиляторы для подачи воздуха или кислорода. Плавка плавильным пистолетом требует определенных навыков: необходимо регулировать подачу газа и воздуха. Лучше всего для плавки подходит сильное шумящее пламя с вытянутой восстановительной зоной. При большом давлении воздуха образуется окислительное пламя с небольшой температурой и, кроме того, в расплав нагнетается холодный воздух, вследствие чего на поверхности расплава образуется затвердевшая пленка. Если давление и подача воздуха небольшие, то газ сгорает не полностью, и пламя имеет низкую температуру (рис. 58).
Для металла весом до 50 г достаточно плавильной чаши, которая легко нагревается открытым пламенем газового пистолета. Преимущество этого метода плавки заключается в простоте и дешевизне.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image58.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 58. Расплавление небольшого количества металла ь плавильной чаше пламенем ацетилена
Металл в количестве, превышающем 150 г, целесообразно плавить в специальной плавильной установке(рис. 59). Эта установка представляет собой шамотный плавильный муфель в виде горшка, который нагревается через боковое отверстие с помощью
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image59.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рнс. 59. Плавильный горшок для плавки металлов с при- соединененым плавильным пистолетом
плавильного пистолета. Тигель с металлом помещают в муфель и закрывают его шамотной крышкой. В процессе нагрева тигель, установленный устойчиво в муфте на шамотной подставке, периодически поворачивают, чтобы нагрев не был односторонним!
При таком способе плавки получается значительная экономия газа и сокращается время плавки.
Электропечи. Плавка в электрических печах имеет следующие преимущества: равномерный нагрев металла, простоту контроля температуры, отсутствие загрязнения расплава горючими веществами и продуктами их сгорания, значительное сокращение времени плавки и более высокую, чем при газовом нагреве, температуру расплава металла.
С течением времени были сконструированы различные типы печей. Выбор конструкции печи зависит от размера предприятия.
Рис. 60. Электрическая плавильная печь
В ювелирном деле рекомендуется применять трансформаторные тигельные плавильные печи (рис. 60). В зависимостиот размера печи
в них можно плавить до 8 кг металла. Печь работает от сети, повышенное напряжение которой трансформируется в низкое. Номиналь- ^ная мощность печи 700 Вт,
при кратковременной перегрузкеможет достигать
1200 Вт.
Металл помещают в нормальный графитовый тигель, который служит одновременно электрическим сопротивлением (контактным нагревателем). Тигель устанавливается между двумя токопроводящими контактами. Если металлрасплавился,тонетнеобходимостивынимать тигель,
достаточноегонаклонитьивылить металл в подготовленную
форму.
Плавильные тигли. Графитовые тигли высшего качества изготавливают из цейлонского графита, который размалывают и смешивают с глиной. Они не обжигаются, и поэтому обращаться с ними нужно очень осторожно: хранить тигли следует в теплом и сухом месте; перед первым употреблением тигель медленно нагревают и прокаливают, в противном случае он может дать трещины. При этом первом прогреве внутренняя поверхность тигля должна быть обработана бурой для предотвращения шелушения его поверхности и, следовательно, загрязнения плавки.
Гессенские глиняные тигли (рис. 61) изготовлены из жирной глины, не содержащей железа и извести. Благодаря примеси кварцевого песка и шамотной муки они не трескаются и не усыхают. Они дешевле и прочнее графитовых, но
ВОсрок их эксплуатации меньше. Перед эксплуатацией их также прокаливают и глазируют бурой, прилипшие остатки металла не выбивают, а выплавляют вместе с бурой.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image61.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 61. Гессенские глиняные тигли, графитовые тигли и плавильная чаша
Каждый тигель должен применяться для металла определенной пробы, поэтому снаружи на стенке тигля делают соответствующую маркировку. Перед загрузкой тигель необходимо прогреть для сокращения времени плавки и уменьшения возможности окисления металла. Для больших тиглей в качестве крышки используют плоский кусок древесного угля, поскольку он образует восстановительный газовый заслон.
ФЛЮСЫ
Восстановительные флюсы. Бура (тетраборат натрия) — №2В4От-] ОН 20. Бура является важнейшим флюсом, облегчающим процесс плавки. Расплавленная бура образует при охлаждении на стенках тигля глазурь, предохраняет расплав от доступа кислорода и растворяет окислы металлов.
Бура является натриевой солью тетраборной кислоты. С водой она образует прозрачные бесцветные кристаллы. При нагревании она вспучивается и отдает 10 молекул кристаллизационной воды. При 741° С буфа плавится и распадается на метаборат натрия и трехокись бора, которые смешиваются в жидком состоянии,
№2В407 2КаВОв + ВаОа.
Окись бора, соединяясь с окислами металлов, образует метабораты так же, как борная кислота. Метаборат натрия легко смешивается со вновь образованными метаборатами и быстро уводит их из зоны расплавленного металла, а на их место вступают новые активные молекулы окиси бора. Бура обладает большей способностью растворять окислы, чем борная кислота, и используется не только как плавильный флюс, но и как важнейший флюс при пайке твердыми припоями.
Сода (карбонат натрия) — №2СО:). Эта натриевая соль угольной кислоты образует с 10 молекулами воды большие прозрачные кристаллы. Кальцинированная, свободная от воды сода, в виде белого порошка применяется в ювелирном деле как флюс при восстановительной плавке. При температуре 850° С она плавится
и образует с окислами металлов карбонаты, которые поднимаются на поверхность в виде шлаков,
КааС03 + СиО — СиС03 + N3,0.
Поташ {карбонат калия) — К2С03. По внешнему виду и применению поташ сходен с содой; он плавится при температуре 897° С. При восстановительной плавке, выделяющейся в свободном виде, калий окрашивает пламя в фиолетовый цвет.
Флюсующие смеси. Смеси флюсов применяются для повышения эффективности действия отдельных компонентов, а также для снижения температуры плавления флюсов.
При отсутствии буры в качестве флюса можно использовать смесь борной кислоты и соды
Н2В407 + N а 2С03 — Ыа2В407 + Н.2С03.
Известно, что бура имеет относительно высокую температуру плавления, т. е. (около 740° С) лежащую всего на 40° ниже температуры плавления эвтектического сплава серебро-медь. Это означает, что сплав может окислиться раньше, чем бура проявит свои защитные свойства. Такие восстановительные флюсы, как поташ, сода или поваренная соль, имеют еще более высокую температуру их действуя. Однако смешивая эти соли, температуру плавления флюса можно понизить, снизив тем самым и его температуру действия. Смесь поташа и соды имеет температуру плавления 690° С, а смесь поваренной соли и соды — лишь 620° С. Добавка поташа и соды снижает температуру действия буры. Кроме того, содержание метаборатов натрия и калия при этом повышается, что, в свою очередь, улучшает шлакообразование и очищение металла, например:
К2С03 + №2В407 — 2КВОг + 2№В02 + СОа.
Хорошие флюсовые свойства показывают смеси следующего состава: 4 части соды, 4 части поташа, 2 части буры или для сплавов с особенно низкой температурой плавления: 2 части поваренной соли, 4 части поташа, 2 части буры.
Окислительные флюсы. Калиевая селитра {нитрат калия) — К1\Ю3. Эта калиевая соль азотной кислоты образует бесцветные атмосферостойкие кристаллы. Калиевую селитру применяют для окислительной плавки, так как она плавится при 339° С и окисляет неблагородные металлы, превращаясь в нитрит калия, т. е. в соль азотистой кислоты
КШ3 + РЬ — КШ2 + РЬО.
Натриевая селитра {нитрат натрия) — МаМ03. Натриевая соль азотной кислоты похожа по свойствам на калиевую селитру, но имеет существенный недостаток: она очень гигроскопична. Как флюс оказывает на металл такое же действие, как и родственная ей калиевая селитра, но плавится при температуре 316° С. Если смешать калиевую и натриевую селитры в соотношении 1 : 1, то температура плавления смеси понизится до 218° С.
ПЛАВКА ЗОЛОТА, СЕРЕБРА, ПЛАТИНЫ И ИХ СПЛАВОВ
Плавка чистых металлов. Чистое золото. Если металл представлен в виде гранул, его можно плавить без особых мер предосторожности. При плавке мелких золотых опилок, получаемых, например, при распиловке лобзиком, для удаления всевозможных примесей металл смешивают с небольшим количеством азотной кислоты и буры. Эту смесь прокаливают и затем производят плавку. Если золотые опилки плавить без указанных мер предосторожности, то металл получится пористым, с многочисленными газовыми раковинами. Такой металл к дальнейшей обработке не пригоден.
Чистое серебро. Гранулированное чистое серебро, как и золото, можно плавить без всяких мер предосторожности. Однако при плавке солей серебра эти меры необходимы. Например, при непосредственной плавке хлористого серебра значительная часть металла теряется, так как хлорид серебра, не растворяясь в шлаке, застревает между его частицами и теряется при удалении шлака. Для предупреждения потерь необходимо восстановить эту соль до металлического серебра, осуществляя плавку под слоем углекислого натрия. Сода, соединяясь с остатками хлористого серебра, образует хлористый, натрий, который выводится в шлак.
Сплавление чистых металлов. Так как на практике мы почти никогда не имеем дело с абсолютно чистыми исходными материалами, то следует обратить внимание на то, чтобы исходные компоненты сплава были бы, по крайней мере, технически чистыми. Добавки металлов неизвестного состава, таких как латунь, медные монеты или отходы электротехнической меди, из-за наличия вредных примесей могут полностью испортить новый сплав. В качестве флюса при получении новых сплавов рекомендуется небольшая присадка буры. Для предотвращения попадания кислорода в расплав рекомендуется защитное покрытие следующего состава: 3 части древесного угля, 2 части сахара,
1 часть нашатыря. Эта смесь образует восстановительную атмосферу над поверхностью расплава.
Серебро-медь. Прежде всего необходимо позаботиться о том, чтобы при плавке медь не окислялась или почти не окислялась. Поэтому ее прокатывают в тонкие полосы, покрывают борной кислотой и нагревают до появления на поверхности металла защитной глазури. Если использовать медь в виде толстых заготовок, то в слитке будут видны пятна меди, которые быстро тускнеют и приводят к затруднениям при обработке.
Затем расплавляют чистое серебро и добавляют в него подготовленную медь. Следует помнить, что медь из-за своей высокой теплоемкости требует существенно большего количества тепла, чем серебро. Если внести в расплав металла сразу слишком много меди, то может случиться, что он застынет в виде трудно распла- вимого потом слитка.
Золото-серебро-медь. Чтобы изготовить этот тройной сплав, помещают оба благородных металла одновременно в тигель, где они сплавляются в лигатуру; при этом отпадает необходимость нагрева металла до более высокой температуры плавления золота.
После этого в расплав добавляют медь, подготовленную так же, как и для получения сплава серебра. При плавке небольших порций расплав выдерживают некоторое время в мягком безокисли- тельном пламени; чтобы его компоненты хорошо перемешались. Если плавится большое количество металла, то расплав перемешивают специальной кварцевой палочкой.
Другие многокомпонентные сплавы. При плавке припоев и цветных сплавов золота, в которых обычно присутствуют металлы с низкой температурой плавления, мнение, что металлы должны вноситься в порядке следования их точек плавления, ошибочно: сначала следует плавить благородные металлы, а затем добавлять в расплав неблагородные. Чтобы избежать испарения и окисления низкоплавких металлов, их сплавляют в лигатуру, например, цинк связывают с медью в латунь, а кадмий переводят в сплав с серебром. Выгорание кадмия при изготовлении такого серебряного сплава в процессе следующей плавки значительно уменьшается. Сначала серебро расплавляют, затем охлаждают в тигле до затвердевания, поднимают горячий королек и насыпают под него кадмий. Запаса тепла в серебре при этом достаточно, чтобы кадмий расплавился и соединился с частицами серебра. Затем сплав опять нагревают до температуры плавления и производят разливку.
Если цинк вводят в расплав не в сплаве с медью, а в чистом виде, то поступают таким же образом. Для понижения температур плавления золота и меди эти металлы также сплавляют в лигатуры. Например, при получении сплава Аи—Си—А§—Сй сначала сплавляют золото с медью и серебро с кадмием, а затем уже оба эти сплава. Аналогично поступают при сплавлении сочетаний металлов: А§—Си с А§—2п; Аи—Си с Си—2п и А§—Сй и т. п.
Переплав сплавов. Для переплавки чистых отходов сплавов плавку следует проводить с небольшим количеством буры, которая препятствует проникновению кислорода в расплав. При этом следует помнить, что длительность плавки и температуры нагрева расплава не должны быть большими, чем это необходимо. При переплаве загрязненных отходов возникают дефекты, затрудняющие обработку сплавов или делающие ее невозможной, а также портящие внешний вид сплава. Для устранения этих недостатков следует определить причины их появления.
Восстановительная плавка. Одним из способов ликвидации дефектов в сплавах является проведение восстановительной плавки. Она проводится в тех случаях, когда причиной появления дефектов является насыщение сплава кислородом или другими газами, образующими с металлами химические соединения. Одним из наиболее часто встречающихся и устойчивых соединений является закись меди Си20, вывести которую из расплава можно только восстановительной плавкой.
Восстановительная плавка может осуществляться следующими способами:
Расплавлением сильно загрязненного металла под слоем смешанных флюсов, рассмотренных выше.
С присадкой кадмия — добавка около 0,5% Сб позволяет легко вывести при плавке большое количество окислов. При этом необходимо дать расплаву выдержки, чтобы произошло полное выделение паров СсЮ и остатков чистого кадмия. Этот способ раскисления расплава является наиболее приемлемым и безопасным.
С добавлением фосфористой меди, являющейся сильнодействующим восстановителем. Она должна вводиться в ванну небольшими дозами в зависимости от степени загрязнения металла, так как оставшийся в расплаве фосфор может полностью испортить сплав. Обычно достаточно добавки 1% фосфористой меди, что примерно соответствует 0,15% Р, находящегося в жидком сплаве под слоем флюса.
Восстановление окислов происходит по следующей схеме:5Си20 + 2Р Р205 + ЮСи;
Си 20 + Р2062СиР03;
ЮСиРОз + 2Р - > 6Р205 + ЮСи.
Восстановление меди происходит сначала с образованием газообразного фосфорного ангидрида Р20Б. С уменьшением содержания Си20 осуществляется следующая реакция, вследствие которой образуется метафосфат меди СиР03, последний частично снова вступает в соединение с фосфором, а оставшаяся его часть переходит в шлак. Но, к сожалению, этот эффективный раскисли- тель имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что оставшегося в расплаве фосфора даже в количестве 0,001% достаточно, чтобы окончательно испортить сплав. Образуются хрупкие соединения — фосфиды: А§3Р, Си3Р, №3Р, которые с соответствующим металлом дают низкоплавкую эвтектику.
Окислительная плавка. Если причины дефектов сплава вызваны присутствием неблагородных металлов, таких как Рб, Зп, 2п, А1 и т. д., то сплавы следует переплавлять с окисляющими флюсами, которые должны окислять эти металлы и выводить продукты
окисления в шлак. Так как графитовый тигель при такой плавке прогорает, то в этом случае используют глиняный тигель. Сначала тигель на одну треть заполняется металлом, и после того, как металл стал жидким, тигель заполняют равным по объему количеством селитры и плавят до тех пор, пока расплав не перестанет «бродить». Пламя будет зеленоватым до тех пор, пока селитра остается активной, если окраска пламени исчезает — селитра израсходована. Содержимое тигля выливают на стальную плиту, отбивают шлак, размельчают слиток и проверяют — нет ли в нем корольков золота. Далее слиток кипятят в азотной кислоте, промывают и высушивают. Один конец слитка проковывают молотком как можно тоньше. Если при этом металл не выдерживает и появляются трещины с серыми поверхностями разломов, то плавку необходимо повторить. Вторичную плавку слитка следует проводить в новом тигле как переплав чистого сплава, добавив меди и немного серебра для компенсации потерь этих металлов.
Плавка опилок. При плавке опилок должны быть выполнены следующие условия:
опилки должны принадлежать одному сплаву;
в них не должно быть частиц посторонних металлов;
они должны быть очищены от остатков наждачных, шлифовальных и полировальных материалов;
опилки не должны содержать никаких случайных неметаллических примесей.
Частицы железа удаляют магнитом, после чего опилки слегка отжигают в стальном сосуде, чтобьтревратить в золу органические частицы. Если опилки загрязнены незначительно, их заворачивают вместе со смесью флюсов (см. стр. 88) в папиросную бумагу длятого, чтобы они не улетучивались из тигля, и производят плавку. В случае сильного загрязнения опилок вредными примесями их смешивают с селитрой, заворачивают в папиросную бумагу и проводят окислительную плавку. Затем королек вынимают и еще раз переплавляют с восстановительными флюсами.
Плавка платины и белого золота. Небольшие предприятия должны передавать на регенерацию отходы, содержащие платину, не только потому, что для их плавки требуются высокие температуры, но и из-за чувствительности материала к загрязнениям. Для плавки платины не могут быть использованы обычные графитовые тигли, так как углерод растворяется в расплаве, а при затвердении снова выделяется, что приводит к появлению пор.
Известно, что при высоких температурах повышается химическая активность элементов. Огнеупорная глина, из которой изготавливаются тигли, восстанавливается до алюминия, кремния и кальция. Эти элементы образуют с платиной хрупкие, низкоплавкие соединения. Вследствие этого для плавки платины следует применять тигли из обожженной извести — СаО. Флюсы обычно при плавке не применяются. Плавку белого золота проводят с небольшим количеством борной кислоты.
Высокую температуру для расплавления сплавов платины может обеспечить только индукционная печь и в некоторых случаях — ацетилено-кислородное пламя.
При этом необходимо тщательно отрегулировать пламя, т. е. правильно подобрать соотношение газовой смеси. В противном случае нагретый до высокой температуры металл взаимодействует с газообразными продуктами сгорания, что приводит к появлению различного рода дефектов. Разливка в формы расплава платины на практике не производится. Затвердевший металл (королек платины) извлекают из тигля и деформируют до получения требуемой формы.
ГЛАВА 5ЛИТЬЕ
РАЗЛИВКА В ФОРМЫ
Способность металла отливаться в формы зависит от ряда его физических свойств.
Поверхностное натяжение. Оно оказывает влияние на образование струи металла при разливке, на скорость распространения металла в форме и на способность его заполнять литейную форму. В то время как внутри расплава атомы взаимно уравновешивают свою энергию, атомы поверхностной зоны имеют ее избыток. Этот избыток они пытаются выравнять за счет уменьшения свободной поверхности, стремясь придать расплаву форму шара. Особенно наглядно это видно на примере действия сил поверхности натяжения у ртути, когда она в виде блестящих шариков катится по поверхности металлической пластины. Поверхностное натяжение измеряется в эргах на 1 см2 поверхности.
При повышении температуры сила поверхностного натяжения почти у всех металлов падает. Исключение составляет лишь медь, большое поверхностное натяжение которой еще больше увеличивается с повышением температуры.
В табл. 10 приведены сравнительные величины поверхностного натяжения некоторых металлов при температурах, превышающих их точки плавления.
Благодаря добавкам других металлов при образовании сплавов, поверхностное натяжение уменьшается. Например, поверхностное натяжение меди в сплаве с 50% Зп понижается до 600 эрг/см2 при температуре 1000° С. С этой же целью в сплавы благородных металлов непосредственно перед разливкой добавляют немного Цинка или кадмия.
Вязкость. Она характеризует густоту и внутреннее трение расплава. Вязкость особенно важна при заполнении формы металлом. От этого свойства зависят дегазация металла и отделение шлаков. Вязкость проявляется в сопротивлении расплава
Таблица 10
Поверхностное натяжение металлов
Металлы Энергия поверхностного натяжения, эр г/см2 Температура расплава, °С Точка плавления, СС
Медь 1103 1131 1083
Цинк 750 600 419
Олово 510 500 232
Свинец 400 500 327
,—
изменению его формы. С повышением температуры внутреннее трение уменьшается. Небольшой вязкостью обладают жидкотекучие расплавы, хорошо заполняющие литейную форму. В качестве сравнения могут служить значения вязкости некоторых металлов по достижении ими точки плавления:
г/см-с
TOC \o "1-5" \h \z Медь0,035
Цинк 0,034
Свинец0,027
Кадмий0,023
Олово .0,019
Вязкость шлака должна быть значительно больше вязкости расплава для того, чтобы шлак оставался в тигле при разливке жидкотекучего металла.
Упругость пара. Если давление пара металла при температуре кипения достигнет атмосферного, то металл переходит в газообразное состояние. В небольших количествах металл превращается в пар иногда и ниже этой температуры. Хорошим примером такого случая служит ртуть, которая благодаря высокому значению упругости пара заметно улетучивается уже при комнатной температуре, несмотря на то, что точка кипения этого металла 327 С. Подобное наблюдается и у цинка, который при достижении температуры плавления испаряется, из-за чего содержание цинка в сплаве при слишком длительной плавке значительно уменьшается
Температура разливки. Температура, при которой производится заливка расплавленного металла в формы, называется тем п е - ратурой разливки. Разность между температурой разливки и температурой ликвидуса называется перегревом металла. Для сплавов благородных металлов в большинстве случаев перегрев должен составлять 100° С. Так, например, для сплава серебра 925 пробы температура ликвидуса составляет 900° С, а температура разливки должна быть 1000° С. Полезно напомнить здесь, что чаще всего применяемое газовое пламя достигает температуры только 1100° С. Степень перегрева металла зависит также от длины пути от тигля до формы и от сложности заформованной модели.
Если металл имеет достаточную температуру перед разливкой, го шлаковое покрытие при наклоне тигля отходит назад и металл тонкой, спокойной струей льется в форму (рис. 62). Струя должна быть по возможности короткой, чтобы металл по пути не охлаждался и не насыщался газами из окружающего воздуха. Если
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image62.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 62. Разливка металла из плавильной чаши в кокиль
г.од струей металла держать горящую деревянную чурку и литье осуществлять через пламя, то доступ кислорода почти прекращается. Заливку небольших форм следует производить через открытое газовое пламя. После того как жидкий металл хорошо заполнил форму, необходимо, чтобы он как можно быстрее затвердел.
ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ РАСПЛАВА
Процесс затвердевания является по существу противоположностью процесса расплавления. В расплаве атомы находятся в постоянном беспорядочном движении. Энергия движения атомов больше, чем их взаимная сила притяжения. Если к расплавленному металлу прекращен подвод тепла, то подвижность атомов в расплаве все больше уменьшается. Процесс затвердевания начинается с того момента, когда металл охладится до точки кристаллизации.
Образование зародышей. В связи с сильным уменьшением энергии движения отдельные атомы случайно так плотно сближаются, что дистанции между ними начинают отвечать расстояниям между атомами в кристаллической решетке. Когда при этом встречается столько атомов, сколько необходимо для образования элементарной ячейки гранецентрированного куба (см. стр. 25), то возникает кристаллический зародыш.
Рост кристалла. На первый зародыш наслаиваются последующие атомы. Таким образом зародыш растет и проникает все дальше » жидкий металл. Благодаря межатомным силам притяжения к элементарной ячейке присоединяются в таком же направлении новые атомы. Так наслаивается одна плоскость решетки за другой. Возникает равномерно упорядоченное соединение атомов — кристалл (рис. 63, а).
Образование кристаллитной структуры. Затвердевание расплава происходит не только от одного зародыша; одновременно образуется множество подобных зародышей, к которым пристраиваются атомы из расплава. Поэтому возможности роста решеточных соединений ограничены, наступает момент, когда кристаллы сталкиваются между собой на границах зерен, рост их в этих направле-, ниях прекращается и форма кристаллов получается произвольной (рис. 63, б). В соответствии с этим металлический слиток после затвердевания состоит из большого количества кристаллитов произвольной формы. Если бы кристаллит мог развиваться и расти равномерно во все стороны, то он стремился бы принять форму шара. Если же кристаллит растет в каком-то определенном направлении, например перпендикулярно к стенкам металлической изложницы, то он приобретает форму «елки» и называется при этом дендритом (рис. 64).
Скорость процесса кристаллизации. Эта скорость определяется количественно двумя величинами: числом зарождающихся в единицу времени центров кристаллизации и скоростью роста кристаллов. Скорость роста кристаллов есть скорость увеличения линейных размеров кристалла, выраженная в миллиметрах в единицу времени. Обычно металлурги стремятся к получению мелкозернистой структуры, что предполагает одновременное образование большого количества центров кристаллизации и большую скорость роста кристаллов, сталкивающихся затем между собой. Для обеспечения этих двух условий необходимо не перегревать расплав больше, чем нужно, и по возможности быстро охлаждать застывающий металл. При литье в кокиль в краевой зоне слитка вследствие большой скорости охлаждения образуется зона мелких кристаллов (рис. 65). При литье в земляную форму медленно охлаждение дает в итоге равномерную крупнозернистую структуру.
Усадка металла и ее последствия. Одним из важнейших литейных свойств металлов и сплавов является уменьшение их объема при охлаждении. Уже в жидком состоянии с понижением температуры наблюдается уменьшение исходного объема металла (рис. 66). В процессе затвердевания происходит скачкообразное значительное уменьшение объема металла. В твердом состоянии осуществляется дальнейшее, но уже менее существенное уменьшение исходного объема. Из этих трех фаз уменьшения объема в процессе затвердевания и слагается усадка, являющаяся наиболее важным свойством сплавов.
Рис. 63. Схема образования зародышей и кристаллической структуры при затвердевании расплава: а — рост зародышей кристалла за счет присоединения атомов из расплава; б — образование неравноосной кристаллической структуры при встрече растущих кристаллитов
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image65.jpeg" \* MERGEFORMATINET

Рис. 64. Схема образования и роста дендрита при одностороннем
отводе тепла
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image66.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 65. Различные структуры металла при литье в кокиль (о) и в земляную форму (б)
Значение объемной усадки металлов в % от начального объема расплава приведено в табл. 11.
Причина усадки заключается в том, что атомы металла в жидком состоянии имеют большую подвижность и большие межатомные расстояния. При затвердевании они занимают определенные места в узлах кристаллической решетки, т. е. плотно упаковываются. Когда охлаждение происходит уже в твердом состоянии в интервале между температурами затвердевания, и комнатной, расстояния между атомами еще больше уменьшаются.
Уменьшение объема некоторых чистых металлов при затвердевании
Металл Уменьшение объема, %
Аи 5,03
А§ 5,0
Си 4,25
РЬ 3,38
2п 4,7
Сб 4,72
5п 2,9
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image68.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 66. График уменьшения объема металла при охлаждении (/3 — точка затвердевания)
Нечеткий рельеф. Нечеткое оформление рельефа поверхности отливки является следствием уменьшения ее объема при затвердевании. После того как жидкий металл заполнил форму, отливка при затвердевании сжимается и поверхность ее не прилегает плотно к стенкам формы. При Художественном литье небольших изделий с тонким рисунком или острыми кромками эти явления приводят к досадным дефектам.
Центробежное литье исключает подобные недостатки, так как металл под воздействием центробежной силы прижимается к стенкам формы. При других способах литья этот недостаток не удается полностью устранить. Величина усадки должна учитываться при литье, поэтому модель должна иметь несколько большие размеры, чем готовое изделие.
Образование усадочных раковин. Пустоты, появляющиеся внутри или на поверхности отливки вследствие уменьшения объема металла при затвердевании, называются усадочными раковинами. Так как стенки формы хорошо отводят тепло, то обычно вблизи них начинается кристаллообразование. Эти первые кристаллиты вырывают атомы из жидкого металла и присоединяют их к себе. Атомы в кристаллах имеют более плотную «упаковку», чем в расплаве, и занимают меньший объем, поэтому расплава уже недо
статочно для того, чтобы полностью заполнить объем формы, что
и приводит к образованию открытой воронкообразной усадочной раковины (рис. 67, а). Поверхность такой наружной усадочной раковины, соприкасаясь с атмосферой, окисляется. Если зеркало расплава затвердело, а внутри формы находится жидкий металл, то в верхней части слитка образуются безвоздушные пустоты. Их называют внутренними усадочными раковинами (рис. 67, б). Поверхность этих раковин не окисляется, так как она не соприкасалась с кислородом воздуха. Внутренние усадочные раковины могут находиться и в середине слитка (рис. 67, в).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image69.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 67. Схема образования усадочных раковин (белым цветом обозначен расплав, светло-серым — затвердевший металл, черным — усадочные раковины): а — возникновение наружной усадочной раковины; б — образование внутренних усадочных раковин; в — внутренние и наружная усадочные раковины; г — наружная усадочная раковина в прибыли; д — внутренние усадочные раковины в прибыли; е — внутренние и наружная усадочные раковины в прибыли
На рассмотрении дефектов слитков, вызванных усадочными раковинами, нет необходимости останавливаться более подробно. Образование усадочных раковин невозможно полностью исключить, но вредные последствия их можно ограничить, если учесть, что:
умеренная скорость и низкая температура заливки способствуют уменьшению образования усадочных раковин; жидкий металл должен еще поступать в форму, когда часть металла уже затвердела;
расширенная верхняя часть формы — прибыль, ограничивает местоположение усадочных раковин этой областью отливки, так как металл в ней долго остается жидким из-за большого объема и подпитывает годную часть отливки сверху, по мере ее затвердевания (рис. 67, г, д, е)\
канал между отливкой и прибылью должен быть достаточно широким, чтобы в этом месте не наступило преждевременного затвердевания, которое сведет к нулю действие прибыли как резерва жидкого металла;
при литье в формы в местах, наиболее удаленных от прибыли, нужно создать дополнительные узлы питания.
Литейные напряжения. Усадка металла не может происходить равномерно во всех местах отливки; в результате возникаютнапряжения, называемые литейными, которые в некоторых случаях приводят к короблению отливки, появлению трещин и надрывов.
В зависимости от причин возникновения и характера проявления различают следующие виды напряжений.
в)1 ^ Г I
+ + \ е) ^ 1 I ) тг
ч
^ 1 Г _к_ 1 А. ♦ .1^
Внешние напряжения, которые возникают из-за того, что неподатливый материал формы препятствует усадке затвердеваемой отливки. В большинстве случаев это наблюдается при литье в кокиль, например, металлический стержень препятствует сжатию кольцевой отливки (рис. 68, а) в радиальном направлении. При затвердевании в металле возникают напряжения, ведущие к разрыву.
Рис. 68. Схемы возникновения литейных напряжений в отливке: о, б — внеш-них; в, г, д — внутренних; е — подкорковых
Отливка, имеющая Н-образную форму (рис. 68, б), стремится сжаться в направлении стрелок. Толстые стенки имеют большую усадку, чем тонкие, что приводит к появлению напряжений в тонких стенках и разрыву их.
Внутренние напряжения в отливке возникают из-за неравномерной скорости охлаждения частей отливки с различным поперечным сечением. В то время как тонкие части уже затвердели, т. е. почти достигли окончательного объема, усадка толстых сечений еще продолжается, им предстоит еще уменьшаться в объеме.
При литье изделия, показанного на рис. 68, в, сначала затвердевают бандаж и спицы. Далее начинает затвердевать массивная ступица. Спицы препятствуют сжатию ступицы, и в них возникают напряжения, ведущие к их разрыву. Если ступица небольшая (рис. 68, г), а венец массивный, то он затвердевает в последнюю очередь. Спицы препятствуют усадке венца, что приводит к появлению в нем напряжений, которые сгибают спицы или разрывают венец. У массивного вала тонкие цапфы уже затвердели (рис. 68, д), а тело вала только начинает усаживаться.
В местах соединения цапф и бочки вала возникают значительные напряжения, ведущие к появлению надрывов.
Подкорковые напряжения возникают в массивных слитках из-за различной скорости охлаждения слоев металла от стенки формы к середине слитка. Отливки большого размера в форме пластин могут коробиться от таких напряжений; у толстых отли-. вок наблюдается появление трещин и надрывов.
Для устранения этих напряжений необходимо уменьшить скорость охлаждения массивных отливок.
МЕТОДЫ ЛИТЬЯ
Кокильное литье. К о к и л и — это металлические литейные формы. Простейшим видом кокиля является самодельная листовая изложница. Она представляет собой две металлические пластины с выдавленными в них углублениями требуемой
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image71.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 69. Самодельный кокиль с различными проволочными вставками
формы. В верхней части пластин находится литниковая воронка. Для специальных отливок такую'Изложницу можно легко изготовить самостоятельно (рис. 69). В двух прямоугольных стальных пластинах выбивается литниковая воронка. Затем из четырехгранной проволоки выгибают контур заливочной полости желаемой формы, укладывают эту согнутую проволоку между стальными пластинами и плотно зажимают их в тисках или струбцине; литейная форма готова. В случае необходимости на проволоке делают пропилы для выхода воздуха. У таких «проволочных» форм соотношение между толщиной отливки и ее весом должно быть выдержано в следующих пределах:
Толщина в мм .4567
Вес в г 50—100 100—300300—600 600—1000
Перед заливкой рекомендуется закоптить рабочие поверхности литника и изложницы пламенем восковой свечи, чтобы создать изолирующий и скользящий слои для втекающего металла.
Только в исключительных случаях, например при отливке пустотелых деталей, внутреннюю поверхность изложницы по
крывают тончайшим слоем масла. Если масло или воск будут нанесены толстым слоем, то под действием тепла заливаемого металла они могут вскипеть и загореться, что приведет к многочисленным дефектам отливок.
Перед литьем всегда необходимо установить форму на железную заливочную плиту, посыпанную песком, чтобы уловить случайно прорвавшийся при заливке металл. Большие листовые и «проволочные» изложницы следует устанавливать наклонно, чтобы заливаемый металл скользил внутрь, а не падал бы сверху, разбрызгиваясь при ударе о дно формы.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image72.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 70. Раскрытый стальной кокиль для обручального кольца с готовой отливкой
Формы из чугуна и стали следует слегка подогревать, чтобы расплавленный металл не подвергался внезапному быстрому охлаждению. Металлические формы из алюминиевых сплавов могут применяться без предварительного подогрева.
В условиях небольших предприятий хорошо зарекомендовали себя стальные кокили для отливки обручальных колец, показанные на рис. 70. Расстояние между полуформами кокиля, определяющее ширину кольца, регулируется с помощью внешнего винта. Дефекты, наблюдаемые при отливке обручальных колец в кокиль, и меры их предупреждения даны в табл. 12.
Литье в разовые формы. В противоположность литью в кокиль при литье в разовые формы их изготовляют каждый раз заново собственными средствами. Преимущество этого метода заключается в том, что он дает возможность получения отливок самых разнообразных размеров и фасонов. Недостаток состоит в том, что такую форму можно использовать только один раз.
Литье в известковые формы из осса-сепии. Это один из надежных и быстрых способов литья в формы, изготовленные из известковой раковины моллюска каракатицы, часто применяемые для отливки мелких изделий: колец, брошей и т. п. Область его
Таблица 12
Возможные дефекты при литье в кокиль и способы их устранения
Вид дефекта Причина появления Способы устранения
Литейная форма не Холодный металл; Выше нагреть расплав.
залита полностью недогрев или перегрев изложницы правильно нагреть форму
Усадочные раковины Мало сечение литии- Расширить литник,
на внутренней стороне ка; расплав слишком увеличить перегрев ме-
кольца под прибылью холоден
ъ талла. Правильно выбрать температуру нагрева формы
Пористость отливки Газы или воздух не смогли выделиться Изложницу не смазывать маслом, расширить вентиляционные каналы
применения ограничивается тем, что толщина раковины допускает формовку моделей только до определенного размера, и, кроме того, невозможно воспроизвести точно тонкий рисунок модели. Одна сторона такой раковины является прочной и твердой, другая, служащая для воспроизведения отпечатка модели, — податливой, мягкой и мелкозернистой.
Изготовление формы, состоящей из двух частей для отливки шинки мужского кольца. При отсутствии готовой шинки модель ее можно изготовить из свинца. Из свинцовой полосы вырезают и выпиливают заготовку с необходимой формой сечения и сгибают ее. Диаметр шинки должен быть чуть меньше, чем это требуется для готового изделия, так как после ковки и опиливания отливки диаметр кольца получится несколько большим. Если модель сборная, то детали ее соединяются шеллаком.
В основном следует обратить внимание на то, чтобы модель не могла уходить «под себя», т. е. чтобы модель не могла расширяться книзу от плоскости разъема формы, так как при извлечении ее в таком случае можно разрушить материал формы.
По этой же причине внутреннюю поверхность кольца следует делать не только гладкой, но и слегка выпуклой по ширине, так как в этом случае модель будет легче извлечь из формы.
^ Раковину осса-сепии средней величины разрезают на две равные части в продольном направлении. Плоскости разреза обеих половинок с внутренней мягкой стороны пришлифовываются оселком. Форму изготавливают таким образом, чтобы утолщенная часть ее находилась внизу. В одну из полуформ вдавливают почти до половины модель шинки, затем на нее накладывают и прижимают вторую половину формы. Потом их сжимают так, чтобы пришлифованные плоскости изложницы плотно прилегали друг к другу. Одновременно с этим по углам одной из полуформ устанавливаются минимум два уголка из стального или латунноголиста для фиксации полуформ. Наружные края формы ровно обрезают. Стенки формы не должны быть очень тонкими, так как при разливке металла они могут разрушиться. Кроме фиксирующих уголков, точное положение полуформ перед заливкой можно устанавливать по рискам, надпиленным ножовкой на боковых стенках обеих полуформ.
После вдавливания модель осторожно вынимают. Литниковый канал вырезают в виде широкой воронки. Чертилкой прорезают несколько вентиляционных каналов, от полости формы вверх, для отвода воздуха и горючих газов. Готовую форму очищают
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image73.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 71. Раскрытая известковая форма из трех частей с готовой отливкой
сухой мягкой кисточкой, составляют в соответствии с маркировочными уголками и надрезами и связывают мягкой проволокой. На внешней твердой стороне пан- цирьной формы выпиливают несколько канавок для предотвращения смещения проволоки. После просушки форма готова к заливке.
Изготовление формы, состоящей из трех частей, для отливки массивного мужского кольца с кастой для камня (рис. 71).
Изготовление модели. Модель можно изготовить из свинцовой полосы, как это было описано при изготовлении шинки кольца. Во многих случаях рациональнее отлить заготовку из свинца в простейшей листовой форме и затем довести ее до нужной конфигурации и размеров. Из тонкой латунной полосы сгибают кон- тур формы (рис. 72, а), слегка вдавливают его в плоский кусок древесного угля и закрепляют булавками. Расплавленный свинец заливают в форму и получают заготовку модели. При желании в касте заготовки можно сделать отверстие. Для этого в месте каста в контурной полосе формы делают прямоугольные надрезы и, отогнув лапки, устанавливают на них стержень (рис. 72, б). Для предотвращения утечки свинца из формы позади образовавшихся окон устанавливают латунные полоски. Этим методом можно изготавливать модели различной формы и конфигурации.
Изготовление формы. Большую раковину осса-сепии разрезают на три части. Обе верхние части предназначены для шинки, нижняя — для каста. Все три части с внутренней стороны обрабатывают по плоскости. В обе боковые верхние части вдавливают модель шинки кольца, до заплечиков каста, одновременно с маркировочными уголками. После этого части формы разъединяют, вынимают модель, собирают полуформы вместе и пришлифовывают нижнюю поверхность частей форм, пока не покажется отпечаток шинки. Модель снова вставляют в форму и вдавливают каст кольца в нижнюю часть заготовки формы до полного совпадения всех трех частей формы. Одновременно с этим вдавливают нижние маркировочные уголки. После этого модель снова вынимают и прорезают литниковый и вентиляционный каналы. Затем форму собирают так, как показано на рис. 73.
Заливка. При литье в известковые формы из осса-сепии необходима довольно большая прибыль. Так как литье должно осуществляться при более низких температурах, то для улучшения литейных качеств металла рекомендуется добавлять в расплав
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image74.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 72. Листовая форма для изготовления свинцовой модели: а — кольца со сплошным кастом; б — кольца с полым кастой
непосредственно перед разливкой 0,5% чистого цинка. Добавка цинка существенно снижает поверхностное натяжение и вязкость расплава при низких температурах. Расплав перемешивают и, как только на поверхности появится затвердевающая пленочка, производят разливку. Если заливку производить слишком перегретым металлом, то форма выгорает и вследствие этого отливка получается нечеткой, и, кроме того, она становится пористой.
Литье в песчаные (земляные) формы. При литье в песчаные формы применяются две прямоугольные рамки — опоки, изготовленные из стали или легких металлов. На узкой стороне опок делается литниковая воронка. Одна из опок имеет направляющие штифты, входящие в соответствующие отверстия другой опоки.
Подготовка песка. Сухой формовочный песок просеивают через мелкое сито и увлажняют. Затем его основательно перемешивают до тех пор пока он не станет вязким и пластичным. Для пробы скатывают мелкие шарики, высоко подбрасывают их и ловят. Если песок хороший, то шарики не распадаются.
Изготовление формы для восьмиугольной выпуклой броши (рис. 74).
Опока с направляющими отверстиями устанавливается внутренней стороной на стеклянную подмодельную плиту. В нижней

трети опоки укладывается модель. Модель и подмодельная плита припудриваются припылом. Затем опоку наполняют небольшим количеством песка, который слегка прижимают к модели деревянной трамбовкой для того, чтобы песок по возможности хорошо заполнил все изгибы поверхности. Только после этого тщательно утрамбовывают стальной трамбовкой и постепенно заполняют песком форму доверху. Стальной линейкой удаляют лишний песок заподлицо с высотой опоки. Заформованную опоку переворачивают и укладывают на подмодельную плиту моделью вверх. На нее устанавливают вторую опоку. Модель зачищают и припудривают ликоподием всю поверхность песчаной формы. Далее
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image75.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 73. Собранная и подготовленная Рис. 74. Раскрытые опоки песчаной для литья известковая форма изформы с моделью
осса-сепии
проделывают то же самое, что и с первой опокой, т. е. насыпают песок, слегка прижимают его к модели, затем плотно утрамбовывают и сглаживают. После этого опоки разъединяют.
Осторожным постукиванием деревянным молоточком модель расталкивается в форме, а затем, после переворачивания опоки, выпадает из нее (приподнимать модель пинцетом не рекомендуется). От отпечатка модели в обеих полуформах прорезается литниковый канал. Его поверхность выглаживают мягкой кисточкой, смоченной в воде, чтобы облегчить скольжение жидкого металла при заливке. Литниковый канал должен быть по возможности длинным. При литье небольших предметов нет необходимости прорезать вентиляционные каналы, так как высохшая формовочная масса обладает достаточной газопроницаемостью.
Подготовка к литью и заливка. Форму собирают, закрепляют опоки струбцинами и медленно просушивают над печью. Быстрая просушка приводит к разрушению формы. Для контроля степени просушки вплотную к литнику прикладывают зеркало. Если оно не запотевает, то форму можно подогревать открытым пламенем до той температуры, которая необходима при заливке.
Одновременно металл расплавляют, нагревают его примерно на 150° выше температуры ликвидуса и выливают в горячую форму.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image76.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 75. Элементы формы для центробежного литья: а — опока с отверстиями; б — восковая модель; в — проволочный каркас
Центробежное литье. Этот метод, заимствованный из зубоврачебной техники, уже много десятилетий используется и в ювелирном деле. Каждое ювелирное предприятие должно использовать этот метод литья. Производство оригинальных восковых моделей и сам процесс получения по ним металлических образцов при этом виде литья открывают широкие возможности для получения высокохудожественных ювелирных изделий любой сложности. Так, например, новые центробежные литейные машины отливают 50 колец за одну заливку.
Метод центробежного литья имеет следующие преимущества:
возможность получения отливок по моделям любой сложной формы сравнительно простым способом;
значительное снижение возможности образования усадочных раковин;
уменьшение расхода металла из- за отсутствия прибылей, потребность в которых отпадает.
Ручное центробежное литье по выплавляемой восковой модели. Рассмотрим пример отливки массивного слона высотой 30 мм (рис. 75).
Изготовление модели. Сначала делают проволочный каркас восковой модели из того же материала, который используется для литья. Вокруг этого каркаса лепят из воска модель. Для моделирования можно применять красный Или голубой воск, используемый в зубоврачебной технике. Воск нагревают и с помощью подогретого металлического шпателя производят лепку модели.
Готовую модель выглаживают шабером. Для Выглаживания можно очень быстро пронести модель через пламя. При этом она слегка оплавляется, и выглаживание производится легко и быстро.
Для уменьшения усадки при изготовлении таких больших изделий, как данная модель, рекомендуется использовать литейные штифты из латунной или медной проволоки диаметром от 1 до 1,5 мм и длиной от 10 до 20 мм и небольшие шаровые прибыли. Штифты нагревают и вводят в восковую модель на несколько миллиметров. На расстоянии 3—4 мм от модели на штифты насаживают восковые шарики (отделяемые прибыли). Сечение литниковых каналов, образуемых штифтами, можно увеличить, покрыв
штифты воском. После выплавления воска из формы литейные штифты удаляют, а полости, образованные шариками, выполняют роль прибылей при усадке металла. Кроме того, по каналам, образованным литейными штифтами, удаляются газы и тем самым уменьшается возможность образования пор.
Четыре ноги слона удлиняются восковыми штифтами, сходящимися в восковом шаре. Эти штифты и шар выполняют ту же роль, что и литейные штифты.
Формовка. Готовую модель обезжиривают погружением в спирт для того, чтобы формовочная масса плотно прилегала к модели. Из воска изготавливается и сферическая стойка, в которую вдавливаются литьевые штифты, как это показано на рис. 75, б.
Расстояние между моделью и стойкой должно быть по возможности коротким, чтобы расплаву не было необходимости проделывать столь долгий путь. Модель, кроме того, должна быть так размещена, чтобы все части ее располагались в направлении литья.
В качестве формовочной массы применяют препараты, используемые в зубоврачебной технике. Формовочную массу разводят в дистиллированной воде, тщательно размешивают и вакуумированием удаляют из нее воздух. Формовочная масса должна быть жидкотекучей, сметанообразной, без комочков. Мягкой кисточкой наносят ее на модель. При этом на ней не должно появляться пузырьков воздуха. Этот первый слой припудривается, что препятствует обезвоживанию и предотвращает образование трещин при высыхании формы. По истечении 2—3 мин наносят еще слой формовочной массы и это продолжают до тех пор, пока восковую модель не покроет слой толщиной около 5 мм. Подготовленную таким образом модель помещают в опоку и заливают формовочной массой. Поверхность опоки имеет множество отверстий, благодаря которым быстрее происходит высыхание массы. При заполнении ее следует обернуть бумагой, чтобы формовочная масса не вытекала. Расстояние между моделью и стенкой опоки должно быть около 10 мм; до основания формы — 15 мм.
Сушка и прокаливание. Готовую форму не следует оставлять надолго бездействующей. Когда формовочная масса схватилась, восковую полусферу и литьевые штифты удаляют. При сушке и вытапливании восковой модели форму устанавливают в нормальной печи или в печи для эмалирования при низкой температуре так, чтобы отверстие было направлено вниз и воск мог вытекать. После медленной просушки формы производят ее прокаливание. Нагрев при прокаливании должен осуществляться медленно, в противном случае форма может разрушиться. Температуру нагрева при этом повышают до тех пор, пока литниковые каналы не будут накалены до вишнево-красного цвета.
Заливка. Нагретую форму помещают на тарелке центрифуги и производят заливку металла, который должен быть расплавлен с небольшим количеством буры. Для ювелиров, редко имеющихдело с центробежным литьем, наиболее доступной является настольная центрифуга (рис. 76). Конструкция ее настолько проста, что ее легко можно изготовить самостоятельно. При литье изделий большого размера, к которым относится и приведенный пример, на другую тарелку ставят соответствующий противовес. Сразу же после заливки формы натягивают шнур, и труба, на которой крепится коромысло с тарелкой, начинает вращаться с большой скоростью вокруг неподвижной оси Преимущество этого способа заключается в простоте обслуживания, большой скорости вращения и безопасности. После нескольких тренировок того же успеха можно достичь и с ручной центрифугой (рис. 77), хотя в этом случае результат зачастую зависит от субъективных причин, а опасность получения дефектов литья возрастает.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image77.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 76. Простейшая настольная центрифуга
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image78.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 77. Ручная центрифуга
Литье на центробежных машинах (рис. 78). Рассмотрим про^ цесс получения на центробежной машине литых медалей с двусторонним рельефом (рис. 79). Для получения восковой модели потребуется изготовить резиновую пресс-форму.
