Текст
ERHARD BREPOHL
THEORIE
UND PRAXIS
DES GOLDSCHMIEDS
VFB FACHBUCHVERLAG
LEIPZIG
1962
Э. БРЕПОЛЬ
ТЕОРИЯ
И ПРАКТИКА ЮВЕЛИРНОГО
ДЕЛА
Издание четвертое, стереотипное
Перевод с немецкого
В. П. КУЗ Н ЕЦОВ А
Под редакцией
кавд. техн, наук Л. А. Гутова и Г. Т. Оболдуева
ЛЕНИНГРАД «МАШИНОСТРОЕНИЕ! ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1982
БВК 85.12
Б87
УДК 671.1 + 739.2
Рецензент ВНИИювелирпром
Бреполь Э.
Б87 Теория и практика ювелирного дела: Пер. с nevi./Под ред.. Л. А. Гутова и Г. Т. Оболдуева.—4-е изд., стереотипи.— Л.: Машиностроение, Ленннгр. отд-ние, 1982.—384 с. нл.
В пер.: 1 р до к.
Книга их. тывз< широки круг вон] i, свя ihhux е Сработкой сплавов
ратнвни » °Дуык металлов и с npot ни производств» ювелирных и де
Книга п “азначе! для инженерно-технических работников, спеипалнзм 1 1ДНХСЯ it с гн ювелирного производства и декоративно-прикладного искус с > в.». Она также мок.-т быть полезна учащимся профессионально-техннческ» училищ соответствующих специальностей
3106000000—808
~038(01 )-82 6е*
ББК 85.12 6П5.8
© Перевод на русский язык, «Машиностроением 1973 г. © Перевод на русский язык, «Машиностроением 1982 г«
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 нз 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 произ водствв-
Во второй части подробно изложены стадии технологического процесса изготовления ювелирных изделий- взвешивание, пробирный и химический анализы, плавка, литье обработка давлением, термообработка, обработка резаннем, чеканка, травление, пайка, шлифование, полирование, чернение, серебрение, золочение, роди-роваиие 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.
«а. 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.
Прн строжайшем соблюдении принципа научности автор стремился максимально просто и доходчиво изложить основы теории,
7
чтобы облегчить понимание материала практикам, не имеющим до-статочно хорошей теоретической подготовки.
Автор сердечно благодарит все народные предприятия и мастеров-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 н 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 .
Ленпцнг, 1961 г.
Э. Брепиль
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
МАТЕРИАЛЫ
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Г Л А В Л 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 тел, кто всесторонне изучил и познал свойства и особенности применяемых материалов, будет в состоянии придать им правильную форму и красивый внешний вил 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, пайкн 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 издечий в качестве украшений я 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 менывую 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, ще точен, газов, пресной н морской воды, оказывающих бочьшее 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: жидкотекучесть, 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 физике-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 нз-за недопонимания их внутреннего строения и свойств, могут быть легко предупре-ждены.
Золото. Химический элемент, символ Ан, имеет порядковый номер 79, атомный вес 197,0, основную валентность III, плотность 19,3 г/см3, температуру плавления 1063° С, температуру кипения 2970е' С, твердость по Бринелю в отожженном сосгояпии 18 -20 кге/мм®.
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 кисло гах, за исключением царской водки (см. стр. 62) (в последней золото растворяется с образованием золотохлористоводородной кислоты Н lAuCljl). Оно взаимодействует также со свободными ионами хлора, цианидами калии и натрия, бромом и некоторыми другими химикатами, не имеющими применения в производстве ювелирных изделий.
Золото имеет высокую отражательную способность н 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 Ag, имеет порядковый иомер 47, атомный вес 107,88, валентность I, II, плотность 10,5 г<'см8, температуру плавления 960,5е С, кипения 2210° С, тверд сть по Бринелю в отожженном состоянии 25 кге’мм2.
Серебро — металл белого цвета, практически не изменяющийся под действием кислорода воздуха при комнатной температуре, однако нз-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ag2S. Серебро устойчиво в воде, но растворяется в азотной и горячей концентри-II)
рованной серией кислоте. С царской водкой оно образует нерастворимый хлорид серебра AgCl Как и золото, серебро взаимодей-втвхет го 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 украшении серебро в чистом виде применяют сравни гельно редко.