Изготовление эталона модели. Так как вулканизация резины происходит при повышенной температуре, то эталон (образец) модели нельзя изготавливать из дерева, пластмассы или легкоплавких металлов. Кроме того, при вулканизации резины выделяется небольшое количество азотной кислоты, поэтому эталон не следует изготовлять из серебра и его сплавов, а также из сплавов золота 333 пробы. Для изготовления эталона модели очень хорошо подходит сплав золота 585 пробы, особенно если поверхность его покрыта родием. Поверхность эталона необходимо тщательно обработать и отполировать. Лучше затратить несколько лишних минут на обработку этого образца, чем потом терять часы при последующей чистовой обработке партии отливок. В заключение следует обратить внимание на то, что отливкаиз-за усадки металла получается несколько меньшей и еще дополнительно уменьшается в размерах при обязательной чистовой обработке. Поэтому эталон должен иметь несколько большие размеры, чем готовая модель.
Изготовление эластичной пресс-формы. Для этой цели необходима опока, подобная литейной при литье в песчаные формы, с направляющими штифтами. Литьевое отверстие необязательно. Опока с направляющими штифтами укладывается на гладкую
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image79.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 78. Центробежная литейная машина с электроприводом
опорную плиту основанием вниз, например стеклянную, и заполняется пластилином, в который вдавливают до половины эталон модели (рис. 79, /, 2). Устанавливают вторую опоку и заполняют ее раствором гипса. После затвердевания гипса форму переворачивают, пластилин удаляют, а эталон остается в гипсовой форме. В гипсе делают несколько углублений, которые позднее должны стать направляющими выступами резиновой формы. Сырую резину разрезают на мелкие кусочки, которыми наполняют верхнюю половину формы (рис. 79, 3). Опоки зажимают между двумя стальными пластинами, перекрывающими стенки опок. Резину вулканизируют в течение 30 мин при температуре 150° С в газовой печи или лучше на специальном прессе с двумя подогреваемыми электрическим током плитами (рис. 79, 4, 5). Гипс разбивают, извлекают и хорошо очищают модель и резиновую полуформу. Теперь готовую резиновую полуформу изолируют тальком и заполняют кусочками сырой резины вторую половину формы, после чего опока укладывается так, что готовая резиновая полуформа находится внизу. Производят вулканизацию резины второй полуформы и получают обе части резиновой пресс-формы (рис. 79, 6). Остается только разъединить части формы друг от друга, отделить их от опок и извлечь модель (рис. 79, 7). После этого прорезают литниковый канал.
Преимущество эластичных резиновых пресс-форм заключается в простоте их изготовления, в легком извлечении из них пп.-го-их моделей и в их долговечности.
к недостаткам следует отнести невозможность изготовления спиралевидных полостей и получения очень тонких сечени^ Тс»; шина стенки отливки не должна быть меньше 0,4 мм, так как пр запрессовке воска форма должна быть зажата и поэтому стенки полуформ могут соединиться вплотную.
ф > ь =1
Ъя
Рис. 79. Схема процесса получения изделий центробежным литьем
Другие методы изготов гения эластичных пресс-форм При топлеиии ппесс-форм для простой модели достаточно поместить ее эталон между двумя резиновыми пластинами сштветствующеи топщины и вулканизировать их под прессом. Эгалон вдавливается
111

в размягченную резиновую массу. Недостаток этого метода заключается в том, что обе резиновые пластины «свариваются» и пресс- форму необходимо разрезать, чтобы извлечь эталон и отлить затем восковую модель.
В ФРГ изготавливается специальная резиновая формовочная паста, в которую можно легко заформовать металлическую модель. Эта паста затвердевает в холодном состоянии без вулканизации.
Получение восковых моделей. Для заливки воском резиновых пресс-форм применяется восковой инжектор (рис. 79, в). В бачке находится расплавленный воск, постоянная температура которого поддерживается с помощью электронагрева. Необходимое давление в бачке создается сжатым воздухом, последний выпрессовы- вает воск через штуцер в литниковый канал пресс-формы. Жидкий воск можно ввести в форму центробежным методом, используя для этого металлическую центрифугу. При этом стенки резиновой пресс-формы перед каждым заполнением воском должны изолироваться эвкалиптовым маслом или смесью, состоящей из одной части воды и одной части глицерина.
Подготовка формы и заливка. Как схематично изображено на рис. 79, 9, готовые восковые модели размещаются вокруг воскового стояка, с которым они соединяются с помощью восковых штифтов. «Восковую елку» напаивают на восковой цоколь и устанавливают на резиновом основании, поперечное сечение которого видно на этом же рисунке. Далее блок восковых моделей обрабатывают так же, как это было описано выше: обезжиривают, покрывают кисточкой формовочной массой, помещают в цилиндрическую опоку и заливают ее провакуумированной формовочной массой. После затвердевания формовочной массы опоку помещают в муфельную печь (рис. 79, 10) и в течение часа при 200° С выплавляют воск. Затем температуру повышают до 1000° С и выдерживают форму при этой температуре еще 15 мин. После этого ее вынимают из печи, помещают в центробежную машину (рис. 79, 11) и производят заливку. Готовый блок отлитых медалей с литниками, полученный после выбивки опоки, показан на рис. 79, 12.
ГЛАВА 6
ПРОКАТКА И ВОЛОЧЕНИЕ
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ "МЕТАЛЛА
При деформации металла происходят многочисленные взаимосвязанные процессы изменения структуры и свойств металла, которые в рамках этой книги будут рассмотрены в упрощенной форме и по существу в виде ответов на следующие основные вопросы:
Что происходит внутри единичного зерна или монокристаллита?
Как изменяется блок (совокупность) кристаллитов или поликристаллит?
Каким образом происходит деформация всего слитка?
Несмотря на то что оба первых процесса механической деформации имеют одну сущность, свойства всего слитка зависят от способа деформации: при ковке они будут другими, чем при волочении, при гибке — другими, чем при клепке. Общие явления деформации — изменение формы отдельных зерен и блока связанных между собой кристаллитов — нагляднее всего можно проследить на примере процесса прокатки.
Упругая деформация.' На существование упругой деформации указывалось при рассмотрении диаграммы растяжения. Она характеризуется тем, что образец при растяжении удлиняется в направлении действия силы, а при сжатии укорачивается в направлении приложенной силы; при снятии нагрузки образец принимает свою первоначальную форму. На практике это выглядит следующим образом: во время упругой деформации металлической заготовки наибольшая часть кристаллов подвергается только упругой деформации, но при этом некоторые кристаллиты подвержены и небольшой пластической деформации; наоборот, при отчетливо наблюдаемой пластической деформации всей заготовки только ее отдельные кристаллиты испытывают упругую деформацию.>
Схема изменения внутреннего строения кристаллита при деформации показана на рис. 80. Модель этого процесса в упрощенном виде можно представить следующим образом: атомы в виде шаров наклеены на резиновую ленту (рис. 80, а); межатомные силы взаимного притяжения и отталкивания возникают за счет упругости резиновой ленты. Из рис. 80, б видно, как уменьшаются расстояния между атомами в направлении действия сил сжатия и увеличиваются в перпендикулярном к силам направлении.
Если силы действуют по диагонали (рис. 80, в) кристаллической решетки, то она из квадрата превращается в ромб. При растягивающих усилиях картина обратная: расстояния между атомами в направлении действия сил увеличиваются и уменьшаются в направлении, перпендикулярном к силам.
Из этой простейшей резиновой модели ясно видно, как после снятия нагрузки атомная решетка возвращается в первоначальное состояние. Из деформации единичного кристаллита выявляется картина упругой деформации всего блока (совокупности) зерен металла.
Пластическая деформация. Каждой пластической деформации предшествует упругая. Но в то время как при упругой деформации после снятия нагрузки изменение формы прекращается и структура приобретает исходную форму, при пластической
деформации изменение формы сохраняется и после прекращения действия нагрузки.
а)
’Ш !
оооооооооо ОООООООООО ' ООО 000 О О о ОООООООООО ООООМоООО
оооомоооо ООООООО-ОО ОООООООООО ОООООООООО ОООООООООО
ОООООООООО
ОООООООООО
ооооо ооооо
ОООООООООО О О О О ©-Ф о о о о
о о о о 6-© о о о 6 ооооооооо®
ООООООООО0
ОООООООООО
ОООООООООО
е)\
ОООО 000001 ООООООООО оооооооооо! ооооо ооооо! оооое-еоооо! оооое-еоооо! оооооооооо! оооооооооо! оооооооооо! ооооо ооооо!
ч
\чч
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image83.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 80. Схема деформации кристаллической решетки монокристалла: а — исходное состояние; б — упругая деформация при вертикальном действии сил; в — упругая деформация при действии сил по диагонали; г — начало пластической деформации по плоскости скольжения под действием диагональной нагрузки; д — пластическая деформация по многим плоскостям скольжения под действием диагональной нагрузки
Процессы, происходящие в монокристаллите. Если нагрузка превысит предел упругости, то расстояния между атомами более не увеличиваются, а вся атомная решетка Смещается «по плоско-
стям скольжения», т. е. плоскостям решетки, которые особенно плотно заняты атомами. У решетки гранецентрированного куба такими плоскостями являются диагональные плоскости. Однако при параллельном смещении атомов по плоскостям скольжения элементарные кристаллические ячейки полностью сохраняют свою форму, т. е. атомы как бы взаимно заменяют друг друга(рис. 80, г). Если из-за деформации весь кристаллит изменил
свою внешнюю форму — растянулся, то атомы внутри кристаллической решетки остаются упорядоченными в соответствии с их кристаллической системой. Например, кристаллическая ячейка золота и после прокатки сохраняет форму гранецентрированного куба. Чем больше в кристаллите плоскостей скольжения, тем сильнее смещаются атомы по этим плоскостям и тем сильнее изменяет кристаллит свою первоначальную форму. В то время как он удлиняется в одном направлении, то в противоположном он всегда становится уже. Смещение кристаллической связи, показанное на рис. 80, д, возможно лишь в том случае, если нагрузка действует в направлении плоскостей скольжения. Напряжение, возникшее в другом направлении, встретит со стороны кристаллита такое большое сопротивление, что окажется возможной лишь упругая деформация. Таким образом, пластическая деформация кристаллита в противоположность упругой деформации зависит от направления. С увеличением степени деформации растет и сопротивление деформации, оказываемое структурой решетки: чем сильнее деформируется структура, тем больше требуется усилий, чтобы продолжить деформацию.
Процессы, происходящие в поликристаллите. При освещении процесса затвердевания (см. стр. 96) было указано на то, что металлический слиток не является однородным кристаллом, а состоит из множества кристаллитов, которые ориентированы беспорядочно. Следовательно, расположение плоскостей скольжения у кристаллитов различное! Поэтому совершенно безразлично, в каком направлении действует нагрузка на поликристаллит; всегда в первую очередь будут пластически деформироваться те кристаллиты, плоскости скольжения которых совпадают с направлением деформации. Если о монокристалле было сказано, что его деформируемость зависит от направления, то о поликристалли- ческом слитке можно сказать, что он в любом направлении в одинаковой степени пластичен.
Если кристаллит испытывает пластическую деформацию, то соседние кристаллиты вследствие этого сначала упруго деформируются, а потом пластически. При этом все соседние кристаллы постепенно вытягиваются в направлении деформации: структура «течет» (см. стр. 131). С увеличением степени деформации удлиняется все большее число новых кристаллитов, пока, наконец, все кристаллиты не будут вытянуты' в виде волокнообразных образований (прокатная, или волочильная, текстура).
Если по границам кристаллитов находятся еще и хрупкие субстанции, то они действуют как жесткий остов и могут сделать деформацию полностью невозможной.
С увеличением степени холодной деформации растет и сопротивление структуры деформации. Наблюдается упрочнение, или наклеп, металла. Требуются все большие силы, чтобы осуществить деформацию. Когда напряжения, вызванные
усилием деформации, превысят предел прочности на разрыв, структура в отдельных местах начнет разрушаться. В общем, можно сказать, что с увеличением степени деформации ф повышаются твердость ИВ, прочность на разрыв ов и предел текучести ов, в то время как относительное удлинение б резко уменьшается, как это показано 6,%;бт;б(№с/мм1ИВ,кгс/мм на рИС 0] на КОнкретном
• нв У*? 5 08
00
32
20
16
8
100
80
60
«0
20
20006080 ЮОуУо
Рис. 81. Изменение механических свойств меди с повышением степени деформации
примере с медью.
ПРОКАТКА
О
Слиток прокатывают для уменьшения его толщины и увеличения длины; ширина слитка при этом почти не изменяется. Между вращающимися валками слиток обжимается по высоте и, вследствие трения между валками и поверхностью слитка, продвигается вперед. Эти два основных процесса лежат в основе прокатки.
Осадка заготовки между плоскими, не двигающимися горизонтально бойками. При этом процессе деформирования внешние силы действуют параллельно оси заготовки, в то время как в перпендикулярном направлении она остается ненагруженной. Такой вид нагружения наблюдается при ковке, горячей штамповке, чеканке, тиснении и т. д. Несмотря на то что этот процесс не соответствует точно схеме деформации металла при прокатке, все же следует его рассмотреть подробнее для более полного уяснения сущности процесса прокатки. Пластическая деформация при осадке охватывает не весь слиток, а определенные зоны его. Если заготовка, имеющая прямоугольное продольное сечение, находится под нагрузкой между двумя прессующими бойками, то она стремится деформироваться в стороны от этой нагрузки (рис. 82), что приводит к выпучиванию ее боковой поверхности. Вблизи зоны контакта с бойками металл не может свободно скользить и течь в стороны вследствие противодействия трения, поэтому в области / он или очень немного деформируется, или совершенно не подвергается формоизменению. Так как нагрузка действует вертикально, то она может только в незначительной степени охватить выпуклые части III заготовки, и эти области остаются поэтому также слабо деформированными. Следовательно, наибольшее формоизменение происходит между «конусами скольжения»в области //. В точках РР металл не деформируется. Линия соединения обеих точек и является линией раздела текучести РР, от которой металл в равной мере смещается в обе стороны. Если слиток металла, находящийся под нагрузкой, имеет очень большую толщину, а действующая сила очень мала, то может случиться, что образующиеся у плоскостей бойков конусы скольжения, к которым примыкает сильно деформируемая область, прерываются слоем металла, на который уже не оказывает влияния сила давления.
Р
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image84.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Р
Рис. 82. Схема образования конусов скольжения при осадке заготовки
Обжатие заготовки между вращающимися валками. Такой вид нагружения соответствует процессу прокатки. Валки представляют собой как бы наклонные поверхности давления, между которыми непрерывно продвигается металл.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image85.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 83. Схема образования конусов скольжения при прокате
Если предположить, что давление от валков с одинаковой силой распределяется по всему поперечному сечению прокатываемой полосы, то тогда нагрузка действует в области а. Но вследствие сопротивления от сил трения между материалом и валками об-
разуются зоны наименьшей деформации, т. е. конусы скольжения (рис. 83). Следовательно, линия раздела текучести РР будет находиться не посередине деформируемого участка полосы, а будет смещена в сторону вращения валков. Так же, как это было описано при действии неподвижных бойков, металл течет под
действием нагрузки равномерно по обе стороны от линии раздела, следовательно, он вытесняется обратно в область (5 и получается обратный подъем металла. Напротив, в области у металл течет по движению валков и возникает зона опережения. Вследствие этого в области обратного подъема металл передвигается медленнее, а в области опережения — быстрее, чем окружная скорость вращения валков. Только у линии раздела текучести металл передвигается с такой же скоростью, как и валки. Следует еще добавить, что давление валков распределяется по всему поперечному сечению металла далеко не так равномерно, как это было предположено при упрощенном изображении, а зоны, находящиеся по краям, деформируются сильнее, чем середина полосы (рис. 84) По аналогии с рассмотренным процессом осадки заготовки большой высоты бой ками можно отметить, что сердцевина полосы при прокатке не будет охвачена деформацией. Из всего сказанного становится ясным, что металл при прокатке подвергается очень большим нагрузкам и смещениям, которые может выдержать только материал хорошего качества.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image86.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 84. Процесс деформации металла при прокатке толстого слитка (центральная зона не подвергается деформации)
Прокатные вальцы Вальцы, изображенные на рис. 85, сконструированы специально для производства небольших изделий. Станина состоит из четырех колонн, соединенных верхней плитой. По полированным колоннам могут передвигаться подшипники, в которых вращаются цапфы валков Диаметр валков — 45, а длина — 90 мм. Верхней парой валков можно обрабатывать листы металла толщиной от 5 до 0,01 мм, а нижние валки предназначены для прокатки проволоки квадратного сечения со стороной от 5 до 1 мм. Валки приводятся в движение вручную с помощью рукоятки и редуктора с передаточным отношением 6. Центральным ручным маховичком с помощью вертикальных винтов регулируется расстояние между цилиндрическими валками, а двумя звездча тыми рукоятками — между профильными валками. После прокатки материал должен иметь хорошо обработанные, почти полированные поверхности. Это требует применения высококачественной стали для изготовления валков. Однако и все остальные части вальцов должны выдерживать большие нагрузки, и вследствие этого их нужно изготавливать из первоклассного материала. От размера предприятия и его производственной программы зависит, достаточно ли ручных вальцов для обработки материала или
необходимы вальцы с электроприводом. Ясно, что применение вальцов с электроприводом обеспечивает большую производительность прокатки.
Особой разновидностью вальцов является кромкозагибочный станок, изображенный на рис. 86, часто используемый жестянщиками. Ювелир может использовать такие профильные вальцы при изготовлении пустотелых браслетов. Полоса металла стано-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image87.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 85. Комбинированный Рис. 86. Кромкозагибочный станок для отбор- стан с ручным приводом длятовки металлических листов
прокатки проволоки и листового металла
вится равномерно выпуклой между валками и при этом закругляется по форме руки. Заготовку остается только разрезать, спаять и осадить, чтобы получился цельный пустотелый браслет.
Уход за вальцами и их эксплуатация. При работе с вальцами следует помнить, что:
1) нельзя прокатывать твердые и хрупкие материалы, например закаленную сталь, металл, покрытый окалиной, и т. п.; 2) перед прокаткой с заготовки необходимо удалить остатки буры; 3) материал перед прокаткой необходимо хорошо просушить; 4) следует равномерно использовать всю ширину валков, а не только их среднюю часть; 5) правильная работа на вальцах и тщательный уход за ними обеспечивают их долговечность; 6) нельзя
чистить валки наждаком, их можно только шлифовать тончайшей полировальной бумагой, обернув ее вокруг цилиндрического деревянного бруска, соответствующего по длине валкам. При этом уложенная вдвое бумага протаскивается между вращающимися валками, полируя их.
Подготовка слитка. При отливке металл получает первоначальную форму, которая в дальнейшем изменяется обработкой давлением для получения листа, проволоки'и т. п. Вначале слиток протравливают и тщательным образом удаляют с его поверхности остатки буры и частицы шлака. Затем слиток подвергают интенсивной предварительной ковке (см. стр. 154). Только после того, как металл хорошо прокован и подготовлен, можно после промежуточного отжига приступить к его прокатке.
Прокатка листов. Перед прокаткой необходимо тщательно осмотреть валки и проверить, хорошо ли они отполированы, очистить их от грязи и пыли, потому что каждая твердая частица оставляет отпечаток на готовом изделии. Удаление такого отпечатка потребует дополнительной трудоемкой шлифовки. Конец заготовки вдвигают между валками и опускают верхний валок до получения обжатия требуемой величины. Затем толкают заготовку одной рукой в зазор между валками, а другой вращают рукоятку привода до тех пор, пока валки не «захватят» металл. Теперь начинают вращать рукоятку вальцов двумя руками, в полную силу, пропуская всю заготовку сквозь валки и подхватывая ее с другой стороны. При наличии электропривода включают двигатель после установки требуемого зазора между валками и, подталкивая заготовку перпендикулярно к оси валков, выполняют прокатку. Таким образом заготовку прокатывают вперед и назад.
Направление прокатки (по отношению к оси заготовки) можно менять только после промежуточного отжига, так, например, если необходимо получить квадратную пластину, то слиток сначала прокатывают в продольном направлении, затем отжигают и только после этого прокатывают в направлении, перпендикулярном к предыдущему. При прокатке материала, особенно на ручных вальцах, не следует давать большое обжатие. Это обеспечит меньший износ станка, меньшую затрату усилий, а также плавность процесса прокатки только в одном направлении. Последнее особенно важно, так как всегда, как только процесс прокатки прерывается из-за чрезмерно большого обжатия и полосу приходится выводить обратно, на ней образуется уступ; ликвидация этого дефекта потребует значительных дополнительных затрат времени и труда. Таким образом, при чрезмерных обжатиях причиняется больше вреда, чем пользы.
Если металлической полосе хотят придать изогнутую форму, то тогда затягивают один из нажимных винтов прокатного стана сильнее, чем другой, при условии, что валок не имеет центральной установки нажимных винтов одним штурвалом, как былопоказано на рис. 85. При этом металл вытягивается с одной стороны больше, чем с другой.
При вальцовке необходимо учитывать способность каждого сплава к пластической деформации. Нельзя производить слишком частые или слишком редкие отжиги. Очень часто допускают такую ошибку:толстыйТаблица 13
ИСХОДНЫЙ СлИТОК отжигаютМаксимально допустимые степени
уже через несколько про-деформации для сплавов серебра
Обозначение
сплава Допустимая степень деформации, %
925/000 А§ 70
900/ооо А& 65
835/000 А§ 60
8(Х)/000 А§ 55
пусков проката, потому что сопротивление деформации очень велико. Но если лист очень тонкий и легко вальцуется, то только полученные трещины напомнят о необходимости проведения отжига. Промежуточный отжиг ориентировочно следует проводить после уменьшения толщины заготовки на 50%, т. е. в два раза, например, при прокатке листа с 10 до 5 мм; с 5 до 2,5 мм; с 2,5 до 1,25 мм и т. д. В табл. 13 и 14 приведены наибольшие степени деформации для серебряных и золотых сплавов, допустимые между промежуточными отжигами.
Возможные в процессе прокатки листовых материалов дефекты приведены в табл. 15.
Прокатка проволоки. Принципиально процессы прокатки листового металла и проволоки являются сходными, но в то же время
Таблица 14
Максимально допустимые степени деформации дли сплавов золота
Обозначение сплава Цвет сплава Допустимая | степень деформации,»/, Обозначение сплава Цвет сплава Допустимая степень де- | формация, %
750/осо Аи Желто-зеленый 65 585/ооо Аи Оранжевый 55
750/000 Аи Розовый 60 585/000 Аи Красный 75
750/оос А и Белый 55 585/0оо Аи Белый 40
Бледно-желто- 85 333/00о Ап Бледно-желто- 60
зеленый зеленый 585/ОО0 А и Желтоватый 55 333/000 Ап Желтый 50 .
585/о0О А и Желтый 333/О0О Ап Оранжевый 55
. 585/000 А и » 60 333/000 А и Розовый 55
333/00о Аи Красный 55

Таблица 15
Дефекты проката
Вид дефекта Причина появления Способы устранения
Лист заклинился Неравномерный захват заготовки валкамн (их середина изношена) Отжечь и проковать среднюю часть листа, которая находилась под слишком малым давлением. Произвести правку валков
То же Изменено направление проката без промежуточ- ■ ного отжига Отжечь и проковать те части листа, которые находились под слишком малым давлением
Коробление листа с одной стороны Лист прокатан односторонне. Валки изношены с одной стороны, или регулировочные винты затянуты неодинаково Произвести правку валков. Выровнять положение нажимных винтов
Разрывы листа по краям Нецелесообразная форма исходного слитка. Материал находится под нагрузкой выше предела текучести. Материал загрязнен. Образование крупнозернистой структуры из-за перегрева и слишком частого отжига металла Трещины расширить пилой, отжечь. Переделать форму слитка. Переплавить загрязненный металл
Разрывы и выкрашивание листа; появление мозаичной сетки трещин Металл загрязнен вредными примесями, превышен предел текучести, образование крупнозернистой структуры Переплавить металл иля отправить его на аффинаж
каждый из них имеет и свои особенности. Так, например, в отличие от прокатки листов, выполняемой между гладкими валками, прокатку проволоки производят в ручьевых валках, снабженных кольцевыми проточками (ручьями), соответствующими по сечению форме профиля прокатываемой проволоки. В то время как при прокатке листового металла на него действует только вертикальное давление, при прокатке проволоки заготовка испытывает и боковое давление. Прокатываемый лист может, хотя и незначительно, уширяться в стороны, в то время как при прокатке проволоки такая деформация недопустима. Так же как и.перед прокаткой листа, слиток при изготовлении проволоки нужно предварительно ковать и отжигать. Заготовку прокатывают вначале до получения шестигранного профиля и в последующих ручьях
доводят ее сечение до квадратного или круглого. При прокатке
проволоки нельзя давать большие усилия обжатия. После каждого хода проката проволоку поворачивают на 90° (кантуют) и немного уменьшают расстояние между валками.
Если установить валки слишком близко, то металл выдавливается в виде заусенцев на гранях проволоки. Появления этого дефекта следует опасаться. Если не обращать на него внимания и продолжать прокатку дальше, то после кантовки заусенцы закатываются в металл, не свариваясь с ним, и нарушается профиль проволоки. Поэтому, как только замечены первые признаки появления заусенцев, нужно немедленно прервать процесс вальцовки, вынуть проволоку и опилить эти заусенцы. Для предотвращения образования новых заусенцев на металле нужно увеличить расстояние между валками. К прокатке в следующем ручье переходят только после полного использования предыдущего.
ВОЛОЧЕНИЕ
Для уменьшения диаметра проволоки ее протягивают через коническое отверстие инструмента, называемого матрицей, или фильером, изготовленного из твердого материала.
Процесс волочения. Обычно исходная заготовка вначале прокатывается в ручьевых прокатных валках. В то время как при прокатке рабочее давление металлу передается валками, которые своим движением передвигают дальше обрабатываемую заготовку, при волочении сама проволока передает усилие деформации, преодолевающее сопротивление металла и трение, возникающие в протяжном конусе фильера. Поэтому здесь сила натяжения может быть только такой величины, которую может выдержать сама проволока.
Особенно ограничена величина рабочего усилия при протягивании тонкой проволоки.
При прохождении через фильер поперечное сечение проволоки уменьшается до площади сечения цилиндрической части протяжного отверстия (рис. 87).
Чем круче конус фильера, тем резче меняется сечение проволоки и тем больше возрастают сопротивление деформации и величина рабочего усилия.
Вследствие контактного трения в деформируемом металле при прохождении фильера образуются такие же конусы текучести, как и при прокатке. Если проволоку протягивают через отверстие волочильной доски, то трением в протяжном конусе удерживаются наружные слои материала, в то время как осевая зона почти не затрагивается, и металл здесь течет интенсивнее в направлении вытяжки проволоки.
Инструменты для волочения. Наиболее распространенным инструментом для волочения проволоки является волочильная доска. Оиа представляет собой пластину, изготовленнуюиз высококачественной инструментальной стали, в которой на равных расстояниях просверлены волочильные отверстия (глазки)| размеры которых последовательно уменьшаются от одного к другом} ■
Конфигурация стенок отверстия в продольном сечении показана на рис. 87. Основным видом такого инструмента является волочильная доска с круглыми отверстиями для изготовления круглой проволоки, однако наряду с этим имеются волочильные доски с отверстиями других профилей: квадратного, треугольного, прямоугольного, ножевидного и многочисленных фасонных форм для специальных целей. От состояния глазков волочильной доски зависит качество проволоки. Если стенки отверстия не абсолютно гладкие, то поверхность проволоки будет иметь дефекты: риски, царапины, задиры. Уход за волочильной доской начинается с ее
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image88.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 87. Схема процесса волочения и участки волочильного фильера:
1 входной конус; 2 — протяжной конус; 3 —цилиндрическая часть; 4 — выходной конус
хранения. Если ее небрежно бросают в ящик вместе с твердыми и мягкими инструментами, то она может оказаться серьезно поврежденной. Всегда целесообразно иметь в ящике специальную подставку, куда можно было бы ее ставить. Каждую волочильную доску используют только для протягивания. Это должно быть обязательным правилом, но некоторые нерадивые ювелиры для экономии времени используют ее в качестве подставки при клепке, рихтовке или загибке краев листового материала. Через определенное время доску следует очищать от остатков воска и масла. Для этого ее промывают в бензине. Но ни в коем случае нельзя обжигать доску для удаления смазки. При работе волочильную доску зажимают в тиски между двумя защитными губками из мягкого металла (меди, латуни и т. п.). Проволоку захватывают специальными плоскогубцами, длиной от 20 до 30 см (рис. 88).
Губки плоскогубцев имеют острые насечки, чтобы проволока удерживалась даже при сильном натяжении. Время от времени их нужно очищать от воска или металла, который остается между зубьями Проволоку диаметром свыше 2 мм трудно протягивать вручную. В этом случае применяются специальные ручные волочильные станы (рис. 89). Зажимная цанга крепится посредством накидного крючка к звену приводной шарнирной цепи, которую приводят в движение с помощью рукоятки, редуктора и звездочки. Такая передача значительноснижает величину рабочего усилия. При необходимости получения тонкой проволоки большой длины применяют специальные барабанные волочильные станы. Заостренный конец проволоки, намотанной на катушке, вводят в отверстие волочильной доски и закрепляют его на барабане, который приводится во вращение электроприводом. Можно последовательно пропустить проволоку через несколько отверстий в волочильных досках, расположенных одна за другой, чтобы за один проход получить более тонкое сечение ее.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image89.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 88. Волочение продолоки вручную
Тонкую проволоку, как правило, протягивают через корундовые или алмазные фильеры с просверленными в них отверстиями, закрепленные в стальной пластине.
В последнее время алмазные фильеры заменяют твердосплавными.
Технология волочения проволоки. Перед волочением прутковую заготовку следует прокатать до максимально приближенных размеров сечения готовой проволоки. Так, например, если необходимо получить круглую проволоку диамётром от 0,8 мм и менее, то заготовку следует прокатать до диаметра 0,9 мм. Перед работой необходимо убедиться в том, что на проволоке нет твердых частиц грязи, остатков флюса и т. д., отжечь ее и заострить конец напильником. После этого проволоку слегка нагревают и протирают воском для того, чтобы уменьшить трение в протяжном конусе.
В волочильной доске выбирают необходимое отверстие, проталкивают в него конец проволоки, захватывают его цангой и равномерным усилием протягивают проволоку через отверстие. Также поступают и со следующими отверстиями до тех пор, пока не будет получен необходимый размер В процессе волочения нельзя пропустить ни одного из ^последовательно расположенных отверстий, так как в этом случае они быстро срабатываются и, кроме того, обрабатываемый материал подвергается излишней нагрузке, что приводит к остановке в процессе работы и к необходимости вывода проволоки в обратном направлении. Если вначале кажется, что экономится время, то в результате не удается получить качественную, однородную проволоку. Как при вальцовке, так и при волочении большое значение имеет промежуточный отжиг.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image90.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис 89. Волочильный стан с ручным приводом
Нельзя протягивать до тех пор, пока проволока будет с трудом проходить через отверстия. Необходимо давать максимально допустимую деформацию, рекомендованную выше, и проводить отжиг.
Изготовление шарнирной трубки. Шарнирную трубку изготавливают из полосы листового металла методом ковки и затем протягивают.
Так как при изгибе внешний слой металла растягивается, а внутренний сжимается, то истинный размер окружности можно рассчитать по нейтральному слою, который располагается посередине между наружной и внутренней поверхностями. Так как радиус окружности нейтрального слоя меньше радиуса внешней окружности на половину толщины листа, то длина окружности нейтрального слоя будет равна
К = (О — 0 л,(6)где Тн — окружность нейтрального слоя; О — наружный диаметр; I — толщина металла.
Последовательность проведения работ. Полосу металлического листа заготавливают несколько более широкой, чем этого требует вышеуказанный расчет, для того, чтобы готовую трубку можно было 'волочить еще через несколько отверстий, чтобы она стала гладкой и круглой (рис. 90) Ребра листа слегка припасовывают, чтобы они хорошо подходили друг другу. Для получения входного заострения трубки полосу с одного конца следует заострить или лучше к концу трубки припаять круглую проволоку, диаметр которой со- ответс гвует внутреннему ее диаметру. В этом случае трубка остается повсюду круглой и не будет деформирована на конце протяжной цангой. Тонким бойком молотка закругляют полосу металла на деревянной подставке с выпиленной в ней канавкой Заготовку отжигают и зачищают шов; затем ее протягивают до тех пор, пока края шва не сойдутся. При этом следует избегать воска, применяемого при волочении, так как в противном случае припой не будет затекать в шов. Перед пайкой ее можно обмотать вязальной проволокой, чтобы шов не разошелся. Шов трубки запаивают При пайке рекомендуется применять длинные узкие кусочки припоя. После пайки трубку следует протравить и запилить шов. Наконец, трубку калибруют, протягивая ее через несколько последовательно суживающихся отверстий волочильной доски.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image91.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 90. Изготовление шарнирной трубки:
/ — заостренный для протягивания конец заготовки; 2 — металлическая полоска с припаянной проволокой, используемой в качестве протяжного острия; 3 — предварительно согнутая желобком шарнирная трубка; 4 — протянутая через фильер трубка, подготовленная к пайке
Если трубка должна иметь квадратное поперечное сечение, то следует поступать следующим образом: сначала нужно изготовить круглую трубку так, как это было описано выше. Диаметр этой трубки должен быть больше, чем поперечный размер фасонной трубки, которую необходимо получить. В трубку вводят медную проволоку и припаивают к трубке один из ее концов. Затем трубку протягивают через доску с квадратными отверстиями до тех пор, пока не получат требуемый размер, отпиливают припаянный конец проволоки и удаляют ее из трубки.
ГЛАВА 7ТЕРМООБРАБОТКА
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
С повышением степени деформации при обработке металлов давлением кристаллиты принимают все более неестественное напряженное состояние. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все они не вытянутся в виде волокон в направлении действия нагрузки. Это изменение структуры при холодном деформировании ведет к различным изменениям свойств металла, а именно: твердость и прочность повышаются, в то время как удлинение сильно понижается. Дальнейшая деформация становится невозможной, так как попытки продолжать ее приводят к появлению трещин и разрушению металла. Для того чтобы вернуть металлу первоначальные свойства, необходимо вывести структуру из напряженного состояния, т. е. рекристаллизо- в а т ь ее.
Процесс рекристаллизации можно разделить на три этапа, которые при нормальных условиях протекают последовательно друг за другом. Этими этапами являются:образование
центров кристаллизации, рост зародышей и укрупнение зерен.
Образование зародышей. Процесс рекристаллизации имеет много общего с образованием кристаллов из расплава. Образование зародышей новых кристаллитов возможно только тогда, когда атомы посредством нагрева получают достаточную энергию движения для того, чтобы они могли покинуть свои старые места. Минимальная температура, необходимая для начала рекристаллизации, у отдельных металлов различна: для золота требуется около 400° С; для меди и серебра — 200° С; свинец и цинк ре- кристаллизуются при комнатной температуре, а это значит, что для этих обоих металлов деформация и рекристаллизация «перекрываются» и промежуточный отжиг им не нужен.
Рекристаллизация является диффузионным процессом. Сначала возникают зародыши новых рекристаллизованных зерен. Они образуются в участках, где в результате деформации сосредоточены наибольшие искажения решетки, т. е. у границ деформированных зерен или плоскостей сдвига внутри зерен (рис. 91).
Рост зародышей. Если подвод тепла к металлу продолжается, то все большее количество атомов выделяется из старых напряженных зерен и присоединяется к новым зародышам зерен. В противоположность кристаллизации из расплава этот процесс является менее направленным, так как образование центров кристаллизации и рост всех кристаллов происходят одновременно, и благодаря этому рекристаллизованная структура имеет мелкие и скругленные зерна. Когда деформированные зерна полностью исчезнут, первичная рекристаллизация заканчивается.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image92.jpeg" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image93.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 91. Возникновение рекристаллизованной микроструктуры металла (сталь с 0,1% С, степень деформации после холодной прокатки — 90%) (Х2000): а — структура после прокатки, рекристаллизованных зерен нет; 6 — возникновение первых небольших рекристаллизованных зерен между деформированными кристаллическими; в — структура после рекристаллизации

На практике этот процесс происходит в течение нескольких
секунд (рис. 92).
Укрупнение зерен. После завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристаллизованных зерен за счет других. Этот процесс роста новых зерен называют собирательной рекристаллизацией. Она вызвана стремлением системы к уменьшению свободной энергии. Чем крупнее зерно, тем меньше его поверхность, а следовательно, и запас свободной энергии. Рост зерна носит диффузионный характер и протекает путем постепенного присоединения атомов исчезающих зерен к кристаллической решетке растущего зерна, зерна как бы «съедаются» своими соседями.
Для уменьшения опасности появления крупнозернистой структуры следует отжигать металл быстрее, не выдерживая его при высоком нагреве дольше, чем это необходимо.
Зависимость величины зерна от степени деформации и температуры рекристаллизации. Если металл перед нагревом не деформирован или деформирован очень слабо, то может случиться, что исходная структура после нагрева останется без изменения, т е. рекристаллизации не произойдет (рис. 93, а). Только при определенной, так называемой критической степени деформации, зерно начинает быстро расти. Структура металла получается крупнозернистой (рис. 93, б).
Чем выше степень деформации, тем больше образуется центров кристаллизации и тем больше может возникнуть зародышей зерен. Зависимость величины зерна рекристаллизованной структуры от степени деформации отчетливо видна на рис. 93, в, г и на рис. 94. Эта зависимость с небольшими отклонениями относится также и ко всем благородным металлам и сплавам на их основе.
Так же, как и степень деформации, на рекристаллизованную структуру большое влияние оказывает температура нагрева. Как уже ранее говорилось, минимальная температура рекристаллизации (или порог рекристаллизации) различна для каждого металла. Чем больше разность температуры нагрева и порога рекристаллизации, тем быстрее растут кристаллы. При высокой температуре и длительном времени выдержки нагретого металла происходит интенсивный процесс собирательной рекристаллизации.
На рис. 95 на примере золота показана зависимость величины зерна от степени деформации и температуры нагрева. Из вышесказанного следует, что крупнозернистая структура возникает из-за малой степени деформации, высокой температуры нагрева, медленного нагрева при отжиге и продолжительного времени выдержки.
Так как такая структура для дальнейшей обработки малопригодна из-за склонности к образованию трещин, то для
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image94.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 94 Зависимость величины рекристаллизо- ванного зерна алюминия от степени пластическом деформации; сверху вниз: повышение степени деформации вызывает умсньше- шение величины зерна
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image95.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 92 Схема образования зародышей новых кристаллов и последующего их роста при рекристаллизации
Рис. 93. Схема изменения исходной микроструктуры металла при пластической деформации (квадратное поле) и микроструктур после рекристаллизации (круглое поле): а — при отсутствии деформации; б—при степени деформации 10%; в при степени деформации 50%. с прн степени деформации 75%

получения благоприятной мелкозернистой структуры необходимо соблюдать следующие правила:
подвергать металл максимальной степени деформации;
нагревать заготовки при рекристаллизации как можно быстрее до необходимой температуры;
строго соблюдать требуемую температуру отжига;
не превышать требуемую длительность отжига.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image98.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 95. Объемная диаграмма рекристаллизации золота
ОКИСЛЕНИЕ ПРИ НАГРЕВЕ
Отношение чистых металлов к кислороду. При рассмотрении вопроса о влиянии газообразных веществ на свойства сплавов упоминалось о взаимодействии кислорода с чистыми металлами. Здесь дается еще раз краткое сопоставление процессов окисления металлов и сплавов при нагреве.
Золото. Ни в твердом, ни в жидком состоянии оно с кислородом не взаимодействует.
Платина. При температуре 1000° С на поверхности металла образуется тонкий окисный слой.
Палладий. При нагреве образуется окисел, который снова восстанавливается при температуре 870в С.
Родий, иридий, рубидий, осмий. Эти металлы образуют в кислородом при высоких температурах более стойкие окислы, чем платина и палладий, но эти окислы не оказывают заметного влияния на общие свойства сплавов. Склонность этих металлов к окислению значительно уменьшается, если они находятся в сплаве.
Серебро. Оно образует два вида окислов, которые разлагаются при температуре выше 180° С. Более важным свойством серебра является его способность растворять в себе при высоких температурах большое количество кислорода. Наибольшая растворимость кислорода находится при температурах, близких к температуре плавления серебра. С понижением температуры кислород выделяется из металла.
Медь. Этот металл не является благородным и с кислородом образует закись меди Си20, которая далее окисляется до СиО. Эти окислы образуют на поверхности металла слой, который препятствует дальнейшему проникновению кислорода внутрь металла. При длительном отжиге атомы меди диффундируют через этот слой на поверхность и окисляются. Таким образом происходит наращивание окисного слоя. Чем толще становится окисный слой, тем труднее диффундировать атомам меди через него, и при определенной толщине этого слоя диффузия меди на поверхность прекращается.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что кислород не оказывает вредного действия на золото и платину, а вредное действие кислорода на свойства сплавов происходит из-за образования окислов серебра и меди, поэтому на сплавах, содержащих серебро и медь, следует остановиться подробнее.
Сплавы серебро-медь. В сплавах серебро-медь проявляется различное отношение металлов к кислороду, серебро при высоких температурах поглощает кислород, проводит его внутрь сплава. При этом происходит окисление меди. Кроме того, медь окисляется непосредственно на поверхности сплава. У богатых серебром гомогенных твердых растворов отчетливо наблюдается «внутреннее окисление». На поверхности сплава образуется очень тонкий слой окиси меди, через который кислород сравнительно легко проникает внутрь. Серебро интенсивно поглощает кислород, который окисляет находящуюся в сплаве медь до Си20 (рис. 96). В области сплава 800/0(й А§ окисляемость металла достигает наибольшего значения. В этих сплавах большое содержание меди приводит к образованию толстого внешнего окисного слоя. С другой стороны, еще достаточно большие кристаллиты а-твердого раствора проводят кислород внутрь слитка и под поверхностным окисным слоем образуется внутренний окисный слой, состоящий из закиси меди Си20 (рис. 97).
С уменьшением содержания серебра уменьшается склонность сплавов к внутреннему окислению, так как мелкозернистая эвтектическая структура препятствует диффузии кислорода в сплац, и окисление происходит лишь на поверхности сплава. У заэвтек-
тнческих сплавов проникновению кислорода препятствуют кристаллы (3-твердого раствора и окисление происходит преимущественно только на поверхности. При обработке ювелирных сплавов серебра, с содержанием серебра выше 80%, внешний окисный слой удаляют травлением в кислоте, которая, однако, не растворяет внутреннюю окисную зону. При многократном повторении отжига и травления медь диффундирует на поверхность сплава, окисляется и окненый слой удаляется травителем. Это приводит к появлению на поверхности сплава тонкого, обогащенного серебром слоя, который почти не окисляется и хорошо проводит кислород внутрь сплава, что приводит к глубокому внутреннему окислению (рис. 98) При последующей шлифовке и полировке обогащенный серебром слой снимается и на поверхность выступает внутренний окисный слой в виде серо-голубых пятен. Внутренний окисный слой ослабляет поверхность металла, способствуя его шелушению и расслоению.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image99.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 96. Внутреннее окисление сплава серебра 965 пробы (прокаливание на воздухе с выдержкой 1 ч при температуре (700е С); (ХЮО)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image100.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 97. Внешнее и внутреннее окисление сплава серебра 835 пробы (прокаливание на воздухе с выдержкой 6 ч при температуре 700° С). (Х250)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image101.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 98. Обогащенный серебром внешний слой, слой СиО и гетерогенная зона, содержащая Си20 над основной структурой (после многократного прокаливания на воздухе при температуре 700е С и последующего травления); (X 250)
Сплавы золото-медь. При незначительном содержании меди на поверхности сплава при отжиге образуется тонкий окисный слой, толщина которого из-за диффузии атомов меди на поверхность медленно растет. С увеличением содержания меди внешнее окисление сплавов увеличивается. Од-
повременно с этим происходит слабое внутреннее окисление. Так же, как и в сплавах серебро-медь, этот внутренний окисный слой почти невозможно удалить травлением.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image102.jpeg" \* MERGEFORMATINET
6Й&
Рис. 99. Внутреннее и внешнее окисление у сплава золота 333 пробы желтого цвета (прокаливание на воздухе с выдержкой 6 ч при температуре 800° С);
(X 400)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image103.jpeg" \* MERGEFORMATINET
*Ш.% ' Ь
Рис. 100. Внутреннее и внешнее окисление сплава золота 333 пробы крас ного цвета (прокаливание на воздухе с выдержкой 6 ч при температуре 800° С); (X 250)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image104.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 101. Обедненная медью наружная зона над гетерогенной структурой сплава золота 333 пробы, подвергнутого многократному прокаливанию и травлению (Х800)
Сплавы золото-серебро- медь. Отношение этих тройных сплавов к кислороду при отжиге легко можно проследить из сказанного выше.
Обедненные золотом сплавы 333 пробы при высоком нагреве окисляются так же, как сплавы серебро-медь. Сплавы с большим содержанием серебра имеют значительную зону внутреннего окисления (рис. 99); у красноватых, обогащенных медью сплавов преобладает внешнее поверхностное окисление (рис. 100).
На рис. 101 показано изменение гетерогенной структуры а + [^твердых растворов сплава золота 333 пробы в краевой зоне. После многократного отжига и травления в поверхностной зоне образовался слой желто-зеленого цвета, состоящий из золота и серебра. Медь проднффундировала на поверхность и окислилась.
У сплавов с содержанием золота выше 50°о и с большим содержанием серебра окисление при отжиге незначительное, в то время как сплавы такой же пробы 6 большим содержанием меди окисляются значительно сильнее, при этом могут появиться и внутренние окисные зоны.
Сплавы золота 750 пробы имеют наименьшую склонность к окислению. При отжиге образуется лишь только тонкий окисный слой на поверхности металла, который может быть легко удален травлением
СТАРЕНИЕ
Сущность процесса и условия возникновения. Этим понятием охватываются различные явления, основанные на превращении структуры в твердом состоянии между температурой солндуса и комнатной температурой, в результате которых происходит изменение свойств сплава.
Старение происходит при медленном охлаждении после отжига или после закалки и выдержки при определенной температуре Старение может наблюдаться во всех системах, где по диаграмме состояния имеется линия насыщения твердого раствора, отвечающая уменьшению предела растворимости при охлаждении.
При нагреве растворимость компонентов сплава увеличивается, и при закалке из-за быстрой скорости охлаждения структура как бы замерзает, т. е. образуется пересыщенный твердый раствор Атомы растворенного компонента стремятся выделиться из решетки твердого раствора, смещаются в ней и искажают ее. Образующиеся мельчайшие выделения представляют собой дисперсную фазу, которая до известного предела, называемого критической степенью дисперсности, производит увеличение твердости («твердение») сплава.
Так как в данном случае на повышение твердости влияют, главным образом, дисперсионные частички фазы, выделяемой из закаленного твердого раствора, то такой процесс старения принято называть дисперсионным твердением. После старения твердость некоторых сплавов настолько увеличивается, что дальнейшая механическая обработка их затрудняется. Для устранения этого недостатка перед обработкой эти сплавы необходимо закаливать.
Процесс дисперсионного твердения, или старения, при нормальной температуре иногда протекает очень медленно, и твердость в течение этого времени не достигает максимального значения. Тогда сплав нагревают до определенной температуры и процесс ускоряется. Такое старение принято называть искусственным в отличие от естественного, происходящего при обычной (комнатной) температуре.
Искусственное старение закаленного сплава представляет собой его низкий отпуск, но так как с понятием отпуска большей частью связывается представление о снижении твердости закаленного сплава, а при старении твердость обычно повышается, то в практике принято делать различие между этими обоими понятиями Очевидно, при отпуске температура нагрева должна быть выше, чем при искусственном старении. Границу же между ними установить трудно.
136
Рассмотрим примеры процессов выделения фаз в твердом состоянии у основных сплавов, применяемых в ювелирном деле.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image105.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 102. Пластинчатые выделения Р-твер- дого раствора в сплаве серебра 965 пробы после четырех часов выдержки при температуре 400° С (X 800)
Причины старения. Снижение растворимости в эвтектических системах. От конечных точек эвтектической линии.т.е.точек максимальной растворимости компонентов и Си в твердых растворах а и (3 (см. диаграмму состояния на рис. 16, а), отходят вниз выпуклые кривые, которые в области твердого состояния доходят до низких температур. Эти кривые показывают уменьшение предела растворимости компонентов е понижением тем пературы. Например, а-твер дый раствор при температуре 779° С содержит в себе
9% меди; при температуре
200° С содержание меди уменьшается до 1%. Избыток меди выделяется в виде
Р-фазы по границам зерен (рис. 102). Так, например, сплав 965 пробы сначала затвердевает о образованием однородного а-твердого раствора (рис. ЮЗ), который при переходе кривой
максимального насыщения распадается на а- и р-твер- дые растворы. Чем ниже падает температура, гем меньше становится растворимость компонентов и тем больше становится р-твердого раствора в общей структуре, сплава. Здесь в качестве примера приведен сплав со стороны серебра, но аналогичный процесс выделения будет происходить и со стороны меди на этой диаграмме.
Распад однородных твердых растворов. Весьма схо- Рнс. 103. Гомогенный твердый растворвышеописанным явле-
сплава серебра 965 пробы (X 400) м
р ннием процесса распада, ко-
торый наблюдается, например, в системе Аи—N1 (см. рис. 46). Здесь совершенно также, независимо от состава, сплав затвердевает вначале в виде однородного твердого раствора. За 1ем с понижением температуры сплав входит в область распада и из
первоначальной однородной структуры образуются обогащенные золотом или никелем твердые растворы с ограниченной растворимостью, выделяющиеся в виде вторичных кристаллитов по границам зерен.
Перестройка атомной решетки. Изменение атомной решетки при распаде особенно хорошо видно в системе золото—медь.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image107.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 104. Гомогенный твердый раствор сплава Аи—Си 750 пробы после отжига при температуре 700° С {Х320}
I/V $■'• г ш . У
-г - ■ V..
&
Внутри каждого кристаллита атомы обоих металлов произвольно соединяются и упорядочиваются в соответствии с решеткой гранецентрированного куба. В процессе охлаждения сплавы, состав которых отвечает химической формуле, в соответствии с валентностью меняют свою металлическую связь на химическую АиСи. Это соотношение соответствует сплаву 750/поо Аи. Кубическая гранецентрированная решетка с неравномерно распределенными атомами золота и меди переходит при падении температуры, в районе области превращения сначала в также неупорядоченную тетрагональную решетку. В конце концов атомы этой вновь образованной решетки располагаются правильно, в порядке, отвечающем указанному химическому соединению (рис 104 и 105)
У соединения АиСи3, соответствующего сплаву 500/00(,
* * ***
Рис. 105. Структура сплава Аи—Си 750пробы с преобразованной решеткой пос-ле выделения АиСи (выдержка 20 мин.при температуре 350° С); (Х320)
Аи, решетка гранеценфиро- ванного куба сохраняется и при охлаждении. Хаотически размещенные атомы упорядочиваются в соответствии с химическим соединением так, что в конце концов оба вида атомов чередуются друг с другом в строгом порядке.
Старение важнейших сплавов благородных металлов.
Сплавы серебро-медь О процессах выделения в сплавах серебро-медь уже упоминалось выше. Оптимальных условий старения этих сплавов достигают тем, что их закаливают, выдерживают при температуре 300° С и медленно охлаждают. Наибольшее значение твердости при старении наблюдается у сплава 925/п00 Ар Его твердость с 68 кге/мм* в отожженном состоянии увеличивается после старения до 160 кгс/мм2. У заэвгектических сплавов твердость при старении повышается незначительно.
Сплавы золото-серебро-медь. Диаграмма сплавов золота 333 пробы (рис. 106) напоминает диаграмму сплавов серебро-медь. В области гомогенных сплавов твердость и прочность после старения достигают максимума. У сплавов 585 „00 Аи и 750/поо Ац распадение раствора происходит при более низких температурах.
Аи
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image109.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 106. Распад фаз и преобразование кристаллических решеток в тройной системе Аи—Ар—Си
Этим объясняется большой эффект старения этих сплавов и осо* бенно сплавов 585 пробы. На рис. 107 и 108 отчетливо видно вы- деление [3-фазы по границам зерен сплава 585 пробы. У сплавов 750/адо Аи красного цвета эффект старения достигается за счет упорядочения кристаллической решетки.
Сплавы платины и белого золота. Сплавы системы Аи—Р( распадаются в твердом состоянии на обогащенные золотом и ила- тиной твердые растворы, особенно при содержании золота от 70 до 10%. Уже в закаленном состоянии твердость сплавов со- ставляет от 100 до 150 кгс/мм2. Старением значение твердости увеличивается до 400 кгс/мм2.
В сплавах золото-палладий при всех температурах сохраняется одновременно твердый раствор и поэтому эффекта старения не наблюдается. В сплавах золото-никель (см. рис. 46)происходит распад твердого раствора, однако твердость при этом повышается незначительно.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image110.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 107. Начало выделения р-твердого раствора по границам зерен трехкомпонентного сплава 585 пробы (литая структура после 15-минутной выдержки при температуре 400° С); (X 100)
В сплавах серебро-плат и на при содержании платины от 60 до 90% обработка возможна только тогда, когда они закалены при температуре 800° С; старением в некоторых случаях твердость повышается до 200 кгс/мм*.
Практическое значение и технология выполнения старения. Если сплав, склонный к старению после литья или отжига, медленно охлаждается, то появляются условия для проведения старения. Прочность металла в ряде случаев повышается настолько, что дальнейшая механическая обработка его сильно затрудняется. Это явление особенно отчетливо наблюдается у сплавов золота 750 пробы.
С другой стороны, сплавы, склонные к старению, имеют преимущества, заключающиеся в том, что износоустойчивость изделий значительно повышается, а эластичность, упругость и прочность материала увеличиваются.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image111.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 108. Участок микроструктуры того же сплава, что и на рис. 107, при 1600- кратном увеличении. Отчетливо видны пластинчатые выделения (5-твердого раствора
Последнее позволяет использовать в изделиях меньшую толщину драгоценного металла и обеспечивает его экономию.
Технология проведения старения заключается в нагреве заготовки или изделия до нужной температуры и последующей закалке; затем ее нагревают до температуры отпуска, выдерживают необходимое время и медленно охлаждают.
Для предотвращения всевозможных ошибок при проведении старения следует руководствоваться режимами, приведенными в табл. 16.
При обработке сплавов золота старением следует помнить, что:
высокая температура отпуска ускоряет процесс старения, но твердость и прочность при этом повышаются незначительно,
Режимы термообработки и старения сплавов золота
Термообработка Отпуск га Твердость
НВ.
кгс/мм8
Обозначение
сплава Температура нагрева, °С Цвет каления Условия
охлаждения го
СхО (- _ 2.3
II
Н о Время отпуск мин К
т
сх
га
н-
о
О
Ы О
«Г
н
о
г>
о к о ж
= X
750/А и желтый 750 Темно-вишневый Закалка 400 5 104 195
750/ооо А и розовый 750 » » 400 5 105 200
750/ооп А и белый 800 Вишневый Медленное на воздухе Нестареющий
585/ооо Аи бледно-желто-зеленый 750 Темно-вишиевый Закалка 400 10 70 165
585/000 А
желтоватый 750 » » 300 10 70 145
585'ооо Аи желый 700 Светло- красный » 300 20 120 585/00о Аи
желтый 750 Темно-вишневый » 450 10 130 200
585/ооо 'А и оранжевый 750 » 300 10 120 160
585/адо А и красный 750 » » 300 15 95 175
585/ооо А и белый 800 Вишневый Медленное на воздухе Нестареющий
333 -оду А и бледно-же л- го-зеленый 050 Темно-красный Закалка 300 10 116 100
333/ ооо А и желтый 650 » 250 15 117 155
333/оо0 А и желтый с N1 600 » » Нестареющий
ЗЗЗ/ооо А и оранжевый 650 » » 300 Iю | 103 | 145
ЗЗЗ/ооо А и розовый
333/ооо Аи красный 650
650 » » Нестареющий
так как выделяющиеся при этом дисперсионные частицы крупнее, чем при низком отпуске;
после деформации и рекристаллизации старение происходит интенсивнее, чем после литья;
в гетерогенной области сплавов 333/000 Аи старение происходит быстрее, чем в гомогенной области сплавов 333/о00 Аи, 585/000 Аи и 750/ооо Аи;
чем выше содержание золота, тем больше время старения.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ
Устройства для нагрева. На небольших предприятиях нагрев для отжига обычно производится газовым пламенем. Небольшие заготовки укладывают на основании, покрытом прокаленным
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image112.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 109. Универсальная плита для укладки предметов при отжиге и пайке
углем, или на угольную плиту и нагревают паяльной лампой. В качестве основания применяются также специальные плиты (рис. 109). Нагрев в этих случаях имеет то преимущество, что подвод тепла к заготовке происходит со всех сторон и она не искривляется. Так как контроль температуры нагрева осуществляется по цвету каления, то нагрев должен проводиться в затемненном месте мастерской, чтобы на цвет нагретого металла не оказывали влияния погода и время дня.
Лучше, чем открытое газовое пламя, для отжига подходят муфельные печи, обогреваемые газом или электрическим током. Для контроля температуры муфельные печи следует оснащать термопарами и терморегуляторами.
Защита от окисления. Если сплав при нагреве окисляется только на поверхности, то, как правило, защитные мероприятия по предупреждению окисления не проводятся. Более опасным является внутреннее окисление у сплавов, предрасположенных к нему, и в этом случае следует применять предупредительные меры. К ним относится безокислительный нагрев в вакууме, в защитной атмосфере и в расплавленных солях.
Вакуум. Нагрев в вакуумных печах дает гарантии тому, что вредное действие кислорода исключается. Однако для небольших и средних предприятий вакуумные печи нерентабельны.
Защитная атмосфера. Нагрев в защитной газовой среде, не содержащей кислорода, например в аммиаке, не полностью сожженном бытовом газе, окиси углерода н других восстановительных газах не только препятствует вредному действию кислорода, но и осветляет поверхность металла. Однако этот способ нагрева выгоден только при переработке крупных партий полуфабрикатов.
Подобных результатов можно достичь сравнительно простыми вредствами, например, в муфельных печах нагрев часто проводят под плотным слоем мелкого древесного угля. Раскаленный уголь, егорая при недостатке воздуха, образует окись углерода, которая препятствует доступу кислорода к металлу. Недостаток этого способа заключается в том, что окись углерода не имеет запаха, токсична, и поэтому необходимо применять меры для полного удаления ее из помещения.
При больших масштабах производства заготовки нагревают в соляных ваннах. В последних находятся смеси солей, плавящиеся при постоянной температуре, обычно свыше 500° С. Изделия погружаются в расплав солей, выдерживаются там необходимое время (пока не рекристаллизуется металл), затем вынимаются, а оставшаяся на их поверхности соль удаляется. Основными преимуществами этого способа являются быстрый нагрев полуфабрикатов, так как тепло передается непосредственно на металл, и надежная защита металла от окисления; кроме того, по известной температуре плавления соляной смеси можно точно установить температуру нагрева металла при отжиге.
На небольших предприятиях отжиг мелких изделий зачастую производят в муфельных печах под слоем борной кислоты. Изделия «пудрят» борной кислотой, погружают на противень и помещают в муфельную печь; их поверхность при этом не только не окисляется, но даже сохраняется полировка.
Закалка. Закалка отличается от отжига тем, что здесь применяется очень большая скорость охлаждения заготовок. Простейшей закалочной средой является вода. Однако вода является резкой закалочной средой. Из-за высокой скорости охлаждения в металле возникают температурные напряжения, которые иногда приводят к появлению трещин.
Закалка в спирте происходит более мягко, чем в воде, так как пары спирта образуют около поверхности изделия защитную рубашку, препятствующую резкому охлаждению и тем самым снижающую температурные напряжения. Кроме того, спирт очищает поверхность металла. Большие заготовки нельзя закаливать в спирте, так как сильный разогрев спирта и интенсивное испарение приводят к его воспламенению. Травильный состав в качестве закалочной среды применять нельзя, так как частицы кислоты проникают в структуру металла и разъедают его.
Практические рекомендации при проведении термообработки. Для получения оптимальной структуры необходимо перед отжигом металл максимально деформировать, а отжиг проводить при возможно более низкой температуре; время отжига должно быть минимальным. Для уменьшения окисляемости необходимо отжигать металл возможно реже. Сплавы, склонные к окислению, особенно к внутреннему, должны нагреваться с применением мер, предупреждающих окисление (защита слоем древесного угля, покрытие из борной кислоты и др.).
Сплавы, склонные к старению, следует закаливать. Сплавы, содержащие никель и палладий, нельзя нагревать открытым газовым пламенем, так как при этом образуются вредные сернистые соединения.
ГЛАВА 8
КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Контроль (поверка). При контроле устанавливают соответствие заготовки, полуфабриката или готового изделия требованиям, относящимся к их габаритным размерам, форме, прямолинейности, плоскостности, взаимному расположению поверхностей и т. п. Контролем не определяют тот или иной размер изделия или детали, а только устанавливают, находится ли действительный размер поверяемого предмета в заданных пределах. Поэтому контрольно-поверочные инструменты (угольники, шаблоны, калибры и др.) обычно не имеют измерительной шкалы.
Измерение. Под измерением подразумевают сравнение измеряемой величины, например диаметра кольца, с другой величиной, принятой за единицу. При измерении определяют действительные размеры предмета посредством измерительных инструментов или приборов. Размеры выражаются в общепринятых стандартных единицах измерения, например, в мм, см, м и т. д. Приборы и инструменты для измерений снабжены измерительной шкалой, по которой можно снять показания, соответствующие проверяемому размеру. К сожалению, во многих ювелирных мастерских еще недооценивают значения контроля и измерения, и это зачастую приводит к браку в работе. Так, например, металл можно правильно обрабатывать прокаткой только в том случае, если точно проверять его толщину микрометром; однако не везде применяются и правильно используются эти точные измерительные приборы. Ценность контрольно-измерительных приборов заключается ь их точности и стабильности показаний. Только при хорошем обращении с ними можно сохранить эти качества. На рабочем столе приборам и измерительному инструменту необходимо отводить специальное место, хранить их следует в футлярах или чехлах.
Контрольные и измерительные приборы созданы для определенных целей, и их нельзя использовать для какой-либо другой работы. Штангенциркуль не должен служить ригелем для правки колец и ушек, а угольник — рихтовочной плитой. Тому, кто использует микрометр в качестве струбцины, нечего жаловаться на его неточность.
Мерительные инструменты изготовляют из инструментальных сталей и подвергают закалке для повышения их твердости и износостойкости.
ПОВЕРОЧНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image113.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 110. Возможные способы поверки взаимного расположения поверхностей упорным угольником
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image114.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 111. Поверка диаметров: а — кронциркулем; б — нутрометром
Лекальная линейка. Эта линейка является простейшим видом поверочного инструмента. Ее используют для поверки прямолинейности и плоскостности обрабатываемых заготовок или готовых изделий. Линейки длиной до 225 мм имеют односторонний или двусторонний скос со слегка закругленным ножевидным ребром. Линейку устанавливают острым ребром перпендикулярно к кон-
тролируемой поверхности и располагают вместе с изделием между глазом наблюдателя и источником света; по просветам — световым щелям — определяют отклонение поверхности от прямолинейности. Заготовку доводят затем в тех местах, где она соприкасалась с линейкой, чистовым опиливанием и шлифованием.
Угольник. Простой угольник состоит из двух металлических полос (колен), расположенных строго под углом 90° друг к другу. Для определения прямоугольности заготовки ее устанавливают внутрь угольника и прижимают к обеим сторонам его. Можно приставить угольник к заготовке его внешней стороной. Прикладывая угольник ребром к поверхности заготовки в разных направлениях, можно определить по просвету отклонение поверхности от прямолинейности и плоскостности.
Упорный угольник (с пяткой) имеет снизу короткого колена выступающую по бокам упорную полосу, которую прижимают к плоскости поверяемого предмета. При этом длинной стороной угольника проверяют перпендикулярность расположения стойки, выступа или другого элемента изделия (рис. 110).
Кронциркуль. Кронциркуль является переносным инструментом. Он предназначен для сравнения размера предмета, например, диаметра валика с размером, отсчитываемым по шкале линейки.
По форме он напоминает обыкновенный циркуль, губки которого загнуты внутрь или наружу для контроля соответственно внешних и внутренних размеров (рис. 111).
Измерительный (разметочный) циркуль. Очень часто ювелиры используют этот циркуль с заостренными ножками в качестве поверочного инструмента для сравнения размеров мелких заготовок и изделий, а также для поверки их по масштабной шкале линейки.
*
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИБОРЫ
Линейка. Обычная металлическая линейка — наиболее простой и распространенный вид мерительного инструмента, применяемый на ювелирных предприятиях. Точность измерения линейкой обычно ограничивается 1 мм. Для уменьшения погрешности при отсчете размера угол зрения должен составлять 90е со шкалой линейки.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image115.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Штангенциркуль. С помощью штангенциркуля получают гораздо большую точность измерения, чем линейкой, не только потому, что штангенциркуль надежно захватывает измеряемый предмет, но и потому, что цена деления его точнее (до 0,1 мм) (рис. 112).
Измеряемый предмет охватывается обеими губками 1 и 2 штангенциркуля. Подвижная губка 1 скользит вместе с рамкой 4 вдоль штанги 5 с миллиметровой 8 и дюймовой 6 шкалами. Она фиксируется при отсчете показания стопором 9. На рамке нанесены деления нониуса 10. Глубиномер 7 вынесен на обратную сторону штанги. Штангенциркулем можно производить замеры внешних и внутренних размеров. Мерительными губками можно охватывать заготовки различной формы. Для измерения наружных размеров используются основные мерительные губки; для измерения внутренних размеров и разметки — вспомогательные заостренные губки 8, находящиеся напротив основных. Обе пары мерительных губок можно использовать также и для замеров параллельности сторон заготовок. С помощью глубиномера замеряется глубина отверстий и выступов. В каждом случае измеряемый предмет держат так, чтобы он не сдвигался, иначе могут возникнуть
о) д верительная шкала
б)
Г
;1 ,1 ,1:1,1 Iгг10
Мерительная шкала
г чз
1 . , \
Нонцусная шкало
Рис. 113. Нониус штангенциркуля
°Нониусная шкала
ошибки в измерениях. Легким усилием губки штангенциркуля прижимают к заготовке; при сильном нажиме показания будут неточными и инструмент может испортиться. Если штангенциркуль установлен на нулевом положении, то его губки должны касаться друг друга так, чтобы между ними не было просвета. Отсчет по нониусу показан на рис. 113. Сантиметры и миллиметры нанесены на основной шкале штанги, как у обычной
линейки. Десятые доли миллиметра определяются с помощью шкалы нониуса, которая находится на рамке. Длина его миллиметровой шкалы — 9 мм — делится на 10 частей (рис. 113, а). Следовательно, каждое деление нониуса на 0,1 мм короче основного деления шкалы. Десятые доли миллиметра показывает риска нониуса, совпадающая с риской основной шкалы.
/23 ч 56
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image116.jpeg" \* MERGEFORMATINET
В нашем примере отсчета по нониусу его нулевая риска (рис. 113, б) находится дальше двадцать пятого деления основной
шкалы. Четвертая риска нониуса при этом совпадает с риской основной шкалы, показывая тем самым, что нулевое деление нониуса находится на расстоянии 4 X 0,1 = 0,4 мм от двадцать пятого деления шкалы. Следовательно, установленный размер составляет: 250,4 = 25,4 мм.
Микрометр. Этот прибор (рис. 114) служит для точного определения небольших наружных размеров и прежде всего для измерения толщины заготовок. Цена деления его шкалы, расположенной по окружности барабана, составляет 0,01 мм.
В микрометре между неподвижным упором 1 (пяткой) и подвижным шпинделем 3 (микрометрическим винтом) с. небольшим осевым усилием зажимается измеряемый предмет 2. Скоба 8 свя
зывает упор с полым стеблем 5, в резьбовой втулке которого вращается микрометрический винт. На поверхности стебля 5 нанесены две штриховые шкалы с ценой деления 1 мм, смещенные одна относительно другой на 0,5 мм. Вокруг стебля вращается барабан 7 (гильза) с круговой шкалой, расположенной на его скосе. Этот барабан закреплен жестко на микрометрическом винте и вращается вместе с ним. Микрометрический винт может быть застопорен в любом положении, например при фиксации замера, посредством кольцевой гайки 4. В целях обеспечения постоянства
11111IIII —
||||| III
0 5 —
ЕЕЕ
35
30
25
20
Рис. 115. Делительный барабан и делительная втулка микрометра
измерительного давления микрометрический винт снабжен проскальзывающим храповым механизмом (трещоткой). При измерении, вращая барабан, устанавливают шпиндель на близкий к измеряемому размер. Объект измерения удерживается между пяткой и микрометрическим винтом. Теперь шпиндель осторожно доводят до соприкосновения с измеряемой поверхностью вращением винта трещотки 6 до проскальзывания храповой муфты. Поджим шпинделя при контакте с измеряемой деталью нельзя производить вращением гильзы барабана от руки, так как микрометрический винт может испортиться и, кроме того, результаты измерения будут неточными вследствие превышения измерительного усилия. Необходимо также обращать внимание и на то, чтобы проверяемая деталь плотно и правильно лежала между пяткой и торцом измерительного шпинделя; если она будет смещаться или перекосится во время отсчета показаний, то результаты измерения будут ошибочными. Обычно шаг резьбы Микрометрического винта составляет 0,5 мм. Это означает, что при повороте барабана на один оборот измерительный шпиндель продвинется в продольном направлении на 0,5 мм. Поскольку штриховые шкалы стебля смещены на 0,5 мм, то последнее деление, которое видно на шкале стебля перед обрезом барабана, может обозначать целые миллиметры или 0,5 мм. В нашем примере (рис. 115) на шкале стебля установлен размер
мм. Круговая шкала барабана поделена на 50 частей, которые соответствуют 0,01 мм. Если барабан повернется дальше на одно деление, то шпиндель продвинется продольно на 0,01 мм. В приведенном примере нониус барабана стоит на делении -щ^= 0,27 мм, совпадающим с горизонтальным указательным штрихом шкалы стебля. Общий размер замеряемого изделия, таким образом, будет равен: 8,5 мм ф- 0,27 мм = 8,77 мм.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image117.jpeg" \* MERGEFORMATINET
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИГЛАВА 9КОВКА
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Ковку считают первичной обработкой металла. В процессе ковки заготовке, помещенной на наковальню, под ударами молота придается' требуемая форма за счет пластического деформирования металла. Если при обработке стали понятие ковка означает только обработку ее в горячем состоянии, то в производстве ювелирных изделий под ковкой подразумевают изменение поперечного сечения заготовки без снятия стружки как в .-горячем, так и в холодном состоянии. Когда листовой металл подвергают волнообразным вдавливаниям и подъемам под ударами молотка, то такой вид деформации называют выколоткой. Пластичность благородных металлов и их сплавов в холодном состоянии в большинстве случаев достаточно велика, и поэтому необходимость нагрева заготовок для кузнечной обработки возникает весьма редко. Различают предварительную и окончательную ковку.
Предварительная (черновая) ковка представляет собой кузнечную обработку слитка для подготовки его к дальнейшей деформации прокаткой, волочением и т. п.
Понятие окончательной (чистовой) ковки охватывает все методы кузнечной обработки, с помощью которых изделию придают окончательную форму.
Изменение структуры и характер деформации металла при ковке во многом сходны с процессами, рассмотренными при прокатке. При каждом ударе молота происходит смещение атомов отдельных кристаллитов по плоскостям скольжения и структура поликристаллита изменяется точно так же, как это было описано выше при разборе сущности процесса деформирования. Однако при прокатке эти явления наблюдаются отчетливее, чем при ковке, имеющей свои характерные особенности. Механическая схема деформации металла под дейстЕием молота соответствует рассмотренному выше случаю обжатия заготовки плоскими прессующими поверхностями, образованными бойком молота и наковальней (см. рис. 82). Так как эти поверхности в большинстве случаев меньше наружной поверхности слитка, то они деформируют единовременно лишь небольшую часть обрабатываемой заготовки (например, при вытяжке металла). Формоизменение в этом месте наибольшее, но оно сдерживается окружающим очаг деформации металлом, деформирующимся в меньшей степени. Следовательно, внутри проковываемой заготовки появляются структуры с неодинаковой степенью деформации и различными по размеру зернами металла. При каждом ударе молота образуются области сильно деформированного металла между слабо продеформированными зонами конусов скольжения. Может случиться, что при ковке толстого слитка давление охватит лишь внешнюю зону, а сердцевина его останется непрокованной.
От формы бойка молотка, вида подкладного инструмента и силы удара будет зависеть, в какой степени и в каком направлении пойдет деформация заготовки. ■
ИНСТРУМЕНТЫ
Виды молотков. Классическим инструментом для обработки металла является молоток с плоским и клиновидным скругленными бойками, имеющими закаленные и отполированные поверхности. Молоток изготавливают из стали с содержанием углерода от 0,38 до 0,5% и с незначительными добавками кремния и марганца. Деревянная ручка вставляется в отверстие и прочно расклинивается в нем (рис. 116). При ударе молотком металл вытесняется во все стороны от точки приложения удара. Правильным выбором наиболее подходящих по форме ударных поверхностей молотка, а также точек приложения ударов можно усилить или ограничить это выдавливание металла в стороны. Например, при расплющивании или вытяжке заготовки необходимо выбирать такие точки приложения ударов, чтобы металл насколько возможно вытеснялся в желаемом направлении; напротив, при выглаживании поверхности и измельчении структуры по возможности исключают выдавливание металла в стороны.
По форме рабочей поверхности и воздействию на металл бойки молотков (рис. 117) классифицируют следующим образом:
1. Плоские (рис. 117, а). При работе таким бойком действие удара направлено почти перпендикулярно к обрабатываемой поверхности и даже при большой силе удара металл лишь незначительно вытесняется в стороны. Поэтому такие бойки не подходят для значительного изменения формы заготовки, однако они незаменимы при отделке и сглаживании поверхностейизделий. Кромки рабочей поверхности должны быть слегка скруглены, чтобы после ударов молотком на поверхности изделия не оставались следы (вмятины) от кромок бойка.
2. Закругленные. Если направление удара таким бойком остается перпендикулярным к обрабатываемой поверхности, то при той же силе удара металл больше или меньше вытесняется в стороны в зависимости от степени кривизны поверхности бойка.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image118.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 116. Основной тип молотка ювелира:
/ — плоский боек; 2 — металлический клин; 3 — клиновидный скругленный боек; 4 — рукоят-
Таким молотком хорошо обрабатывать металл, не допуская сильной деформации поверхности заготовки.
Шаровидные (рис. 117, б). По своему действию этот боек является дальнейшим развитием бойка с закруг-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image119.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 117. Действие удара бойков различной формы: а — плоского; б — шаровидного; в — клиновидного скругленного
ленной рабочей поверхностью. Усилия при ударе распределяются по нормали к сферической поверхности. Трение на рабочей поверхности бойка незначительное, поэтому он, по сравнению с плоским бойком, проникает в металл гораздо глубже при одинаковой силе удара и действует сильнее на сердцевину заготовки. Боек такой формы является наиболее подходящим для равномерной разгонки металла во все стороны. Однако шаровидный боек оставляет на поверхности заготовки следы, которые обычно заглаживают молотком с плоским бойком.
Клиновидные скругленные (рис. 117, в). При работе таким бойком основное усилие совпадает с направлением удара. Одновременно с этим происходит сильное вытеснение металла в стороны. Боек, как клин, входит в металл и разгоняет его под прямым углом к рабочей поверхности инструмента. Молотком с таким бойком можно очень сильно изменять форму заготовки. Как и в предыдущем случае, остающиеся от ударов бойка следы необходимо заглаживать ударами плоского бойка.
Этих четырех видов бойков молотков ювелиру вполне достаточно для проведения самых разнообразных ковочных работ.
Виды наковален. В начале этого раздела упоминалось, что заготовка формуется и обрабатывается не только молотком, но и в такой же степени посредством наковальни, являющейся опорным инструментом Наковальня должна удовлетворять следующим требованиям:
она должна быть массивной и являться надежной опорой для заготовки;
в случае необходимости может быть использована в качестве контрформы для заготовки;
она не должна ослаблять силу ударов и в то же время не должна поддаваться им.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image120.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 118. Обработка заготовки клиновидным бойком на стальном бруске
Наковальня, так же как и молоток, должна изготавливаться из высококачественной легированной стали. Рабочая поверхность ее должна быть закалена и отполирована.
Форма рабочей поверхности наковальни имеет такое же большое значение, как и форма рабочей поверхности бойка молотка.
Для того чтобы быстро вытянуть заготовку, недостаточно одного клиновидного бойка, необходимо, чтобы и рабочая поверхность наковальни имела сходную с бойком форму. При выглаживании заготовки, помимо молотка с плоским бойком, необходимо иметь также и наковальню с гладкой плоской поверхностью (рис. 118).
Брусковая наковальня. Гладкий стальной брусок является простейшим видом кузнечной наковальни. Такой брусок может иметь как острые, так и скругленные углы и грани. Это необходимый вспомогательный инструмент для повседневной работы ювелира.
Вставная наковальня (флахшток). Она имеет форму куба, на конце которого имеется шип. С помощью шипа такую наковальню можно легко и быстро закрепить на основании (деревянном чурбане или в отверстии стальной плиты). Рабочая поверхность ее может быть круглой или прямоугольной в плане, плоской или
полусферической. Для предварительной обработки прутковой заготовки лучше всего подходит большая вставная наковальня с плоской поверхностью (рис. 119).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image121.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 119. Черная ковка прутка молотком с плоскозакругленным бойком на вставной наковальне
Двурогая наковальня (шперак). По форме напоминает обычную- наковальню, применяемую в кузнечных цехах, но имеет значи-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image122.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 120. Ковка кольца молотком с шаровидным бойком на роге шперака
тельно меньшие размеры. Собственно наковальня заканчивается двумя конусными рогами, один из них имеет прямоугольное сечение, а другой — круглое. Посредством откованного шипа шперак крепится в стуле (чурбане) или зажимается в тисках (рис. 120). Для специальных работ рога наковальни могут быть очень длинными или изогнутыми.
Ригель. Конические браслетные, кольцевые и справочные ригели также служат наковальнями (рис. 121). Их поперечные сечения выбираются в зависимости от назначения.
чика камня; справочные ригели изготавливаются, кроме круглого и овального профилей, с разнообразными многогранными поперечными сечениями, конфигурация которых определяется формой отковываемых оправ.
Уход за инструментом. Ювелир должен помнить, что все неровности на поверхности молотка или наковальни с каждым ударом будут отпечатываться на заготовке. Поэтому очень важно
Браслетные ригели обычно круглого или овального сечения; кольцевые ригели всегда круглого профиля, лишь некоторые имеют профрезерованную продольную канавку для кон-
содержать кузнечные инструменты в хорошем состоянии, при этом к инструментам предъявляются следующие требования:
рабочая поверхность бойков молотка должна быть настолько твердой, чтобы она по возможности меньше изнашивалась и не деформировалась;
рабочие поверхности бойков молотка и наковальни должны быть достаточно гладкими и по возможности хорошо отполированными;
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image123.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 121. Ковка кольца плоским бойком молотка на коническом ригеле
инструменты в процессе их эксплуатации должны оставаться в безукоризненном состоянии за счет регулярного ухода за ними.
Если на инструменте все же появились царапины, задиры, выбоины или вмятины, то необходимо их полностью удалить шлифовальным кругом, но так, чтобы не изменилась форма рабочей поверхности молотка или наковальни. Затем с помощью мелкозернистой наждачной бумаги и на полировальном круге следует довести рабочую поверхность до прежнего блеска. Если инструментами пользуются редко, то их следует покрывать тонким слоем смазки для предупреждения появления ржавчины.
ТЕХНОЛОГИЯ КОВКИ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Предварительная ковка. Как уже упоминалось в начале главы, под предварительной ковкой понимается подготовка слитка к дальнейшей обработке давлением: прокатке или волочению. Слиток должен подвергаться предварительной ковке в следующих целях:
для измельчения дендритов и грубых кристаллитов с последующим получением мелкозернистой однородной структуры в результате перекристаллизации при отжиге;
для полного сжатия пустот и пор металла с их последующей заваркой при отжиге (если стенки пустот не окислены);
для проковки сильными ударами сердцевины слитка, слабо деформируемой при прокатке и волочении;
для придания необработанной заготовке требуемой предварительной формы.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image124.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 122. Рессорный молот
Черновая ковка имеет смысл только тогда, когда металл подвергается значительной деформации. Для этой цели используют поэтому тяжелый молоток и массивную стационарную наковальню. Ковку плоских пластин производят поочередно с обеих сторон молотком с клиновидным умеренно-закругленным бойком, обрабатывая вторым переходом сторону слитка, лежавшую на наковальне. Затем слиток сглаживают ударами молотка с плоской рабочей поверхностью. Четырехгранный пруток сначала проковывается клиновидным бойком перпендикулярно к оси прутка. Затем таким же образом обрабатывают противолежащую сторону и две другие грани заготовки. Плоско-скругленным бойком обрабатывают сначала все четыре ребра заготовки, а затем четыре главные плоскости. Черновая проковка ребер по диагонали сечения заготовки уменьшает опасность. растрескивания металла. Если круглый пруток нужно подготовить к прокатке, то достаточно придать ему квадратное сечение, использовав для этой цели молоток со слегка скругленной рабочей поверхностью бойка.
Для ковки больших слитков следует применять механические молоты. Применение таких молотов облегчает труд, увеличивает производительность и силу удара по металлу. При этом гарантируется сквозная проковка до осевой зоны даже толстых слитков. На рис. 122 показан рессорный молот. Приводной вал вращает эксцентрик, который посредством шатуна сообщает качательное движение рессорному коромыслу. Последнее приводит в возвратно-поступательное движение «бабу» молота с верхним бойком.
Преимущества рессорных молотов состоят в эластичности удара бойка по металлу, в увеличенной за счет упругости рессоры энергии удара и в их быстроходности.
Молот, приведенный на рис. 122, допускает регулировку хода бабы весом 50 кг от 200 до 280 мм при числе ударов от 100 до 250 в мин.
Окончательная ковка. Завершающая изготовление ювелирного изделия чистовая ковка является одним из немногих методов обработки металла, который невозможно заменить никакой другой обработкой. Материал заготовки, подвергающийся окончательной отделке ковкой, должен обладать высокой пластичностью и иметь относительное удлинение свыше 40%. Из сплавов серебра для этой цели хорошо подходит сплав 925 пробы; из сплавов золота — сплавы 750 пробы. Для улучшения эксплуатационных качеств ювелирных изделий из этих сплавов после окончательной ковки не следует проводить отжиг, а если он необходим, то в готовом виде изделие следует подвергать старению.
Основные формы заготовок, получаемых методом ковки. Исходным материалом обычно является литой пруток круглого профиля. Для получения штабика квадратного сечения сначала проковывают пруток молотком с плоским, слегка закругленным бойком с одной, стороны по всей длине на флахштоке. Затем его переворачивают и проковывают противоположную сторону. После этого таким же способом обрабатывают две другие грани (рис. 123, а). При работе необходимо следить за тем, чтобы все грани пересекались строго под прямым углом. При перекосе граней штабика его сечение получает ромбовидную форму, для устранения дефекта заготовку следует перековать на шестигранный профиль, затем до круглого прутка и далее снова начать ковку на квадратное сечение. Если один конец прутка проковать больше, чем весь пруток, то получается первая основная форма кованого полуфабриката — клиновидное уширение штабика (рис. 123, б). Постепенно, проковывая две другие грани противоположного конца штабика перпендикулярно к клину, получают заготовку в форме винта, при этом удлинение заготовки незначительно (рис. 123, в).
При ковке средней части исходного четырехгранного прутка плоско-скругленным бойком получают в этом месте большую ширину и меньшую толщину заготовки (рис. 123, г).
На рис. 123, д объединены описанная выше ковка клинообразных концов и середины штабика. Середина прутка квадратного сечения при этом прокована перпендикулярно к его клиновидным концам.
Если необходимо заострить конец прутка, то проковывают все его грани в той же последовательности, как и при вытяжке круглого прутка на квадратный профиль.
Ковку производят молотком с клиновидным бойком. Каждая сторона обрабатывается таким образом, чтобы удары наносились все сильнее по мере приближения к концу штабика для получения требуемого утонения заготовки (рис. 123,б).
На рис. 123, ж показано получение заготовки треугольного профиля путем проковки прутка прямоугольного сечения клиновидным бойком молотка по ребру штабика, который при этом изгибается.
Изделия разнообразных форм можно получить в том случае, если пруток квадратного сечения согнуть, а затем проковать по толщине в месте сгиба (рис. 123, з).
На рис. 123, и, как и в предыдущем примере, пруток изогнут посередине и место сгиба проковано на роге наковальни. Для того чтобы у четырехгранной заготовки получить заостренный конец круглого сечения, его вначале проковывают до формы, показанной на рис. 123, к; затем это острие с квадратным профилем перековывают на шестигранное сечение и далее на круглое. На рис. 123, л показан полуфабрикат треугольного профиля с переменными по длине сечениями. Последовательность его ковки следующая: четырехгранный пруток расковывают до треугольного профиля; затем проковывают ребро на середине прутка до нужной толщины и далее ударами молотка грани снова доводят до соприкосновения.
В результате такой ковки концы прутка имеют сечение равностороннего треугольника, а середина прутка — сечение равнобедренного треугольника.
На рис. 123, м изображена кованая заготовка сложной формы. Здесь концы прямоугольного штабика были прокованы до треугольного профиля; при этом подвергался деформированию только один кант штабика (как это было показано на рис. 123, ж). Средняя часть прутка была перекована на треугольный профиль путем деформирования другого его ребра. Благодаря такой ковке получился чередующийся ритм поверхностей и ребер всего изделия.

INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image125.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 123. Основные формы заготовок, получаемых методом ковки
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image127.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 124. Кованая булавка
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image128.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 125. Кольцо с кованой шинкой

На рис. 123, н показана круглая заготовка, прокованная посередине молотком с плоским, слегка скругленным бойком.
Все рассмотренные формы кованых заготовок являются простейшими, но они составляют элементы ювелирных изделий, комбинируя которые, ювелир может изготовить любое украшение (рис. 124 и 125).
Изготовление плоского кольца. Такое кольцо можно изготовить штамповкой, литьем или ковкой. Для небольших предприятий два последних способа наиболее приемлемы. Недостатком литья является то, что вначале должна быть изготовлена модель и, кроме того, существует опасность появления пор в металле. Ковка, наоборот, улучшает структуру металла. Оптимальным методом изготовления таких колец является отливка заготовок с последующей их ковкой. В этом случае имеется возможность
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image129.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 126. Переходы ковки обручальных колец: а — заготовка- штабик; б — провальцованная развертка заготовки кольца; в — гибка заготовки на свинцовой плите; г—ж — различные окончательные формы колец
получить бесшовное кольцо с хорошей структурой металла. Литье ювелирных изделий было подробно рассмотрено выше, здесь остановимся детально на изготовлении таких колец методом ковки.
Общий ход работы. Независимо от формы кольца при его изготовлении ковкой выполняют следующие переходы (рис. 126).
Четырехгранный штабик подготовляют по толщине и ширине до наибольшего поперечного сечения средней части кольца (рис. 126, а). Затем концы штабика прокатывают в вальцах до размеров сечения будущих частей шинки (рис. 126, б).
Посредством молотка на вставной наковальне (флахштоке) головке и частям шинки кольца придают предварительную форму.
Предварительно откованной заготовке придают форму кольца гибкой. Для этого берут стальную оправку диаметром, несколько большим внешнего диаметра кольца, вбивают ее молотком в свинцовую пластину и получают гибочный желоб. В этот желоб укладывают заготовку кольца так, чтобы средняя часть заготовки находилась посередине желоба (рис. 126, в). Стальную оправку с диаметром, несколько меньшим внутреннего диаметра кольца, накладывают на заготовку и молотком сгибают ее, вгоняя в свинцовый желоб. Тонкие концы шинки подгибаются окончательно в тисках на оправке.
Концы заготовки состыковывают и запаивают твердым припоем. Далее шинку рихтуют на ригеле или на роге наковальни и, согласно эскизу, производят окончательную ковку кольца.
Ниже приводится ряд примеров чистовойковки колец.
Кольцо подвергается предварительной ковке до получения нужного прямоугольного сечения. Затем шинку делают тоньше с обеих сторон, равномерно суживая ее и по ширине. Среднюю часть кольца выковывают на роге наковальни, придавая ей в сечении форму пологой крыши, постепенно сходящей на нет. Получившиеся наклонные поверхности отделывают пуансоном (чеканом), формуя желобки (рис. 126, г).
Для изготовления кольца, показанного на рис. 126, д, необходимо применить материал с высокой пластичностью, так как исходный штабик должен иметь ширину массивной средней части, а затем вытягиваться по концам с большими обжатиями для получения небольшого сечения шинки кольца. Формообразование шинки вначале производится так же, как и в предыдущем случае. Далее правильно закругленное кольцо проковывают до получения полукруглого сечения по всему периметру и отделывают среднюю часть. В случае необходимости окончательную форму кольцу придают опиливанием.
Толщина верхней части кольца, показанного на рис. 126, е, значительно больше, чем в шинке. После запаивания и рихтовки шинки ее насаживают на рог наковальни, делают тупоугольным зубилом надруб в верхней части и специальной оправкой формируют желобок.
Кольцо, изображенное на рис. 126, ж, по форме напоминает старинное обручальное кольцо. Оно имеет полукруглое поперечное сечение. Верхняя часть кольца более массивная, чем нижняя. При изготовлении его используются те же приемы, что и при изготовлении вышеописанных колец. Откованную полосу загибают в кольцо, спаивают, рихтуют и на однорогой наковальне и ригеле отковывают полукруглый профиль.
Изготовление шинок. Массивные кованые шинки можно изготавливать двумя способами.
Как и в предыдущих примерах, заготовку куют, сгибают, спаивают и рихтуют. Затем верхнюю утолщенную часть кольца разрезают лобзиком. Образуются два симметричных утолщенных конца, между которыми можно легко вставить каст. Недостаток такой шинки состоит в том, что в самом тонком месте она имеет паяный шов.
Во втором случае концы штабика остаются утолщенными, а средняя часть его проковывается до нужного размера. Затем заготовка сгибается. При этом варианте труднее, чем в первом случае, выдержать симметричность концов, но зато получается бесшовная шинка.
Переходы процесса изготовления шинки по второму варианту изображены на рис. 127. Как и в ранее описанных способах ковки
колец, исходная заготовка должна иметь сечение, соответствующее утолщенной части шинки. Среднюю часть штабика обжимают в прокатных вальцах, меняя сдавливаемые поверхности после извлечения заготовки из валков и кантуя ее перед следующим обжимом (рис. 127, а). Обработка заготовки продолжается ковкой на флахштоке. Затем в свинцовой форме производят гибку шинки (рис. 127, б).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image130.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 127. Изготовление кованых шинок колец; а — провальцованная основная форма развертки шинки кольца; б — гибка в свинцовом желобе; в—д — различные виды шинок
На кольцевом ригеле и роге шперака заготовке придают окончательную форму.
Шинку, изображенную на рис. 127, в изготавливают из полосы прямоугольного сечения. В середине заготовка проковывается с уменьшением поперечного сечения, а концы ее остаются без изменения.
Кованая шинка не всегда должна быть увесистой и массивной. В следующем примере (рис. 127, г) показана более узкая шинка постоянной ширины. Высота сечения при этом уменьшается к середине шинки.
Шинка, изображенная на рис. 127, д, изготавливается так же, как и в предыдущих примерах, но с полукруглым сечением. Зато в ее утолщенных частях выбивают насечку в виде желобка и отделывают ее профильной ойравкой.
ГЛАВА 10ГИБКА
28. ДЕФОРМАЦИИ И ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛАПРИ ГИБКЕ
Если на металлический брус действует внешняя сила, то он прогибается (рис. 128). При этом нижний слой бруса растягивается, а верхний сжимается. Посередине толщины бруса имеется нейтральный слой, который не изменяется по длине а только прогибается.
Упругий изгиб. Если усилие меньше предела упругости данного металла, то деформация сохраняется до тех пор, пока действует нагрузка. При прекращении действия нагрузки на брус он опять приобретает свою прежнюю форму. Схематически процесс изгиба можно понимать так, что в нижней части брусарасстояние между атомами увеличивается, а в верхней части — уменьшается. Атомы, находящиеся в нейтральном слое, сохраняют свое первоначальное расположение (рис. 129).
Внутренние силы, которые приводят брус в первоначальное состояние, называются напряжениями. Различают напряжение
®®йё?8888§§8!^|а
- ЪЗ&ОООООС
Рис. 128. Изгиб брусаРис. 129. Схема изменения меж
атомных расстояний при упругомизгибе бруса
растяжения и напряжение сжатия. Если нагрузка превышает предел упругости, то появляется остаточная деформация. Так, при растяжении спиральной пружины с большой силой она уже не приобретает своей первоначальной формы.
Пластический изгиб. Если на брус действует нагрузка, большая предела упругости, но меньшая предела прочности при растяжении,
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image133.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 130. Схема изменения кристаллической структуры пластически деформированного металлического бруска
то наступает пластическая деформация при изгибе. Она характеризуется тем, что брус при снятии нагрузки не возвращается в свое первоначальное положение. Вначале в слоях, которые наиболее удалены от нейтрального слоя, наблюдается переход упругой деформации в пластическую (рис. 130). Процесс нужно понимать так, что в этих зонах расстояние между атомами так сильно увеличивается или уменьшается, что межатомных сил недостаточно, чтобы вернуть их в первоначальное состояние. Итак, пластическая деформация наступает тогда, когда в кристаллитах, расположенных в наиболее благоприятных направлениях, начинается сдвиг слоев атомов по плоскостям скольжения, и наступает состояние, которое было подробно описано выше при разборе механизма пластической деформации.
Можно сказать, что гибка является разновидностью обычной деформации, при которой отдельные зоны структуры подвергаются формоизменению в различной степени. В приведенном примерекпайние зоны 1 и 4 (рис. 131) деформируются пластически, зоны середины брусков 2 и 3 — упруго. Если нагрузка устраняется, то упругодеформированные слои 2 и 3 возвращаются в свое первоначальное положение и освобождаются от напряжений сжатия и растяжения. Пластически деформированные крайние зоны / и 4 препятствуют полному выравниванию упругодеформированной
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image134.jpeg" \* MERGEFORMATINET
11111 Напряжения растяжения =■Напряжения сжатия
Рис. 132. Распределение напряжений в согнутом брусе после снятия нагрузки
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image135.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 131. Распределение напряжений в согнутом брусе
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image136.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 133. Равномерный изгиб проволоки с мелкозернистой структурой и надлом согнутой проволоки с крупнозернистой структурой
зоны середины бруска, при этом происходит перераспределение напряжений (рис. 132). Чем больше нагрузка, тем больше зоны пластической деформации, и кристаллиты деформируются все сильнее, подобно тому как это было описано при прокатке. Если же нагрузка будет выше предела прочности при растяжении, то возможное удлинение будет исчерпано и в краевой зоне появятся трещины, свидетельствующие о начале разрушения материала. При необходимости подвергнуть малопластичную заготовку сильному изгибу следует производить его постепенно, с промежуточными отжигами, для рекристаллизации структуры и возврата пластических свойств.
При выполнении гибочных операций следует иметь в виду следующие практические рекомендации:
Для проволочно- и листогибочных работ должны применяться сплавы, имеющие низкий предел упругости.
Сплавы, обладающие большой пластичностью, при эксплуатации легко деформируются, и изделия из них быстро теряют свою форму, поэтому при выборе материала для изготовления изделий необходимо учитывать их назначение.