Платина. Химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78, атомный вес 195,23, валентность 11, IV, плотность 21.45 г/с№, температуру плавления 1773.5° С, температуру кипения 4410° С, твердость по Брннелю в отожженном состоянии около 50 кгс/мм8.
Металл имеет бело-серую окраску, схожую по цвету со вталью, и практически не растворим ни в воде, ни в кислотах, за исключением горячей царской водки, при взаимодействии с которой образуется платинохлористоводороднаи кислота H2[PtClsl. 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 соединении. 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. родни) 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 22,5 г/см8, температуру плавления 2454° С, температуру кипения 5300е С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 172 kic/mm®. 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 Pd, имеет порядковый номер 46. атомный вес 106,4, основную валентность II, плотность 12,0 г/см3, температуру плавления 1554,5е С, температуру кипения 4000е С, твердость по Бринелю в огожженном состоянии 52 кге/мм8.
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 Pd (NO3)2. При температурах от 400 до 850° С палладий покрывается светло-фиолетовым окисным слоем, который исчезает при
более высоких температурах. Благодаря хорошей обрабатываемости, низкой температуре плавления и относительной дешевизне, он чаще фугих метал зов платиновой группы используется в ювелирных изделиях Как легирующий металл палладии улучшает свойства платины, осветляет ее окраску, а также способствует отбеливанию сплава при получении так называемой белого золота
Родий. Химический элемент, символ Rh, имеет порядковый номер 45, атомный вес 102,91, основную валентность 111, плотность 12,4 г/см8, температуру плавления 1966 С, емпературу кипения 4500'С, гвердо^гь по Бринедю 101 кге мм2.
По цвету родий сходен с платиной, не вступает во взаимодействие с кипящими кислотами и смесями кн- лот, но растворяется в щелочных растворах цианидов, абсолютно не окисляется на воздухе и в воде, хороши поддается горячей обработке давлением
Ртуть. Химический элемент, символ Hg, имеет порядковый номер 80, атомный вес 200,61, валентность 1, II, плотность 13,55 г/см8, температуру плавления 38,83е 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 ргути, диссоциирующая при температуре свыше 400е С. Так как ртуть прн комнатной температуре выделяет ядовитые пары, то хранить ее необходимо только в закрытых емкостях Ртуть взаимодействует со слабо разбавленной азотной кислотой с образованием нитрата HgNO3 и с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата Hg2S04. С соляной кислотой ртуть не взаимодействует. Для повышения температуры плавления в нее добавляют золото, серебр н 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 Сщ имеет порядковый номер 29, атомный вес 63,54, основную валентность II, плотность 8,9 г/смя, температуру п явления 1083е С, температуру кипения 2600Э С, твердость по Брпнелю в отожженном состоянии 35 кге/мм*.
Медь — единственный металл, имеющий красноватый цвет. На воздухе, в присутствии углекне.-юго газа, она покрывается пленкой зе. еного цвета ( ат пион), гидроокисным карбонатом меди CuC0..-Cti(0H)2. При нагреве на поверхности металла обра-уется черный налет окиси меди Q1O. Медь растворяется: в азотной кнелоге, обр зуя нитрат Cu(NO3)2; в серной кислоте, образуя суды ат CbSO4. в разбавленной соляной кислоте, образуя хлорид меди СцС12, а при взаимодействии ее с уксусной кислотой обра-з^ется осн вной ацетат меди — ядовитая ярь-медянка.
Мець прекрасно обр батывается давлением н обладает хорошим блеском и высокой полируемостью, однако блеск е довольно итро исчезает Чедь - лучший проводник тепла и электрп-. кого тока после ссребр.» и и? гт очень высокую удельную теплоемкость Чистая медь редко применяется для изготовления украшений, но иногда нах< дат прн-*ененне при изготовлении шаблонов и опытных образцов изделий Медь часто исполь сетей и как присадочный материал
Чатунъ Технические сплавы меди с цинком желтого цвета, содержащие свыше 50% Си, называются латунями Сложные легированные «ату ни со. ?ржат кроме цинка и другие элементы — свинец, олоь I, I номнний ларганец, никель В ювелирном деле латуни, обладающие высокой пластичностью, испол уют при изготовлении посуды и украшений. Латунь, содержащая 10( । цинка, известна под названием «томпак». Она имеет желтоватый цвет и по свойствам б. изка к меди «То-пак» используют для изготовления ювелирных изделий с по« тедующнм нанесением на них защитных покрытий.
Бронза. В ювелирной промышленности используются оловянные бронзы (сплавы системы медь—олово) благодаря их высоким лпгенным свойствам (жидк текучести, 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®о олова нь31 вается 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 Спл-зв имеет ujc кие твердость, упру гость и хорошую коррозионную стойкость В ювелирном деле используется для изготовления игл, булавок, пружин и посеребренных столовых приборов
Цинк. Химический элемент, :имвол Zn, имеет порядковый номер 30, атомный вес 65,38, валентностт 11, плотность 7,13 г см®, температуру плавления 419,46е С, температуру кипения 906° С, твердость по Брпнелю 30—35 кге/мм2
Цинк — ме1алл голубовато-белого цвета, медленно покрывающийся на воздухе плотным серым защитным слоем, состоящим из карбопата цинка ZnCO3 н окисч цинка ZnO, вследствие чего блеск металла исчезает При нагреве па во духе цинк, горая, превращается в белый порошок окись цинка ZnO, светящийся в темноте зеленоватым светом При комнатной температуре он довольно хрупок; при температурах ПО—15< э С хорошо поддается обработке давлением, а прн температуре выше 200е С становится настолько хрупким что его можно распылять Цинк хорошо растворяется в разбавленных кислотах. Он используется в каче стве присадки в сплавах благородных металлов.
Кадмий, Химический элемент, символ Cd, 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 CdO. Пластичность металла хорошая. Добавка кадмия снижает температуру плавления твердых припоев, при введении его в сплавы серебро—медь их пласшчность повышается.
Олово. Химический элемент, символ Sn, имеет порядковый номер 50, атомный вес 118,7, валентность II» IV, плотность 7,298 г/см3, температуру плавления 213,9° С, температур} кипения 2362° С, твердость по Бринелю 5 кгс/мм’.
Олово имеет серебристо-белый цвет и обладает хорошей пластичностью, на воздухе постепенно покрывается защитным окисным слоем. При сгорании образуется белый порошок — окись олова SnO2, используемый в качестве полирующего средства. При температуре ниже 13,5° С происходит аллотропическое превращение Snp —» Sn<t, в результате чего металл превращается в серый порошок («оловянная чума»). Растворяясь в соляной кислоте, олово образует хлорид SnCl£, при взаимодействии его с концентрированной азотной кислотой образуется оловянная кислота H2SnOa — 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 окнси свинца РЬО. В воде на его поверхности образуется толстый слой, состоящий из карбоната свинца РЬСО3 и сульфата свинца PbSO4r 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 Pb(NO3)s, а также вступает в реакцию со слабой уксусной кислотой. Свинец — мягкий и высоконластичный 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 Fe, имеет порядковый номер 26, атомный вес 55,85, валентность II, III, плотность 7,87 г/см®, температуру плавления 1539° С, температуру кипения 2740° С, твердость по Бринелю 60 кгс'мм’.
Железо имеет голубовато-белый цвет и на сухом воздухе довольно устойчиво. Одиако нз-за наличия во влажном воздухе паров
воды и кислорода железо покрывается коричневым слоем ржавчины, состоящим из водосодержащего окисла железа Fe(OH)s X X 2Fe2O3.
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 Fe3O4. Железо растворяется в соляной кислоте до хлорида FeCl2; 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 нз 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 н улучшению литейных свойств чугупа; 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 Fe3C, то такой чугун называется белым. Поверхность излома белого чугуна блестящая, белого цвета. Белый чугун тверд и хрупок, он является исходным продуктом для получения стати.