Если металл имеет крупнозернистую структуру, то связь между отдельными кристаллитами при гибке ослабевает и зачастую вместо равномерного изгиба получается надлом (рис. 133). Подобные явления встречаются и в случаях неравномерного отжига проволоки, когда ее рекристаллизованные участки поддаются пластической деформации легче, чем нерекристаллизованные.
В последних те же усилия вызовут лишь упругую деформацию. Если перед отжигом был достигнут предел прочности материала, то на рекристаллизованных участках при гибке часто наблюдается излом.
29. ПРОВОЛОЧ НО ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ
Гибка вручную. Гибку и закрутку тонкой проволоки довольно часто выполняют непосредственно руками Ювелиры обычно сгибают вручную тонкие браслеты или правят проволоку между указательным и большим пальцами. Однако ручная гибка ограничивается тем, что давление пальцев может создать лишь небольшие усилия. Короткую и толстую проволоку гнуть еще тяжелее.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image137.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 134. Основной гип щипцов
Мелкие и трудные в исполнении мотивы формовать пальцами невозможно. Поэтому для гибки более толстой проволоки и получения сложных узоров из тонкой проволоки используются цанги (щипцы), оправки и другие инструменты.
Гибка цангами. Еще в древние времена люди разрабатывали конструкции инструментов для гибки металла, которые позволяли осуществлять как точное формоизменение материала, так и получение значитепьных усилий при гибке
Инструментом, используемым для этих целей, который сохранился на протяжении многих столетий в почти неизменном виде, являются щипцы.
Конструкция и принцип работы щипцов. Зажимные губки 2 образуют зев щипцов 3 (рис. 134). Они переходят в рычажные рукоятки 1. Между зажимными губками и рукоятками находится ось вращения 4. Принцип действия щипцов заключается в том, что рычажные рукоятки и губки поворачиваются относительно общей оси вращения 4. Сила, действующая на рукоятки, передается на зажимные губки и сжимает их. Передачу большего усилия можно достичь за счет удлинения рукояток и уменьшения длины губок щипцов. Сила зажима губок увеличивается с приближением к оси вращения.
Для предотвращения выскальзывания заготовки при зажиме щипцами на внутренней стороне губок делается насечка.
Виды шипцпв. Щипцы изготавливаются из инструментальной стали и иногда из стали, легированной хромом, ванадием или молибденом Общая длина обычных щипцов составляет 13 и 16 см; кроме того, для особо «точных» работ используются малые щипцы, общая длина которых составляет около 11,5 см. По форме губок различают следующие основные типы щипцов (рис. 135).
Плоскогубцы. Рабочие поверхности щипцов плоские. Зажимные губки могут быть одинаковой ширины или же заостреннымик концу. Ювелиру обычно не требуется насечка губок, поэтому их рабочие поверхности зашлифовывают.
Шинные щипцы. Рабочая поверхность одной губки плоская, в то время как поверхность другой слегка выпуклая. Шинные щипцы предназначены для формования шинки кольца. С их помощью удобно сгибать шинки большого диаметра. Из плоскогубцев можно легко изготовить шинные щипцы, если скруглить одну губку.
Круглогубцы. Губки выполнены в форме конических круглых щипцов, более или менее заостренных к концу. Круглогубцы
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image138.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис 135 Различные виды щипцов (слева направо): плоскогубцы с параллельными губками; плоскогубцы с остроконечными губками; шинные с закругленными параллельными губками; шинные с заостренными губками; круглогубцы
удобны для изготовления кольцевых изделий малого диаметра. Работать ими следует осторожно, так как при слишком сильном нажиме на заготовке остаются вмятины.
Специальные щипцы. На основе только что описанных щипцов основных типов появился ряд их разновидностей, которые не могут быть все здесь приведены. Объединив два основных типа щипцов, создали плоскозаостренные щипцы, губки которых плоские у основания, а к концу удлинены и принимают форму конических шипов. У желобковых щипцов одна губка выполнена в виде обычного круглого шипа, а в другой сделана полукруглая канавка. При склепывании серег применяют щипцы особой формы, губки которых соприкасаются только концами и имеют зазор у основания, чтобы серьга при монтировке не повреждалась.
Практические советы при гибке щипцами. С увеличением диаметра проволоки и повышением прочности материала, из которого она сделана, сопротивление проволоки деформированию
возрастает. Чем больше это сопротивление, тем большее усилие надо приложить при гибке. Толстую шинку мужского обручального кольца из сплава 585 пробы часто невозможно согнуть с помощью щипцов. Следует добавить, что с увеличением усилия гибки и силы зажима материала возрастает опасность появления нежелательных следов губок на заготовке. В работе ювелира очень важным является правильный выбор щипцов. Гнуть шинку кольца большого размера плоскогубцами так же неправильно, как и круглогубцами. Такого плавного закругления с большим радиусом можно достичь без дефектов только с помощью шинных щипцов. С другой стороны, совершенно невозможно выпрямить проволоку
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image139.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 136. Гибка проволоки круглогубцами
шинными щипцами; для этой работы нужны плоскогубцы.
Область применения шинных щипцов ограничивается изделиями таких диаметров, которые примерно соответствуют по кривизне их закругленным губкам. Закругления больших радиусов получают гибкой на соответствующих оправках или даже плоскогубцами. Малые радиусы скруглений получают с помощью круглогубцев (рис. 136), при работе с ними материал должен иметь по возможности малое сопротивление изгибу, так как проволока при сильном нажиме легко сплющивается круглыми губками. Из этих Соображений тонкие филигранные украшения, достаточно прочные и надежные в эксплуатации, следует изготавливать из плоской проволоки, легко поддающейся изгибу круглогубцами.
Особенностью гибки проволоки является то, что обычной гибкой невозможно получить сгибы остроугольной формы (рис 137, а, в). Если такие сгнбы всё же необходимы, то проволоку в местах сгиба приходится надрезать трехгранным или ножевидным напильником (рис. 137, б, в). Глубина надреза при этом определяется величиной угла загиба и свойствами материала. Чем глубже надрез на проволоке, тем острее будет внешний угол сгиба и тем большая опасность, что оставшаяся перемычка материала при изгибе переломится Если места сгибов находятся рядом, то надрезы должны запаиваться.
Гибка с применением вспомогательных средств. К таким средствам для выполнения проволочногибочныд работ относятся оправки и ригели различных профилей, ручные тиски, специальные гибочные приспособления типа «ленивец.» л др,
Изготовление круглых звеньев. Приступая к работе с проволокой, после ее правки, необходимо убедиться в отсутствии дефектов на ней. Выпрямленная проволока равномерно отжигается. Если проволока слишком тонкая, на латунную катушку или латунный валик. В этом случае прогрев будет равномерным и опасность пережога металла уменьшается. Для изготовления круглых звеньев в качестве основы подходит обыкновенная цилиндрическая оправка (ригель) из любого материала, гвоздь, круглая латунная проволока и т. п. Диаметр оправки должен быть немного меньше внутреннего диаметра звена, так как навиваемая спираль никогда вполне плотно не прилегает к ригелю, и из-за упругой деформации при снятии ее с оправки диаметр звеньев несколько увеличивается.
то при отжиге ее нужно намотать
Рис. 137. Виды сгибов на проволоке: круглого сечения — обычные (а) и остроугольные (б); прямоугольного сечения — обычные (в) и остроугольные (г)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image142.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 138. Наматывание проволоки иа круглую оправку
Если оправка будет крепиться в тисках, то на конце ее делают лыску. Для направления проволоки в лыске вдоль оси оправки
выпиливается канавка. Проволока укладывается в канавку, коней оправки закрепляется в ручных тисках, и производится намотка спирали. При этом ригель медленно поворачивается одной рукой, в то время как другой рукой направляют проволоку. Во время намотки необходимо следить за тем, чтобы витки спирали плотно прилегали друг к другу (рис. 138). Перед снятием спиралиее следует отжечь вместе с оправкой. Спираль снимают с ригеля, протягивая его через отверстие волочильной доски, клещами.
После снятия спирали с оправки ее протравливают, зачищают и разрезают на отдельные звенья лобзиком в направлении, перпендикулярном к ее виткам (рис. 139). На рис. НО показано ожерелье из колец, полученных гибкой из проволоки .
Изготовление овальных звеньев. При изготовлении овальных звеньев так же, как и в предыдущем примере, проволока выпрямляется, производятся ее визуальный контроль и равномерный отжиг.
Из латуни, меди и других металлов изготавли- Рис. 139. Разрезание стянутой с оправки вают требуемого профиля спиралиригели. Для изготовле
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image144.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 140. Ожерелье, изготовленное из гнутых проволочных колец
ния небольших овальных звеньев в качестве ригеля применяют проволоку, прокатанную в гладких валиках. Широкоовальные ригели отрезают от металлических полос, закругляя их края. Ригель обматывают узкой полоской тонкой клейкой или папиросной бумаги (рис. 141). Этим облег-
чается последующее снятие спирали с ригеля. Конец проволоки укладывается на конце ригеля и вместе с ним закрепляется в ручных тисках. Так же, как и при изготовлении круглых звеньев, проволока наматывается на ригель. Вместе с намотанной спиралью ригель отжигается. При этом сгорает бумага, находящаяся между
проволокой и ригелем. Овальные спирали, так же как и круглые, снимаются с ригеля посредством волочильной доски (рис. 142).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image145.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 141. Изготовление овальных звеньев
Распиливание спирали на звенья удобнее производить лобзиком на ригеле, который перед этим слегка подгибают. Звенья снимают затем поодиночке. Перед разрезанием спирали надо отчетливо знать последующее назначение звеньев.
Если они будут висеть свободно собранные вместе, то разрезать их надо по широкой стороне, если после сборки они будут спаиваться, то разрезать их надо по узкой стороне.
Изготовление спиралей. В ювелирном деле спирали часто применяются как в виде самостоятельных изделий, так и в виде элементов изделия. Изготовленную спираль прокатывают в гладких валках, и такая пилообразная заготовка используется для изготовления филигранных украшений.
Спирали используются также в качестве пружин сжатия и растяжения в различного рода замках и затворах. Материал для
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image146.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 142. Снятие спирали с овального ригеля с помощью волочильной доски
изготовления спирали выбирается исходя из ее назначения. Спирали для украшений изготовляют из драгоценных сплавов. Материал спиралей для пружин должен обладать значительными упругими свойствами. У спиралей простых форм витки плотно прилегают друг к другу. Их изготавливают точно так же, как и спирали для круглых звеньев. Для получения спирали с определенным шагом витков плотно навитую спираль растягивают за концы. Расстояния между витками получатся одинаковыми, если на ригель наматывать не одну, а две проволоки. Их концы вместе с ригелем зажимают в ручных тисках и плотно равномерно наматывают на ригель. После снятия с ригеля получают две совершенно одинаковые спирали.
Приспособление «ленивец». Этим приспособлением пользуются в тех случаях, когда необходимо получить спирали с равномерноповторяюп\г,.\1ся рисунком. Хотя ленивец прост в обращении, но с его помощью можно получить абсолютно одинаковые фигурные витки спиралей. Конструкция ленивца показана на рис. 143. На латунный лист /, со сторонами 10 X 10 см и толщиной 1 мм, наносится делительная сетка, с шагом 3 мм. В точках пересечения линий сетки просверливают отверстия, соответствующие желаемому узору изделия, в которые затем плотно вставляют стальные штифты. В качестве штифтов применяются гвозди со срезанными шляпками, граммофонные иглы и т. д. Толщина штифтов зависит от вида узора. В углах латунной пластины просверливают отверстия под шурупы и привинчивают ее, подложив асбестовую прокладку 2, к деревянной доске. Штифты, вставляемые в латунную пластину, должны прочно вбиваться в деревянное основание 3. Их количество должно соответствовать рисунку обмотки.
Гибка проволоки на ленивце. Проволока должна быть хорошо отожжена, а также протравлена и зачищена, если предполагается пайка витков. Круглогубцами сгибают конец проволоки в виде петли и насаживают ее на первый штифт. Петля не должна смещаться при наматывании проволоки на следующий шт1 фт. Особенно внимательно необходимо следить за тем, чтобы проволока плотно прилегала к штифтам, для этой цели ее подтягивают за свободный коней плоскогубцами. Когда узор готов, его снимают со штифтов с помощью отвертки. Если изделие представляет собой непрерывный спиральный орнамент, то после снятия готовой секции со штифтов последний виток насаживают на первый штифт и продолжают намотку дальше. На ленивце можно также производить отжиг изделий и пайку, изготавливать накладки для колец, подвесок и других ювелирных изделий (рис. 144).
Правка проволоки. Под этим понятием объединяют все методы, с помощью которых проволоку выпрямляют и выглаживают имеющиеся на ней неровности (рис. 145).
Ручная правка. Зачастую небольшие изгибы проволоки можно выпрямить вручную, протягивая ее между большим и указательным пальцами. Однако возможности такой правки ограничены диаметром проволоки и свойствами материала.
Правка вытягиванием. Длинную, тонкую, сильно искривленную проволоку обычно выпрямляют вытягиванием (рис. 145, б). Конец проволоки зажимается в тисках, другой свободно держат в руке или захватывают плоскогубцами. Круглой деревянной скалкой многократно проводят вдоль туго натянутой проволоки до тех пор, пока она не станет равномерно гладкой. При правке коротких кусков концы захватывают плоскогубцами, проволоку перекидывают через круглую оправку, натягивают и возвратно-поступательным движением производят правку (рис. 145, г).
Правка на рихтсвочной плите. Этот способ применяют в тех случаях, когда проволока или заготовка должна быть абсолютно ровно выпрямлена. Заготовка помещается на рихтовочную плиту,
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image147.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 143. Приспособление ленивец для получения витых проволочных орнаментов:
1 — латунный лист; 2 — асбестовая прокладка; 3 — деревянное основание
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image148.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 144. Ожерелье, секции которого были изготовлены на ленивце
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image149.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 145. Способы правки проволоки: а — рихтовкой на плите; б — вытягиванием деревянной скалкой; в — вращением проволоки плоскогубцами; г — вытягиванием двумя плоскогубцами вокруг оправки
и легкими ударами деревянного или пластмассового молотка производится ее правка (рис. 145, а).
Правку круглой проволоки следует проводить очень осторожно, так как от ударов молотка на проволоке появляются вмятины. При правке ее необходимо поворачивать на плите для того, чтобы проволока правилась равномерно по окружности и длине. Правку фасонных заготовок, например заготовок для шинки кольца, производят также на рихтовочной плите.
Правка плоскогубцами. На практике этот метод используется очень часто. При скручивании заготовки, например квадратной проволоки, ее концы или грани недалеко от искривленного участка зажимаются плоскогубцами и вращением в обратном направлении производится правка (рис. 145, в).
Правка с помощью оправок и ригелей. Такая правка применяется для изделий типа кольца. Ювелир почти ежедневно пользуется круглыми ригелями, чтобы придавать шинкам правильную круглую форму. Так как нецелесообразно иметь для каждого диаметра шинки соответствующую цилиндрическую оправку, в большинстве случаев используются правильные оправки конической формы, которые объединяют в себе все размеры шинок, лежащие между наибольшим и наименьшим диаметрами данного ригеля. Кроме этих конических оправок с круглым сечением, ювелир должен иметь в своем распоряжении оправки с сечениями овальной и граненой формы одинаковых размеров. Различают оправочные ригели: круглые, овальные, квадратные, прямоугольные, шестиугольные; кольцевые: круглые, овальные, квадратные; оправки для браслетов: круглые, овальные. Конические рихтовочные оправки имеют преимущество перед цилиндрическими также и в том, что шинка во время рихтовки всегда плотно прилегает к оправке, так как в процессе правки ее постоянно смещают вверх по конусу. Для того чтобы шинка в процессе правки не приобретала конической формы, ее снимают с оправки и снова насаживают другой стороной.
30. ЛИСТОГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ
Гибка вручную. Гибку и правку тонких листов можно производить вручную. Ограничения, которые имели место при гибке проволоки, существуют и здесь, правда, в меньшей мере, причем необходимо принять во внимание, что сопротивление деформированию у листов больше, чем у проволоки, и поэтому здесь требуется приложение еще больших усилий.
Гибка щипцами. Щипцы, используемые при гибке проволоки, подходят и для гибки листов. Следует добавить, что зев щипцов всегда образует больший или меньший угол, и поэтому лист с параллельными сторонами невозможно захватить по всей длине губок. В этом случае применяются усовершенствованные щипцы с параллельным захватом губок. Однако работа с такими щип-
цами представляет некоторые трудности. Плоскогубцами можно гнуть такие листы, ширина которых соответствует длине губок. Круглогубцами с их коническими губками возможно равномерное закругление только таких металлических полос, ширина которых значительно меньше длины губок круглогубцев.
Гибка с применением вспомогательных средств. Вспомогательными средствами для листогибочных работ являются подкладки и плиты из различных материалов, обычно снабжаемые гибочным желобом и играющие роль матрицы гибочного штампа, а также оправки с различными поперечными сечениями, играющие роль
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image150.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 146. Гибка листа на различных опорных плитах: а —молотком на свинцовой подкладке; б — оправкой на свинцовой подкладке; в — оправкой на деревянном бруске; г — молотком на стальной форме; д — оправкой на стальной плите
пуансона штампа. Гибка полос и листов производится между оправкой, накладываемой сверху на заготовку, и стенками желоба подкладной плиты. Ниже рассмотрены практические приемы такой гибки.
Гибка на твердой опорной плите. Гибка листов вручную, так же как и щипцами, находит ограниченное применение. Для того чтобы согнуть листовую заготовку, часто прибегают к методам, которые используются при выколотке и чеканке.
Гибка молотком на свинцовой подкладке. Лист помещается на гладкий свинцовый брусок. Форма рабочей поверхности молотка выбирается в зависимости от требуемой формы изгиба заготовки. На рис. 146, а изображено получение желобка, выбиваемого в заготовке клиновидным бойком молотка. При этом не исключено, что на месте сгиба останутся следы инструмента. При работе на свинцовой подкладке ювелир должен следить за тем, чтобы на обратной стороне заготовки не оставалось следов свинца, так как при последующей термической обработке свинец сплавляется с основным
металлом, что приводит к появлению участков коррозии в виде углублений. При выполнении тонкого рисунка на металле в качестве давящего гибочного инструмента применяют чекан (пуансон) нужной формы.
Гибка оправкой на свинцовой подкладке. Предварительно стальной оправкой выбивают желобок в свинцовой подкладке, на которую помещают изгибаемую полосу. На нее над желобком укладывается другая оправка, диаметр которой несколько меньше диаметра оправки, с помощью которой был сделан желобок. Ударами молотка по оправке полоса вбивается в подготовленную выемку (рис. 146, б). При этом способе получается бодее глубокий и плавный изгиб, чем при гибке на плоской свинцовой плите. Гладкая стальная оправка не оставляет на листе следов от ударов молотка. Этот способ отличается от остальных тем, что при необходимости можно легко и быстро выбить в свинцовой подкладке желобок любой формы.
Гибка оправкой на деревянной подкладке. Этот способ гибки похож на предыдущий. Деревянный желоб имеет то преимущество, что он длительное время сохраняет свою форму. При этом способе материал оправки не имеет значения. Она может быть изготовлена из стали или дерева. Можно так же, как изображено на рис. 146, в, использовать в качестве оправки рукоятку молотка.
Гибка молотком на стальной форме. В этом случае обычно используется фасонная наковальня, имеющая форму куба, на гранях которого расположены канавки различных профилей и размеров. Так как эти канавки в противоположность желобкам на свинцовых или деревянных подкладках имеют острые ребра, то возникает опасность, что на согнутой полосе останутся отпечатки ребер.
Если необходимо согнуть длинную полосу в виде полукольца на стальной форме, как это обычно требуется при изготовлении шарниров, то ее можно вбивать в канавку только молотком с клиновидным бойком. Причем удары молотком следует наносить в средней части длины канавки (рис. 146, г). Заготовку при этом медленно продвигают для предотвращения появления на ней отпечатков острых ребер канавки. Оправки при этом методе гибки использовать нельзя.
Гибка оправкой на стальной плите. Такая гибка (рис. 146, д) бывает необходима, так как на профильной наковальне (форме) 174
могут подвергаться гибке только те листовые заготовки, которые по длине и ширине меньше размеров канавки (рис. 147).
Закатка краев и отбортовка. В качестве вспомогательных средств для выполнения этих операций служат стальные оправки различной формы (рис. 148).
Гибка под прямым углом. Проще всего можно согнуть лист под прямым углом, если его приложить к грани стального бруска и плоским бойком молотка произвести отбортовку (рис. 148, а). Однако толстые листы, так же как и толстую проволоку, невозможно согнуть до получения острого канта, так как заготовка всегда будет иметь на внешней стороне закругленное ребро. Поэтому, если необходимо сделать такой загиб, то на листе, как и на
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image152.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис 148. Отбортовка и закатка концов полосы: о — гибкой под прямым углом без закругления; б — гибкой под прямым углом с закруглением (по радиусу); в ~ полукруговой гибкой, г — круговой гибкой; д — гибкой под острым углом
проволоке, делают надрез. Место сгиба сначала подготавливается. Если речь идет об узкой листовой полосе, то можно нанести надрез ножевидным или трехгранным напильником. Более длинные полосы надрезают шпинштихелем. Можно также закрепить струбцинами по месту разреза линейку и по ней шабером надрезать лист до тех пор, пока он не будет прорезан на необходимую глубину. Надрезанный лист загибают так же, как проволоку. После гибки надрез, как правило, запаивается.
Гибка по радиусу. Процесс сходен с прямоугольной гибкой, только в этом случае необходима стальная опорная плита соответствующей формы (рис. 148, б), с закругленным ребром.
Полукруговая гибка. В этом случае лист вначале подгибается по определенному радиусу (рис. 148, в). После этого его загибают окончательно вокруг толстой стальной полосы, закругленной с одной стороны.
Круговая гибка (закатка). Полукруглый загиб можно довести до полного закругления конца полосы на оправке соответствующего диаметра (рис. 148, г). При этом лист отбивают вокруг оправки вначале плоским бойком молотка и затем, окончательно, клиновидным бойком.
Гибка под острым углом. В этом случае кромку листа сначала загибают под прямым углом и производят отжиг. Потом лист
загибают с помощью молотка на стальной плите с требуемым острым углом между гранями (рис. 148, д)
Правка листов. Правку тонких листов производят так же, как и правку проволоки. Если листовая полоса имеет волнообразную форму, как это показано на рис. 149, а, то ее укладывают на рих- товочную плиту и выправляют выпуклости легкими ударами мо лотка.
Если же листовая полоса искривлена «на ребро» так, как это показано на рис. 149, б (вид сверху), то ее также кладут на рихто-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image153.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 149. Правка листов: а — правка листа на рихтованной плите; б — правка односторонней проковкой; в — правка листа разгонкой металла
вочную плиту и производят оттяжку вогнутой стороны. Аналогично производится правка листа с вмятинами. Выпуклости и вмятины есть не что иное, как сильно растянутые участки листа. Перед правкой металл отжигают. Если необходимо устранить небольшие вмятины, то выравнивать их следует молотком на рихтовочной плите. При сильном короблении листа его простукивают спиралеобразно от периферии к середине вмятины, После повторного отжига весь лист и, прежде всего, рихтованная часть и вмятины снова простукиваются молотком (рис. 149, б). Если при прокатке валки оказывают большее давление на края заготовки, чем на ее середину, то лист по краям будет растянут больше. Это означает, что края получатся волнообразными. Для устранения этого дефекта правят лист таким же образом, но простукивают его от середины к краям заготовки.
Гибка шарниров. Если изготавливать шарниры без всяких предупредительных мер, то очень трудно обеспечить равномерный круглый загиб трубки шарнира и в то же время можно получить в местах сгиба дефекты в виде надломов и трещин. Одним из таких мероприятий является вставка металлических сердечников. Для серебряных и золотых сплавов с небольшим содержанием драгоценных металлов, как например сплавы 333/ооо Аи, при изготовлении шарниров используют вставные сердечники из малоуглеродистой стали. Если нет необходимости в промежуточном отжиге, то можно применить также сердечники из алюминия.
Для гибки шарниров из сплавов с высоким содержанием золота, таких как сплавы 585/О0о Аи и выше, в качестве материала 176
сердечника используют медь. Сердечник должен быть несколько длиннее, чем шарнир При изготовлении больших шарниров следует применять не сплошной сердечник, а полый, в виде трубки, так как он быстрее растворяется в кислоте. Листовую заготовку ударами молотка обстукивают вокруг сердечника до тех пор, пока края ее не будут находиться друг против друга. После этого трубку можно запаять, но эту операцию следует выполнять в последнюю очередь. Во всех случаях выступающий конец сердечника должен быть слегка припаян к шарниру, чтобы при волочении он не вытягивался из шарнира. Поверхность шарнира можно предохранить от повреждений при гибке плотно намотанной проволокой. Кроме того-, целесообразно покрыть губки используемых при гибке щипцов кожей.
Для вытравливания сердечника окончательно согнутую трубку помещают в кислоту. Медь растворяют в азотной кислоте, железо — в разбавленной серной, а алюминий —■ в соляной кислоте. После вытравливания сердечника для удаления кислоты шарнир следует промыть.в растворе едкого натра, а затем в воде.
Гибка с наполнением трубки песком. Способ, который часто находит применение в технике при гибке труб, можно с успехом использовать и при гибке трубок их благородных металлов. Этот метод имеет значительные преимущества, так как введение и удаление заполняющей массы в виде песка не представляют особых трудностей.
Готовую трубку заполняют мелкозернистым сухим песком после того, как конец ее сжат и запаян или загнут. При заполнении песком трубку слегка встряхивают или простукивают, чтобы песок в ней распределился равномерно. Плотная трамбовка здесь не нужна. Затем точно также заделывают и другой конец трубки. При гибке запаянный шов должен находиться с внутренней стороны. Если получен нужный изгиб, то трубку открывают и высыпают из нее песок. После этого ее-подвергают дальнейшей обработке в зависимосги от назначения.
ГЛАВА 11
РАЗРПЗАНИЕ И РАСПИЛИВАНИЕ
В основе работы листовых ножниц, лобзика или пилы используется принцип действия клина. Это принцип лежит также в основе работы таких режущих инструментов, как резец, сверло, напильник, абразивный круг и т. д. Так как у ножниц действие клина проявляется наглядно, то резку ножницами следует рассмотреть более подробно, чтобы определить общие закономерности действия клина, которые можно затем перенести и на другие инструменты.
ДЕЙСТВИЕ КЛИНА НА МЕТАЛЛ
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image154.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 150. Силы, действующие при работе клина:
Р — сипа удара; XV — расклинивающие силы
Основная форма клина. Примером работы клина может служить знакомое всем зубило (рис. 150). На структуру металла клин действует сначала как описанный выше клиновидный боек молотка. Под действием силы Р, приложенной к обуху 1 клина, он вдавливается своим лезвием в металл и раздвигает своими наклонными плоскостями (щеками) слои металла в стороны давлением расклинивающих сил К7. Чем глубже внедряется клин, тем больше возрастает сопротивление деформации кристаллитов и тем больше трение на щеках 2 клина. Вследствие того, что толщина заготовки из-за внедрения клина уменьшается, наступает момент, когда усилие на клине превышает предел прочности металла и последний разрушается. Этот процесс разрушения существенно зависит от угла заострения р, образованного щеками клина.
Большой угол заострения клина. При внедрении клина с большим углом при вершине происходит смещение значительных объемов металла. Сопротивление внедрению такого клина велико и поэтому при работе этим клином требуется большая затрата энергии. С другой стороны, инструмент с большим углом заострения клина оказывается более стойким и медленнее затупляется.
Малый угол заострения клина. В этом случае происходит смещение небольших слоев материала. При малой затрате энергии клин легко проникает в материал, однако острое лезвие легко выкрашивается, что приводит инструмент в негодность.
На рис. 151 представлен параллелограмм сил, из которого видно, как сила удара Р передается на щеки клина через составляющие И?! и И?г. При равенстве сил Р у клина с большим углом (М усилия на щеках сравнительно невелики, в то время как у клина с малым углом (р2) усилия на щеках довольно значительные.
Стружкообразование. Если направление движения клина перпендикулярно к поверхности заготовки, то металл деформируется симметрично. Этот процесс называется резкой или рубкой.
Если клин наклонен к поверхности заготовки, то в этом случае происходит снятие стружки и процесс называется обработкой со снятием стружки или обработкой резани ем. Клин при этом проникает под поверхность заготовки и снимает тонкий слой металла — стружку (рис. 152). При этом различают следующие углы режущего клина.
Задний угол а. Задняя щека клина, обращенная к поверхности заготовки, не должна вызывать ненужное трение, а также не должна скользить по поверхности материала. Она должна составлять с поверхностью резания определенный угол а, называемый задним углом резания.
Угол заострения р. Это угол, образованный щеками клина.
Передний угол у. Это угол между нормалью к обработанной поверхности заготовки и передней щекой клина, снимающей стружку. Чем больше этот угол, тем легче снимается стружка.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image155.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 151. Распределение сил при узкомРис. 152. Срезание струж-
и широком клиньяхки клиновидным резцом
Угол резания 6. Этот угол определяется плоскостью резания и передней щекой клина. Чем меньше 6, тем длиннее снятие стружки, тем больше срезающее действие инструмента и тем
быстрее изнашивается режущая кромка. Если б больше 90°, то передний угол у становится отрицательным и в этом случае вместо среза получают шаберный съем металла с короткой крошащейся стружкой.
Соотношение углов. При положительном переднем угле имеем: задний угол + угол заострения + передний угол = 90°
а + р + у = 90°.
При отрицательном переднем угле получаем:
задний угол + угол заострения — передний угол = 90°:
а + р — у = 90°.
Угол резания можно определить следующим образом: задний угол + угол заострения = углу резания:
а + р = 6.
РЕЗКА МЕТАЛЛА
В каждом случае ювелир должен решить, какой способ резки является наиболее приемлемым в данных условиях. При резании ножницами исключаются безвозвратные потери драгоценных металлов, и, кроме того, этот процесс более производителен, чем распиливание. Однако иногда форма и толщина заготовки ограничивают возможности применения ножниц.
Процесс резания. Режущие кромки ножниц действуют как клинья, которые, перемещаясь друг относительно друга, разрезают металл (рис. 153). Из-за большой нагрузки угол заострения должен составлять 75—85°. Для устранения ненужного трения между щеками они изготовляются с задним углом "а от 2 до 3°. Кроме того, между щеками должен быть определенный зазор, который регулируется гайкой на оси ножниц.

INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image157.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 153. Положение режущих кромок листовых ножниц в начале резки
Если щеки ножниц слишком плотно прилегают друг к другу, то они сильно изнашиваются, и, кроме того, приходится применять большие усилия при резке. Если же расстояние между ними слишком большое, то изделие подвергается смятию, а на поверхности реза появляются заусенцы. На рис 154 показаны ручные ножницы для резки металла. Вокруг неподвижной оси вращаются режущие щеки / и ручки 2. Чем длиннее ручки поотно-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image158.jpeg" \* MERGEFORMATINET
е
Рис. 154. Простейшие ручные листовые ножницы:
Р— силы резания. — выталкивающая сила; р — угол раскрытия ножниц
шению к длине режущих лезвий, тем больше сила резания Наиболее благоприятное передаточное отношение достигается гем, что заготовка насколько возможно глубоко помещается в зев ножниц, т. е. как можно ближе к центру вращения. Однако при сжатии материала режущими кромками силами Р только часть приложенного усилия будет расходоваться на разделение металла, так как одновременно заготовка будет выталкиваться из зева ножниц силой Р. Процесс резания может происходить только лишь в том случае, если трение между щеками и заготовкой доста точно велико для того, чтобы прочно удерживать материал и в то же время надрезать его, поэтому нельзя помещать заготовку слишком близко к центру вращения. Процесс резания можно начинать только при раскрытии режущих кромок на угол около 30“. Чистый, аккуратный рез получае1СЯ при углах, близких к 15°.
Под действием силы резания в металле сначала происходит пластическая деформация. Если усилие достаточно, чтобы преодолеть прочность отдельных кристаллитов, то режущие кромки врезаются в заготовку и при этом деформируют пластически соседние кристаллиты. Когда их прочность также преодолена, режущий инструмент внедряется дальше.
Предел прочности материала на срез ас„ несколько меньше,
4
чем предел прочности при растяжении аи, а именно аср = -у а„.
Рассмотрим два примера на определение усилия разрезания золотых пластинок различной пробы.
Пример 1. Какое усилие необходимо для разрезания тонкой пластинки из чистого золота толщиной / = 2 мм и шириной В = 12 мм, имеющего ав = 18 кгс/мм2?
аср = ав = 4,5 ■ 18 = 14,4 кгс/мм2.
Площадь среза: Рср = В1 = 12-2 = 24 мм2. Усилие разрезания: Р = осрРср = 14,4-24 = 346 кгс.
Пример 2. Какое усилие необходимо для разрезания пластинки той же величины из сплава золота 333 пробы, имеющего ав = 58 кгс'мм2?
аср = 4 5-58 =
= 46,4 кгс/мм2.
Усилие разрезания:
Р = асрРср = 46,4-24 =
= 1113,6 кгс.
Из этих примеров легко можно видеть, как велика нагрузка, которой подвергаются листовые ножницы, и какое большое различие в прочности может бытьРис. [55 резка фигурными ножницами
между отдельными металлами.
Виды листовых ножниц. К основным видам листовых ножниц относятся ручные, рычажные и гильотинные.
Ручные листовые ножницы. Такие ножницы изготавливаются из высококачественной стали. Ручки в противоположность канцелярским ножницам загнуты внутрь, для того чтобы полнее использовать усилие всей кисти руки. Толщина разрезаемых листов зависит от длины ручки. Некоторые листовые ножницы имеют в начале зева вырез, применяемый в качестве кусачек для резки проволоки. Высокие, плоские щеки ножниц значительно ограничивают область их применения, так как ими можно осуществлять только прямой рез или резать листы с небольшой кривизной.
Поэтому как особая форма ножниц появились фигурные ножницы. Режущие щеки не так высоки, как у обычных ножниц, а переход к ручкам так закруглен, что разрезанные части листа легко отводятся в сторону (рис. 155).
Рычажные ножницы. Нижний нож жестко закреплен на станине. Верхний нож имеет ось вращения, расположенную в при
ливе станины, и соединен с рычагом (рис. 156). Такими ножницами можно резать листы толщиной до 4 мм.
Гильотинные ножницы. Для разрезания листов больших размеров лучше всего подходят гильотинные ножницы (рис. 157), нижний нож которых укреплен на столе. Подвижный верхний нож закреплен на ползуне наклонно к нижнему или горизонтально.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image160.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис 156. Рычажные ножницы для резки листов и профилей (длина ножей 110 мм, общая высота 1200 мм)
Он движется поступательно с помощью шатунов и эксцентриков, приводимых в действие электродвигателем. Усилие изображенных на рис. 157 ножниц достаточно, чтобы разрезать листы толщиной 2 мм и длиной 1000 мм. Так как дож действует одновременно на всю длину листа, то обрабатываемая поверхность реза почти не деформируется. Производительность их — 120 резов в минуту.
Резка ножницами. Для освоения процесса резки ножницами не нужны подробные объяснения, а просто необходима тренировка. Наиболее целесообразными для новичка являются упражнения в резке ручными листовыми ножницами папиросной бумаги на узкие полоски. Если это удается, то и резка металлических листов не будет представлять для него больших трудностей. Важно, чтобы режущие кромки ножниц достаточно плотно прижимались друг к другу, чтобы не появлялись нежелательные заусенцы. Сначала разрезают небольшой участок и затем продвигают ножницы дальше, иначе рез будет иметь уступы. Ни в коем случае нельзя сжимать ножницы до полного их смыкания, так как в этом случае лист у концов режущих ножей деформируется.
РАСПИЛИВАНИЕ МЕТАЛЛА
Несмотря на то, что при резке пилой получаются отходы металла в виде опилок и процесс длится дольше, чем при резке ножницами, преимущество распиливания заключается в том, что обрабатываемая заготовка может быть любых формы и толщины.
Процесс распиливания. Расположенные друг за другом клиновидные зубья режущего полотна вырывают при каждом ходе пилы небольшие частички металла и прочно удерживают их во впадинах до тех пор, пока они не выйдут из металла (рис. 158).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image161.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 157. Листовые пресс-ножницы со столом (длина ножей 1000 мм, общая высота 1150 мм)
Таким образом, при каждом ходе пила продвигается вперед, причем каждый зуб действует как режущий клин, снимающий стружку. Форма и размер зубьев пилы определяются видом заготовки и свойствами материала. Для твердых материалов необходимо иметь
большой угол заострения клина, чтобы зубья не разрушались. В таких случаях угол Р увеличивают до такой степени, что передний угол у составляет 0°. Однако при этом уменьшается простран-
Если подобной пилой резать
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image162.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 158. Действие зубьев пилы
ство для стружек между зубьями мягкий материал, у которого при каждом ходе пилы снимается много стружки, то может случиться, что пространство для стружки будет недостаточно и пилу заклинит, так как стружка застрянет между зубьями. Тонкие листы и трубы следует резать пилой с мелким зубом,
гак как крупные зубья пилы застревают в тонкой заготовке, она деформируется и рез получается неровный. Хороших результатов достигают, если соблюдают следующие соотношения углов на зубьях пилы: задний угол а = 40д-20"; передний угол у = 5-И) ; угол заострения Р = 65-н50°; угол резания о = 90ч-8о .
Лобзик. У ювелиров этот вид инструмента находит частое применение. В зависимости о у, характера работы высота скобы
станка лобзика составляет от 6 до 20 см. Расстояние между державками полотна в большинстве случаев регулируется с таким расчетом, чтобы можно было использовать и сломанные полотна
лобзика. Полотно крепится к обоим концам скобы в зажимных губках с помощью барашковых гаек или эксцентриков. Полотно лобзика изготавливается из легированной стали, содержащей 1,2% С, 1,2— 2% XV. Полотна лобзиков подразделяются исходя из величины зубьев но номерам, а именно: № 10 — полотно с самым крупным зубом, № 10/0— с самым мелким.
Подготовка к распиливанию. Полотно лобзика устанавливается в станке так, чтобы зубья были направлены вниз. Сначала конец полотна зажимают в верхних губках, а затем, слегка сжимая скобу станка в продольном направлении, закрепляют другой конец полотна в нижних губках (рис. 159). Заготовка крепится в тисках или придерживается руками. На нее чертилкой наносят четкий рисунок.
Можно нанести рисуно' карандашом, а затем покрыть его цапоновым лаком для того, чтобы карандаш не стерся.
Работа лобзиком. Резка лобзиком производится за счет возвратно-поступательного движения станка с полотном. Рабочий ход— вниз — производится с натяжением полотна и сопре- деленным нажимом; холостой ход — вверх — без нажима. Если поверхность реза должна быть вертикальной, то нельзя перекашивать полотно (рис. 160). Прутки и трубы сначала надрезают по окружности и только после этого разрезают, в противном случае полотно может сломаться. При заклинивании полотна освобождать его следует очень осторожно. Полотно отводится назад только при возвратно- поступательном движении лобзика; таким же образом оно подводится и к месту реза. Для выпиливания большого отверстия или орнамента в заготовке просверливают отверстие, просовывают в него полотно, закрепляют его в державке и производят резку.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image165.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 161. Браслет, выпиленный лобзиком
Для контроля движения лобзика заготовку необходимо время от времени очищать от стружки мягкой щеткой. На рис. 161 показан браслет, изготовленный с помощью лобзика.
ГЛАВА 12 ОПИЛИВАНИЕ
КОНСТРУКЦИЯ И ДЕЙСТВИЕ НАПИЛЬНИКА
Напильник является одним из важнейших инструментов ювелира. В конструктивном отношении он представляет собой стальную полосу, на которую нанесена насечка. На хвостовик напильника насаживается деревянная рукоятка (рис. 162). У надфилей деревянная рукоятка отсутствует. Ее заменяет удлиненный кованый хвостовик цилиндрической формы Материалом для изготовления напильников служат высокоуглеродистые или легированные хромом инструментальные стали. Заготовку напильника отжигают и шлифуют. Затем на специальном насечном станке делают насечку и далее напильник подвергают закалке и отпуску. Иногда ювелиры используют напильники с крупной насечкой — для грубой обработки и обдирки.
Для обработки мягких материалов (цинка, свинца) используются напильники с одинарной насечкой, так как стружка в этом случае хорошо отводится в сторону и напильник не «засоряется». Для ювелирных работ необходимы напильники с двойной насечкой: нижней и верхней. При пересечении насечек образуются зубья напильника:
Наилучшую форму зубьев получают в том случае, если нижняя • насечка располагается под углом 71°, а верхняя — под углом 54а к оси напильников.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image166.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 162. Основная форма напильника:
1 — полотно; 2 и— хвостовик; 3 — {укоятка; Ь — длина полотна напильника
Форма каждого зуба напильника образована насеченным углублением и острым выдавленным ребром (рис. 163), поэтому зуб напильника по его действию соответствует режущему клину с отрицательным передним углом, который скорее скоблит, чем срезает частицы металла. Для уменьшения износа зубьев необходимо, чтобы угол заострения составлял около 70°. В итоге получаются примерно следующие значения углов: задний угол <а — 36°, угол заострения р = 70°, передний угол у = —16°, угол резания 6 = 106°.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image167.jpeg" \* MERGEFORMATINET
По механизму действия на металл зубья напильника напоминают зубья пилы. При перемещении напильника вперед зубьев срезают частицы металла, собирают их в промежутке между зубьями и, как только частицы попадают за край материала, они удаляются. Соотношение между размерами снимаемых частиц металла и величиной промежутков между зубьями должно быть таким, чтобы срезанный металл без остатка мог поместиться в этих промежутках, в противном случае срезанная стружка образует на обработанной поверхности риски. Поэтому для грубых напильников необходимо большое расстояние между зубьями.
ВИДЫ НАПИЛЬНИКОВ И УХОД ЗА НИМИ
Напильники различают по частоте насечки, профилю сечения и длине.
Частота насечки. Частоту насечки обозначают номером. Чем мельче насечка, тем выше номер: 0 — самая крупная насечка,насечка № 5 — самая мелкая. Эти цифры не являются какими-то точными характеристиками; они связаны и с длиной напильника Ь. Насечка № 1 у напильника длиной 40 см будет крупнее, чем у напильника длиной 20 см.
Для того чтобы закрепить напильник в рукоятке, в последней просверливают отверстие на необходимую глубину (рис. 164). Хвостовик вставляют в отверстие рукоятки и, удерживая напильник за полотно, несколько раз ударяют рукояткой о твердое основание. Ни в коем случае нельзя при этом держать рукоятку, так как хвостовик может расколоть ее и поранить руку. Во время работы также можно получить травму руки, если ручка напильника держится непрочно.
Хранить напильники лучше всего в специальных гнездах на рабочем месте в подвешенном состоянии. Державка ДЛя напильников представляет собой доску с небольшими углублениями, в которые напильники подвешиваются за ручку. Надфили хранят в небольших ящиках. На рабочем столе ювелира должны находиться те напильники, которые необходимы ему для работы.
Ни в коем случае не следует хранить напильники в ящиках вместе с другими инструментами, так как напильники могут быть повреждены более твердыми инструментами Рис- 164- Крепление или сами могут повредить другие инстру- напилЫ1Ика в рукоятке менты. Ювелир должен помнить, что напильник не приспособлен ни для ■ открывания ящиков, ни как палка для размешивания; он должен использоваться только по назначению. В процессе работы насечка напильника забивается стружкой и грязью. При этом эффективность опиловки заметно снижается. Поэтому время от времени его промывают бензином и очищают металлической щеткой.
36. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВОКПРИ ОПИЛОВКЕ
Основными приспособлениями для крепления заготовок при опиловке являются тиски. Для особенно больших и тяжелых заготовок применяются стальные кованые стуловые (цанговые) тиски, хотя чаще они используются для зажима заготовок и вспомогательных средств при обработке деталей пластическим деформированием.
Параллельные тиски. Эти тиски (рис. 165) больше подходят для зажима заготовки при опиловке, так как они обеспечивают надежное ее крепление. Изготавливают их нз чугуна или
стали. Недостатком таких тисков является ограниченная глубина
зажима.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image169.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 165. Параллельные тиски
При работе с мягкими материалами на губки тисков надеваются защитные вставки, представляющие собой уголки, изготовленные
из свинца, меди, алюминия или латуни. На рис. 166 показано опиливание заготовки, закрепленной в губках параллельных тисков, снабженных предохранительными вставками.
Зажимные цанги. Так как ювелир обрабатывает, как правило, небольшие заготовки, то он предпочитает пользоваться ыалогаба-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image170.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 167. Заострение конца круглой проволоки в ручных тисках с деревянными Губками
Рис. 106. Опиливание напильником
ритными зажимными приспособлениями, например зажимными цангами. В них заготовка закрепляется так же, как и в обычных тисках, т. е. между губками цанги.
Ручные тиски с деревянными губками, су™ тиски (рис. 167) имеют то же назначение, что и зажимные цанги, но в отличие от последних губки тисков сводятся винтом с барашковой гайкой,
В то время как зажимные цанги используются преимущественно для зажима листовых деталей, в этих тисках особенно удобно крепить проволоку, так как надрез, имеющийся в деревянных губках, обеспечивает прочный зажим и не деформирует ее
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image171.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 168. Опиливание надфилем. Заготовка крепится в киттштоке
Киттшток Представляет собой деревянный стержень, на шероховатую поверхность головки которого нанесена мастика. Подогретая заготовка вдавливается в мастику. При застывании мастики заготовка прочно удерживается в ней. Форма и размеры киттштока определяются особенностями заготовки. Для небольших заготовок в качестве стержня подходит обычный карандаш. На рис. 168 покачано опиливание надфилем заготовки, укрепленной в киттштоке.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ОПИЛИВАНИЯ
Общие сведения. Перед опиливанием необходимо убедиться в том, что заготовка не содержит остатков припоя и флюса или каких-либо других твердых материалов. Частицы этих примесей могут иметь твердость по Моосу до 7,5, т. е. быть тверже стали, и при опиливании будут не только глубоко царапать поверхность, но и быстро изнашивать зубья напильника.
При закреплении заготовки в зажимных устройствах необходимо соблюдать следующие правила:
заготовка не должна выступать из зажимных губок дальше, чем это необходимо, иначе она будет пружинить;
если заготовка едва выступает над губками тисков, то напильник может повредить их губки;
заготовку следует по возможности закреплять в середине губок тисков.
Обработку заготовки следует начинать грубым напильником и после достижения определенного размера продолжать опиловку напильником с более мелкой насечкой. Напильник нужно перемещать вперед с равномерным нажимом и совершенно свободно отводить назад Поверхность получается особенно гладкой в том случае, если личной напильник покрыть мелом. Мелкие опилки, попадая в мел, удерживаются в нем и тем самым предохраняют опиливаемую поверхность от царапин. Для удаления стружки обрабатываемую поверхность очищают время от времени мягкой щеткой.
Размеры напильника и шаг насечки должны соответствовать размерам заготовки. Золотую серьгу так же невозможнообрабатывать ручным напильником, как и большой латунный диск надфилем. Форма напильника должна соответствовать форме заготовки. Плоским напильником невозможно обработать круглое отверстие, а круглым напильником нельзя опиливать плоские поверхности.
Опиливание ровной поверхности. Поверхность можно сделать совершенно гладкой и чисто обработанной лишь в том случае, если заготовка будет прочно закреплена. Движение напильника должно происходить в одной плоскости с поверхностью заготовки. Необходимо обращать внимание и на то, чтобы напильник при работе не отклонялся вниз, переходя за край заготовки, так как ребра заготовки при этом скругляются, и поверхность ее получается не плоской, а выпуклой. Для того чтобы избежать появления глубоких царапин и выпуклости, необходимо опиливать поверхность перекрестным штрихом, т. е. меняя направление движения напильника на 90°.
Опиливание криволинейной поверхности. Если заготовка зажата в тисках, то напильник следует направлять таким образом, чтобы его движения отвечали кривизне (выпуклости). При обработке небольших предметов на фи нагеле (опиловочном столике) опиливание по кривой производят соответствующим перемещением предмета по насечке напильника.
Опиливание цилиндрической поверхности. Когда хотят получить цапфу круглого сечения, то сначала соответствующую часть заготовки опиливают на квадратное сечение, затем на шестигранное и, наконец, предварительной опиловкой закругляют цапфу, опиливая углы. Затем в тисках зажимают деревянный брусок с желобком посередине.
Опиливаемую цапфу помещают в этот желобок и приступают к окончательной опиловке (рис. 169).
Равномерное скругление поверхности в процессе опиливания достигается непрерывным поворачиванием цапфы.
При обработке миниатюрного предмета, например конца булавки, который должен быть заострен, зажимают его в ручных тисочках. В финагеле выпиливается канавка, в которую помещается опиливаемое острие булавки. В канавке она вращается так же, как и цапфа, опиливаемая на деревянном бруске. Конец булавки постепенно утоняется опиловкой до получения требуемого заострения.
ГЛАВА 13
СВЕРЛЕНИЕ И ФРЕЗЕРОВАНИЕ
ВИДЫ ДРЕЛЕЙ И ПРОЦЕСС СВЕРЛЕНИЯ
С древних времен дрель (рис. 170) служила в качестве вспомогательного инструмента ювелира. Работа с ней требует определенного навыка: необходимо поднимать и опускать перекладину
Рис. 170. Сверление дрельюРис. 171. Борнашинка
Дрели в определенном ритме для того, чтобы вал со сверлом вращался непрерывно. На современных ювелирных предприятиях Над рабочим столом ювелира обычно монтируется подвесная электродрель (бормашинка). Она снабжена электромотором мощностью около 80 Вт с охлаждающим вентилятором (рис. 171). Под верстаком ювелира расположен пусковой реостат с педалью, с помощью которого регулируется число оборотов вала от 0 до 8000 об/мин. Движение от электромотора к инструменту передается через стальной сердечник гибкого вала диаметром 4 мм, на конце которого укреплена державка. Сверла, фрезы и абразивные инструменты зажимаются в трехкулачковом патроне Державки.
Процесс сверления. Сверлением получают в заготовке углубления или отверстия цилиндрической формы. При необходимости форма углубления или отверстия может изменяться последующим фрезерованием, опиливанием, распиливанием и т. п. операциями.
Р о а)
(II
Принцип действия сверла можно проследить на примере левого сверла (рис. 172, а). На передней рабочей части
инструмента расположены р е - ж у щ и е кромки. Две резцеподобные режущие кромки, действующие по принципу клина, расположены наклонно друг к другу и, встречаясь, образуют угол при вершине ф, имеющий величину от ПО до 120“. Режущие кромки заточены так, что угол заострения клина (5 = 51“. Наклонное положение режущих кромок дает сверлу необходимое направление и об-
В)
и
Рис. 172. Виды сверл:легчает внедрение его в материал.
а — перовое сверло; б — сверло На инструмент действуют одно-
* ИреТ^ цйтрПоИвРс^сверлоСВерЛО:вРеменно силы резания, направ-
ууленные по нормали к режущим
кромкам, и усилие подачи, действующее по оси сверла. Силы резания преодолевают сопротивление металла отрыву; усилие подачи дает возможность режущим кромкам проникать глубже в материал.
ВИДЫ СВЕРЛ
Перовое сверло. Острые режущие кромки находятся на расширенном конце головки свер-ла (рис. 172, а). При использовании перового сверла в сверлильном станке или бормашинке режущие кромки его должны быть расположены противоположно друг другу. При использовании его в дрели с горизонтальной перекладиной обе режущие кромки должны быть заточены с обеих сторон, чтобы они могли работать попеременно при вращении сверла в одну и другую сторону. Если бы стали работать дрелью со сверлом, заточенным для станочной работы, то при вращении слева направо резали бы обе режущие кромки; а при вращении справа налево сверления бы не происходило и отверстие получилось бы овальным. К преимуществам перового сверла относятся простота конструкции и доступность его изготовления собственными силами. Кроме того, оно довольно устойчиво к продольному изгибу и не заклинивается даже в том случае, если идет с некоторым перекосом, что особенно важно при сверлении дрелью. К недостаткам перовых сверл относятся: малая скорость резания, отсутствие направляющих элементов, плохой отвод стружки и уменьшение их диаметра при переточке.
Хотя перовые сверла редко применяются на заводах, на ювелирных предприятиях они еще широко используются.
а)В)6)г)
к г 1 Г Л.
|| ' 1
I \ 1
1 1 Рис. 173. Переходы изготовления перового сверла для дрели: а — опиленный конец круглой заготовки; б — головка сверла после ковки; в — готовое сверло; г — перовое сверло, изготовленное из стальной спицы
Сверло «Эйрека». Это сверло (рис. 172, б) представляет собой модификацию перового сверла. Режущие кромки его такие же, как и у перового сверла, и поэтому заточка его не представляет сложности. По всей длине сверло имеет одинаковый размер и параллельные стенки. После многочисленных переточек диаметр сверла не изменяется. Отвод стружки производится через специально выфрезерованную канавку, которая идет вертикально от острия вверх. Это сверло объединяет в себе все преимущества, которые требуются для ювелирных работ: надежное направление, высокую прочность и хороший отвод стружки даже при самых небольших размерах.
Спиральное сверло. Это сверло (рис. 172, в) имеет большие преимущества, если им работать на стационарном сверлильном станке. Но так как ювелир чаще всего работает на бормашинке с гибким валом и ручной державкой, то использование спирального сверла ограничено. Оно легко ломается при перекосах, так как имеет тонкий сердечник между спиральными канавками и очень туго входит в отверстие. Преимущества спирального сверла — его высокая скорость резания и хороший отвод стружки — не могут быть полностью использованы при ювелирных работах.
Центровое (жемчужное) сверло. Обе главные режущие кромки этого сверла (рис. 172, г) расположены противоположно друг к другу и в отличие от перового сверла находятся в одной горизонтальной плоскости, перпендикулярной к оси сверла. Между этими обеими режущими кромками имеется направляющее острие, которое центрирует сверло и снижает его заглубление. Это сверло применяют как цековку только при изготовлении цилиндрических углублений с плоским дном, которые часто бывают нужны ювелиру для закрепления в оправах непрозрачных камней или жемчуга.
Изготовление перового сверла. При изготовлении такого сверла собственными силами берут круглый пруток из инструментальной стали, диаметр которого примерно соответствует диаметру стержня сверла, отжигают его с одного конца на участке, равном по длине рабочей части сверла. «Шейку» опиливают так, как это показано на рис. 173, а. Головку оставляют несколько более толстой, чтобы затем ее можно было отковать плоской (рис. 173, б) для получения режущих кромок необходимой ширины. Послековки производят опиловку режущих кромок и «талии» сверла (рис 173. в). Подготовленное таким образом сверло, отрезают от исходного прутка. Затем следует убедиться в том, что оно не искривлено н не бьет при вращении Далее сверло отжигают и закаливают в воде. Если сверло после закалки получится слишком твердым и хрупким, то его след\ет подвергнуть отпуску до получения соломенно-желтого цвета.
Окончательно обработанные режущие кромки загачиваются на шлифовальном круге. Во время изготовления нужно точно знать, где будет работать сверло: в дрели или на сверлильном станке, потому что от этого зависит характер заточки режущих кромок Для отверстий малых диаметров сверло можно легко изготовить из обычной иглы или вязальной спицы, запилив слегка плоско ее конец для образования режущей части (рис. 173. г).
СВЕРЛЕНИЕ БОРМАШИНКОЙ
Перед сверлением обрабатываемую деталь устанавливают на подвижном столике и подводят ее к инструменту.
Сверло вставляют в трехкулачковый или цанговый патрон державки и прочно затягивают от руки его гайку. На обрабатываемой детали керном намечают центр отверстия. Для этой операции лучше применять автоматический керн, который приводится в действие одной рукой. В качестве подкладки для просверливаемой детали обычно используется маленькая дощечка Ни в коем случае нельзя сверлить прямо на финагеле или на металлической подкладке, так как сверло, проходя через деталь, будет просверливать в них глухие отверстия, забиваемые стружками благородного металла, что приведет к ненужным потерям ценных отходов Перед сверлением инструмент погружается в сосуд с маслом. Этим предохраняют сверло от нагревания, и, кроме того, отверстие получается более гладким Сверло устанавливают вертикально или, если требуется, наклонно на отмеченное керном место (рис. 174). Вначале посредством нажима на педаль пускового реостата ему дают небольшую скорость вращения, а затем увеличивают ее. Одновременно подают сверло, нажимая им на деталь, в направле-
нпи сверления. Подача ни в коем случае не должна быть чрезмерно большой. Это приводит к поломке сверла. Скорость резания и подача должны быть согласованы-
Возможные дефекты при сверлении, их причины и меры предупреждения приведены в табл. 17.
Таблица 17
Возможные дефекты при сверлении
Вид дефекта Причина появления Способы устранения
Слишком большое от- Односторонняя за- Правильно заточить
верстие, поломка сверла точка сверла режущие кромки
Сверло работает только при малых оборотах и подаче или совсем не сверлит Затупление сверла Заточить сверло заново
Отверстие имеет грубо- обработанную поверхность; сверло ломается Угол <р слишком мал Правильно заново заточить сверло, увеличив угол
Сверло уводится в сто- Угол ср слишком ве- Правильно заново за-
рону, провертывается или работает слишком медленно ЛИК точить сверло, уменьшив угол <р
Сверло не вращается Слабый зажим сверла в патроне Следует крепче зажать сверло в патроне или применить патрон под меньший диаметр сверла
Отверстие не круглое Неправильное направление сверла Направлять сверло уверенней
Сверло ломается или быстро становится тупым Большая подача Уменьшить подачу
Сверло нагревается, Большое число обо- Уменьшить число
быстро становится тупым и ломается ротов оборотов
То же Недостаточная смазка Дополнительно смазать сверло маслом
Если приходится работать перовым сверлом, то при сверлении глубоких отверстий нужно много раз выводить его из отверстия, так как вследствие плохого отвода стружки сверло часто заклинивается. При работе спиральным сверлом следует обращать внимание на то, чтобы канавка для стружки достаточно выступала из детали, обеспечивая отвод стружки, в противном случае и спираль ное сверло может заклиниться Стружки, остающиеся на поверхности обрабатываемой детали, время от времени удаляют мягкой кисточкой.
ФРЕЗЕРОВАНИЕ
Этот вид обработки металлов появился сравнительно недавно, с развитием электропривода металлорежущих станков. Фрезерованием можно обрабатывать плоские или выпуклые поверхности в зависимости от формы фрезы, т. е. такие поверхности, которые невозможно или затруднительно опиливать напильником. Прежде их с большим трудом обрабатывали штихелями, шаберами и тому подобными инструментами.
Процесс фрезерования. Фрезерование обычно объединяют вместе со сверлением потому, что при обоих видах обработки ювелиром для вращения инструмента используется электропривод с гибким валом. Однако действие фрезы на металл скорее напоминает работу напильника с одинарной насечкой, чем сверла.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image177.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 176. Виды фрез: а — коническая; 6 — цилиндрическая торцовая; в — комбинированная остроконечно-цилиндрическая; г — шаровая; д — полостная сферическая; е — фасонная
Зубья, или, резцы, фрезы располагаются по периферии инструмента, имеющего цилиндрическую, сферическую или коническую форму. Когда фреза вращается вокруг своей оси, то каждый зуб ее действует как клин, снимающий стружку. Срезанный металл в виде стружки отбрасывается в сторону, как это показано на рис. 175. При фрезеровании так же, как и при сверлении, помимо
вращения инструмента, необходимо осуществлять и подачу его. Если фреза закреплена неподвижно на вращающейся оси, то заготовка должна совершать движение подачи навстречу вращению фрезы, и, наоборот, если заготовка закреплена неподвижно, то фрезу перемещают в направлении обработки поверхности. На рис. 175 можно заметить основной недостаток обработки фрезой с прямыми зубьями. Обрабатываемая поверхность остается слегка волнистой, так как фреза на небольшом участке заготовки сколькозит по поверхности последней, пока зубья не захватят металл. С увеличением количества зубьев и уменьшением глубины резания этот недостаток проявляется сильнее. Применение фрез со спиральным зубом делает процесс фрезерования равномерном и устраняет указанный недостаток.
Виды фрез. Из множества фрез, применяемых на практике, следует остановиться лишь на типах, наиболее часто применяемых в ювелирном деле.
Коническая фреза Рабочая поверхность этой фрезы (рис. 176, о) выполнена в виде конуса с большим или меньшим углом при вершине. С ее помощью можно, например, производить зенковку отверстий.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image178.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 177. Фрезерование плоской поверхности с помощью бормашинки
Цилиндрическая торцовая фреза. Головка фрезы цилиндрической формы (рис. 176, б) имеет зубья как на торце, так и на цилиндрической поверхности. Она применяется для расфрезеровывания просверленных отверстий, которым надо придать овальную форму, а также в случае чистового фрезерования углублении для круглых камней.
Комбинированная фреза. Эта фреза (рис. 176, в) представляет собой комбинацию конической и цилиндрической фрез. Она применяется для обработки отверстий под круглые граненые камни.
Шаровая фреза. Как говорит само название, форма головки фрезы шаровая (рис. 176, г). Этой фрезой обрабатывают чашевидные полости. Фреза имеет глухое отверстие, куда может входить крепежный штифт для жемчуга. Тогда поверхность чашечки можно зачищать вокруг припаянного штифта
Полостная фреза. Во фрезерной головке такой фрезы выполнена полость в виде полусферы (рис. 176, д). Это дает возможность чисто обработать полукруглые головки заклепок.
Специальные фрезы. Наряду с наиболее распространенными типами стандартных фрез, появилось большое количество специальных фасонных фрез (рис. 176, е), которые дают возможность осуществить требуемую обработку труднодоступных поверхностей.
Приемы работы фрезами. Так же, как и сверло, фреза закрепляется своим хвостовиком в зеве патрона державки подвесной бормашинки с гибким валом. Приемы работы при фрезеровании примерно такие же, как и при сверлении. В процессе фрезерования для получения высокой чистоты обрабатываемой поверхности, следует давать большое число оборотов и малую подачу. Если подача будет слишком большой, то фреза застревает и обрабатываемая поверхность получается волнистой. Фрезерование плоской поверхности производится плавным поступательным движением головки фрезы вдоль заготовки так, как это показано на рис. 177.
Многие трудоемкие операции, которые раньше производились вручную с помощью надфилей и канавочных напильников, в настоящее время с развитием техники фрезерования выполняются быстро и качественно специальными фрезами. Современный ювелир должен полностью использовать те преимущества, которые дает фрезерование.
ГЛАВА 14ГРАВИРОВАНИЕ
42. ШТИХЕЛИ
Принцип работы штихеля. Форма режущей части штихеля ‘является наиболее типичной формой клина, снимающего стружку, и все, что было сказано выше о действии клина, полностью относится и к штихелю. Нажимом руки его перемещают по изделию. Лезвие штихеля врезается при этом в металл и оставляет в нем бороздку равномерной глубины. Металлическая стружка отводится в сторону. Прямая нижняя грань штихеля на переднем конце слегка изогнута для того, чтобы инструмент можно было держать под достаточно большим углом к поверхности. В противном случае штихель будет глубоко врезаться в металл и действовать как разрезающий клин. Если штихель имеет малый угол заточки или при работе удерживается слишком полого, то он не снимает стружку, а лишь скользит по металлу.
Постоянная работа со штихелем вырабатывает чувство правильного наклонного положения его при работе, что дает возможность получать оптимальную глубину резания.
Хороший штихель должен отвечать следующим требованиям: он должен быть изготовлен из высококачественного материала и правильно заточен, кроме того, он должен надежно и безопасно удерживаться в руке.
Штихели обычно изготавливают из высококачественной, мелкозернистой инструментальной стали. Для обработки твердых материалов следует применять штихели из быстрорежущей стали или с напаянными твердосплавными пластинами.
Виды штихелей и их изготовление. Различают следующие основные типы штихелей.
Остроконечные штихели. Такие штихели бывают:узкие
(рис. 178, а) и широкие (рис. 178, б). Бокоше грани этих штихелей слегка выпуклые, в то время как спинка в большинстве случаев плоская. Ширина спинки может составлять 1—4 мм, что дает возможность изменить угол резания между боковыми гранями. Остроконечным штихелем пользуются при написании шрифтов, так как благодаря регулированию глубины реза появляется возможность изменять ширину канавки. Если штихель держать при работе наклонно, то получается блестящая поверхность реза.
Мессерштихель. Поперечное сечение мессерштихеля (рис. 178, е) соответствует остроугольному треугольнику. Мессерштихелем можно выполнять волосные линии большой глубины.
Фасочный штихель. Боковые грани этого штихеля (рис. 178, г) параллельны, а собственно режущие грани сходятся под углом
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image179.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 178. Виды штихелей: а — узкий шпицштихель; б — широкий шпицштихель; в — мессерштихель: г — фасочный; д — котировочный; е — фляхштихель с широкой спинкой; ж — фляхштихель с узкой спинкой; з — болштихель с широкой спинкой; и — болштихель с узкой спинкой; к — фа- ден штихель
в 100°. Ширина спинки составляет от 1,5 до 3 мм, что дает возможность получать относительно широкие риски небольшой глубины.
Юстировочный штихель. Выпуклые боковые поверхности юсти- ровочного штихеля (рис. 178, д), пересекаясь, образуют остроовальное поперечное сечение. Этот штихель используется обычно для подгонки оправы с целью обеспечения надежной опоры для камня. Его режущая грань затачивается наклонно к продольной оси, чтобы получить оптимальный режущий угол между этой гранью (носком) и боковыми поверхностями.
Фляхштихели. Спинка и задняя грань фляхштихелей (рис. 178, е, ж) всегда параллельны друг другу. В зависимости от угла между боковыми гранями спинка может быть уже или шире задней грани. Ширина режущей кромки может находиться в пределах от 0,2 до 5 мм. Фляхштихелем пользуются не только для получения широких и плоских углублений, но и для чистовой обработки ювелирных изделий.
Болштихель. Как и у фляхштихеля, задняя поверхность бол- штихелей (рис. 178, з, и) может быть уже или шире спинки, но она всегда имеет полукруглую форму. Ширина ее может изменяться в пределах от 0,1 до 5 мм. Болштихель применяют для шрифтовых надписей и для чистовой обработки изделий.
Фаденштихель. По своей форме фаденштихель (рис. 178, к) сходен с фляхштихелем. На его задней грани и режущей кромке
находятся острые выступы При гравировке эти выступы оставляют на поверхности изделия параллельные штрихи, которые придают этой поверхности декоративный вид и оживляют ее.
Изготовление штихелей. От профильного прутка отрезают необходимой длины заготовку и насаживают ее на ручку. Ручка должна быть максимально короткой В процессе заточки при 4?эксплуатации штихеля он
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image180.jpeg" \* MERGEFORMATINET
/ — задняя грань; 2 — площадка носка; 3 — ан- шлиф; 4 —•спинка; 5 — рукоятка
Рис. 180.
Шлифование штихеля на оселке
укорачивается. При этом его ручку нужно заменить более длинной с тем расчетом, чтобы вся длина штихеля оставалась прежней. Общая длина штихеля всегда должна быть такой, чтобы им было удобно работать. Заточку и правку инструмента рассмотрим на примере шпицштихеля (рис. 179). На шлифовальном круге со стороны спинки выбирают продолговатый аншлиф (заточку), а нижнее ребро полого подтачивают вверх. При этом нижний кант с острыми углами притупляется. На образовавшемся у вершины штихеля основании затачивают боковые задние грани штихеля Последние простираются до аншлифа спинки и затачиваются шире к вершине.
На передней грани штихеля между режущей кромкой и аншлифом образуется площадка (носок).
Она должна быть как можно меньше для того, чтобы был лучший обзор места реза.
Угол наклона ее к режущей кромке должен составлять от 30 до 60°, в зависимости от твердости обрабатываемого материала Окончательно эта площадка доводится на оселке (при этом
штихель равномерно водят назад и вперед без переворачивания) до получения абсолютно плоской и гладкой поверхности (рис. 180). Режущие поверхности подвергают полировке на шлифовальной бумаге сначала круговым, а затем поперечным движениями. Сильный блеск режущих граней можно получить, если полировку осуществлять корундовым порошком на жесткой коже Штихель готов к работе, если он при накладывании на ноготь большого пальца удерживается собственным весом, тупой же штихель соскальзывает.
Зажимные приспособления. Лишь в редких случаях можно удерживать изделие, предназначенное для гравирования, рукой. Как правило, его укрепляют на киттштоке или в зажимном приспособлении. Для зажима колец и частей столовых приборов разработано много различных приспособлений, в которых предметы надежно удерживаются и из которых затем легко вынимаются. На рис. 181 показан процесс гравирования монограммы на чайной ложке, зажатой в приспособлении, прочно закрепленном в чугунном гравировальном шаре посредством силового винта. Имеющееся в шаре сквозное отверстие обеспечивает отвод стружки.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image182.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 181. Гравирование чайной ложки, закрепленной в зажимном устройстве
Шар может поворачиваться во все стороны на кожаном манжете.
Работа штихелем. Когда ювелирное изделие уже нельзя обрабатывать напильником и шабером, то часто для окончательной' чистовой обработки прибегают к штихелю. Это, без сомнения, необходимое использование штихеля не имеет ничего общего с гравированием.
.. п/маЛ ЛЛ ГПЛЖ'ОП'ГлЛ I 1
Каждому современному ювелиру следует научиться работать штихелем для того, чтооы он мог самостоятельно вырезать простые орнаменты, монограммы и шрифты Сложные и большие по объему работы должны всегда выполняться только гравером.
Никакой другой вид работы не требует столько тренировки, чтобы получить более или менее положительные результаты, как гравировка.
Упражнения по гравированию следует проводить на медных или латунных пластинах толщиной 1,5—2 мм и размером40х 40 мм.
На рис. 182 предлагается ряд примеров для упражнения в гравировании.
Начинать нужно с проведения прямых линий одинаковой тол щпны (первый ряд). Во втором ряду следуют упражнения с волнистыми и закругленными линиями. С помощью того же штихеля можно получать блестящие полосы, если штихель наложить наклонно и проводигь линию одной режущей кромкой. Третий ряд рисунков предлагает несколько примеров для отраоотки этой технологии. Нужно упражняться и в проведении волнистых тонких
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image183.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 182. Рисунки, предлагаемые для упражнЬния
шпицштихелем
в гравировании

и толстых линий, комбинации которых оживляют и украшают рисунок. При этом сначала наносится тонкий рисунок. Закругления прорезают еще раз, ведя штихелем в продольном направлении по уже нанесенному рисунку, причем штихель в этом случае держат наклонно. Хорошо освоив процесс гравирования, ювелир значительно повысит свое мастерство. На рис 183 показан медальон, изготовленный сто лет назад методом гравирования.
ГЛАВА 15
ВЫКОЛОТКА И ЧЕКАНКА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ И РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ
От кузнечной обработки выколо I ка отличается тем, что она выполняется на листовом материале. Если при ковке изменяют поперечное сечение заготовки, то при выколотке получают полые изделия из листа. Выколотка — прием холодной обработки ме-
Понятие «чеканка» является широким. Под чеканкой в ювелирном деле понимают сегодня главным образом чеканку выколоткой, а именно изготовление мелких детальных форм на листовом материале. Первоначально понятие чеканки ограничивалось обработкой массивных литых предметов, например скульптур, посредством зубил и чеканов. Чеканкой называют также получение рельефа штампами на монетах, медалях и т. п. предметах.
Четкого разграничения между этими методами обработки металла дать невозможно, так как некоторые выколоточные операции производятся так же, как и чеканочные на мастике (китте) с помощью чеканов и чеканочных молотков, а фасонные чеканы часто используются для обработки массивных изделий.
Инструмент для выколотки и чеканки. Молотки. При выколотке необходим молоток с нижним плоским бойком, рабочая поверхность которого должна быть слегка выпуклой. Второй — клиновидный боек — должен быть закруглен и не иметь острых кромок. Кроме того, в соответствии с технологией для работы необходимы молотки с плоскими, выпуклыми и шаровидными бойками. Все эти молотки должны быть изготовлены из высококачественной стали. Рабочая поверхность бойков требует тщательного ухода, ибо каждая неровность на ней отпечатывается на обрабатываемом материале. Качество чеканочного молотка оказывает большое влияние на результаты работы. Нижний боек его, наносящий удары по чекану, должен быть плоским, а верхний — шаровидным для выбивки крупных выпуклостей в листе (рис. 184) Рабочая поверхность нижнего бойка должна име!ь минимальный диаметр
28 мм, масса зависит от требуемой силы удара. Рукоятка должна быть выполнена тщательно. Она изготавливается из упругого дерева, например из самшита, гикори или ясеня. Заготовка обрабатывается сначала столяром; затем ей придается напильником требуемая форма, поверхность ее шлифуется стеклянной бумагой и только после того, как рукоятка пролежит ночь в льняном масле, она приобретает необходимые свойства. Правильно сделанный чеканочный молоток образует с ладонью руки подвижное сочленение. При работе им нужно только небольшое ритмичное
сгибание кисти, так как после удара он легко отскакивает назад. Вся рука от кисти до плеча при этом остается неподвижной. Кроме стальных, применяются и различного рода «мягкие молотки», изготавливаемые из дерева, резины, кожи, рога или текстолита.
Опорные подкладки.
Простейшей подкладкой при чеканочно-выколоточ- ных работах является стальная плита с плоской рабочей поверхностью и скругленными острыми углами и ребрами. Сюда относятся также все виды Рис- 184. Чеканка на китткугеленаковален, которые были
описаны в главе «Ковка». Особое положение среди них занимает стальная наковальня кубической формы (а н к а), в которой сделаны полушарные углубления различной величины для того, чтобы придавать пустотелым изделиям определенную форму. Для некоторых целей используют мягкие подкладки, изготовленные из дерева, резины, картона или свинца, которые в какой-то степени ослабляют силу удара. Эти опорные плиты могут иметь плоскую ровную поверхность или могут быть снабжены углублениями, в которые вбиваются участки листовой заготовки.
Наконец, как для выколоточных работ, так и для чеканочных находит применение мастика ( т р а й б к и т т). Заготовка не только лежит на ее поверхности, но и прочно удерживается ею во время обработки. Мастику изготавливают самостоятельно, так как только в этом случае можно получить ее с нужными свойствами. В глиняном сосуде расплавляются три части черной смолы. В массу добавляют около двух частей мелкошмельченной кирпичной муки или гипса. При необходимости можно добавитьнемного талька. Хорошей мастика считается в том случае, если удар шарового молотка оставляет на ней лишь небольшое углубление, но не раскалывает ее. Для получения более пластичной мастики увеличивают содержание талька, если же она должна быть более твердой, то увеличивают содержание кирпичной муки.
Отчетливый мелкий рисунок чеканенного изделия требует применения твердых подкладок; для воспроизведения мягкого, плавного рельефа необходима податливая мастика.
а) б) б)
г) Ю е)
3)и) к)
л) м)
х)
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image189.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Л1
Хорошо размешанную массу мастики выливают в чеканочный шар (к и т т к у г е л ь), представляющий собой полукруглую чугунную чашу (рис. 184), установленную подвижно
Рис. 185. Различные формы чеканов: а, б — расходники, или обводные чеканы; в — д — порушники и бобошники; е — лощатник; ж — рисунчатый чекан; в — сечка; и — м — фигурные чеканы
на кожаном манжете, или в специальный ящик. Чеканочный шар или ящик заполняют мастикой до краев и оставляют на некоторое время для затвердевания смолы. Ящик менее удобен в работе, так как подвижность его ограничена, поэтому он применяется обычно для крупных изделий.
Чеканы. Чеканы (рис. 185) изготовляют из стальных прутков длиной 10—18 см прямоугольного или квадратного сечения, не имеющих дефектов в виде рисок, пор, трещин и т. п. Этим заготовкам чеканщик сам придает ковкой требуемую форму рабочей поверхности в зависимости от назначения инструмента. Необходимо обратить внимание на то, чтобы на рабочей поверхности чекана не было острых углов и граней, иначе при работе такими инструментами можно пробить лист. Нижний конец чекана закаляют и отпускают, в то время как хвостовик остается мягким и вязким. Чеканы изготавливаются в соответствии с очередными работами, сортамент их постоянно растет, гак как каждая новая работа требует новых видов чеканов. Однако несмотря па это, можно выделить несколько основных типов инструмента.
Расходники, или обводные чеканы. Эти чеканы представляют собой несколько утолщенный в средней части и утоненный к концам стержень. Рабочая поверхность (боек) чекана выполняется в виде острого или слегка скругленного клина (рис. 185, а). Для чеканки изогнутых линий применяются чеканы со слегка искривленной рабочей поверхностью (рис. 185, б). Эту группу чеканов применяют для воспроизведения общего очертания рисунка или, например, рисунка шрифта, сходного с тем, который получают гравированием.
Порушники и бобошники. Эти чеканы применяются для выбивания выпуклостей требуемой формы. Они имеют полушаровую головку или продолговатый, овальный боек (рис. 185, в — д).
Лощатники. Это довольно обширная группа чеканов с плоским бойком, применяемых для выравнивания и сглаживания поверхностей (рис. 185, е). Бойки могут иметь различную форму, отвечающую обрабатываемой поверхности: квадратную, круглую, овальную, треугольную, прямоугольную, пятиугольную и т. д. Для этих чеканов особенно важно, чтобы их грани не были острыми, а слегка скругленными, иначе на рабочем материале могут остаться вмятины.
Рифленые, или матовые, чеканы. Этот вид чеканов напоминает по форме лощатники, но рабочая поверхность у них не гладкая, а рифленая (рис. 185, ж). Применяют такие чеканы для получения матовой поверхности и фона вокруг контурных рисунков. На лицевой поверхности бойка чекана гравируют насечку перекрещивающимися штрихами. Ее можно сделать также вбиванием в рабочую поверхность отожженного чекана старого напильника. После нанесения насечки производятся закалка и отпуск бойка.
Сечки. Это чеканы (рис. 185, з), имеющие форму односторонне заточенного плоского зубила. Они применяются для выбивания тонкого линейного рисунка и для одностороннего ступенчатого смещения металла вниз.
Фигурные (узорные) чеканы. В этом понятии объединены все те формы чеканов (рис. 185, и—м), которые в меньшей мере служат в качестве вспомогательных средств при создании контура рисунка; они применяются для отделки орнамента. На рабочей части чекана имеется определенный рисунок. Чеканом, как пуансоном листового штампа, выбивают этот рисунок на изделии. Посредством периодических разряжений или сгущений ударов фигурным чеканом образуются привлекательные и более выразительные линийки поверхности.
ПРОЦЕСС ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫКОЛОТКЕ И ЧЕКАНКЕ
При выколотке и чеканке (рис. 186), так же как и при вальцовке, ковке и гибке, металл испытывает пластическую деформацию. Общие черты процесса деформации, в основе которого ле- 206
жит изменение строения атомной решетки и структуры кристаллита, имеют место и здесь. Особенно важно различать общую деформацию всей заготовки и частичную деформацию, т. е. деформацию определенных участков заготовки при выколотке.
б)
Рис. 186. Процесс формообразования привыколотке и чеканке: а — деформируетсячасть листовой заготовки; б — деформи-руется вся заготовка из листа (бляшка)
Если, например, в листовой заготовке, укрепленной на мастичной подкладке, выбивают полукруглую выпуклость, то при этом протекают следующие процессы (рис 186, а): чекан с шаровой головкой ударом молотка вколачивается в лист, и в металле сначала образуется знакомое еще по ковке небольшое углубление. Подкладка при этом оказывает лишь слабое сопротивление в противоположность стальной наковальне, которая оказывает весьма сильное противодействие удару. В результате лист под воздействием чекана вдавливается в мастичную подкладку, а кристаллиты металла пластически деформируются. Поверхность листа в месте чеканки увеличивается за счет уменьшения толщины листа: чем глубже проникает чекан, тем больше становится сферическая поверхность и гем меньше делается толщина листа. В большинстве случаев наибольшему напряжению подвергаются те области, которые первыми были охвачены деформацией, в нашем примере — вершина выпуклости. Здесь, в первую очередь, может быть достигнут предел прочности, и при продолжении деформации возможен разрыв листа. При отжиге возникнут различные рекристаллизо- ванные структуры:только в максимально деформированном
участке листа получится мелкое зерно, в остальных частях листа кристаллы будут более крупными.
Несколько другая картина наблюдается в том случае, если вырезанную в виде кружка заготовку нужно прочеканить до полусферы в углублении цинки (рис. 186, б).
В этом случае, испытывая давление чекана, материал бляшки поддается ему в первую очередь в краевых зонах. Здесь частицы металла, сдвигаясь, сближаются, подвергаясь сжатию. Чем дальше продвигается процесс деформации, тем шире становится область заготовки, охваченная сжатием, и тем значительнее должны сближаться кристаллы краевой (наружной) зоны. Такой вид напряженно-деформированного состояния приводит в результате к увеличению толщины материала в наружной области бляшки, где в первую очередь началась деформация. Помимо этого, наружная
зона подвергается действию максимальных напряжений, величина которых, так же как и степень деформации, постепенно уменьшается к центру заготовки. Посередине кружка сохраняются первоначальная структура и толщина материала.
ПРИМЕРЫ ЮВЕЛИРНЫХ ВЫКОЛОТОЧНЫХ РАБОТ
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image194.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 187. Выколотка в анке
Полусферическую заготовку (рис 187) изготавливают в углублении анки чеканом с шаровой головкой. Для придания вырезанной бляшке предварительной выпуклой
Рис. 188. Изготовление полу-шаровой чашечки в анке
формы, ее укладывают сначала в большую лунку чашеобразной формы и наносят удары сферическим чеканом, диаметр которого несколько меньше диаметра лунки (рис. 188, о). Потом переходят к лунке с меньшим диаметром и процесс этот повторяют до тех пор, пока не будет получена желаемая выпуклость (рис. 188, б). Если чекан слишком велик, то его поверхность разбивается о края лунки, если же он слишком мал, то заготовка получится неравномерно выпуклой.
Другую, неполушаровую форму изделия, можно получить свободной выколоткой, обрабатывая заготовку так, как показано при изготовлении чашечки кулона на рис. 189. Для получения чашечки слегка выпуклой формы заготовку помещают на металлический брусок и проковывают разгоночным молотком от центра наружу по спирали, уменьшая при этом силу удара к краям и совершенно не трогая внешний край Эгот процесс можно также осуществить равномерными ударами на деревянном основании с лункой. Последним способом польз) югся в гех случаях, когдажелательно избежать появления следов обработки на поверхности изделия.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image195.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 1Я9. Вытягивание металла разгоночным молотком на чекане
Небольшое скругление внешнего края достигается обстукиванием молотком по сферическому чекану соответствующего размера (рис. 190).
Заготовкой для получения вогнутого сводчатого обручального кольца служит плоский обод.
Придерживая обод в наклонном положении на роге шперака, его края проковывают по окружности клиновидным плоско- закругленным бойком молотка (рис. 191, а). Затем сферическим чеканом, который по размеру как раз соответствует окружности пальца, раздают стороны
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image196.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 190. Изготовление овальной полой чашечки на чекане: а — проковка разгоночным молотком; б — закругление внешнего края на шаровом чекане; в — готовая чашечка
дальше (рис. 191, б) до получения окончательной формы кольца (рис. 191, в) При раздаче в качестве подкладки служит анка с углублением. Процесс изготовления такого кольца проще при использовании круглой оправки с желобками подходящих
профиля и размера (рис. 191, г). В этом случае плоская шинка проковывается клиновидным бойком по окружности на оправке.
Выпуклый полый браслет (рнс. 192, а) можно также изготовить из плоского обода. В качестве опорной подкладки здесо служит стальная оправка, форма рабочей поверхности кото-рои соответствует закруглению браслета. Плоским бойком молотка обколачивают обод вокруг полированной оправки (рис. 192, б).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image197.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 191. Изготовление обручального кольца с вогнутым ободом
Корпус ПОЛОГО КОЛЬ- 11 а, показанного на рис. 193, делается исключительно выколоткой. Развернутая заго= товка выпиливается лобзиком
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image198.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 192. Изготовление выпуклого полого браслета
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image199.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 193. Изготовление полого свод- Рис. 194 Золотое полое кольцо с гра- чатого кольца с кастомнулированной бляшкой и жемчужиной
из листа по шаблону (рис. 193, а). Для облегчения контроля над работой на заготовку наносят вспомогательные линии. В желобе плоского деревянного бруска клиновидным бойком фор-
муют каст кольца. На свинцовой плите с желобком чеканом соответствующей формы выколачивают сводчатую шинку. Заготовку шинки сгибают в кольцо, обвязывают проволокой (рис. 193, б) и запаивают каст. Далее, пользуясь различными чеканами, сглаживают возможные неровности. После этого кастнасаживают на рог наковальни и клиновидным бойком оттягивают с небольшим загибом края наружу, аналогично переходу ковки кольца на рис. 191, а. Затем кольцо насаживают на подходящую трубу диаметром,- соответствующим диаметру кольца, после чего отделывают его с наружной и внутренней сторон (рис. 193, в).
Рассмотрим второй пример — изготовление полого кольца, показанного на рис. 194
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image200.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 195. Изготовление золотого полого кольца с бляшкой
Развертка исходной заготовки вырезается по шаблону (рис. 195, о). Материалом служит лист золота 750 пробы толщиной 0,5 мм Углубление, в которое помещается жемчужина с гранулированной бляшкой, сначала выдавливается сферическим чеканом в лунке анки (рис. 195, б), а затем обрабатывается молотком и чеканом на деревянной подкладке до тех пор, пока жемчужина не будет плотно сидеть во впадине кольца.
После этого края пока еще плоских концевых полосок закатывают внутрь, как это показано на рис. 195, в, используя для этой цели частично подходящий шаровой чекан, частично деревянную подкладку.
Одновременно заканчивают формообразование кольца в целом с тем расчетом, чтобы концы закатанной шинки оказались друг против друга, после чего их запаивают. В заключение завальцовывают кольцо так, как показано на рис 194, откуда видно, что края полой шинки в своей узкой части полностью сходятся, как в трубке.
ЧЕКАНКА
Важнейшие приемы работы. Чекан держат так, как это было показано на рис. 184, т. е. между большим, указательным и средним пальцами. Оба других пальца слегка касаются поверхности обрабатываемой заготовки и скользят вдоль нее. Чекан держат не вертикально, а с небольшим наклоном назад, для того чтобы рабочая поверхность его бойка была несколько наклонена и благодаря этому постоянно скользила вперед по заготовке, не подскакивая в то же время на ней. В другой руке держат чеканочный молоток, бойком которого наносят ритмичные удары по чекану, все время передвигая его дальше.
При работе с чеканом необходимы упражнения и опыт, чтобы привыкнуть к определенной силе и последовательности ударов, вызывающих желаемое действие, а также чтобы достигать требуемого моделирования формы путем усиления или ослабления ударов.
Различают три важнейших метода чеканки: насечку, формование и смешение металла
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image201.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 196. Схемы выполнения основных операций чеканки и гравирования: а — гравирование; б — насечка; в — формование; г — смещение
Насечка дает более или менее мягкие и тонкие линии на изделии, возникающие яри перемещении обводного чекана по заготовке. От гравирования (рис. 196, а) насечка отличается тем, что более глубокие линии получаются менее резкими; при этом не образуется стружка, а металл лишь вдавливается вглубь (рис. 196, б). Начинающим всегда трудно достичь гладкого равномерного штриха без смещений и зарубок металла. Если путем повторных упражнений и тренировок удается получить правильное ощущение совместного действия ведения чекана и ударов молотка, то можно считать, что важнейшая проблема овладения мастерством чеканки достигнута.
При чеканке шрифтов или строгих контурных орнаментов часто ограничиваются нежной игрой пересекающихся линий. Напротив, при формовании (моделировании) с обратной стороны листа выколачивается рельефное изображение, обрабатываемое чеканом с соответственно закругленным бойком
При получении совершенно «мягкого» изображения достаточно только одного формования с обратной стороны Если требуется четче выявить волнистость рельефа на окружающем фоне листа, то рекомендуется перед формованием слегка насечь контур с обратной стороны листа. Чаще всего, однако, сначала насекают контур с передней стороны, а затем в промежутках отформованного рельефа с обратной стороны. В этом случае формы рельефа выделяются наиболее четко.
Посредством смещения (передачи) материал листа, который всегда слегка утягивается вокруг формуемого орнамента, снова вдавливается обратно и заглаживается. Иногда для этого бывает достаточно применить простой заточенный деревянный стержень в качестве временного чекана. Большей частью при выполнении этой операции используют описанные выше чеканы- сечки и лощатники.
Примеры чеканочных работ. Изготовление броши Брошь, представленная на рис. 197, может служить идеальным примером комбинации выколоточной и чеканочной работ.
Последовательность выполнения работы показана на рис. 198. Края прямоугольной, вырезанной из листа пластинки, несколько большей, чем брошь, отбортовывают (рис. 198, а). Ширина отбортовки составляет примерно 5 мм. Образовавшийся ящичек заливают мастикой. При этом нужно следить за тем, чтобы при за-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image202.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 197. Чеканная брошь
полнении в мастике не оставался воздух и не образовывались пузыри и пустоты. Поверхность чеканочного шара слегка нагревают и в нее вдавливают подготовленный ящичек мастикой вниз.
Если покрыть мастикой плоскую пластинку, не имеющую бортов, то при чеканке она легко соскользнет с мастики. После того как мастика полностью застыла (для этого шар китткугель охлаждают проточной водой), на верхней стороне пластинки, будущей изнаночной стороне броши, рисуют наружный контур канавки.
Расходниками или обводными чеканами выбивают этот контур, четко ограничивая канавку (рис.
198, б). Затем ящичек нагревают и снимают с мастики. Посредством отжига и охлаждения заготовки в воде удаляются остатки мастики.
Вертикальные стенки ящичка отгибают в противоположную сторону, наполняют опять мастикой и помещают на подогретый шар.
Пока мастика еще мягкая, на будущей лицевой стороне броши выколачивают слегка вогнутую впадину плоским бойком молотка и чеканом-порушником. Между обоими насеченными контурами канавки формуют желоб чеканом со сферичесыгм бойком (рис. 198, е). Этой операцией заканчивают выколоточные работы и приступают непосредственно к чеканке.
В образованном углублении насекают по рисунку контуры обоих животных. Посредством сдвигающего металл чекана (сечки) выбивают поверхность впадины вокруг заднего животного вглубь
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image204.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 200. Чеканный набалдашник трости, фрагмент (китайской рабо- боты, из коллекции Э. Бреполя)
и окончательно выравнивают подходящим лощатником вогнутость чаши (рис. 198, г).
После повторного переворачивания заготовки на мастике выдавливают с обратной стороны рельеф переднего оленя
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image205.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 199. Чеканный дорожный несессер (немецкой работы 1750 г., из коллекции Э. Бреполя)
посредством небольшого формовочного чекана. Чтобы иметь примерное представление об уже выполненной на обратной стороне чеканке, с передней стороны броши можно сделать позитивный отпечаток ее рельефа на пластилине.
Во время формования переднего оленя смещают поверхность впадины вокруг тела заднего животного назад. Оба изображения животных выполнены мягкими плавными обводами, т. е. начеканенные контуры играли роль вспомогательных линий, которые при последующей обработке снова вдавливались обратно (рис. 198, д).
Ход работы. Сначала насекают талей орнамента металл осаживают легче обрабатывать. Чеканами со скругленными головками выколачивают выемки и канелюры в волютах, выбивают завитки, придавая им различную форму. Основной рельеф раковин чеканят плоскими порушниками. Затем фигурными чеканами выбивают цветы. После того как выполнены все основные детали орнамента, приступают к лощению, вырав ниванию и выглаживанию листа
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image206.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 201. Выколотка местной выпуклости посредством изогнутого чекана
контуры рисунка. Вокруг де- для того, чтобы их потом было
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image207.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 202. Современная маска
Чеканка несессера. Для чеканного дорожного негессера подготовляют обечайку, наружный размер которой соответствует самым высоким возвышениям орнамента, и заполняют ее мастикой. Вся работа по нанесению рельефа будет выполняться с лицевой стороны, так как с изнаночной стороны пользоваться чеканом невозможно.
возле них с окончательной отделкой и нанесением матового фона. Орнамент приобретает при этом свою окончательную форму (рис. 199). В раковинах фигурным чеканом насекаются желобки и наносится строчечный рисунок. При необходимости снова усиливаются линии насечки контура
Чеканка рукоятки трости. На рис. 200 изображен фрагмент набалдашника трости с головой китайского дракона, выполненной чеканкой на загоювке из трубы. Так как изображение головы должно выступать над всем орнаментом, то на этой трубе была предварительно сделана выколотка «желвака». Ввиду того что к этому месту обычным чеканом не подступиться, пришлось высаживать эту выпуклость изнутри. Для этого в качестве амортизатора удара и формующего инструмента был использован изогнутый двухколенный специальный чекан (рис. 201), один конец которого зажимался в тисках. Благодаря своей упругости этот чекан способствовал усилению удара молотком и вставлялся под особенно тяжело формующиеся участки полой заготовки.
Ход работы. Подготовленную трубку с «желваком» наполняют мастикой. Начеканиваются основные контуры маски дракона; особенно выдающиеся части выколачивают на месте высаженного ранее желвака. Затем насекают остальные контуры маски и прилежащих участков. Поля между насеченными линиями формуют порушниками и моделирующими чеканами, придавая им пластическую связность. В процессе чеканки контурного обрамления пасти дракона: губ, зубов, языка и т. п. стараются так сместить
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image208.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 203. Брошь-подвеска, выполненная свободной чеканкой (XVI в.)
поверхности промежутков, чтобы губы и ряд зубов выступали вперед, а язык казался бы лежащим наклонно и простирающимся внутрь пасти. Фон вокруг маски должен быть смещен очень глубоко. Выполнение этой работы требует особой осторожности, чтобы тонколистовой материал не дал надрывов и трещин. В заключение тонкими насечными и фигурными чеканами придают маске ее демоническое выражение.
Изготовление декоративной маски. В современной маске бросается в глаза то, что по сравнению с китайской она выполнена в более «мягкой» манере, без резко насеченных линий контура (рис. 202).
Ход работы. Общая форма маски выколочена с оборотной стороны большого листа. Одновременно выбивается спинка носа. После посадки на мастику обратной стороной осаживают вглубь глазные впадины, участки около носа и рот. Затем, снова с обратной стороны, выдавливают подчеркнутые линии бровей, складки у рта, а также припухлости глаз и рта. В заключение выпиливают отверстия для глаз и рта.
Изготовление броши для подвески. Брошь позднего средневековья (рис. 203) следует упомянуть потому, что на ней очень художественно и интересно выполнен орнамент из вьющихся цветов. Этот венок из вьющихся цветов может быть изготовлен следующим образом.
Отдельно выпиливают лобзиком многочисленные детали. Листочки оттягивают расходным чеканом с круглой головкой на стальной подкладной плите. Рисунок цветов выполняется чеканкой на свинцовой подкладке. Листики и лепестки цветов слегка завивают круглогубцами. Вьющиеся растения орнамента изготовляют комбинированием чеканочных и гибочных операций. Подготовленные таким образом детали припаивают к основе, создавая впечатление ритмичного движения цветов и растений орнамента броши.
ГЛАВА 16 ТРАВЛЕНИЕ
48. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
12 3 4
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image209.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 204. Схема процесса художественного травления:
1 — травильная жидкость; 2 — слоП лака; 3 — изделие; 4 — корпус ванны
Сущность технологического процесса изготовления ювелирных изделий методом травления состоит в том, что металлическую пластину местами покрывают кислотостойким лаком и
опускают в травильную ванну, где открытые участки пластины подвергаются воздействию травителя, благодаря чему на пластине создается углубленный рисунок (рис. 204). Процесс травленияможно сравнительно легко изучить н освоить. Несложная технология травления привела в прошлом веке к появлению большого количества изделий, отличавшихся невысоким художественным вкусом.
Работу, выполненную вытравливанием орнамента на бокале, изображенном на рис. 205, следует считать образцовой, вполне соответствующей данному материалу. При травлении следует
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image210.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 205. Бокал с вытравленным рисунком (1560 г.)
помнить, что художественное выполнение работы значительно труднее, чем техническое.
Подготовка предмета. Перед травлением поверхность металла зачищают, полируют, обезжиривают и промывают. Травление можно также проводить и на кованой поверхности. Поверхность заготовки должна быть полностью обезжирена, иначе лак не будет держаться на ней. В качестве покрытия хорошо зарекомендовал себя битумный лак, однако при необходимости лак можно изготовить самим, смешивая его составные части в определенных пропорциях. В табл. 18 приведено несколько рецептов приготовления такого лака.
Если металлическую пластинку слегка подогреть на электрической плитке и затем покрыть ее лаком, то он распределится по всей поверхности пластинки ровным тонким слоем. При травлении очень важно, чтобы слой покрытия имел повсюду одинаковую толщину и плотность Если лак не полностью покроет металл, то поверхность будет подвергаться воздействию кислоты; при слишком толстом слое лака
он будет выкрашиватьсяТаблица 18
Составы покровных лаков
Материалы Составы в весовых частях
1 11 111
Белый воск 2 5 10
Мастика 2 — 5
Битум 1 4 4
Канифоль — 2 2
и отслаиваться при нанесении рисунка иглой, и получить линии одинаковой толщины в этом случае невозможно. Теплый, только что нанесенный на поверхность металла лак рекомендуется распределить по ней мягкой кожей.
Нанесение рисунка. От типа рисунка зависит форма инструмента: для нанесения нежного рисунка тонкими линиями применяют острую чертилку; для проведения более грубых линий и соскабливания поверхностей используют шабер или самостоятельно заточенный инструмент с желаемой шириной штриха. Другой метод получения рисунка на изделии перед травлением заключается в нанесении жидкого покровного лака кисточкой на чистую металлическую поверхность. Посредством шабера и чертилки рисунок, выполненный кистью, ретушируют или же добавляют мелкие уточнения.
49. ТРАВИЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И ТЕХНОЛОГИЯПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ
При травлении металл должен медленно растворяться в трави- теле. В большинстве случаев в качестве травителей применяются разбавленные кислоты.
Если металл растворяется слишком быстро, то могут обнаружиться следующие недостатки:
невозможность надежного контроля за глубиной травления;
проникновение кислоты под лак, вследствие чего линии рисунка утрачивают свой четкий контур;
повышение интенсивности действия кислоты приводит к тому, что она снимает лак с больших участков поверхности, что приводит к неисправимому браку.
В табл. 19 приведены рекомендованные Браун-Фельдвегом составы разбавленных травильных растворов.
Составы разбавленных травильных растворов
Материал
изделия Основы трввпльного раствора Количество частей разбавителя (дистиллированной воды)
Аи Разбавленная царская водка —
Ре, сталь Азотная кислота, 1 часть 6 частей
А§, Си, латунь » » 1 » 3 части
8п к » 1 » 4 »
Си, латунь, бронза Хлорид железа, 400 г (концентрированный раствор действует медленнее, чем разбавленный) 1 л
А1 Хлорид железа (сильно разбавленный) —
Стекло (эмаль) Плавиковая кислота —
Травильная ванна может быть изготовлена из любого кислотоупорного материала. Размеры ее зависят от формы и размеров изделия.
Заготовка должна быть подвешена или установлена в ванне таким образом, чтобы поверхность травления находилась на глубине минимум 3 см от зеркала ванны.
Скорость процесса можно определить по интенсивности выделения пузырьков газа, которые поднимаются от мест трявления. Если они поднимаются слишком быстро и наблюдается бурное выделение газа из раствора, то последний следует разбавить дистиллированной водой. Образовавшиеся на поверхности травления пузырьки газа время от времени нужно удалять гусиным пером, чтобы процесс травления продолжался непрерывно.
В процессе работы очень важно определить глубину травления поверхности изделия. Для того чтобы при проверке не вынимать изделие, в ванну одновременно с изделием помещают контрольный образен с рисунком, изготовленный из того же материала, что и изделие. При определении глубины травления образец вынимают, промывают в проточной воде и осторожно удаляют шабером небольшой кусочек лака для замера глубины травления. Если она недостаточна, то образец снова опускают в раствор.
При достижении нужной глубины травления изделие вынимают, промывают в воде и удаляют лак каким-либо растворителем, или проводят отжиг с последующим травлением, соскабливанием и полировкой.
ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ: ТИСНЕНИЕ, ФОРМОВКА, ВЫРУБКА, ГЛУБОКАЯ ВЫТЯЖКА
60. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
В предыдущих разделах рассматривались в основном ручные методы обработки металла. Здесь будут рассмотрены механизированные методы формообразования изделий и отдельных деталей. Так как в практике изготовления декоративных изделий с помощью различных штампов, установленных на прессах, нет четкого разграничения названий методов работы, то ниже даются определения основных технологических операций.
Горячая объемная штамповка. При этом процессе массивные, металлические заготовки из прессованных прутков или сортового проката обрабатываются давлением между верхним и нижним штампами в большинстве случаев в горячем состоянии. Этот процесс в ювелирном деле обычно не применяется.
Тиснение (чеканка рельефа). Детали обрабатываются тиснением с выдавливанием рельефа между верхним и нижним штампами. Рисунок может быть нанесен на изделие благодаря подъему или опусканию металла под давлением штампов. Этот способ обработки применяется при чеканке медалей, монет, портсигаров и т. п.
Листовая штамповка формовкой. При штамповке формовкой тонкая листовая заготовка пластически деформируется между матрицей и пуансоном без существенного изменения ее толщины. При этом обычно получают полые рельефные детали небольшой высоты.
Вырубка. В процессе этой операции из листа или полосы, накладываемых на вырубную матрицу, опускающимся вниз пуансоном, вырезают заготовку по замкнутому контуру.
Пробивка. При этой операции в заготовке или в ранее вырубленной детали пробивают сквозное отверстие пуансоном.
Глубокая вытяжка. Это ряд последовательных операций, посредством которых заготовка из листового металла превращается в полое изделие пуансонами, протягивающими ее сквозь вытяжные матрицы, в то время как складкодержатель (прижим) препятствует образованию складок на поверхности деформируемой заготовки.
51. ТИСНЕНИЕ
Методы тиснения и применяемый инструмент. При одностороннем тиснении гравируется рельеф только на одном из штампов, например пуансоне, рабочая поверхность второго штампа — матриц ы—остается гладкой. В большинстве случаев при тиснении деталей столовых приборов применяются штампы двустороннего тиснения, причем рисунки
со стороны пуансона и матрицы, как правило, разные (рис. 206, а). Образующийся при тиснении о б л о й (рис. 206, б), вытесняемый в зазор между штампами, срезаегся затем кольцевой матрицей, наносящей одновременно рисунок на боковой поясок изделия, например монеты.
Деформация материала при тиснении. Перед тиснением заготовка (литая, штампованная или вырезанная) подвергается термической обработке Выступающие части пуансона и матрицы внедряются в материал, уплотняют структуру и выдавливают металл в стороны. Перемещаемые частицы металла заполняют
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image211.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис.. 206. Схема тиснения рельефа: а — заготовка лежит на нижнем штампе (матрице), верхний штамп (пуансон) поднят; б — тисненная деталь между нижними и верхними штампами
более глубокие выемки пуансона и матрицы. Подобным же образом смещается материал и под давлением рабочей поверхности бойка молотка (см. рис. 117). Чем глубже проникает пуансон в заготовку, тем большая часть ее будет деформирована и тем сильнее происходит изменение структуры.
Если в начале процесса металл течет под выступающими частями пуансона и матрицы, заполняя углубления, то в конце процесса, когда действие пуансона еще продолжается, металл начинает выдавливаться между матрицей и пуансоном. Следствием этого является образование облоя вокруг контуров рабочих полостей штампов. Это явление в большинствеслучаевнеобходимо, так как оно исключает со
ударение пуансона и матрицы. Форма полости штампа должна быть такой, чтобы все ее части могли заполняться еще раньше, чем достигается предел прочности материала. Переходы между выпуклымииуглубленнымиполостями гравюры штампа не
должны быть слишком резкими, с тем чтобы материал мог беспрепятственно их заполнять.
ФОРМОВКА
Формовочные штампы. Своеобразие этого процесса обработки металлических листов требует, чтобы пуансон и матрица штампа соответствовали друг другу. Форма пуансона выполняется позитивно, форма матрицы — негативно. Размеры и форма их должны быть согласованы так, чтобы металлический лист как можно точнее прилегал к ним. Если они местами слишком плотно соприкасаются, то лист будет смят или даже срезан, а если в отдельных местах расстояние будет слишком велико, то правильного формообразования не происходит и образуются складки (рис. 207).
Рабочие поверхности штампа должны иметь высокий класс чистоты, чтобы металлический лист мог скользить по ним с наименьшим трением.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image212.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 207. Схема формовки: а — металлическая пластина между раскрытыми штампами; б — отштампованная деталь; в — изменение толщины листа вследствие неравномерного давления плохо подогнанных штампов; г — образование складок из-за неправильной подгонки пуансона к матрице
Формообразование при штамповке. Почти в каждом случае штамповка в формовочных штампах совмещается с вырубкой изделий или заготовок. Процессы деформации, которые при этом происходят, соответствуют процессам, происходящим при выколотке и чеканке. Если изделие выдавливают из целой металлической пластины, то выпуклые его части будут также находиться под максимальной нагрузкой; здесь металл будет подвержен наибольшей деформации, и сообразуясь со свойствами материала, штамп следует изготавливать таким образом, чтобы в этих местах не был перейден предел прочности.
Когда контур штампуемой заготовки уже вырезан, то максимальную нагрузку будут испытывать, ее краевые зоны, в то время как центральные области останутся почти без изменения. Если при этом в наружных зонах уже достигнут предел текучести материала, то это приводит к образованию складок, особенно если между матрицей и пуансоном оставлен чрезмерно большой промежуток, или даже к разрыву листа.
Чтобы избежать указанных последствий перенапряжения материала, следует при проектировании и изготовлении штампа учитывать пластичность металла, имея в виду, что:
острые выступы и уступы штампа не допустимы, так как они требуют от материала весьма высокой пластичности, в противном случае материал в этих местах будет срезаться;
глубина штамповки обычно ограничивается пределом прочности металла, поэтому при необходимости штамповки деталей большой глубины следует разбивать процесс штампования на несколько переходов, выполняемых последовательно в различных штампах, при этом материал должен подвергаться промежуточным отжигам для обеспечения рекристаллизации его упрочненной структуры;
при формовке лист деформируется быстро, сильным ударом, в то время как тиснение протекает при медленном, плавном тече-. нии металла.
ВЫРУБКА
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image213.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 208. Схема вырубки: а — плоскосо- шлифованным пуансоном; б — пуансоном с вогнутой рабочей поверхностью; в — образование заусенца по краям отверстия из-за большого зазора между пуансоном и матрицей
Вырубные штампы. Простейший вырубной пуансон представляет собой гладкий стержень, торец которого плоско- сошлифован; матрица вырубного штампа имеет отверстие с вертикальными стенками, соответствующее контуру штампуемого изделия. Поэтому угол резания и угол заострения равны 90°, а передний и задний углы резания отсутствуют, т. е. равны 0° (рис. 208, а). При заточке торца пуансона по вогнутой поверхности получается более выгодный угол резания (рис. 208, б); если отверстие в матрице вырубного штампа расширяется вниз на конус, то образуется задний угол резания. Однако в верхней части отверстия матрицы следует оставлять поясок шириной от 3 до 5 мм для гарантии сохранения заданных размеров (рис. 208, в) при пере- шлифовании рабочей поверхности затупившейся матрицы.
Вырубка заготовки. Процесс работы очень прост. Лист укладывается на вырубную матрицу. Пуансон, приводимый в действие силой пресса, пробивает материал и проталкивает вырезанную деталь через отверстие матрицы. Отделение материала происходит между режущими кромками пуансона и отверстия вырубной матрицы. От состояния этих кромок зависит качество вырубки. Если они тупые, то усилие значительно возрастает. Если же пуансон и отверстие матрицы не совсем точно пригнаны друг к другу, например между ними имеется чрезмерно большой зазор, то край среза не будет гладким, и на изделии образуется заусенец, а это приводит к дополнительной обработке и повышению себестоимости.
ГЛУБОКАЯ ВЫТЯЖКА
Вытяжные штампы. Такие штампы обычно состоят из трех частей: пуансона, вытяжной матрицы и с к л а д- кодержателя (прижимного кольца). Пуансон давит на кружок из листового материала и втягивает его в матрицу. Одновременно прижимное кольцо должно давить на листовой материал вокруг пуансона, препятствуя образованию складок. Только при неглубокой вытяжке можно обойтись одной операцией и одним комплектом штампов; чаще всего изделие штампуется за несколько вытяжных операций, выполняемых за несколько рабочих ходов пресса.
Глубокая вытяжка пустотелых деталей. Преимущество этого метода состоит в возможности изготовления пустотелых заготовок и сосудов без швов из листового материала. Этот метод можно назвать механизированной выколоткой. Вытяжка имеет общие черты с выколоткой в самом процессе деформации металла и в изменении его структуры.
Когда пуансон при ходе вниз надавливает на заготовку, удерживаемую прижимом, то металл начинает растягиваться между его кромкой и закруглением входного отверстия матрицы. Этот процесс похож на частичную деформацию листовой заготовки, рассмотренную при выколотке (см. рис. 186, а). При этом вследствие вытягивания структуры металл ослабляется в направлении толщины листа. При дальнейшем движении пуансона листовая заготовка начинает скользить из кольцевого зазора между прижимным кольцом и матрицей, втягиваясь вслед за пуансоном в отверстие последней. Поддаваясь давлению пуансона, металл скользит по закруглению отверстия матрицы в зазор между ней и пуансоном, обжимаясь в нем. Чем дальше продвигается процесс вытяжки, тем больше превращается частичная деформация в полную деформацию всей заготовки. Напряженные частицы металла подвергаются теперь не только растяжению, но и принудительному сжатию в зазоре между пуансоном и матрицей, куда втягиваются дополнительные объемы избыточного металла из-под прижимного кольца.
В результате толщина листовой заготовки, первоначально уменьшавшаяся в тех местах, где начиналась деформация при вытяжке (аналогично процессу выколотки чеканом на трайб- китте), начинает благодаря деформации сжатия увеличиваться, причем особенно заметно во внешних зонах получаемого изделия.
Для снижения этого сильного перенапряжения материала и облегчения процесса деформации при вытяжке необходимо закруглять по возможности большими радиусами рабочие кромки пуансона и матрицы, применять несколько большие, чем толщина исходного материала зазоры между пуансоном и матрицей, использовать давления прижима достаточные, чтобы сохранять поверхность вытягиваемого изделия гладкой, но не чрезмерные, чтобы дополнительно не перегружать металл. При глубокой вытяжке за одну операцию металл получает значительный наклеп, сопровождаемый потерей пластичности, в результате чего может произойти разрушение материала, поэтому необходимо разделение процесса глубокой вытяжки на несколько операций.
На рис. 209 показана последовательная вытяжка цилиндрического пустотелого сосуда. На первой операции диаметр пуансона должен составлять примерно 0,6 от общего диаметра исходной заготовки (рис. 209, а). Складкодержатель имеет плоскую поверхность прижима. При дальнейших вытяжках диаметр пуансона должен составлять 0,8 от диаметра пуансона
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image214.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 209. Схема глубокой вытяжки: а — первая операция;
б — вторая операция; в — третья операция 1 — пуансон; 2 — прижим (складкодержатель); 8 — матрица
предыдущей операции. Таким путем вытягиваемый сосуд после каждой операции становится выше и тоньше. Постепенно, если это требуется, уменьшают закругленные кромки пуансона, пока они не станут почти прямоугольными.
На рис. 209, бив изображены складкодержатели другого типа, которые должны подходить по форме и размерам к полуфабрикатам, полученным в предыдущей операции. Опорные гнезда матриц,
в которые укладывается полуфабрикат перед очередной вытяжкой, также соответствуют измененной форме заготовки.
55 ПРЕССЫ
Этим понятием объединяются все машины и механизмы, с помощью которых можно приводить в действие штампы, которые были описаны в этой главе.
При выборе наиболее подходящего для данных условий пресса следует руководствоваться следующими соображениями:
характером работы, которая должна выполняться;
потребными для установки штампов площадями стола и ползуна;
необходимой для выполнения штамповочных операций мощностью пресса и
Рис. 210. Схема падаю- его габаритными размерами;
щего молотка4) количеством изготовляемых изделий
и производительностью пресса.
Падающий молот. Хотя это устройство (рис. 210) в настоящее время не имеет больше практического применения, но на нем можно хорошо проследить принцип действия кузнечно-прессового оборудования.
На столе молота неподвижно крепится матрица. Пуансон штампа крепится в подвижной «бабе» молота, которая подвешенана блоке и падает под собственным весом, скользя по направляющим вниз, на заготовку, уложенную в матрицу Энергия удара падающего молота обеспечивает формообразование изделия в штампах Легко заметить, что этот метод штамповки имеет ограниченные возможности, так как сила удара ограничена массой падающей бабы и, как правило, бывает невелика у небольших молотов такого типа. Кроме того, падающий вниз верхний штамп не подводится достаточно точно к нижнему. У прессов других типов эти недостатки исключены.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image216.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 212. Маятниковый педальный пресс (усилие пресса 4 тс, ход ползуна 70 мм, высота пресса 1300 мм)
Пресс с педальным управлением. Хотя этот пресс рассчитан на небольшое давление, но он имеет следующие преимущества:
при работе обе руки остаются свободными;
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image217.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 211. Схема педального пресса с ножным приводом
жесткое направление ползуна обеспечивает высокую точность штамповки;
пресс позволяет достигнуть высокого темпа работы.
Принцип действия пресса заключается в следующем. Ползун с верхним штампом двигается точно в направляющих станины. Он опускается не только за счет собственного веса, но и за счет использования действия углового двухплечего рычага, длинное плечо которого прижимается ногой вниз. Сила нажима ноги передается затем на короткое плечо рычага и далее
на ползун. Под собственным весом разгруженная ножная педаль падает вперед и поднимает ползун вверх (рис. 211 и 212).
Ручной винтовой пресс. В этом прессе также используется принцип рычага. Ручной рычаг, скомбинированный с маховиком, вращается и действует как плечо силы. На шпинделе с резьбой, ввинчивающемся в гайку,
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image218.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 213. Схема ручного вин- Рис. 214. Двухстоечный ручной винтовой тового прессапресс (усилие пресса 215 тс, ход ползуна
250 мм, высота пресса 2150 мм)
расположенную в поперечине станины пресса, укреплен внизу посредством подпятника ползун. Благодаря большому передаточному отношению между маховиком и винтом при небольшой затрате мускульной энергии
в штампах создается значительное давление. Ползун движется в надежных направляющих, выполненных в йиде ласточкина хвоста (рш 213 и 214). Легко заметить, что ручные винтовые прессы ограничены как в отношении их мощности, так и производительности, они применяются на небольших предприятиях для штамповки деталей средних размеров. Прессы с педальным управлением при Изготовлении мелких деталей обеспечивают значительно более высокую производительность.
Фрикционный винтовой пресс. Во всех до сих пор описанных моделях для приведения пресса в действие использовалась мускульная сила человека. Последующие типы прессов приводятсяб действие электродвигателями. По своей конструкции фрикционный винтовой пресс очень похож на простой ручной винтовой пресс. Источником энергии служит электродвигатель, приводящий в движение вал, на котором неподвижно закреплены вертикальные чугунные д и с к и. С помощью рычажного устройства этот вал можно смешать в сторону, и тогда вертикальные диски будут попеременно справа или слева прижиматься к маховику, покрытому кожей, который при этом будет вращаться в ту или другую сторону и через ходовой винт соответственно поднимать или опускать ползун (рис. 215 и 216).
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image220.jpeg" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image221.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 215. Схема фрикционного Рис. 216. Двухстоечный фрикционный вин- винтового прессатовой пресс (усилие пресса 63 тс, ход ползуна
224 мм, высота пресса 2800 мм)
Особенности фрикционного винтового пресса заключаются в том, что он работает довольно медленно, но с его помощью можно достичь относительно высокого давления; скорость движения ползуна пресса неравномерна: с увеличением расстояния маховика от центров вертикальных дисков движение ползуна ускоряется. Отсюда следует, что такие прессы подходят для всех тяжелых штамповочных, вырубных и чеканочных работ.
Эксцентриковый пресс. В этом прессе (рис. 217) движение от электродвигателя передается маховику, насаженному на эксцентриковый вал. Эксцентрик сообщает движение шатуну, а последний ползуну, поднимающемуся вверх и опускающемуся вниз в направляющих станины.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image222.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 217. Схема эксиен- Рис. 218. Одностоечный эксцентриковый пресс; трикового прессакожух ползуна открыт (усилие пресса 16 тс, ход
ползуна 4—60 мм, высота пресса 1700 мм, количество ходов в минуту (110)
Особенности конструкции пресса заключаются в том, что:
пресс работает очень быстро, так как каждому обороту вала соответствует один рабочий ход ползуна;
ход ползуна относительно невелик;
сила давления пресса недостаточна для обработки крупных деталей.
Эксцентриковые прессы часто применяют в тех случаях, когда за короткое время необходимо отштамповать или вырубить большое количество мелких деталей.
Одностоечный эксцентриковый пресс имеет то преимущество, что он удобен в обслуживании, имеет свободный подход к столу и допускает регулирование величины хода ползуна (рис. 218).
Прессы такого типа предназначены только для легких работ. В сравнении с ними двухстоечные эксцентриковые прессы отличаются наличием усиленных направляющих ползуна и двусторонним расположением эксцентриков. Доступ к столу у них открыт только с двух сторон, так как по бокам находятся стойки станины. До какой степени усовершенствования доведена конструкция эксцентрикового пресса, видно из рис. 219,
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image223.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис 219. Штамповочный автомат (усилие пресса 2,5 тс, ход ползуна 6 мм, высота пресса 1300 мм, количество ходов в минуту 1250)
на котором изображен штамповочный автомат с направляющими колонками. Приводной механизм находится внизу. От коленчатого вала движение передается через шатун и траверсу на четыре направляющие колонки ползуна. Таким образом, несмотря на высокую скорость хода ползуна, достигается спокойная работа пресса. Сюда следует добавить, что заготовка в виде ленты автоматически подается валками в рабочую зону пресса.
Гидравлический пресс. У гидравлического пресса (рис. 220) рабочее усилие поршня насоса 2 передается через жидкость на прессующий поршень (ползун) 6. При нажатии рычага 1 вниз, поршень 2 передает усилие на жидкость При этом клапан 3 закрывается, а клапан 7 открывается Давление жидкости передается на поршень 6 пресса, который вследствие этого поднимается. Если, например, площадь поршня насоса равна 4 см2 и путь его составляет 10 см, то за один ход он может вытеснить 4-10 = = 40 см3 жидкости.
Если площадь поршня пресса составляет 400 см2, то посредством указанного объема вытесненной жидкости он поднимется
на: 4Ш= °*1 см- Таким образом, поперечное сечение поршня и висимости0 П°ДЪеМа Находятся в обР™ пропорциональной за-
ние^оп.пЙ пТпТ Х°Де П°РТЯ ^ Клапан 7 зарывается и положение поршня пресса остается без изменений. В то же впемя клапан 9
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image224.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 220. Схема действия гидравлического пресса
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image225.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 221, Одностоечный гидравлический пресс
открываем „ жидкость „а резервуара 4 поступит в шдад
пресса большая, а одностоечнаЯР конструкция станины оГ?^п1УНа вает возможность свободного доступа к его столу с трех сторон'
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ТЕХНОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙГЛАВА 18ПАЙКА
56. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Пайкой называют процесс соединения металлических деталей, находящихся в твердом состоянии, посредством расплавленного связующего металла или сплава — припоя, имеющего более низкую, чем соединяемый основной металл температуру плавления. Между расплавленным припоем и основным металлом происходят на небольшой глубине процессы взаимного растворения и диффузии, в результате которых при застывании получается прочное соединение деталей.
Химикаты, применяемые при пайке для облегчения соединения металлов и способствующие удалению окислов из места пайки, называют флюсами.
Рабочей температурой припоя является та температура, до которой должны быть нагреты припой и спаиваемые поверхности деталей, чтобы соединение их стало возможным. Обычно эта температура находится несколько выше температуры ликвидуса припоя.
Температурой активности флюсов называют ту наименьшую температуру, при которой они выполняют свои функции.
Работы, проводимые при температуре, меньшей чем 450° С, относятся к пайке мягкими припоями, а выполняемые при температурах выше 450—650е С — к пайке твердыми припоями.
57. ПРИПОИ
Из основных определений рассматриваемого процесса становятся ясными главные задачи пайки, а также условия, необходимые для выполнения этих задач.
Припой должен плавиться в то время, когда основной металл еще находится в твердом состоянии.
Металлы и сплавы с высокой температурой плавления паяют твердыми припоями, а низкоплавкие — мягкими припоями.
Разница температур плавления припоя и основного металла должна быть не менее 50° С. При изготовлении филигранных изделий опасность местного перегрева настолько велика, что указанная разница между температурами плавления должна быть значительно больше 50е С.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image226.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 222. Структура паяного шва:
1 основной металл; 2 — припой; 3 — зона диффузии припоя; 4 — зона диффузии основного металла
Жидкий припой должен хорошо растекаться по спаиваемому металлу.
Иногда ювелиры во время пайки наблюдают следующие явления: припой во время пайки превращается в шарик вместо того, чтобы распределиться по всему месту пайки и заполнить стык! Это явление обусловлено различными причинами и чаще всего силами поверхностного натяжения. Место пайки необходимо предварительно нагреть до нужной температуры и затем производить пайку. Иногда причиной недостаточного смачивания является большое различие между структурами припоя и основного металла, а также наличие пленок окислов и загрязнений на поверхности припоя или детали.
Поверхность металлических деталей всегда имеет микронеровности, не видимые невооруженным глазом, которые образованы следами предшествующей обработки, например шлифования, и выступами конечных плоскостей кристаллической решетки, напоминающими при сильном увеличении скалистый ландшафт е острыми вершинами.
Припои в расплавленном состоянии должен заполнить все эти неровности, растворив особенно далеко выступающие части. 234
Соединение припоя е основным металлом должно быть долговечным.
Прочность и долговечность паяного соединения зависит от способности припоя смачивать основной металл и от сродства припоя и основного металла.
В процессе пайки происходит диффузия расплавленного припоя в нагретый основной металл. При продолжительном нагреве или при последующем отжиге после пайки диффузия значительно повышается. Таким образом получается структура, которая схематически изображена на рис. 222. Припой имеет первоначальную структуру только посередине соединения, а в краевых зонах шов
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image227.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 223. Диаграмма состояния системы 5п—РЬ
обогащен кристаллитами спаиваемого металла. На границе основного металла также образуется узкая смешанная зона, и только за ней видна его нормальная структура. Практически эти зоны могут выглядеть различно. Припой может смешаться с основным металлом вплоть до своей срединной зоны; можно и совсем не обнаружить смешанную зону в спаянном шве, если ее ширина меньше величин, различаемых под микроскопом.
Мягкие припои. Почти все важные для техники мягкие припои являются сплавами системы олово—свинец. Диаграмма состояния, изображенная на рис. 223, чрезвычайно похожа на известную диаграмму системы серебро—медь (см. рис. 16, а). При температуре 183,3° С образуется эвтектика, содержащая 61,9 /о олова. Для улучшения свойств припоев к олову и свинцу добавляются незначительные количества других металлов. В производстве ювелирных изделий обычно применяются припои с содержанием олова от 50 до 60%.
В качестве особенно низкоплавких припоев иногда используют «металл Вуда» — сплав, состоящий из четырех частей висмута, двух частей свинца, одной части олова и одной части кадмия. Рабочая температура этого припоя равна 61 С, т. е. он может
плавиться даже в горячей воде.
Содержание компонентов, % Температура, °С Уд. вес, г/смя
5п 5Ь 1 Ре Си + Аб + 4- N1 РЬ СОЛИ-
дуса ликви
дуса 8 0,56 0,05 0,1 Остаток 270 ' 305 10,8
25 1,7 0,05 0,1 » 183 257 9,8
30 2,0 0,06 0,12 » 183 249 9,6
33 2,2 0,07 0,14 » 183 242 9,5
40 2,7 0,08 0,16 » 183 223 9,3
50 3,3 0,09 0,18 » 183 200 8,8
55 3,6 0,1 0,2 » 183 183 8,6
. 60 3,2 0,1 0,2 » 183 185 8,5
90 1,3 0,1 0,2 » 183 219 7,5
Таблица 2
Состав и свойства важнейших мягких припоев (третников)
Основные данные по составу и свойствам мягких припоев при-
_Тв!РДЬ,е припои‘ При изложении материала по благородных- “м рассматривалось влияние присадочных металлов не
лований11 ?ШСТВа Э™Х сплавов' На основе проведенных исследовании указывалось, что наиболее подходящими присадками
основСеНИзппптя ТеМПергаТур,ЮГО ««урвала плавления сплавов на основе золота и серебра являются цинк и кадмий Фактически
ЬШ1ШСТВО твердых припоев для благородных сплавов легируется этими же присадками.
С°СТаВЫ И свойства припоев для пайки сплавов на основе серебра и золота приведены в табл. 21 и 22.
Марка
припоя Характер
припоя Содер- жание серебра 1000/ Рабочая
темпе
ратура
°С Применение
6501 Очень твердый 650 760 6502 Твердый 650 740 6503 Средний 650 720 Для пайки сплавов
6504 Мягкий 650 700 серебра
5405 Очень мягкий 540 670 1-А$ 83 (83 ДИН 1735) » твердый 830 830 Для пайки
чистого серебра
Таблица 21
Припои для сплавов серебра и их свойства
Припои для сплавов золота и их свойства
Мар- Содержание Рабочая ка Характер золота или темпе- Применение
при- припоя платины ратура поя 1000/00ц °С РЫ Твердый 833 Аи 920 Для пайки платины и
60 Рб 220 Р1 ее сплавов
\УЫ » 560 А и 920 Припой для сплавов бе-
100 Рб лого золота
1005 Средний 750 Аи 820 Для пайки сплавов зо-
1004 Мягкий 750 Аи 810 лота 750 пробы
1451 Высокотвердый 585 Аи 850 1452 Твердый 585 Аи 820 Для пайки сплавов зо-
1453 Средний 585 А и 775 лота 585 пробы
1454 Мягкий 585 Аи 760 851 Т вердый 333 Аи 790 Для пайки сплавов золота 333 пробы
852 Средний 333 Ли 760 853 Мягкий 333 А и 740 > 58. ФЛЮСЫ
Действие флюсов. При нагреве на поверхности большинства металлов образуются пленки окислов. Хотя перед пайкой окисные пленки механически удаляются шабровкой, но остатки окислов должны быть растворены флюсами, которые снижают также возможность образования новых окислов.
Таким образом, в процессе пайки флюсы должны выполнить следующие задачи:
растворить имеющиеся остатки окислов;
защитить места пайки и припой от окисления посредством глазуревидного покрытия;
способствовать повышению жидкотекучести припоя.
Чтобы решить эти задачи, флюсующие средства обязаны удовлетворять следующим требованиям.
Рабочая температура припоя и температура действия флюсов должны быть согласованы между собой.
Температура, при которой флюс растворяет окислы, должна быть несколько ниже, чем рабочая температура пайки. Кроме того, скорость реакции, т. е. темп растворения окислов должен быть выше, чем скорость пайки. Пайка должна проводиться достаточно быстро, чтобы помешать появлению новых окислов.
Флюсы должны иметь возможно низкую вязкость и умеренное поверхностное натяжение.
быт?ТдТтатоГноФТзкойВИч^еГО ПОДвижность- Вязкость должна припоя, нГс дпугоГ^пп!, Н6 пРеПятствовать растеканию велика, чтобы флюс как единый ^ должна быть 11 достаточно вал припой и место пай™ ДаНЬ заи№тныи слои, надежно покры-
Р™„р°„Х^
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image228.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 224. Фрагмент диаграммы состояния системы 2пС1„—ЫН.С1
поверхностное натяжнее, нто^ГГ^ра™ еГом • °ссостоянии хорошо смочить и покрыть
поверхность основного металла.
Флюсующие средства должны полностью ошлаковызать загрязнения и отводить их из зоны пайки. Недостаточно, если флюс только растворяет остатки окислов, он должен также уда-
пХы Пп°ДУКТЫ Раств°Рения от места панки. В противном случае вязкий слой шлака будет снижать подвижность припоя и препятствовать активному действию новых порций флюсующих материалов на поверхность металла.
Флюсы для мягких припоев. Под
ИХ
2пС12 -р НгО 2пО + 2НС1.
щает их Ллориди пп'рышшп о в месге пай™ » превра-2НС1 -р СиО — СиС|, |. н,0.
ей!”
белая растворимая в воде сопя ‘ ‘,4 нашатырь — этос хлористым цинком в виде жидкого флюса ,1р"ме|,яется "“«те
паяльтГГидк'^люяктс^' "Г™* с"°“« ™>вле„и„
«инка в соляной к“с"Г„аши^Г Н"" ОТОД°В Л"СТ°“0Г°
2НС1 + 2п -> 2пС12 + Н *
этими флюсами имеются в виду все те флюсы, температура действия которых достаточно низкая, чтобы применять при использовании мягких припоев, флюс -
Насыщенный раствор разбавляется водой в отношении 1:1.
Температура действия паяльной жидкости, однако, соответствует точке плавления соли (2пС12), равной 283° С. Как показывает рис. 224, добавлением хлористого аммония достигается значительное понижение температуры плавления флюса, которое можно регулировать соотношением обоих компонентов флюса. При содержании хлористого аммония 28% и хлористого цинка 72% достигается минимум температуры плавления, равный 180° С. Благодаря соединению этих солей при высоких температурах происходит отделение газа — хлористого водорода с образованием, кроме того, аммониевых хлоридов цинка 2п(МН3)гС12 и 2п(МН3)С12, которые еще больше способствуют процессу пайки
2пС1г + ЫН4С1 — 2п(ЫН3) С1г + НС1.
Практически изготовление такой жидкости для пайки происходит так, что обе соли берутся в нужном соотношении и растворяются в воде. Применение этого жидкого флюса для пайки благородных металлов нежелательно по указанным выше соображениям для хлористого цинка.
Канифоль — С20Н30О2. Она добывается из смолы хвойных деревьев и представляет собой мягкую желтую смолу, которая плавится в зависимости от состава при температурах 100—200° С. В противоположность до сих пор рассмотренным флюсам канифоль совершенно безвредна при пайке благородных металлов. Она растворяет имеющиеся окислы в значительно меньшем объеме, чем паяльная жидкость. Применяется только после основательной зачистки мест пайки и при высокой скорости последней.
Флюсы для твердых припоев. К ним относятся химикаты, используемые в качестве флюсующих материалов при пайке твердыми припоями.
Борная кислота и бура. Бура — это классический флюс ювелира данной категории.
Борную кислоту ювелир при пайке применяет тогда, когда полированная вещь должна сохранить свой блеск, несмотря на пайку, и когда нужно полностью избежать окисления ее поверхности.
Борная кислота и бура образуют при нагревании расплав в виде глазури, который во время пайки распадается с образованием трехокиси бора — В203. Трехокись бора реагирует с окислами металлов с образованием солей борной кислоты, например:
СиО + В203 -> Си(ВОг)2.
В борной кислоте при температурах ниже 900° С эти продукты растворения, как это схематически показано на рис. 225, а, осаждаются в виде плотного слоя на поверхности металла. Благодаря этому поверхность получает защитный слой, но зато новые частицы трехокиси бора не смогут теперь попасть к месту пайки, где образовались окислы. Только тогда, когда температура становится выше 900° С, жидкотекучесть флюса повышается и полученные бораты могут вновь соединяться с трехокисью бора (рис. 225, б).
Бура распадается при переходе точки плавления на трехокись бора и метаборат натрия. Трехокись бора растворяет окислы и загрязнения металла, как это описано при действии борной кислоты, образуя метабораты. Вновь образованные метабораты
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image229.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 225. Схема действия флюсов на окисленную поверхность металла: а — расплавленной борной кислоты при температуре ниже 900' С; б — расплавленной борной кислоты при температуре выше 900° С; в — расплавленной буры
растворяются имеющимися метаборатами натрия и отводятся ими прочь от места образования, чтобы новые частицы трехокиси бора могли приблизиться к окисленному слою металла и также вступить с ним в реакцию (рис. 225, в). Процесс будет продолжаться до тех пор, пока все окислы не будут растворены полностью.
Для улучшения действия буры и снижения температуры активности флюса к ней добавляют фтористые соединения.
59. ПАЙКА МЯГКИМИ ПРИПОЯМИ
Общие соображения. Каждый ювелир должен считать своей основной задачей, как можно реже прибегать к пайке оловянным припоем, используя в основном твердые припои.
В процессе изготовления новых деталей иногда приходится выполнять пайку оловом, которая имеет следующие недостатки:
прочность соединения при пайке оловом меньше, чем при пайке твердым припоем;
после пайки оловом невозможно производить в дальнейшем пайку твердым припоем, потому что оловянный припой при высокой температуре сильно окисляется и разъедает основной металл;
при попадании остатков оловянного припоя в шихту для переплава благородных металлов весь получаемый сплав становится хрупким и практически бесполезным.
Учитывая изложенное, не следует ни в коем случае хранить вместе оловянный припой с благородными металлами и инструментом, предназначенным для их обработки.
Поэтому необходимо:
все шаберы, напильники, а также вспомогательные инструменты и средства, необходимые дЛя паяния, хранить в особом ящике;
прежде, чем начать работать с оловянным припоем, нужно освободить рабочее место:
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image230.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 226. Примеры увеличения поверхности спая при пайке мягким припоем
отдельно хранить металлические опилки и отходы, содержащие оловянный припой; никогда не держать их вместе е обычными остатками от опиловки!
Зачистка (фришевание). При проведении любой пайки места спая должны быть тщательно зачищены.
Самый простой и чаще всего применяемый метод зачистки состоит в удалении пленки окислов трехгранным шабером отовсюду, где должна происходить пайка. При этом надо следить, чтобы не оставалось заусенцев и остатков старого припоя. Можно успешно применять и другие механические или химические методы очистки: травление или очистку проволочной щеткой, обработку стеклянной щеткой, напильником, наждаком, фрезами и т. д. Чем чище соединяемые поверхности, тем выше качество пайки.
Пригонка. Спаиваемые части располагаются друг перед другом. Расстояние между ними должно быть незначительным, но с другой стороны, должно еще оставаться достаточно места для припоя. Если на готовом изделии должна быть смонтирована на оловянном припое оправа или ободок, то нужно позаботиться о том, чтобы на украшении заранее была припаяна твердым припоем точно пригнанная внутренняя или наружная рамка (рис. 226, а), к которой и крепится оправа, припаиваемая оловом по возможно большей поверхности.
Если нужно спаять два конца проволоки встык, то для увеличения поверхности спая нужно подложить металлическую полоску, которая с одной стороны припаяна твердым припоем к концу проволоки. Еще лучше установить подходящую (почти без зазора) трубку на спаиваемое место (рис. 226, б, в). Но иногда во время ремонта все же нельзя обойтись без того, чтобы не спаять шинку кольца оловом, так как каст в верхней части кольца заполнен чувствительными к высокой температуре камнями, которые нельзя вынуть, а затем положить вновь. В таких случаях изготавливают из тонкого металлического листа трубку так, чтобы внутренний размер трубки соответствовал внутреннему диаметру кольца. На поверхность трубки припаивают мягким припоем верхнюю часть кольца, затем насаживают на среднюю часть трубки шинку и припаивают ее оловянным припоем.
В заключение отпиливают выступающие части трубки. Отремонтированное таким надежным способом кольцо будет долго носиться (рис. 226, г). Часто бывает необходимо скрепить отдельные детали украшения, например пластинки с эмалью, посредством штифтов, которые припаиваются твердым припоем, и в таком виде все части украшения отделываются вплоть до полировки. В этом случае продевают штифты, имеющие несколько большую длину чем нужно, сквозь точно подогнанные отверстия основания (рис. 226, д). Затем надевают на штифты маленькие колечки, согнутые из четырехгранной проволоки, и накрепко припаиваки их оловянным припоем к основанию украшения и нижней части штифтов. В заключение отпиливают концы штифтов и полой отделочной полушаровой фрезой (см рис. 176, д) обрабатывают из колечка и основания штифта сферическую головку, подобную заклепочной.
Фиксация деталей при пайке. Иногда достаточно, если отдели ные детали, расположенные на подкладке для пайки — асбо стовом листе или куске древесного угля, устанавливаются вместе или надвигаются одна на другую, а затем спаиваются. В других случаях детали удерживают обычными круглогубцами или особой цангой для пайки. Преимущество последнего способа заключается в том, что предмет свободно удерживается рукой и надобность в подкладках отпадает. Можно применять также для удерживания соединяемых деталей зажимы, пришпиливание булавками, свя зывание проволокой и другие методы, описанные ниже при пайке твердыми припоями.
Практические приемы пайки. Флюс следует наносить на всю поверхность спая. Жидкие флюсующие вещества наносят кисточкой, а пастообразные — маленьким шпателем.
При пайке паяльником (рис. 227) припой берут острием горячего паяльника и переносят на место пайки. Для этого сначала проводят ребром горячего паяльника несколько раз по куску нашатыря, пока оно не заблестит, а затем надавливают острием паяльника на конец прутка припоя, тогда небольшое количество припоя расплавляется и остается на паяльнике. В процессе пайки нужно обращать внимание на то, чтобы паяльник был достаточно горячим и на его острие находилось бы достаточное количество олова
Острием паяльника проходят по стыку; при легком передвижении острия паяльника основной металл нагревается в месте соединения до температуры, нужной для выполнения работы, после чего припой стекает на место соединения. Припой поддерживается в жидкотекучем состоянии теплом, непрерывно подводимым паяль-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image231.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 227. Пайка мягким припоем с помощью электрического паяльника
ником, и затекает встык. Если зазор велик и количество припоя на паяльнике недостаточно для его заполнения, то берут новую порцию олова указанным выше способом и переносят его в шов.
Перед проведением пайки горелкой пруток припоя прокатывают до нужной толщины, затем его разрезают на полосы, которые должны быть узкими, длинными и достаточно тонкими.
Во всех случаях пайка будет более удачной, если одна из двух спаиваемых частей уже предварительно покрыта по соединяемой поверхности гладким слоем припоя (облужена). При пайке горелкой одновременно накладывают флюс и кусочки припоя таким образом, чтобы припой лежал непосредственно на стыке и при нагреве мягким пламенем равномерно распределялся по шву. Количество припоя нужно рассчитать таким образом, чтобы зазор был хорошо заполнен и не оставалось ненужного остатка.
В зависимости от вида изделия и особенностей шва применяют то| или иной характер пламени Так как пайка оловянными припоями не требует высокой температуры, то ее можно выполнять быстро газовым паяльным пистолетом Короткое острое пламя применяют в тех случаях, когда надо быстро выполнить небольшую пайку и избежать нагрева расположенных близко камней.
Целесообразнее для пайки оловом использовать мягкое шумящее пламя, которым проводят поперек предмета до тех пор, пока припой не расплавится и равномерно заполнит шов.
Если при первой попытке заполнение шва не происходит, или расплавленный припой течет в непредусмотренном направлении, то неправильно пытаться заставить его течь в шов путем повышения жара пламени. В этом случае припой покроется слоем окиси, «сгорит» и станет совершенно непригодным Поэтому, если пайка по каким-либо причинам не получилась, помогает лишь одно: необходимо снова зачистить места пайки, нанести новый припой, новый флюс и повторить процесс пайки.
Зачистка паяного шва Весь излишний припой, который после пайки находится возле шва и на нем, должен быть удален. Опытному паяльщику будет нетрудно вести работу по очистке изделия, потому что он положит столько припоя, сколько нужно, чтобы заполнить зазор, и умелым направлением пламени горелки сн вынудит припой проникнуть в шов, не загрязняя все изделие. Но, несмотря на это, всегда остаются небольшие остатки припоя, которые удаляют острым шабером, штихелем, напильником и т. п. режущими инструментами.
Травление и все другие последующие химические методы обработки здесь не нужны, потому что пайка происходит при более низкой температуре, чем температура отжига и окисления сплавов благородных металлов, изделие не перегревается и, следовательно, изменение наружной поверхности основного металла в этом случае исключено.
60. ПАЙКА ТВЕРДЫМИ ПРИПОЯМИ
Общие сведения. Пайка твердым припоем, как показывает само название, обеспечивает более прочное соединение спаиваемых частей. Высокие пластичность и ковкость припоя, глубоко проникающего в основной металл, позволяют выдерживать значительные механические напряжения в спаяных местах при прокатке, ковке, гибке, выколотке и т. п.
Вследствие того, что припой и основной металл имеют значительно меньшую разность температур плавления, этот метод требует проведения подготовительных операций в большом объеме, основательных знаний и наличия определенного опыта работы.
Очистка. Все, что сказано о подготовке поверхности к пайке мягким припоем, относится целиком и полностью и к пайке твердым припоем. Необх од има абсолютная чистота того места, где будет производиться пайка. Плохо влияют на пайку ювелирных изделий не только пленки окислов, но и остатки жира или смазки. То и другое должно быть тщательно удалено.
Пригопка. Все соединяемые части, в которых имеются остаточные напряжения в результате предшествующей обработки, должны прежде всего подвергнуться отжигу. В противном случае может случиться, что звено (ушко) расширится в зазоре из-за внутренних напряжений или запаиваемая оправа при нагреве перекосится так, что спаиваемые концы не удастся установить друг против друга.
Все замкнутые пустотелые детали должны иметь небольшие отверстия в незаметном месте, чтобы при нагреве воздух мог из них удаляться, в противном случае деталь во время паяния может вспучиться или лопнуть.
Очевидным является и то, что правильно выбранный зазор уменьшает ненужную последующую работу. Ширина зазора от 0,1 до 0,2 мм гарантирует успех работы. При рассмотрении пайки мягкими припоями было показано несколько возможных вариантов увеличения поверхности соединения. Вследствие более высоких механических свойств шва, спаянного твердым припоем, не нужно так увеличивать поверхности соединения, как при пайке мягкими припоями. Однако при пайке тонких противостоящих частей таких изделий, как изящные звенья цепочек, тонкие оправы и даже шинки колец, подвергаемых большим напряжениям, целесообразно выполнять стык со скосом или наклонно (рие. 228, а), несколько увеличивая поверхность шва.
Вместо того, чтобы просто ставить проволоку торцом для при- паивания ее к пластинке основания, следует увеличить площадь соединяемых поверхностей изгибом конца проволоки в виде ступни. Можно также просверлить пластинку, вставить в отверстие коней проволоки и запаять твердым припоем (рис. 228, б).
Если нужно закрепить на основании ободковую оправу вместе с припаянной к ней опорой для камня, то целесообразно, как это показано на рис. 228, е, несколько опустить вниз опору и выпилить в пластине основания такое отверстие, чтобы выступающую внутрь часть опоры камня можно было прямо ввести в это отверстие и там запаять.
При соединении двух частей пустотелого предмета часто бывает трудно расположить их тонкие края так, чтобы они точно стояли друг перед другом, если к тому же учесть, что при нагреве они еще и перекашиваются. В этом случае лучше поместить между обеими частями тонкую металлическую пластинку и припаять к ней эти части с обеих сторон, а выступающие участки пластинки отпилить (рис. 228, г).
Если такие изделия, как плоские шинки колец или сломанные ручки ложек, выдерживающие значительную нагрузку, должны быть снова спаяны, то рекомендуется метод ремонта, изображенный на рис. 228, д. В соединяемых частях предмета нужно с обеих сторон выпилить вырезы под прямым углом к стыку, вставить туда узкую соединительную полоску из тонкого листа и пропаять ее вместе со стыком.
Часто бывает нужно вставить в шинку кольца кусочек металла для увеличения диаметра кольца или замены поврежденного места Чтобы во время пайки эта вставка была надежно укреплена и для обеспечения возможно большей прочности, ей так же, как и соединяемым концам шинки, придают опиловкой форму ласточкиного хвоста, затем вставляют ее в паз и припаивают (рис. 228, е).
НеправильноПравильно
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image232.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 228. Примеры увеличения поверхности спая при пайке твердым припоем
Установка шинки на вновь изготовленное кольцо бывает часто очень трудной, так как во время пайки она плохо держится на головке кольца (касте) и сдвигается, в то время как припой течет прямо, что вызывает неприятные последствия. Для их предупреждения следует рекомендовать простое и пригодное почти во всех случаях средство: выпилить на концах шинки ступеньку. Этого достаточно, чтобы во время пайки надежно удерживать
шинку на касте (рис. 228, ж). В заключение следует упомянуть основное правило для хорошо продуманной пригонки: всегда следует переносить швы с наружной лицевой стороны на внутреннюю поверхность, если это возможно.
Фиксация деталей. При мягкой пайке часто обходятся без подкладок под спаиваемые детали, вполне достаточно удерживания их щипцами ввиду быстрого нагрева -изделия. Напротив, в случае твердой пайки, ювелир устанавливает детали на куске угля надежно и устойчиво; при этом устраняются ненужные потери тепла, расходуемого на нагрев удерживающего инструмента.
Используемый в качестве подкладки кусок древесного угля должен быть без сучков и иметь примерно плитовидную форму. Уголь следует подготовить так, чтобы он при употреблении почти не обгорал. Для этого новый кусок угля обрубают по краям, оборачивают его толстой обвязочной проволокой, предварительно медленно отжигают и затем нагревают до тех пор, пока кромки его не становятся красными. Если уголь при этом разрывается, что часто случается, он все-таки сохраняет свой размер без изменения, благодаря обвивающей его проволоке.
Во многих случаях достаточно, если соединяемые части просто сближают друг е другом на гладком куске угля и спаивают их. Если, например, нужно спаять под прямым углом две проволоки, целесообразно нацарапать чертилкой крест на угле, чтобы контролировать этим правильное положение проволоки. Таким же способом можно начертить многие вспомогательные линии и затем по ним устанавливать и выравнивать соединяемые части. Но для напайки тонких проволочек на гладкую металлическую пластинку не рекомендуется укладывать ее на уголь, так как следует учесть, что эти спаиваемые части будут перегреты; при этом припой будет вытекать, не спаивая проволочки с основным металлом. В таких случаях следует пользоваться универсальной подставкой для отжига (см. рис. 109).
Связывание проволокой. Связывание — это вспомогательный прием фиксации деталей при пайке, требующий часто длительного времени, поэтому следует ограничить применение этого метода и заменить его пришпиливанием булавками к углю или закреплением зажимами. Но в некоторых случаях все же нельзя обойтись без связывания обычной стальной отожженной проволокой диаметром от 0,2 до 0,5 мм. При ее применении следует учитывать следующие недостатки:
стальная проволока при нагревании расширяется значительно меньше, чем связанные ею детали из благородных металлов;
при пайке железная окалина может восстановиться, что приведет к диффузии железа в металл соединяемых деталей и к прочной припайке проволоки к ним;
при местном перегреве стальная проволока подвергается пережогу и может полностью перегореть, тогда действие связки преждевременно прекращается.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image235.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 229. Примеры правильной обвязки деталей проволокой перед пайкой
Отсюда вытекают следующие рекомендации. Соединительные проволоки должны быть тоньше, чем толщина стенок припаиваемой детали, чтобы благодаря этому выравнять тепловое расширение. По той же причине соединительная проволока не должна плотно обвивать деталь, скорее, она должна быть слегка волнистой, чтобы могла поддаваться удлинению. Если это не учитывать, то на основном металле, находящемся под проволокой, могут появиться углубления при ее натяжении. При связывании более крупных деталей давление под местами наложения проволоки на деталь распределяют, подсовывая под нее небольшие стальные полоски.
Проволока должна не полностью обматывать деталь, а так, как показано на рис. 229, а, где проволока охватывает шарик только частично, оставляя тем самым некоторую возможность для расширения детали.
Чтобы предохранить припаивание проволоки, по возможности не следует наносить припой вблизи мест соприкосновения ее с изделием. На рис. 229, б показано вспомогательное приспособление для облегчения правильного припаивания шинки кольца к его головке. На стальной пластинке, изогнутой в виде полуцилиндра, в соответствии с внутренней поверхностью кольца, нанесены чертилкой параллельные линии, прерывающиеся отверстиями, высверленными на равных расстояниях. Если головка кольца и шинка соединены, как показано на рисунке, перекрестным переплетением проволоки, то по линиям на полуцилиндре можно судить о правильности взаимного расположения обеих частей.
На рис. 229, в изображено, как целесообразно связывать наперсток, чтобы припаять крышку (донышко), не опасаясь, что разойдется стык обечайки.
Вследствие того, что проволока не проходит по закруглению полушария (рис. 229, г), исключено его проскальзывание по основанию. Также надежна и обвязка шара (рис. 229, а).
На примере, изображенном на рис. 229, д, показано, как следует связать под пайку с основанием две параллельные проволочки квадратного сечения. Между ними проложены кусочки стальных полосок соответствующей ширины. Соединительная проволока охватывает как проволочки, которые нужно спаять, так и находящиеся между ними и рядом кусочки листового металла.
И, наконец, на рис. 229, е изображено, как припаивается круглая оправа (царга) к пластинке, служащей основанием, в котором после пайки выпиливают внутреннее отверстие. Для предосторожности нужно вокруг припаянной царги заранее намотать проволоку, которая должна помешать смещению стыка деталей.
В особых случаях, когда нет других возможностей фиксации частей изделия, можно просверлить и связать эти части проволоками из того же материала, с которым работают; после спайки изделия эти отверстия запаивают.
Скрепление зажимами {скобками). Метод фиксации частей зажимами позволяет быстро собрать соединяемые пайкой детали, надежно удерживать их в процессе отжига и пайки, а затем, после пайки легко снять скрепляющие скобки. При этом отпадают нежелательные последствия, упоминавшиеся при связывании проволокой.
В качестве материала для зажимов отходы листов и лент из обычной углеродистой стали не подходят, так как при нагреве они теряют свои пружинящие свойства и после многократного употребления утрачивают способность удерживать детали. Поэтому лучше для этих целей применять хромоникелевую проволоку, которую прокатывают в вальцах на полосы требуемого сечения.
Зажимы из такого материала имеют неоценимое преимущество: они при нагреве и пайке сохраняют свою упругость и не покрываются окалиной, которая загрязняет опилки благородного металла, осыпаясь при зачистке швов. На рис. 230 показаны некоторые формы зажимных скобочек и возможные случаи их применения.
Пришпиливание к углю. Своеобразие структуры древесного угля, используемого для пайки, позволяет частично вдавливать соединяемые детали и вспомогательные средства во время пайки в уголь или пришпиливать их к нему булавками.
Если на какую-либо часть украшения нужно напаять вертикальный штифт, то сначала просверливают в пластинке основания глухое отверстие и сгибают штифт, значительно большей, чем требуется, длины, в виде неравносторонней скобки И-образной формы. Затем длинный конец скобки вставляют в уголь, а короткий — в просверленное отверстие оснозания. После чего производят пайку и отрезают штифт до нужной длины.
Если хотят смонтировать крапановую оправу, то целесообразнее перевернуть оправу и вдавить крапаны в уголь, чтобы они не деформировались от нагрева при пайке. Большую помощь при ■фиксации деталей на угле могут дать булавки, особенно
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image236.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 230. Примеры применения зажимов и скобочек (струбцин) при пайке
в тех случаях, когда не имеется возможности крепления другими способами. На рис. 231 изображены некоторые примеры применения булавок. Стержень или трубка не скатятся, если их с обеих сторон удерживает несколько булавок Кроме того, на рис. 231, а показано, как при помощи воткнутых крестообразно булавок можно создать небольшие опорные стойки. Можно легко удерживать и прижимать друг к другу отдельные части, например две пластинки, пружинящей силой изогнутых булавок (рис. 231,6). Также с помощью двух изогнутых булавок укреп-
лена трубка, изображенная на рис. 231, в. На рис. 231, г концы двух булавок изогнуты в виде петель, чтобы прижимать круг- лую проволоку к кольцу. Вполне пригодны булавки и при паянии цепочек. Ими можно жестко пришпилить отдельные звенья цепи (рис. 231, д), а тяжелая цепь не упадет с угля во время ремонта, если ее таким способом укрепить двумя булавками.
Пайка на асбесте. Серийное производство требует такого метода пайки, при котором в кратчайшее время можно соединить много отдельных частей. Для этого непригодно монтирование деталей на небольшом куске древесного угля.
Если соединяемые части можно просто положить на плоскость одну рядом с другой или укрепить их зажимами и другими вспомогательными средствами, то такие части устанавливают на поворотном асбестовом диске. Сначала ювелир, производящий пайку, укладывает друг за другом соединяемые детали, затем, постепенно поворачивая диск, наносит на каждую деталь флюс. При следующем повороте он выполняет пайку. При таком методе работы за одну операцию можно спаять 20 или более деталей одну за другой, все время поворачивая асбестовый диск.
Если ювелир должен составить украшение из различных отдельных деталей, то он крепит их в специальных углублениях в асбесте. Последние получаются путем вдавливания готового образца изделия во влажную кашицу из асбестовой муки и пыли древесного угля. Этой кашицей наполняют отбортованный лист или противень, глубиной около 4 см. В углубления вставляются части изделия; флюс и опилки припоя, смешанные в виде пасты, наносят на стыки. После этого все приспособление ставят на просушку, чтобы удалить влагу из асбестовой муки. По окончании просушки запаивают деталь за деталью пламенем горелки. Подкладка для пайки из асбестовой муки позволяет делать оттиски весьма рельефных деталей в податливой массе, обеспечивать их надежную фиксацию при пайке и выдерживать идентичность изготовляемых украшений. Кроме того, этот метод требует небольшой затраты времени, так как исключает такие процессы, как связывание или крепление зажимами.
Пайка в гипсовой форме. При изготовлении украшений, собираемых из нескольких небольших деталей, возникают трудности в сборке для пайки деталей в нужной последовательности. Кроме того, последовательная припайка одной детали за другой требует значительной затраты времени. В таких случаях производят пайку в гипсовой форме, которую подготовляют следующим образом. Все детали украшения предварительно смазываются бурой и нагреваются до получения глазированного слоя.
На пластилине собирают украшение из всех входящих в него подготовленных деталей, вдавливая их слегка в пластилин, чтобы они не могли сдвинуться. На стеклянную плиту ставят рамку (обод) из листовой стали несколько больший по высоте и диаметру, чем само украшение, а снаружи заделывают его стык с плитой пластилином. Внутри помещают украшение, собранное на пластилине (рис. 232).
На стыки деталей кладут маленькие кусочки влажной папиросной бумаги. Таким образом гарантируется, что они не заполнятся гипсом. Вместо этого можно изолировать стыки, посыпав их небольшим количеством порошка из древесного угля. Затем 'замешивают с водой формовочную массу, применяющуюся при центробежном литье, являющуюся более жароупорной, чем обычный гипс. Массу мешают до тел пор, пока она не превратится в густую кашу. На стыки наносят отдельные комки гипсовой смеси и затем заливают все детали украшения в опоке гипсовой кашицей. Толщина слоя гипса зависит от изделия, которое нужно спаять. Если этот слой слишком толст, то потребуется много лишнего тепла для его нагрева. Если слой слишком тонок, то при отжиге гипсовая форма может легко сломаться. Потом залитую массу сушат, вынимают из опоки и осторожно освобождают от пластилина. В последний раз подправляют положение соединяемых частей, наносят на стыки немного буры и накладывают
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image238.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 232. Сборка изделий под пайку в гипсовой форме (детали украшения смонтированы на пластилине внутри опоки перед заливкой гипсовой массы)
кусочки припоя. Предварительно медленно нагревают сильным шумящим пламенем весь гипсовый блок до красного каления. Затем нагревают форму до тех пор, пока весь припой не расплавится и не заполнит стыки. Если все швы спаяны одинаково хорошо, то горячую форму погружают в воду, гипс лопается и его можно легко удалить с изделия. Монтаж на металлических деталях, растворимых в кислотах. В некоторых трудных случаяхнеизбежнопридетсяобратиться к нижеописанному
методу.Вкачествепримерарассмотрим сборку пустотелого
шара. Едва ли возможно надежно собрать и скрепить отдельные его части каким-либо из вышеописанных методов. Можно было бы спаять два полушария порознь в гипсовых формах, а затем собрать их вместе, но при этом велика опасность, что выпадут отдельные части полушарий, когда их будут снимать с гипсовой формы. Если нужно провести сборку полого шара из серебра или из золота 333 пробы, то в качестве материала для вспомогательной конструкции можно взять обычную углеродистую сталь. Для сплавов золота, содержащих свыше 500/Ооо Аи, применяют медь.
В рассматриваемом случае изготавливают тонкостенный шар из листового металла, который спаивается затем из двух половин (рис. 233, а). Теперь довольно просто припаять отдельные части обшивки к шару и одновременно спаять их между собой. Особое внимание надо обратить при этом на взаимное соединение лепестков шара (рис. 233, б). Когда сборка по всей поверхности закончена, вспомогательный шарик просверливается в нескольких местах, а затем он вытравливается из спаянной оболочки. Для вытравливания стали применяют соляную кислоту, а для меди — азотную.
Такими вспомогательными материалами, которые нужно затем вытравливать, можно многого достигнуть и при сборке пайкой с помощью проволоки.
Если нужно припаять ряд проволочек на равных расстояниях друг от друга, то между ними укладывают вспомогательные проволочки нужной толщины, связывают все проволочки вместе (рис. 233, в), а затем прочно спаивают их. После вытравливания достигается нужный эффект.
Таким же образом можно спагть спираль с равномерным шагом витков, если вместе с ней намотать такую же спираль из вспомогательного металла, потом спаять их вместе, а затем вытравить вспомогательную спираль.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image239.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 233. Монтаж спаиваемых деталей на приспособлениях из металлов, растворимых в кислотах: а — вспомогательный шарик, выполненный из тонкой листовой стали; б — частично опаянный лепестками благородного металла стальной шарик; в — параллельные проволочки, подготовленные для пайки с проложенными между ними вспомогательными проволочками
Нанесение флюса и припоя. Флюс «флюорон» из белого порошка, растворенного в воде, всегда должен находиться в готовом для использования состоянии. Этот раствор целесообразно хранить в бутыли в защищенном от света месте. На рабочем столе ставится небольшая стеклянная бутылка, наполненная паяльной жидкостью. Жидкий флюс наносят акварельной кисточкой на всю поверхность детали или же последняя окунается во флюорон. Недостаточно покрывать флюсом только место пайки. Так как флюс флюорон выдерживает от 10 до 20 паек, то можно продолжать пайку по покрытой один раз поверхности и в других местах, не очищая и не обмазывая ее заново.
Так, например, при изготовлении оправы, сначала после сгибания царги ее всю покрывают флюороном и запаивают. Затем вдвигают на место опорное гнездо для камня, также покрытое флюсом и припаивают его. Если на оправе должны быть припаяны какие-либо детали орнамента, то вновь смазывают флюсом только эти детали. Имеющаяся на оправе глазурь еще пригодна для осуществления дополнительной припайки деталей украшения.
Абсолютно неправильно, как это практикуется в некоторых мастерских, после каждой пайки промывать в воде, а затем протравливать изделие. Материал страдает в этом случае не только потому, что снова приходится очищать и обмазывать его, но кроме того приходится на готовом золотом изделии удалять зеленый

налет, образовавшийся в результате неправильной обработки, что вызывает значительную потерю дорогостоящего материала и времени.
Длинные проволоки и трубки быстро покрывают флюсом, окуная их ненадолго в бутылку с длинным горлышком, в которой налит раствор флюса.
Жидкий флюс флюорон пригоден для выполнения любых паек на ювелирных украшениях и гораздо удобнее и экономичнее растертой буры, применение которой часто вызывает большие затруднения и ненужные затраты времени, особенно при сборке сложных украшений из мелких деталей.
Подобно тому, как и в случае использования мягкого припоя, твердый припой также разрезается на кусочки. Слиток припоя
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image240.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 234. Правильная (а) и неправильная (б) укладка кусочков припоя в стыках
тонко раскатывают, разрезают на узкие параллельные полоски, от которых отрезают кусочки нужного профиля. Кусочки должны иметь форму маленьких брусков прямоугольного сечения. Если нарезать припой кусочками кубической формы, то при расплавлении они
образуют шарики и заполняют зазор неравномерно Припой хранят отдельно по сортам в чашках из толстостенного фарфора или в самодельных серебряных чашечках.
При укладке припоя в стыки швов берут поочередно пропитанной флюсом кисточкой кусочки припоя из чашки и переносят их на место пайки (рис. 234, а). При этом кусочки припоя укладывают на стык или около него таким образом, чтобы при плавлении припой обязательно заполнил пустое пространство между кусочками. Если уложить кусочки бессистемно и неравномерно около стыка (рис. 234, б), то при расплавлении припой может пойти собственными путями в нежелательном направлении. При накладывании припоя следует всегда думать о последующей зачистке швов после пайки. Для облегчания зачистки необходимо:
каждый накладываемый кусочек припоя соизмерять с величиной спаиваемой поверхности; если кусочек припоя слишком мал, то шов не будет заполнен; если он слишком велик то выступающий остаток будет с трудом удаляться при очистке;
обращать внимание при пайке проволочек на то, чтобы они прилегали плотно и пытаться обойтись при этом с возможно меньшим количеством кусочков припоя; последние нужно положить с учетом облегчения в дальнейшем возможной очистки;
укладывать припой таким образом, чтобы остатки его легко можно было бы удалить;
располагать припой в тех местах, которые на готовом изделии мало или вообще не видны, т. е. на внутренней или обратной сторонах украшения;
накладывать припой только с одной стороны и прогонять его пламенем через стык.
Хороший ювелир должен спаивать множество швов небольшим количеством припоя.
Текучесть припоя. Чтобы довести твердый припой до высокой текучести, существует только один метод; весь предмет постепенно нагревается мягким пламенем при равномерном круговом движе. нии горелки (рис. 235). Постепенно пламя делают все острее,
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image241.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 235. Пайка твердым припоем
чтобы сконцентрировать жар на месте пайки. Затем весь предмет снова подогревают мягким пламенем. Так действуют до тех пор, пока припой не потечет. Припой всегда тянется к месту с максимальной температурой. Используя это, следует так регулировать распределение тепла, чтобы заставить припой потечь в нужном направлении. Например, если хотят припаять небольшое тонкое ушко к толстой пластинке встык, следует учитывать тот факт, что ушко гораздо быстрее достигнет рабочей температуры припоя, чем пластинка, и что припой вместо того, чтобы соединить обе детали, может залить отверстие ушка. При такой пайке пластинку лучше всего положить на универсальной плите для пайки (см. рис. 109) и подогревать ее снизу таким образом, чтобы только пластинка охватывалась пламенем, а ушко получало бы требуемое тепло уже посредством естественной теплопередачи.
Предотвращение утечки припоя. Простая, но не во всех случаях достаточная возможность изменения направления движения припоя состоит в том, что изделие там, где оно не должно покрываться припоем, подвергается лишь темному калению, и эти места флюсом не покрываются. Можно также прочертить на металле мягким карандашом ограничивающую черту, которая при мелких пайках будет служить препятствием для растекающегося припоя.
В случае припаивания шарниров или при пайке цепочек можно предотвратить протекание припоя в отверстия путем вмазывания в них масла или жирного трепела, однако следует помнить, что на горячем металле жиры легко растекаются и могут помешать спаиванию в стыках звеньев.
Действенным, но несколько неприятным по запаху средством, является метод вдавливания в резиновую пластинку горячего предмета теми местами, которые следует защитить от проникновения припоя. При последующей пайке оставшиеся продукты сгорания резины действуют как средство, препятствующее пайке.
Наконец, можно обмазывать кашицей из глины или отмученного мела большие поверхности у крупных, соединяемых пайкой деталей.
В заключение необходимо отметить, что опытный ювелир управляет движением расплавленного припоя пламенем горелки, а не с помощью средств, препятствующих пайке.
ГЛАВА 19 ГРАНУЛЯЦИЯ
61. СУЩНОСТЬ ГРАНУЛЯЦИИ
Грануляция — процесс нанесения рисунка на металлическую основу мелкими металлическими шариками, прикрепляемыми к ней. Технологическая трудность в выполнении процесса грануляции заключается в том, что из-за микроскопичности шариков исключается возможность применения всех рассмотренных видов пайки.
Грануляция в течение долгого времени была забыта и только в этом столетии стала снова возрождаться. Рецепты старинной технологии грануляции были потеряны. В наше время отдельные мастера своего дела в продолжительной, длящейся неделями неустанной работе, пытались решить эту проблему; и хотя многие пробовали приваривать отдельные шарики к пластине основания, но очень немногие достигли в этом подлинного мастерства. Лишь в редких случаях удалось специалистам частично проникнуть в секреты древних ювелиров.
Отсутствие публикаций в литературе по вопросам грануляции можно объяснить тем, что результаты длительных исследований нужны самим экспериментаторам и из-за конкуренции в капиталистических странах они держатся в тайне. С другой стороны, один известный ювелир, специалист по грануляции, сказал примерно следующее: «Когда гранулирование станет таким простым
делом, что каждый подмастерье будет получать без труда рисунки шариками на плите, то техника этого дела превратится в нетребующую ума игру».
Главная проблема грануляции затронута здесь для того, чтобы подчеркнуть, что эта технология является лишь средством, которое ювелир имеет под руками для реализации своих художественных замыслов. Только тот, кто имеет достаточно развитое художественное чутье, чтобы оживить эту технологию, может отважиться рисовать золотыми шариками на золотом грунте.
62. РАЗЛИЧНЫЕ МЕТОДЫ ГРАНУЛЯЦИИ
Рассмотрим и сопоставим основные методы грануляции, которые приводятся в литературе. Это критическое рассмотрение должно помочь учащимся найти свои приемы работы, так как кроме знакомства с публикациями в этой области, им не избежать многочисленных опытов, при помощи которых они должны перенести существующие рецепты в свою производственную практику; в конечном итоге все зависит от мастерства ювелира. ■
Розенберг описывает метод грануляции, примененный Штан- гером.
Из сплава высокой чистоты нарезаются маленькие кубические кусочки, подобные кусочкам припоя. В небольшом тигле они перемешиваются с пылью древесного угля. Тигель нагревается до тех пор, пока кусочки не оплавятся и превратятся в шарики. После этого еще некоторое время проводится прокаливание шариков в порошке древесного угля, причем температура должна быть только на несколько градусов ниже точки солидуса данного сплава.
Благодаря этому поверхность шарика обогащается углеродом. Образуется карбид золота, и в результате этого температура плавления поверхности шарика должна уменьшиться приблизительно до 900° С. Шарики смачивают слюной и приклеивают к основной плите без использования флюса.
По Литтлдейлу шарики изготавливаются подобным же образом. Для нанесения их на основу применяется раствор гидроокиси меди, служащий в качестве «химического припоя». Раствор какой-либо соли меди соединяют с едким натром. При этом образуется светло-синий осадок гидроокиси меди — Си(ОН)2, который отфильтровывается и, пока он находится еще во влажном состоянии, смешивается с гуммиарабиком, трагантом или синдетиконом в отношении 1 : 1 и немного разбавляется водой. Этим раствором шарики укрепляют на пластине основания, причем необходимо проследить, чтобы раствор не скапливался на пластине около шарика или вокруг него, а был бы только непосредственно под
ним. Для этого шарики, помещенные на основании, покрывают тушью. При температуре каления клей превращается в уголь, гидроокись меди переходит в окись меди, которая при 850° С восстанавливается в металлическую, и медь сплавляется с золотом; образовавшийся таким образом легкоплавкий сплав золото—медь должен обеспечить прочное соединение химическим припоем шариков и основного металла.
Несколько другой метод предлагает Фрей К По этому методу шарики и основной металл сплавляются с небольшим количеством меди. Шарики изготавливают в древесном угле, затем прокаливают пластинку основы и шарики, чтобы получить плотную окис- ную пленку. На пластине шарики укрепляются с помощью флюорона, который при нагреве восстанавливает окись меди до меди.
Таким образом, как и по методу Литтлдейла, получают легкоплавкий сплав золото—медь, который и обеспечивает соединение в месте соприкосновения шариков с основой.
Образование прочных соединений шариков с основой при использовании всех этих методов объясняют изменением температуры плавления сплава.
В одной публикации даже утверждается, что интервал плавления грануляционных сплавов должен составлять по меньшей мере 30° С, а возможно даже от 60 до 80° С.
Таким утверждениям противоречит то, что первые успешные грануляционные работы были проведены с чистым золотом, которое не может иметь никакого интервала плавления, в то время как золото 333 пробы с его большим интервалом плавления непригодно для этой цели.
Литтлдейл и Фрей хотят снизить температуру плавления поверхности шарика, оставляя неизменной точку плавления его сердцевины, и для этого прибегают к получению плавящегося при пониженных температурах сплава золото—медь. Однако, если действительно требуется только обогатить медью поверхность, то можно было бы гораздо проще омеднить шарики и связывающий металл.
Наконец, подвергая сомнению теорию Штангера, можно сказать, что золото почти не растворяет углерод ни в твердом, ни в жидком состоянии, и поэтому небольшие частички поглощенного углерода снова выделяются при охлаждении. Карбид золота Ац2С2 можно получить с трудом и совершенно невероятно, что он может образоваться путем простого нагревания в пыли древесного угля.
Как полагают все вышеперечисленные авторы, гранулы потому привариваются неповрежденными к основе, что на шариках образуется легкоплавкий поверхностный слой, который плавится быстрее, чем ядро, а твердое ядро предотвращает растекание
шарика. На самом деле при гранулировании соединение происходит не столько за счет изменения термических свойств, сколько, скорее всего, из-за увеличения поверхностного натяжения жидкого металла и уменьшения смачиваемости. От припоя, который должен хорошо растекаться по основному металлу, требуется наличие противоположных свойств: небольшого поверхностного натяжения и хорошей смачиваемости. Однако каждый ювелир по собственному опыту знает, что даже припой, который характеризуется большой смачиваемостью сохраняется на месте спайки в виде спекающихся шариков, если не предотвращено окисление поверхности. В этом и заключается объяснение методов Литтлдейла и Фрея: окисленный медный слой фактически только увеличивает естественное поверхностное натяжение. Углеродистое покрытие Штангера, таким образом, выполняет роль корки, которая удерживает расплавленный металл шарика и препятствует его растеканию. Даже если предположить, что внешняя оболочка шариков имеет температуру плавления приблизительно на 50° С ниже, чем ядро, то в случае если температура достигнет точки плавления ядра, необходимо, во-первых, добиться такого режима нагрева, чтобы ядро по возможности дольше оставалось твердым и, во-вторых, если ядро расплавилось, то надо удерживать эту расплавленную каплю в виде шарика. Последнее достигается особой обработкой поверхности шариков и основы.
Наиболее целесообразным является метод, разработанный проф. Унгерером . Гранулы и основа имеют одинаковую пробу (золото 750 пробы или выше). Для изготовления шарике лист прокатывается как можно тоньше. Его, так же как и припой, разрезают на маленькие кусочки. Для получения заготовок шариков одинакового размера их можно также вырубать специальным штампом. Кусочки увлажняются и смешиваются миниатюрной мешалкой в тигле с порошком древесного угля. Благодаря этому каждый кусочек покрывается угольным порошком и уже не сможет сплавиться с другими кусочками. Оплавление шариков и последующее прокаливание их в пыли древесного угля производится так же, как это было описано при рассмотрении метода Штангера. Содержимое тигля затем высыпают в фарфоровую чашку, чтобы смыть пыль древесного угля. Шарики просушиваются, но остаются зачерненными. На сите гранулы сортируют по величине . (Сито изготавливают, как правило, сами ювелиры, размещая несколько вкладных сит одно над другим, причем отверстия их уменьшаются от одного сита к другому.)
С помощью разбавленного флюорона шарики прикрепляются к пластине основания, толщина которой должна приблизительносоответствовать диаметру шариков (рис. 236, а). Подготовлен- н\ ю пластину укладывают на универсальную плиту для пайки (см. рис. 109) и равномерным нагревом пламени, охватывающим нижнюю сторону пластины, доводят ее до требуемой темпера-
Рнс. 23Ь. Закрепление гранулированных шариков на основании: а — правильно (шарики одинаковой величины сплавлены по небольшим соединительным поверхностям как между собой, так и с опорной пластинкой нормальной толщины); 6 — неправильно (шарики расплавлены слишком сильно, промежутки малы, опорная пластинка основания толстая); в — неправильно (шарики имеют различную величину и находятся на разных расстояниях друг от друга, опорная пластинка гонкая)
туры, при которой расплавляющиеся частицы металла в точке соприкосновения шариков и основания могут свариться.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image243.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 2.37. Серебряное ожерелье, гранулированное золотыми шариками
Секрет грануляции заключается в том, чтобы правильно почувствовать момент соединения шариков и пластины. Это достигается
длительной тренировкой и опытом. Если нагревать слишком долго, шарики оплавляются, чрезмерно сближаются или слишком глубоко опускаются в основной металл; если нагревание проводилось недостаточно долго, связь их получается непрочной и шарики выпадают из основы
С полным правом проф. Унгерер в конце своей работы говорит: «Овладение этой прекрасной техникой должно быть достигнуто трудом, никому оно не свалится с неба без всяких усилий».
На рис. 237 показано ожерелье, гранулированный золотой орнамент которого контрастирует с зачерненным серебряным фоном.
ГЛАВА 20
СБОРКА НА ШТИФТАХ, ЗАКЛЕПКАХ И РЕЗЬБЕ
63. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ШТИФТОВЫХИ ЗАКЛЕПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Основные понятия. Части подвижного шарнира соединяются с помощью штифта. Такое соединение называют штифтовым, а процесс его выполнения — ш т и ф т о в а н и е м.
Если же просверливаются две или более детали, а затем они подвижно скрепляются вместе посредством заклепки, то соединение, которое при этом получают, называют подвижным
8)
Рис. 238. Различные виды заклепочных соединений: а — свободное;, б — глухое; в — потайное
заклепочным (рис.
238, а), а процесс его выполнения — подвижной или свободной клепкой. Так, например, крышка с корпусом портсигара штифтуется, а рукоятки плоскогубцев и ножниц — склепываются свободно.
Посредством глухой клепки монтируемые части соединяют неподвижно, например таким образом укрепляют розетку на украшении (рис. 238, б).
По форме различают заклепки с полукруглой головкой, выступающей над поверхностью соединяемых листов, и заклепки с потайной головкой, которые входят конусным расширением в соединяемый материал и расклепываются с внешней стороны заподлицо с поверхностью листа (рис. 238, в). На рис. 239 показан основной тип заклепочного соединения, выполненный заклепкой с полукруглой головкой.
Подготовка к штифтованию и клепке. Перед штифтованием собирают обе готовые части подвижного шарнирного соединения и проходят отверстия в них разверткой с небольшой конусностью. Затем части шарнирного соединения разъединяют и снова обрабатывают разверткой отверстия трубок только подвижной части Для того, чтобы они без усилия могли вращаться вокруг штифта. Для штифта подготавливают кусок круглой проволоки, диаметр которой почти соответствует внутреннему диаметру трубок шарнира. В соответствии с формой отверстия шарнира штифт опиливают слегка на конус. Он должен точно соответствовать формеотверстия и ни в коем случае не быть слишком заостренным. Штифт хорошо смазывают и полируют на стальном вращающемся диске. Правильно изготовленный шарнирный штифт должен плотно входить в отверстия трубок неподвижной части, в соответствии с их конусностью, и заклиниваться в них так прочно, чтобы расклепка концов была бы ненужной, в то же время вращающаяся часть шарнира должна поворачиваться без затруднений (рис. 240). Концы штифта после сборки соединения слегка расклепываются одним из описанных ниже способов.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image245.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 239. Основные части заклепки:
1 осадочная головка; 2 — стержень; 3 — замыкающая головка
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image247.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 240. Схема подвижного шарнира со штифтом: а — введение конического штифта в шарнир; 6 — окончательно установленный штифт
Перед клепкой заготовки вначале просверливают. Если заклепкой должны быть соединены три детали, то сначала просверливают отверстия во внешних деталях, а внутреннюю вводят между ними и размечают на ней место для сверления. Далее эту внутреннюю деталь вынимают и просверливают в ней отверстие. Благодаря такой обработке уменьшается возможность взаимного смещения деталей при клепке. При обработке отверстий нужно следить за тем, чтобы сверло направлялось перпендикулярно к поверхности детали. Для слегка конусных стержней заклепок отверстие обрабатывается описанным выше способом так же, как и для шарнира.
При изготовлении обычной цилиндрической заклепки берут проволоку, диаметр которой соответствует диаметру отверстия. Один конец проволоки нагревают до расплавления, образуя шарик (рис. 241). Другой конец проволоки вставляют в отверстие гвоздильни (представляющей собой толстую стальную полосу с рядом отверстий разных диаметров) и проталкивают его до соприкосновения шарика с поверхностью гвоздильни, затем легкими ударами молотка придают головке полукруглую форму (рис. 241). Для получения потайных головок заклепок отверстия в собираемых деталях зенкуют с обеих внешних сторон зенковкой или конической фрезой.
Расклепка концов штифтов и заклепок. Вначале оба конца у штифта конической формы, а у заклепки ее свободный конец, подрезаются так, чтобы стержень выступал достаточно далеко для получения прочной и декоративной головки. Затем заклепка или штифт собранного соединения устанавливается вертикально на металлическую подкладную плиту, причем конический штифт устанавливается на толстый конец. Другой конец расклепывают молотком. Оба конца штифта обрабатывают попеременно со всех сторон до тех пор, пока они не приобретут формы полусферической головки. У подготовленной заклепки обрабатывается, естественно, только свободный конец. Если концы штифта или заклепки расклепываются с трудом, то в этом случае используют в качестве опоры плоский пуансон с глухим полусферическим углублением по форме головки заклепки на торце (поддержку), закрепляемый в тисках, и молоток с клиновидным бойком. В заключение края головки заклепки (штифта) плотно придавливают к основному металлу изделия давильником (по- лировником). При качественно выполненной подвижной клепке вращающиеся части должны двигаться свободно, без заеданий, а сама заклепка при этом должна оставаться неподвижной.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image248.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 241. Ковка головки заклепки на гвоздильне
Разборка заклепочного соединения. Если штифт или заклепка вставлены правильно, то разборка соединения не представляет трудностей. Полукруглую головку заклепки спиливают с левой стороны, если головка заклепки потайная, то ее выфрезеровывают, а затем цилиндрическим стальным штифтом, который несколько тоньше, чем заклепка, выдавливают последнюю на правую сторону. Если кбнический стержень заклепки или штифта таким способом не вынимается, то надо выяснить, не вставлен ли он в другом направлении. Для этого спиливают другую головку и пытаются выдавить стержень в противоположную сторону налево. Если и эта попытка оказывается безуспешной, то берут полировник и массируют им трубки шарнира снаружи, чтобы слегка их_ дефор- мировать (вытянуть) и тем самым освободить штифт. В том случае, когда все эти приемы оказываются несостоятельными, следует высверлить штифт или заклепку.
64. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Сущность резьбового соединения. Винты или стержни с резьбой и гайки имеют одинаковую резьбу. Они соединяются посредством вращения друг относительно друга. Это надежное и прочное соединение имеет еще и то преимущество, что в противоположность паяным и клепаным оно может легко разъединяться. В ювелирныхизделиях используются обычно очень мелкие детали с тончайшей резьбой, и в связи с этим диаметр резьбы 2 мм является уже очень большим.
Метчики и плашки. На винтах и стержнях наружную резьбу нарезают стальной резьбонарезной доской, в которой имеются отверстия с резьбой постепенно возрастающих диаметров, или плашками. Для каждого размера резьбы в верхнем ряду доски расположены резьбонарезные отверстия для предварительного (чернового), а в нижнем ряду — для окончательного (чистового) нарезания. Вместо простой резьбонарезной доски лучше
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image249.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 242. Резьбонарезная доска, резьбонарезной клупп со вставками (плашками) и метчик
применять резьбонарезной клупп, в котором зажимаются сменные резьбовые вкладыши-п л а ш к и. При нарезании резьбы клуппом можно регулировать усилие резания и глубину получаемой нарезки большим или меньшим зажимом упругих плашек в головке клуппа, при этом предварительное нарезание выполняют слегка сжатыми плашками, а окончательное — при плотном сжатии плашек. Резьба в гайках нарезается метчикам и. Метчик похож на заостренный винт с продольными боковыми канавками, которые служат для удаления стружки. При нарезании резьбы в отверстиях снимается фаска для лучшего захода метчика; если нарезают резьбу на стержне, то его предварительно слегка заостряют или опиливают на торце фаску. Внутренняя резьба также вначале нарезается предварительным метчиком, а затем — окончательным. Все резьбонарезные инструменты изготавливаются из инструментальной углеродистой или легированной стали и подвергаются закалке с отпуском. Инструменты для нарезания наружной и внутренней резьбы изображены на рис. 242.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image250.jpeg" \* MERGEFORMATINET
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙТЕХНОЛОГИЯ ОТДЕЛОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
ГЛАВА 21
ШЛИФОВАНИЕ И ПОЛИРОВАНИЕ
65. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Шлифование и полирование относятся к отдельной группе методов обработки металлов резанием. Цель этой обработки состоит не в придании металлу определенной формы, как это имеет место при опиливании, фрезеровании, сверлении и т. п., а в том, чтобы придать готовым изделиям определенную чистоту поверхности и точные размеры.
Шлифование служит в основном для получения гладкой поверхности, формоизменение при этой обработке незначительно и играет второстепенную роль.
Полирование обеспечивает получение на гладкой, но матовой поверхности сильного металлического блеска (глянца). Между шлифованием и полированием нельзя провести резкой границы, так как оба процесса преследуют близкие задачи и во многом сходны друг с другом.
Процесс шлифования проще всего рассмотреть на примере работы карборундового шлифовального круга. Он состоит из абразивного материала и связки. В данном случае это остроугольные, твердые карборундовые кристаллы, заключенные в связующее вещество и удерживаемые в нем (рис. 243).
Когда металл прижимают к вращающемуся шлифовальному кругу, то остроугольные кристаллы действуют на него, как зубья фрезы, и снимают тонкий слой металла, образуя стружки переменного сечения. Глубина захвата резания и тем самым качество обрабатываемой поверхности зависят от ветчины шлифующих зерен. Кроме того, эти зерна выступают из связующего вещества на различную величину, и поэтому глубина захвата металла ими позу чается неодинаковой.
Точно так же, как снимаемые стружки остаются между зубьями напильника, они застревают и в промежутках пористого шлифовального материала до тех пор, пока им не удастся освободиться оттуда.
В процессе резания острые края зерен срабатываются, становятся закругленными и тупыми. Затупившиеся зерна выпадают из связующего вещества, что дает возможность вступить в работу новым острым зернам, расположенным под ними. Только при этом условии будет обеспечена нормальная работа шлифовального круга, так как, если связующее вещество удерживает слишком прочно затупившиеся зерна, то режущая способность круга падает, ___он «засаливается», не «берет» ме
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image251.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 243. Схема процесса шлифования
талл и, наоборот, если связующее вещество слишком легко освобождает зерна, то последние будут выпадать преждевременно, еще будучи острыми, и круг очень быстро износится. Отчасти действие шлифовального круга зависит и от обрабатываемого металла, так как частицы мягкого металла застревают в порах и затрудняют шлифование, в то время как хрупкие и твердые металлы вызывают выкрашивание зерен.
Этот же процесс можно наблюдать и при шлифовании жирным трепелом на войлочном круге. Трепел состоит из мельчайших кристаллов кварца, связанных друг с другом жирным веществом. Сам войлочный полировальный круг служит только носителем этого абразивного материала.
Если при шлифовании наблюдается снятие стружки, то основное действие процесса' полирования состоит в сглаживании поверхности под действием сил давления, как это особенно наглядно видно при обработке металлической поверхности стальным полировником.
В то время как зерна абразивных материалов являются более или менее остроугольными, зерна крокуса даже при сильном увеличении выглядят гладкими, закругленными. Когда вращающийся круг, на который нанесено полировальное вещество, прижимается к металлической поверхности, в месте касания происходит сильное нагревание, благодаря чему в этом месте увеличиваются тягучесть и пластичность металла. Теперь микронеровности начинают сдавливаться и стираться, а возвышения — вминаться в соседние углубления поверхности металла. Еще не доказано безупречно, что микрообъемы металла нагреваются при полировании до точки плавления, и хотя напряжения в его поверхностных слоях достигают предела текучести, несмотря на это все же может происходить отделение мелких стружек.
Шлифовально-полировальный станок. У такого станка вал удлинен с обеих сторон для закрепления на нем полировальных инструментов. Вал может быть коническим, либо иметь резьбу для закрепления войлочного диска и круглых щеток; с другой стороны, вал может быть цилиндрическим, тогда полировальный инструмент закрепляется гайками между двумя фланцами.
В настоящее время наибольшее распространение имеют полировальные станки с двигателями переменного тока с короткозамкнутым ротором. Мощность двигателя полировального станка должна составлять не менее 1/4 л. с. Так как двигатель требует высокого пускового тока, то он должен иметь предохранитель на 10 А. При полировании скорость вращения должна быть в пределах от 2800 до 3000 об/мин, при крацевании — только от 700 до 750 об/мин. У двигателей с переключающимися полюсами можно снижать число оборотов наполовину, т. е. с 3000 до 1400 об/мин; такая скорость вращения для полирования слишком низка, для крацевания — слишком высока, поэтому добиваются нужного для крацевания замедленного числа оборотов при помощи регулятора сопротивления. В обоих случаях мощность двигателя снижается с уменьшением скорости, при большой нагрузке он затормаживается и доходит почти до остановки. По сравнению с этим можно сохранить полную мощность двигателя при небольшом числе оборотов подключением редуктора, так как в последнем случае число оборотов будет снижаться не вследствие уменьшения мощности двигателя, а из-за передаточного отношения редуктора, равного 4:1.
Шлифующие и полирующие материалы Окись алюминия — А1203 (корунд). Это соединение встречается в природе в виде рубина и сапфира. Кроме того, натуральный корунд обнаруживается в виде зернистых вкраплений в пустой породе. Твердость его по Моосу НМ равна 9.
Наждак. Этот минерал темно-серого, иногда черного цвета, состоящий приблизительно из 65% А1203, смешанной с магнетитом, гематитом, пиритом и кварцем. В зависимости от чистоты, твердость его НМ составляет от 6 до 8. Основные месторождения наждака находятся на острове Наксос в Эгейском море. Природные глыбы минерала мелко размалывают и получают абразивный материал.
Электрокорунд. Он является искусственным абразивным материалом. Для получения нормального корунда бокситы и углерод расплавляются в электродуговой печи при температуре 2200° С; в процессе плавки составные части бокситов восстанавливаются углеродом Конечный продукт содержит 94—97% А1203 и примеси железа, титана, кремния.
Благородный корунд получают посредством плавки в электропечи чистых бокситов; путем нагревания в натриевом щелоке
в автоклаве и последующего осаждения получают продукт, содержащий до 99 ?о А1.,03. твердость которого может быть выше, чем у природного корунда.
Двуокись кремния — 5Ю2. Кварц является чистой формой кристаллизованной двуокиси кремния (кремниевого ангидрида), в природе он встречается в различных минералах. Имеет твердость НМ7. В виде кварцевой муки или песка ончтспользуется для изготовления наждачной бумаги и в пескоструйных аппаратах, в виде порошка и паст — для чистки предметов домашнего обихода. Кремнезем весьма распространен в природе: он составляет часть массы твердой земной коры. Добытый в карьерах желтоватый песок промывается, прокаливается и размалывается. Конечным продуктом переработки является трепел, который используется в качестве основы для различных абразивных материалов. Искусственный трепел — это мелкозернистая смесь различных видов кремниевого ангидрида, обезвоженной кремниевой кислоты, кристаллического кварца и кварцевого песка.
Карбид кремния — 5)С (карборунд). Этот абразив получают нагреванием кокса и кварцевого песка с добавлением опилок и поваренной соли в электропечи при температуре выше 2000° С. Черные кристаллы карбида кремния, имеющие твердость НМ9,5, служат для обработки хрупких материалов и мягких металлов.
Окись железа — Ре203. Красный железняк (гематит) является естественной формой окиси железа. Этот серо-стальной камень, подобно стальному полировнику, используется для ручного полирования.
Красная политура (крокус). Этот полировальный порошок большей частью изготовляют из размолотого и промытого красного железняка или путем искусственного окисления железных опилок. Чем темнее красная краска, тем тверже полирующий ' материал
Окись хрома — Сг203. Порошок окиси хрома образует зеленую политуру. Она особенно хорошо подходит для обработки твердых металлов. Окись хрома изготовляется исключительно искусственным путем.
Двуокись олова — 5п02. Этот серый порошок образуется при сжигании олова. Из-за небольшой твердости и мелкозернистого строения он применяется в качестве утонченного полировального средства для изящных изделий.
Окись цинка — 2пО. По виду и применению она соответствует двуокиси олова; получается также путем сжигания металла на воздухе.
Окись магния — М§0 (магнезия). Белый хлопьевидный порошок магнезии является особенно мягким полировочным средством. Вместе с окисью алюминия, венской известью и другими добавками он образует белую полит^ ру.
Углекислый кальций — СаС03 (известь). Отмученный мел получается из натурального мела, который образовался путем отложения маленьких морских животных с известковым панцирем. Выветрившийся мел перемешивается с водой в жидкую кашицу и отстаивается; осадок просушивается и размалывается. Таким образом получают основу для различных полировальных паст и порошков.
Венская известь (жженая известь). Она изготовляется из минерала доломита, причем кальций и магний из карбонатов переводятся в окисные соединения. Венская известь неустойчива на воздухе, поэтому она должна храниться в закрытых сосудах.
67. ТЕХНОЛОГИЯ И РАБОЧИЕ ПРИЕМЫ ШЛИФОВАНИЯ
Шлифование закрепленными абразивами. Шлифование наждачной бумагой (шкуркой). Основой для абразивного материала служит особенно прочная и жесткая бумага или полотно; в качестве связывающего средства для наклеивания наждачных зерен применяются клеи из кожи и костей. Тонкость наждачной бумаги определяется величиной зерен абразива, выраженной в микронах. Так, например, микропорошки абразивных материалов номеров М40, М28. . .М7, М5 имеют размер зерна соответственно в 40, 28..7 и 5 мкм. Шли
фовальные порошки с более круп ными зернами имеют номера от № 12 до № 3. Здесь цифра обозначает зернистость абразива в сотых долях миллиметра.
Бруски для наждачной бумаги (наждач ные рейки, наждачные напильники) изготовляются из дерева и либо оклеиваются наждачной бумагой, либо абразивный материал укрепляется непосредственно на дереве (рис. 244). По форме эти бруски похожи на напильники.
Если наждачной бумагой нужно обработать ровные плоскости, то ее следует положить на гладкую плиту: только при этом условии обработанная плоскость действительно останется ровной. В случае обработки плоских поверхностей наждачной бумагой, обернутой вокруг пальца или напильника, возникает опасность, что острые края, в особенности у больших предметов, станут закругленными; при обертывании наждачной бумагой напильника возникает дополнительная опасность от того, что бумага может протереться и тогда напильник оцарапает уже отшлифованную плоскость. Несмотря на это, приходится иногда прибегать к такого рода методам, так как в этом случае можно быстро сгладить предварительно опиленную металлическую поверхность. Но все же повсюду, где требуется очень ровная поверхность, нельзя обойтись без наждачных брусков.
Шлифование абразивными брусками и камнями. Точильный камень (брусок) В качестве точитьного камня применяется плоский камень прямоугольного сечения, длиной от 200 до 300 мм. Практические приемы шлифования на таком камне заключаются в том, что обрабатываемый предмет равномерными движениями перемещают назад и вперед по плоскости камня до тех пор, пока металлическая поверхность не будет равномерно обработана
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image253.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 245. Шлифование плоскости изделия на точильном камне
повсюду (рис. 245). Для того чтобы не допустить образования царапин и рисок от зерен абразива и появления односторонних напряжений, необходимо часто менять направление шлифования.
Напильники из карбида кремния (карборунда). Так называют стержнеобразные камни из карбида кремния длиной около 150 мм с разнообразными формами сечения: квадратной, круглой, полукруглой, треугольной, прямоугольной. Эти камни имеют различную зернистость; они используются как напильники, но, в противоположность точильным камням, должны смачиваться, чтобы снимаемые металлические частички не могли застрять в их порах. Напильник сначала очищается, затем на его хвостов} ю часть укладывают влажную дощечку, к нижней стороне которой прибиваются гвоздями две рейки, которые не дают напильнику соскальзывать в стороны при работе. Рядом на верстаке ставят стакан с водой, в который периодически погружают брусочек во время шлифования. При обработке предметов с острыми кромками нельзя заходить шлифовальным камнем за край. Предмет должен быть основательно промыт в проточной воде до того, как он будет подвергаться обработке следующим по зернистости камнем'. Каменным напильником с более мелкими зернами шлифуют деталь под прямым углом по отношению к предыдущему направлению, снимая следы предшествующей обработки (рис. 246). Подобным же образом можно напильниками из карбида кремния обрабатывать эмаль, стекло и драгоценные камни, при их твердости по Моосу ниже 9.
Пемза. Этот пористый материал похож по способу действия и применению на карбид кремния, но является менее твердым. Грубые обломки пемзы обрубаются и затем при помощи старого напильника доводятся до нужной формы. Пемза особенно хорошо подходит для мокрого шлифования больших серебряных предметов.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image254.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 246. Шлифование напильниками (брусочками) из сланца и карбида кремния
Сланец (шифер)- Он является незаменимым естественным средством для тонкого шлифования. Сланцевые камни изготовляются такой же формы, что и напильники из карбида кремния. Однако преимущество этого более мягкого материала заключается в том, что так же, как и в случае использования пемзы, шлифовальный камень можно сделать любой специальной формы. При помощи остро заточенных тонких стержней из шиферного камня, называемых грифелями, можно обработать труднодоступные места предмета, чего нельзя достичь при помощи бруска из карбида кремния. Все, что было сказано относительно использования напильников из карбида кремния, справедливо и для работы со сланцевыми камнями.
Шлифовальные угли. Хотя эти, приготовленные особым способом, древесные угли не относятся непосредственно к шлифовальным камням, но могут быть приравнены к ним по применению. Большей частью шлифовальные угли изготовляются в виде брус ков квадратного сечения, однако их легко опилить до любого другого профиля. Ими следует работать, используя большое количество воды. Шлифовальные угли являются наиболее мягким мшерналом для доводочного шлифования и применяются при окончательной обработке металла.
Шлифованием наждачной бумагой или абразивным кругом на шлифовальном станке можно выполнить работу быстрее, однако эти способы можно применять только там, где они не приведут к нежелательным последствиям. В некоторых случаях указанные методы не дают положительного результата. Следует всегда помнить, что плоскость предмета получится ровной лишь в том случае, когда она шлифуется гладким плоским инструментом; и даже особо тщательная обработка вращающейся шлифующей щеткой никогда не обеспечит получения острых кромок на изделии.
Шлифование свободными абразивами. Шлифующие порошковые материалы и их носители. Для грубой предварительной обра-
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image255.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 247. Полирование деревянной палочкой
ботки, в особенности при изготовлении больших серебряных предметов, применяют пемзовую муку (размолотый пемзовый камень), для более тонких работ, таких как шлифование деталей украшений, применяют трепел. Оба вещества должны быть приготовлены в виде кашицы: будучи смешанными с водой они полируют сильнее, а при добавлении масла пли жировых веществ — действуют мягче.
Т р е пел в большинстве случаев применяют в виде готовой твердой пасты для шлифования вращающимися щетками и войлоком. В то время как закрепленный связкой монолитный абразив (камень, круг) одновременно является и носителем шлифовального материала, для свободного абразива требуется дополнительный носитель абразивных частиц. Под этим последним подразумевается инструмент, на который наносится шлифующее вещество и на котором оно удерживается в процессе обработки.
Шлифование рукой. Простейшим носителем свободных частиц абразивного материала является человеческая рука, на палец или мякоть ладони которой наносится шлифующий порошок со связующим веществом, после чего производится шлифование предмета. Такой метод применяется, например, в том случае, когда обработанный серой серебряный предмет местами нужно снова просветлить. Однако шлифование рукой имеет ограниченное применение, так как только в редких случаях можно достать пальцем и равномерно обработать все части предмета.
Для небольших ювелирных работ шлифовальные деревянные отделочные или полировальные палочки подходят гораздо больше. Плотное вязкое дерево
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image256.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рас. 248. Полирование натянутой нитью
бересклета с его равномерной твердой структурой оказалось лучшим материалом для этой цели. Из деревянных чурок можно самому легко вырезать желаемую форму бруска или тонкого стержня, вследствие чего создается возможность применять шлифующее средство в небольших труднодоступных уголках обрабатываемой детали.- При употреблении конец палочки погружают в кашицу из шлифующего порошка и обрабатывают частичками абразива, которые прилипают к дереву и вдавливаются (шаржируются) в него, металлическую поверхность изделия (рис. 247).
Для полировки мелких отверстий и звеньев цепочек наиболее подходящим носителем шлифующего вещества является н а - тянутая нить. Для более крупных отверстий сплетают пучок нитей в виде косы. Таким образом, в соответствии с величиной отверстия используют одну или несколько нитей одновременно. Перед началом шлифования косичку из нитей вешают на крючок у края верстака и намазывают на нее абразивное вещество (для этого случая особенно подходит жирный трепел); затем косичку пропускают через отверстие, туго натягивают и водя г по ней обрабатываемый предмет назад и вперед до техпор, пока он не будет полностью отшлифован изнутри (рис. 248). Если нить держат слишком слабо, то край отверстия закругляются На рис. 249 показаны различный инструменты для полировального станка.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image257.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 249. Различные инструменты для полировального станка: шерстяной круг, войлочный круг для колец (фильц), круглая щетка для шлифования, латунная крацовка, полировальный феир, щетка в виде кисти, полировальный конус (дорн) из фегра
Механическое шлифование. Различают два типа приводных станков для шлифования и полирования: собственно полировальный станок и электри ческу |Р бор машинку с гибким валом. У пол«Р°вального станка войлочный круг и щетки укрепляются на цилиндрическом или коническом шпинделе, который приводится в действие электродвигателем. Для тонких работ -требуются более мелкие шлифовальные инструменты, которые укреп- ляюте$! в зажимном патроне гибкого вала (рис. 250 и 251)
В основном, форма носителей шлифовального вещества у обоих видов станков одинакова, они отличаются, собственно, только по величине и различный способам крепления.
Шлифовальный войлок Должен быть тверже и крепче, чем п о- л и р о в а л ь н ы й. Различают шерстяной войлок, изготовленный из чистой шерспь волосяной войлок, изготоРленный из волос животных, и смешанный — волосяной и шерстяной вместе. Форму войлочного диска можно легко изменить саы°му при помощи рашпиля или напильника с крупной наседкой.
Войлочный диск укрепляется нй коническом шине полировального мотора. На вращающийся 1фУг наносят шлифующее вещество, которое прочно одерживается частицами вой- пока.
Для шлифования применяют более грубг'й войлок и более твердые круглые щетки, чем при полировании. Преимуществощетки по сравнению с войлочным кругом заключается в том, что она легко обрабатывает детали усложненной формы Следуег следить за тем, чтобы у предварительно обработанного плоским шлифованием предмета, вследствие воздействия вращающейся щетки, не оказались затупленными острые ребра.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image258.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 250. Инструменты для шлифования, полирования и крацевания бормашинкой
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image259.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 251. Полирование кольца на полировальном станке: а — на фетровом дорне;
6 — на шерстяном круге
68. ТЕХНОЛОГИЯ И РАБОЧИЕ ПРИЕМЫ ПОЛИРОВАНИЯ
В противоположность шлифованию при полировании не применяются жесткие абразивные инструменты со связкой зерен типа брусков, камней и т. п., а используются исключительно свободные полировальные вещества. Последние наносятся на какой-либо носитель полировальных частиц.
Полировальные вещества и их носители. Простейшее полировальное вещество можно изготовить самому, перемешав отмученный мел с нашатырным спиртом. Полученную жидкую кашицу намазывают на носитель полировального вещества — узкие
ручные полировальные щетки, обычно используемые в ювелирном деле. Этого сравнительно крупнозернистого вещества оказывается, однако, недостаточно для получения интенсивного блеска, поэтому требуются твердые пасты промышленного изготовления, которые смешиваются на основе шлифовальных и полировальных материалов и связываются твердыми жировыми веществами. Они называются: красная политура, парижская красная, белая политура, зеленая политура. Во всяком случае следует обращаться именно к таким испытанным и оправдавшим себя средствам, так как они гарантируют наилучшее возможное действие.
Носители полировочных веществ по функциям, форме и величине примерно соответствуют носителям шлифовального вещества, только в некоторых случаях требуется более мягкий материал.
Полирование вручную. В качестве продолжения процесса шлифования используют равным образом полировальные палочки и шлифовальные деревянные бруски, причем они покрываются полировальным веществом.
Натянутые нити применяются так же, как при шлифовании, технологический процесс отличается только наносимым на них веществом.
На ровных плоскостях достигают завершающего, сверкающего блеска при помощи кожаного (полировального) напильника. По форме он сходен с наждачным напильником, но одна сторона его обтянута мягкой кожей, на которую наносится полировальное вещество. Часто кожаный напильник используется при доводке после влажного шлифования и полирования стальным гладилом.
Механическое полирование. Технологический процесс и метод его выполнения также сходны со шлифованием. Применяются одинаковые станки, полировальный войлок и круглые щетки, только сделаны они из особенно мягкого материала. Для получения зеркального блеска в конце процесса используется наборный полировальный круг (колыхающаяся шайба) Он состоит из многочисленных кружков из ткани (большей частью бумазеи или миткаля) с отверстием в центре, которые свободно лежат др)г на друге и только посередине удерживаются фланцем. Полировальные круги работают на высоких оборотах, но с небольшим количеством полировального вещества. Наборные полировальные круги делают также из мягких кожаных шайб.
Окончательная полировка достигается при помощи шерстяного круга, имеющего деревянную втулку подобно круглой щетке, но вместо щетины на втулку насажен хлопок или серая овечья шерсть. Сказанное относительно полировальных тканевых пли кожаных кругов справедливо и для этого случая: наносится мало полировального вещества и дается высокое число оборотов.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image260.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 252. Полирование с помощью бормашинки
На рис. 252 показано полирование кольца бормашинкой. Полирование стальным полировкиком (гладилом) и камнем. Этот метод отличается от описывавшихся до сих пор способов облагораживания поверхности тем, что здесь не используется никакое
полировальное вещество, но за счет давления гладкого инструмента сглаживаются микронеровности поверхности металла (рис. 253).
Полирование гладилом дает особенно высокий блеск, при этом поверхностные слои металла, уплотняясь наклепываются, что повышает их твердость и увеличивает износостойкость изделия. Весьма ценным является также почти полное отсутствие потерь металла.
В то же время к недостаткам этого метода полирования следует отнести большую продолжительность процесса, требование наличия высокой квалификации и опыта у работающего; обработка поли- ровником обходится поэтому дороже, чем полиро- нание другими способами.
П°лиР°вник (гладило). Он изготовляется из высококачествен- 1 закаленной стали. В любом случае кромки рабочей части лжны быть полностью закруглены и поверхность инструмента . °тирована наилучшим образом. Полировник закрепляется на Деревянной рукоятке.
Полировальный камень. Большей частью в качестве такого камня используется красный железняк (гематит), особенно плотного строения. Форма камня соответствует форме рабочей части полировника. Камень соединяется с рукояткой при помощи латунной оправы. Полировальные камни дают более высокое качество полировки, чем гладила.
Подготовка инструментов. Как гладило, так и камень должны полироваться время от времени заново, причем их правят сначала на плотной подошвенной коже корундовым порошком, а затем порошком двуокиси олова или красной ■ политурой на мягкой коже. Правятся они всегда в продольном направлении, чтобы возникающие при правке микроскопически тонкие риски проходили поперек рабочего направления и, таким образом, предотвращали полосчатую полировку.
Приемы работы. Перед полированием предмет должен быть хорошо обезжирен, чтобы сталь не «засаливалась». В качестве подкладки обычно служит мягкая ткань. Следует избегать прикосновения руки к изделию. Чтобы уменьшить трение и отвести возможные тончайшие стружки, камень или гладило слегка увлажняют, благодаря чему получается равномерный, гладкий штрих. Для небольших поверхностей достаточно немного слюны, в других случаях требуется полировальная вода (мыльный раствор с нашатырным спиртом). С равномерным давлением проводят полировником один штрих рядом с другим по поверхности. После того, как поверхность один раз уже будет обработана, производят вторичную полировку поперек первого направления, чтобы предотвратить образование полос. Полые предметы должны обрабатываться особенно осторожно, чтобы они не продавились под давлением инструмента. Если предмет должен быть обработан внутри и снаружи, всегда сначала следует полировать изнутри, а затем снаружи.
После проведения ручного полирования желательно довести поверхность предмета вращающимся войлочным диском, круглой волосяной щеткой или, по крайней мере, шерстяным кругом. В крайнем случае следует протереть поверхность мягкой шерстяной тканью.
Хранение инструмента. По окончании работы полировники втыкают в древесные опилки, чтобы онц не ржавели. Камни завертывают в мягкие тряпки для предотвращения их от повреждения.
Полирование в галтовочном (полировочном) барабане. Этот вид обработки является дальнейшим развитием метода полирования стальными инструментами. Изделия укладываются в барабан, наполненный стальными шариками, цилиндриками и мыльным раствором. Во время вращения барабана шарики перекатываются по поверхности изделия и производят таким образом полирование (рис. 254).
Хотя этот метод значительно дешевле, чем ручное полирование гладилом, он в ю же время обладает известными недостатками,
ограничивающими область его применения, а именно: 1) метод целесообразно применять только в массовом производстве, когда одновременно может быть заложено в барабан много приблизительно однотипных предметов; 2) поверхность изделий должна быть настолько мягкой, чтобы шарики могли оказывать свое действие; этому требованию хорошо отвечают золоченые и посеребренные предметы; 3) для полых и очень нежных предметов этот способ вообще непригоден, так как они легко повреждаются или «плавают», вообще не обрабатываясь на ложе шариков.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image262.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 254. Полировальный барабан
Устройство барабана. Он представляет собой шестигранный сосуд из досок твердого дерева, величина которого меняется в зависимости от объема продукции. Обычно такие барабаны имеют только одно полировальное отделение длиной 15—20 см; более крупные барабаны разделены перегородками на отдельные камеры и достигают общей длины 50 см и более.
Барабан снабжен стальными цапфами, вращающимися в подшипниках двух стоек.
Цапфы прикреплены фланцами к торцевым шестигранным щитам барабана, который вращается вокруг своей горизонтальной оси посредством электродвигателя, подключенного к одной из цапф. Так как скорость вращения барабана должна быть небольшой и составлять максимум 60 об/мин, то имеется промежуточная червячная передача. Если применить более высокие скорости вращения, то шарики не будут перекатываться по поверхностям изделий назад и вперед, а станут лишь скользить по ним.
Шарики делаются из стали лучшего качества (по возможности хромистой) и закаливаются. Они должны быть абсолютно круглыми и хорошо отполированными. Для полирования украшений особенно подходят шарики диаметром от 1 до 3 мм. Столь мелкие шарики применяют для того, чтобы отполировать самые маленькие отверстия уложенных в барабан изделий. Если все же не удается проникнуть шариками во все отверстия то их смешивают со стальными цилиндриками с закругленными торцами. Одни цилиндрики не обеспечивают удовлетворительной полировки.
Подготовка барабана к работе и загрузка изделий. Через закрывающееся крышкой отверстие полировочный барабан почти На 3/4 заполняется шариками и цилиндриками. Кроме того, в каждое отделение добавляется от 30 до 40 г специального полировального или венецианского мыла. Затем наливают столько воды, чтобы шарики были полностью скрыты под ней. В том случае,
если барабан длительное время не использовался, сначала заставляют его в течение 10 мин вращаться вхолостую, чтобы шарики и цилиндрики отполировались сами. Мыльная пена должна быть всегда белой в процессе работы, иначе следует заменить полировальную жидкость.
Изделия перед загрузкой должны быть полностью обработаны, т. е. на их обезжиренной поверхности не должно быть никаких следов напильника или остатков окиси. В барабане изделия приобретают только блеск на гладкой поверхности. Никакие предметы при загрузке не должны нанизываться на проволоку, цепочки следует свернуть в мотки.
Процесс полирования. Время от времени барабан останавливают и проверяют состояние полируемых предметов. Изделия из серебра или «дубля», а также позолоченные и посеребренные полируются от 0,5 до 2 ч, в то время как массивные золотые предметы требуют для этого до 4 ч. Когда полировка достигла желаемого состояния, можно опорожнить барабан. Лучше всего вылить все содержимое через сито, отверстия которого достаточно велики, чтобы пропустить шарики и цилиндрики, но задержать изделия. Остатки полировального раствора могут быть отмыты в проточной воде; лучше подержать изделия в сосуде с горячей водой, этим сократится время их просушки в опилках.
Если желательно получить особенно сильный блеск, то можно вместо стальных шариков положить в барабан обрезки из отходов замши и провести полирование в нем еще раз.
69. КРАЦЕВАНИЕ
При к р а ц е в а н и и изделия на полировальном станке обрабатываются тонкой проволочной щеткой, причем концы проволок слегка касаются при движении поверхности изделия и проглаживают ее. Каждая проволочка щетки действует как маленькое гладило (рис. 255).
Крацевальные инструменты и принадлежности. В качестве основного рабочего инструмента применяются щ е т к и, у которых вместо щетины имеются тонкие латунные или нейзнльберовые проволочки толщиной от 0,15 до 0,25 мм. По форме различают узкие продолговатые ручные щетки и вращающиеся круглые щетки с деревянной или металлической втулкой для крепления на валу электродвигателя. Последний должен иметь около 600 об/мин. Если имеющийся у полировального станка двигатель не допускает регулировки, то для крацевания нужно либо поставить редуктор, либо установить специальный краиевальный мотор. Над крацевальным диском устанавливается бачок, снабженный краном, из которого в течение всего рабочего процесса капает мы чьный препарат, облегчая этим скольжение проволочек и предотвращая засативанпе щетки. Этот препарат можно сварить из коры мыльного корня.
Практические приемы крацевания. Этот метод большей частью применяют для из девши из серебра посте того, как при травлении образовался белый налет. Кроме того, рекомендуется крацевать зеленоватую накипь и у изделий из золота после травления, так как после этого облегчается последующее шлифование.
В случае крацевания вручную, работу производят нормальной щетинной щеткой, чтобы избежать образования полос на поверхности изделия; направление движений щетки можно многократно изменять.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image263.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 255. Крацевание на полировальном станке
Если работа выполняется вращающейся щеткой, то немного открывают кран, пуская смазывающую жидкость каплями и слегка прижимают изделие к щетке, при этом также неоднократно изменяют направление обработки поверхности, чтобы на ней не образовались полосы.
70. МАТИРОВКА(НАВЕДЕНИЕ МАТА)
В то время, как выровненная шлифованием поверхность при полировании становится блестящей, наводка мата вызывает появление шероховатостей на гладкой поверхности, благодаря чему последняя становится тусклой и матовой. В зависимости от применяемого метода обработки получают более или менее мелкозернистую матовую поверхность.
Матировка чеканами. Поверхность становится особенно крупнозернистой, если она подвергается шерохованию ударами молотка по соответствующему чекану (см стр. 206).
Матировка центробежной щеткой. На деревянной втулке установлены в несколько рядов подвижные пучки стальной или медной проволоки. Щетка укрепляется на валу полировального двигателя и проволочные пучки ее вращаются с большой скоростью. Подлежащий обработке предмет всегда только слегка подталкивается к щетке, так что каждый раз охватывается только небольшая часть поверхности изделия. Действие будет только тогда удовлетворительным, если острия щетки силой своего центробежного давления будут оставлять небольшие вмятины на поверхности изделия.
Пескоструйная обработка. При помощи пескоструйного аппарата получают особенно мелкозернистую и равномерно-матовую поверхность. Полые предметы при этом не получают повреждений.
Цилиндрический сосуд (рис. 256) высотой около 60 см и диаметром около 30 см имеет внизу форму воронки и заканчивается
Насадкой для гибкого шланга, к которому подключается сильный центробежный вентилятор. Смотровое окошко позволяет вести наблюдение за ходом рабочего процесса. Через два облицованных тканью отверстия можно просунуть в рабочее пространство аппарата руки и загрузить изделия. Резиновые жгуты уплотняют тканевые манжеты у кисти рук. Сосуд наполняется около 2,5 кг мелкого кварцевого песка.
И
Рис. 256. Схема пескоструйной уста новки
При включении вентилятора сжатый воздух подбрасывает находящийся в аппарате песок вверх, причем частицы его с большой скоростью отбрасываются также и на поверхность изделий. Зерна песка оставляют на поверхности Изделий небольшие вмятины и создают таким образом матовую поверхность.
71. УДАЛЕНИЕ ОСТАТКОВ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ПОЛИРОВАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ,
Прежде чем перейти к следующему по тонкости шлифовальному материалу, изделия необходимо каждый раз основательно промыть.
Цель промывки будет достигнута в том случае, если частицы грязи будут полностью удалены с поверхности изделия. Так как загрязнения большей частью связаны с присутствием жирных веществ, очистка производится обычно химическим путем: жиры растворяют и удаляют, а затем легко и без труда счищаются и смываются остальные частички грязи.
Перед нанесением гальванических или лаковых покрытий предметы не только должны быть очищены, но и тщательно обезжирены. Признаком полного обезжиривания является равномерная смачиваемость металлической поверхности водой.
Рассмотрим подробнее основные методы удаления загрязнений.
Прокаливание. Если прокалить подлежащий очистке предмет, то жиры, сгорая, обугливаются, и при повторном нагреве предмета в травильном растворе частички грязи и нагар легко отстают. Однако, этот метод имеет явные недостатки, заключающиеся в том, что без предохранительных средств металлическая поверхность окисляется, а у готовых изделий повреждаются камни и пружины; кроме того, требуется последующая полировка.
Все же у сильно загрязненных бриллиантовых изделий с тонкими отверстиями можно получить хорошие результаты при очистке путем следующей обработки: обмазать поверхность украшений борной кислотой, прокалить, протравить, затем прошлифовать и в заключение отполировать.
Очистка металлическими щетками. Механической обработкой — очисткой металлическими щетками, шабровкой, крацеванием и т. п. — можно только в исключительных случаях достичь хорошей очистки, но никогда такими путями не получить обезжиренной поверхности.
Промывание. Сущность действия растворителя жиров заключается в том, что имеющиеся на предмете жировые вещества освобождаются от грязи и удаляются жидкостью.
К достоинствам метода промывки растворителем относятся: мягкость применяемых средств, не вызывающих изменения структуры металла и других повреждений поверхности изделий, быстрота растворения жировых составляющих загрязнений, а также хорошая смачиваемость жиров благодаря малому поверхностному натяжению растворителей.
К недостаткам этого способа следует отнести: необходимость дополнительной очистки загрязнений щетками после удаления жиров и возможное наличие остающихся следов жировых веществ, адсорбирующихся на изделиях. Поэтому промывку растворителями в случае необходимости следует завершать полным обезжириванием.
Виды растворителей жиров. Сравнительно дешевым средством является б е н з и н. Он хорошо зарекомендовал себя, как быстродействующее растворяющее средство, особенно для жирного трепела. Аналогичное применение имеет спирт. Оба эти вещества обладают существенным недостатком — легкой воспламеняемостью, поэтому всегда имеется известная опасность несчастных случаев. Т рихлорэ т.и лен — С2НС18 и перхлорат и л е н — С2С14 относятся к группе полихлористых углеводородов. Преимущества трихлорэтилена и перхлорэтилена состоят в том, что они являются несгораемыми жидкостями; все жиры, масла и смолы ими хорошо растворяются, причем их растворяющаяся способность больше, чем у бензина Важно отметить, что отполированные до зеркального блеска изделия после промывки этими веществами остаются неизменными.
Однако следует отметить и некоторые недостатки трихлорэтилена и перхлорэтилена. Оба эти растворителя, в особенности трихлорэтилен, уже при комнатной температуре испаряются,, причем их пары обладают дурманящим и усыпляющим действием, а при постоянном вдыхании могут привести к смертельному исходу. (Поэтому на производстве у такого рода установок смонтированы отсасывающие устройства.) Кроме того, открытое пламя разлагает поднимающиеся пары, возникают корродирующие пары НС1 и ядовитый фосген
.ОН
о=с<
Х)Н
Так как разложение может наступить и под влиянием света, то жидкость должна храниться в светонепроницаемых сосудах. На практике предпочитают использовать перхлорэтилен, так как он обладает меньшими недостатками по сравнению с трихлорэтиленом.
П рименение растворителей жиров. Загрязненные предметы кладут сначала на некоторое время в раствор. При этом надо следить за тем, чтобы горючие вещества, такие как бензин, спирт, керосин, не нагревались, в то время как трихлорэтилен и перхлорэтилен можно нагревать на электроплитке, чтобы повысить их действие.
Частицы грязи смывают зубной щеткой, обильно смоченной растворителем. Еще лучше использовать вращающийся промы- ватель, применяемый для очистки часовых механизмов.
После обработки жиров растворителем изделия кипятят в течение пяти минут в концентрированном растворе нашатырного спирта. После легкого промывания этим раствором также достигается обезжиривание. Использованные остатки растворителя жиров хранят в узких высоких сосудах, чтобы раствор мог просветлиться, а частицы грязи осели на дно.
* Действие щелочных обезжиривающих средств. Жиры при обработке обезжиривающими средствами растворяются следующим образом: органические жиры омыляются, т. е. расщепляются на жирнокислые соли и глицерин; неорганические и часть органических жиров эмульгируют или, иначе говоря, распределяются в жидкости в виде капелек величиной в 1 (Г5 мм; частички грязи связываются пеной и удаляются. Чем сильнее щелочная реакция обезжиривающих веществ, тем выше их активность. Но следует помнить, что эти средства агрессивно действуют на различные металлы и сплавы.
Виды обезжиривающих средств. Едкий натр — ЫаОН и едкое кали — КОН одинаковы по действию. Они годятся как сильно действующие обезжиривающие средства, но разрушают кожу и частично даже металлы.
Нашатырный спирт — ЫН4ОН является сильной щелочью. Он также разрушает неблагородные металлы, но хорошо растворяет жиры. В противоположность едким натру и кали нашатырный спирт менее опасен для кожи.
Цианистый калий — КСК и цианистый натрий — ИаСИ отличаются от остальных щелочных средств тем, что они не только являются сильными растворителями жиров, но, кроме того, они могут разложить тонкие окисные пленки. Основным их недостатком является очень сильное ядовитое действие
Сода — Ыа2С03- и поташ — К2С03 годятся как слабощелочные растворители, но имеют преимущество в том, что совершенно не ядовиты и пассивны по отношению к металлам.
Готовые обезжиривающие препараты все больше вытесняют чистые щелочные вещества. Большей частью эти препараты приготовлены уже не на щелочной основе, а составлены из других естественных и искусственных веществ, с целью повышения растворимости жиров и устранения недостатков натуральных чистых щелочей.
Применение обезжиривающих средств. Чистые щелочи применяют в виде водных растворов. Загрязненные предметы кладут в щелочь и кипятят, так как при нагревании растворимость и смачиваемость жиров повышается. Затем изделия вынимают из щелочи и хорошо промывают.
Загрязненные обезжиривающие средства хранят в высоких сосудах, чтобы раствор мог просветлиться для нового употребления.
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image265.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 257. Схема установки для ультразвуковой очистки изделий
Очистка ультразвуком. При использовании этого метода очистка происходит гораздо быстрее, чем щетками, устраняется обезжиривание и достигается максимальная степень чистоты поверхности.
Такой способ очистки оправдывает себя только на крупных предприятиях, где приходится обрабатывать одновременно большие партии изделий. Принцип его основывается на том, что частицы грязи снимаются ультразвуковыми колебаниями и эмульгируются жирорастворяющим раствором.
В изображенной на рис. 257 установке в качестве моющего раствора применяется трихлорэтилен. Насос 5 служит для постоянной циркуляции жидкости. Через сопло 9 раствор подается в моечное пространство, где находятся корзины с изделиями /—IV, омывает изделия, очищает их от грязи, которая большей частью осаждается в отстойнике 3. За перегородкой 2 несколько отстоявшийся раствор засасывается насосом 5, приводимым в действие двигателем 4, полностью очищается в фильтре 7 и снова подается в ванну I.
Изделия передвигаются в направлении, противоположном движению жидкости. Очищаемые предметы плотно укладывают в цилиндрические проволочные корзины, которые вращаются вокруг своей оси со скоростью 2 об/мин. Постоянно находятся в употреб- ленин четыре таких емкости. Изделия, находящиеся в корзинах на позициях / и //, предварительно отмачиваются в растворе. Корзина, перемещенная на позицию III, находится в ультразвуковом поле. От ультразвуковой головки 6 исходят колебания частотой 800 кГц. В противоположность всем другим механическим методам очистки, ультразвуковые колебания действуют на любой глубине, в каждом желобке гравировки изделия, так что любые труднодоступные места подвергаются очистке. После того, как изделия будут очищены, они промываются чистым раствором
INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\wogwogwog\\Documents\\media\\image266.jpeg" \* MERGEFORMATINET
Рис. 258. Малогабаритная ультразвуковая установка (фирма «Фнлиппи и К°», Пфорцгейм); слева направо: высокочастотный генератор, резервуар ванны, вставка с ультразвуковым излучателем колебаний
на позиции IV. Корзину с обработанными изделиями вынимают, а остальные продвигают вперед. Затем корзину снова загружают новой порцией загрязненных предметов и помещают в моечный бак (позиция /).
Ультразвуком называют звуковые колебания, не воспринимаемые нашим ухом. За нижнюю границу ультразвуковых колебаний принимают 20 кГц, т. е. 20 000 колебаний в минуту; верхняя граница — 106 кГц. Пьезоэлектрический вибратор работает от высокочастотного генератора 8. Существуют определенные металлы, соединения и сплавы, которые сжимаются под влиянием магнитного поля, а после его исчезновения снова расширяются. В ультразвуковой головке такой сплав подвергается воздействию переменного магнитного поля тока высокой частоты и синхронно с магнитным полем сжимается и расширяется. Изменение размеров сплава в виде колебаний передается на раствор и далее на очищаемые изделия.
На рис. 258 показана малогабаритная ультразвуковая установка, предназначенная для очистки небольших партий изделий и отдельных предметов.
Дальнейшим усовершенствованием этого метода очистки является ультразвуковая ванна, разработанная западногерманской фирмой «Лефельд и К°», с полезным объемом от 4 до 70 литров. Под дном ванны, т. е. вне рабочей зоны, установлены вибраторы с частотой колебаний в 40 кГц. Ванна изготовлена из нержавеющей стали и может быть наполнена любой очищающей жидкостью. Генератор дает необходимые для процесса высокочастотные электрические колебания, вибраторы преобразуют их в механическую ультразвуковую энергию, которая распределяется равномерно по всей ванне, благодаря чему весь объем жидкости пронизывается ультразвуком, и очищаемые предметы могут погружаться в вибрационную ванну в любом месте
ГЛАВА 22
ТРАВЛЕНИЕ, ОКРАСКА, ОЧИСТКА, ВОРОНЕНИЕИ ГОРЯЧЕЕ ЗОЛОЧЕНИЕ
72. ОБРАБОТКА СЕРЕБРА И ЕГО СПЛАВОВ
Травление и серебрение горячим способом. Под такой обработкой подразумеваются методы, с помощью которых осветляются сплавы серебра, ставшие черными при отжиге из-за окисления меди. В то время как простое травление только удаляет окись, при серебрении горячим способом на поверхности изделия появляется тонкий слой чистого серебра.
Форма и размеры емкостей для травления зависят от потребностей производства. Если используют холодный травильный раствор, то в качестве материала для травильной ванны могут быть использованы стекло, фарфор, глазированный фаянс или пластикат. В том случае, когда должен применяться горячий раствор, рекомендуются емкости из платины, серебра и фарфора. Для средней мастерской в качестве основного сосуда для холодного травильного раствора рекомендуется стеклянная емкость в виде аквариума и, наряду с этим, несколько небольших чашек из фарфора или серебра, которые можно нагреть на треножнике бунзеновской горелкой.
Для приготовления травильного раствора сосуд наполняют водой и тонкой струей наливают немного серной кислоты, причем обязательно осторожно льют именно кислоту в воду, а не наоборот, во избежание разбрызгивания капель вскипающей мгновенно кислоты, которая может причинить сильные ожоги.
Для приготовления травильного раствора достаточно одной части серной кислоты и около 20 частей воды. Если раствор будет использоваться горячим, это отношение может быть уменьшено До 1 : 50.
Выполнение серебрения горячим способом. Этот вид серебрения состоит в нагреве сплава серебро—медь до появления на его поверхности слоя окиси или закиси меди и в удалении этого слоя последующим травлением, в результате чего поверхность изделия обогащается серебром. После нагрева изделие охлаждают либо на воздухе, либо в воде. Ни в коем случае его нельзя в горячем состоянии погружать в травильный раствор. Воздух в микроскопически мелких раковинах металла при нагреве расширяется и выходит из них. При охлаждении в травильном растворе эти капиллярообразные поры наполняются разбавленной кислотой, удалить которую невозможно даже самым тщательным промыванием. Остатки кислоты продолжают действовать очень долго, так как они, являясь гигроскопичными, непрерывно пополняются за счет влаги воздуха. Следствием этого являются возможные кожные заболевания и коррозия металла. Кроме тою, при длительном действии солнечных лучей на поверхности изделия вырастают голубовато-зеленые кристаллы сернокислой меди. Таким образом, в травильный раствор помещают охлажденные предметы, в котором они остаются до тех пор, пока не исчезнет темная окраска поверхности, т. е. пока не растворятся окислы меди с образованием сульфатов:
СиО + Н2504 -> Си$04 + Н20;
Си20 + Н2504 — Си504 + Н20 + Си.
В то время, как окись меди преобразовывается при этом без остатка, в процессе растворения закиси меди образуется немного металлической меди, которая осаждается на поверхности изделия в виде красного налета. Это явление особенно заметно у сплава серебра 800 пробы. Вследствие этого горячее серебрение такого сплава становится неэффективным.
Удалить образовавшийся медный осадок можно следующими способами:
погружением предмета на небольшой промежуток времени в азотную кислоту; погружать на более долгий срок, чем это необходимо, не следует, так как азотная кислота растворяет и серебро;
повторным прокаливанием, при котором налет меди может быть окислен и затем растворен в травителе;
добавлением в травильный раствор небольшого количества марганцовокислого калия — КМп04. Последний реагирует с серной кислотой с образованием семиокиси марганца по реакции
2КМп04 + Н2504 -> Мп207 + К2504 + Н20.
Мп207 — неустойчивое соединение, оно легко отдает кислород и тем самым способствует окислению меди непосредственно в травильном растворе. Однократного окисления и протравливания, как правило, бывает недостаточно, чтобы поверхность изделий была совершенно белой (обычно предмет выглядит слегка желто-
ватым), поэтому процесс повторяют до тех пор, пока не будет достигнут желаемый оттенок. При этом после первого травления производят крацевание латунной проволочной щеткой, прокаливание, охлаждение и повторное травление. Скорость травления увеличивается, если нагреть раствор приблизительно до 70° С. У тех изделий, поверхность которых должна быть матово-белой, заключительное крацевание и полирование не выполняются. Поэтому такие предметы приходится прокаливать и протравливать до четырех раз и более. Отсюда проистекает весьма неприятное для структуры сплава последствие: возникновение под поверхностью изделия скрытого дефекта — внутренней окисной зоны. Для предотвращения ее образования перед вторым прокаливанием изделие покрывают кашицей из смеси поташа и воды. После того как обмазка высохнет, изделие прокаливается. При этом поташ преобразует окись меди в легко растворимую углекислую соль по реакции:
К2С03 + СиО -> СиС03 + К20
и тем самым предупреждается возникновение окислов под поверхностью изделия.
В процессе работы травильный раствор истощается и, вследствие растворения сульфатов меди, окрашивается в голубоватозеленый цвет. Так как в травителе растворяются также остатки буры и флюсов, то на дне ванны осаждается темный слой шлама. Этот донный осадок из-за возможного, присутствия в нем благородных металлов направляется на очистку.
Другие методы серебрения. Травильный раствор с серной кислотой является активным только в нагретом состоянии. В холодном состоянии для серебрения можно использовать раствор сернокислого калия в воде.
100 г кислого сернокислого калия — КН504 растворяют в 1 л воды. Получается раствор, действие которого полностью аналогично упомянутому выше раствору серной кислоты. Растворение окислов происходит по следующей реакции:
2КН504 + СиО — Си304 + К2504 + Н20.
В тех случаях, когда готовое изделие должно иметь упругие свойства, способы горячего серебрения непригодны, так как изделие после нагрева становится мягким и податливым. В этом случае изделия подвергают только травлению и последующему холодному серебрению указанным способом.
Сульфирование. Как известно, серебряные сплавы на воздухе покрываются темным слоем сульфидов серебра и меди, к которым добавляется еще и окись меди. Поэтому полированное серебро невозможно сохранить долгое время чистым. Матовая поверхность изделий также быстро темнеет, вследствие чего часто красивые цветовые эффекты новых серебряных предметов при экс-, плуатации исчезают. Иначе обстоит дело с сульфированными предметами, которым уже при изготовлении придается такой вид, который они получили бы в процессе эксплуатации. Задача ювелира состоит в том, чтобы этот естественный налет (который, как правило, бывает пятнистым и неравномерным) сделать красивым и однородным.
Приготовление серной печени. В последнее время появилось множество препаратов, при помощи которых можно произвести окраску сплавов серебра. Однако все они основаны на использовании серной печени, которую без труда можно приготовить самостоятельно. Поташ — К2СОэ и серу — 3 берут в пропорции 1 : 1 и, помешивая, медленно нагревают при доступе воздуха до получения коричневой вязкой массы, а затем разбавляют ее небольшим количеством воды получая готовый к употреблению препарат,
4К2СОэ + 65 + 02 -* 2К25 + 2К25203 + 4С02.
Так как сульфид калия легко присоединяет серу, то получается полисульфид калия
К23 + 35 -> К254.
Таким образом, серная печень является смесью различных полисульфидов калия с тиосульфатом калия К25208. Серная печень должна храниться всегда в закрытом сосуде, так как сульфиды под действием кислорода воздуха распадаются и превращаются в недейственные сульфаты:
К25 + 202 -> К2504.
При сульфировании водный раствор серной печени слегка нагревают и обезжиренный, подвешенный на проволоке, предмет на короткое время погружают в ванну, перемещая его в растворе взад и вперед. На изделии в течение нескольких секунд образуется темный налет сульфида серебра или сульфида меди. Изделие вынимают и промывают. Если требуемая окраска еще не достигнута, процесс повторяют. В случае, когда на отдельных местах потемнения не происходит, причиной этому является недостаточное обезжиривание.
После обработки мягкой латунной крацовочной вращающейся щеткой тусклая пленка приобретает красивый иссиня-черный блеск. Участки, которые должны оставаться светлыми при рельефной чеканке (возвышения), должны быть высветлены, т. е. освобождены от слоя сульфида, для этого изделие слегка протирают мелким пемзовым порошком или венской известью.
Очистка серебряных сплавов. Под этим понятием подразумевается не очистка загрязненных предметов, а освобождение их от сульфида серебра и окиси меди.
Методы, которые разбирались выше, подходят для того случая, когда серебряным предметам необходимо снова придать их красивый вид. Однако часто готовый предмет, украшенный камнями или эмалью, нельзя нагревать до высоких температур, поэтому были разработаны другие методы очистки.
Методы механической очистки. К ним можно отнести все методы обработки со снятием стружки: опиливание, шабрение, шлифование, полирование и т. д. При всех этих методах поверхность подвергается воздействию инструмента и заметно изменяется, так как с нее снимается не только темный налет, но также и часть сплава.
Методы химической очистки. Очистка нашатырным спиртом и мелом. Отмученный мел или венская известь смешиваются с нашатырным спиртом (ЫН4)ОН до получения кашицы и наносится тряпочным тампоном на поверхность изделия. Сульфид переходит в легко растворимое комплексное соединение
4(йШ4)ОН + Ад25 - 2[Аё(ЫН3)2ЮН + Н25 + 2НаО.
Затем обмазка удаляется мягкой тряпкой или щеткой. Вместе с ней удаляются и продукты растворения в нашатырном спирте.
В этом методе объединены механическая и химическая очистка. Так как мел имеет зернистую структуру, то на металле будут оставаться мелкие царапины, поэтому для отполированных изделий этот метод не подходит.
Очистка гипосульфитом. Этот метод очень похож на только что описанный. Смешивают 50 г гипосульфита — Ка25203 с 15 г воды и полученную кашицу наносят лоскутом мягкой кожи на изделие. Через короткое время сульфиды преобразуются в легко растворимые комплексные соли
бНа25203 + А§25 —» 2Па[А§(5203)31 + Ыа25.
Мелкозернистой окисью магния — МдО и мягким шерстяным сукном поверхность изделия протирают до тех пор, пока не будет достигнут необходимый блеск.
Очистка цианистым калием. В то время как . перечисленные выше методы очистки требуют последующей доработки, цианистый калий действует чисто химическим путем. 100 г цианистого калия — КСИ растворяют в 1 л воды. В слегка нагретую ванну подвешивают потускневшие изделия, укрепленные на серебряной или латунной проволоке. При взаимодействии с цианистым калием сульфид серебра переходит в легко растворимое комплексное соединение
4КСЫ + Аё25 — 2К1Аё (СЫ)2! + К25.
Очищенные изделия должны быть хорошо промыты и нейтрализованы в щелоке, чтобы не оставалось никаких остатков продуктов, присутствовавших в ванне. Недостатком этого метода является сильная токсичность цианистых соединений, поэтому работа должна проводиться под вытяжкой со всеми мерами предосторожности.
Использование готовых препаратов. В настоящее время разработано много действенных и нетоксичных препаратов для удаления сульфидной пленки- серебра. Слегка потускневшие изделия протираются обтирочной тканью, пропитанной растворяющими сульфиды веществами. Множество паст, жидкостей и мыло для очистки облегчают химико-механическую очистку без повреждения поверхности изделия.
Наконец, были разработаны составы для очистки методом погружения, которые так же действенны, как растворы цианистого калия, но, благодаря отсутствию в составе ядовитых веществ, они могут использоваться без особых мер предосторожности.
ОБРАБОТКА ЗОЛОТА И ЕГО СПЛАВОВ
Травление и кипячение для придания желтого цвета. При прокаливании обычных тройных сплавов золота окисляется только медь, в то время как оба благородных металла (золото и серебро) остаются неизменными. При погружении изделия в травильный раствор серной кислоты окислы меди растворяются, поверхностный слой обедняется медью и обогащается золотом и серебром. Так как этот слой имеет некрасивый зеленовато-серый цвет, его удаляют механическим, химическим или электролитическим способом. Для того чтобы получить цвет поверхности изделия после травления, близкий к нормальному цвету сплава, травильный раствор должен быть подобран таким образом, чтобы кроме окиси меди, он растворял также и серебро. Таким травильным раствором является 50%-ный раствор серной кислоты, рабочая температура которого должна быть приблизительно 80° С.
При «желтом кипячении» травильный раствор должен воздействовать на поверхность изделия таким образом, чтобы полностью вытравить серебро и медь и приблизить окраску поверхности к цвету чистого золота. Таким раствором является следующая смесь: одна часть серной кислоты, одна часть азотной кислоты, две—четыре части воды. Этот раствор применяется в подогретом состоянии.
При желтом кипячении в чистой соляной кислоте или разбавленной царской водке можно также получить насыщенную желтую окраску поверхности, в особенности у высокопробных сплавов. Однако недостатком этого метода является то, что поверхность может покрыться пятнами из-за осаждения хлористого серебра. Так как соляная кислота форсирует коррозию изделий, находящихся в напряженном состоянии, то в ней нельзя обрабатывать сильно деформированные в холодном состоянии заготовки. На Отожженные изделия вредное действие соляной кислоты не сказывается.
Окраска сплавов золота. Для того чтобы получить на поверхности сплавов оттенки чистого золота, недостаточно одного травления; необходимо произвести также окраску. При этом нужно учитывать, что сплавы с высоким содержанием золота окрашиваются лучше, чем низкопробные сплавы, и сплавы красного цвета окрашиваются лучше, чем бледно-желтые.
Для сплавов с содержанием золота от 50 до 80% хорошо зарекомендовал себя следующий метод окраски: 115 г поваренной соли — ИаС1 смешивают с 250 г калийной селитры — КМОэ и растирают в ступке. Смесь высыпают в фарфоровый сосуд и разбавляют 150 г воды. При постоянном перемешивании раствор нагревают до кипения и добавляют 170 г соляной кислоты — НС1. Готовый раствор продолжают кипятить еще в течение одной минуты. Изделие шлифуют, промывают и протравливают в 50%-ном растворе серной кислоты, для придания поверхности желтого цвета. После этого изделие подвешивают на тонкую проволоку и слегка нагревают. Затем его погружают в кипящий красильный раствор и выдерживают в последнем приблизительно в течение трех минут. Красящее действие раствора проявляется при образовании "хлористого нитршила и свободного хлора, которые действенны в состоянии возникновения
КИ03 + 2НС1 + ЫаС1 ЫОС1 + С12 + ЫаОН + КОН.
Известно, что все металлы в царской водке переходят в хлористые соединения. Образовавшееся хлористое серебро растворяется в хлористом натрии и таким образом не препятствует процессу окрашивания. Если раствор содержит достаточно тетрахлористо- золотой кислоты — Н[АиС14], начинается ионный обмен между медью и золотом аналогично гальваническому процессу, в результате чего золото выделяется из раствора и осаждается на на основном металле. Этим являением объясняется тот факт, что высокопробные сплавы золота особенно хорошо подходят для окрашивания й при этом выгодно обрабатывать сразу большие партии изделий. Последние покрываются сначала пленкой из заново осевших кристаллов золота и приобретают таким образом матовый, желтовато-коричневый цвет. После выдержки в ванне в течение трех минут изделие вынимают, сразу же промывают в стоящем наготове сосуде с горячей водой и далее нейтрализуют в кипящем нашатырном спирте. Окончательно изделия обрабатывают мягкой латунной крацовкой.
Если достигнутая окраска еще не удовлетворяет поставленным требованиям, то процесс должен быть повторен, причем повторное погружение длится приблизительно одну минуту.
Очистка сплавов золота. В противоположность серебряным сплавам, сплавы золота почти не изменяют своей окраски при эксплуатации. Только сплавы золота 333 пробы со временем несколько тускнеют под воздействием химических соединений, находящихся в воздухе. Потускнение этих сплавов происходит за счет присадочных металлов — серебра и меди, аналогично тому, как это описывалось для сплавов серебра.
Для чувствительных к потускнению сплавов золота можно рекомендовать те же химические и механические методы очистки, которые применяются и для сплавов серебра.
ОБРАБОТКА МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ
Травление и протравливание. В травильном растворе должны растворяться окислы и остатки флюса с поверхности изделия. Протравливанием получают красивую собственную окраску меди и ее сплавов, таких как бронза и латунь. Так как описываемыми ниже растворами обрабатываются в основном желтые сплавы, то этот процесс называют также «желтым протравливанием».
Для предварительного травления изделий применяются те же растворы, что и для сплавов серебра.
Предварительное протравливание. Для предварительного протравливания приготовляют раствор следующим образом: берут 5 г блестящей сажи и 10 г поваренной соли, тщательно их перемешивают; к смеси добавляют 1 л концентрированной азотной кислоты и осторожно влитых в нее 200 см3 воды. Предварительно протравленное изделие погружается в этот состав и выдерживается до получения полной равномерной окраски. После этого изделие вынимают и промывают в воде. Теперь можно проводить блестящее или матовое протравливание.
Блестящее протравливание. При изготовлении раствора блестящего протравливания берут 1 л серной-кислоты, медленно вл