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 н конструкционные малоуглеродистые стали содержат от 0.05 до 0,25%
углерода, они хорошо куются, штампуются и свариваются. Изделия нз этих сталей обычно ие подвергаются закалке. Конструкционные (машиноподелочные) стапи, 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, Ni, Si, .Мп, W, Ti н 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, ио ухудшает ее обрабатываемость резанием; при добавлении от 0,2 до 10% молибдена повышаются прочность и коррозионная стойкость, ио 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 н стойкость к динамическим нагрузкам; присадка 0,5—25% вольфрама повышает твердость, вязкость н 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
Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление внедрению другого, более твердого тела. При определении твердости по методу Брииеля закаленный стальной шарик диаметром D вдавливается силой Р в испытуемый образец. При эгом образуется отпечаток в виде сферической унки, диаметр которой измеряется.
Твердость по Бринелю определяется нз следующего соотношения:
Диаметр вчавливасмого шарика выбирают в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца Между диаметром шарика и диаметром отпечатка d выдерживается соотношение
d (U.2 -= ),7) D. (2)
№
При испытании цветных металлов часто используют шарик диаметром 10 мм, а нагрузку принимают равной Р 10Й£, 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 d, а затем но диаметру вычисляется поверхность отпечатка (рис. 1 и 2).
Рис. I. ГЬмбор для определения Рис. 2. Сравнение чисел твердости и», Брн-гвердости ne.no v важнейших метал юн
Испытание иа растяжение. Особенно ясное представление об нзмеиении свойств металла в процессе пластического деформирования дает испытание иа 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 закреп 1яют в захватах разрывной машины и затем нагружают посi-пенно увеличивающимся усилием. Перед начатом испытания ’ «меряют диаметр образца и вычисляют площадь eiw поперечного сечения. Напряжение, возникающее в металле, опредечяют по формуле
0=4-* о»
г • напряжение в кге/мм®; Р — нагрузка в кгс; Fo — иа Чо эя площадь поперечного сечения образца в мм®
Напряжение рассчитывается иа 1 мм8 поперечного сечения образца. С увеличением нагрузки образец удлиняется„ при этом одновременно уменьшается его поперечное сечение
Относительное удлинение б представляет собой отношение абсолютного удлинения образц. после разрыва Ы — I - (где — конечная расчетная длина образца) к его начальной расчетной длине /п, выраженное в процентах, 6-=-^ 100% (4)
Рис. 3. Машина для испыгания на растяжение с зажатом п ее захватах образцом
Когда напряжение достигает наибольшей величины, происходит разрыв образца и процесс растяжения прекращайся
На оси ординат диаграммы растяжения (рис 4) нанесены величины напряжения о в кгс/мм®, а на оси абсцисс — абсолютное удлинение в. Из полученной кривой видно соотиоше яме обеих величин. Рассмотрим основные участки диаграммы растяжения.
Участок упругой деформации. Упругая деформация карате рнзуется тем, что она продолжается до тех пор, пока цействует 16
нагрузка; при снятии нагрузки удлинившийся образец снова ро^чращается в исходное состояние. На участке 0 — в, упругой « ормации кривая поднимается прямолинейно. Напряжение и г£н гяжение на этом участке кривой пропорциональны. Если увеличить напряжение, то соответственно этому увеличится и огно-нтельное удлинение При снятии дополнительной нагрузки удлн пение будет (^ответствовать первоначальному значению. Если нагрузк} снять совсем, то удлинение будет равно нулю.
При напряжении о, упругая деформация заканчивается. Это напряжение соответствует пределу упругости Прак
тически невозможно точно определить предел упругости, так как микрообъемы образца из-за по сторонних включений неодинаково реагируют на нагрузку По этому за технический предел упругости 0олл принимается напряжение, которое вы ывает удлинение образца нг ,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
Рис. 4. Диаграмма растяжения металлического образца
от упругой деформации к пла-
стической осуществляется постепенно. Пластическая деформация образца начинается при напряжении, равном пределу упругости, и заканчивается при его разрыве. При испытании материала на
растяжение »а предел текучести принимают напряже ние о1К2, 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 сото как образец пласту.ч» скв 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 г3, а параллельно прямой упругой деф >рмации до тех пор, пока нс войдет в точкх е?. Область упругой деформации прн многократном повторении пластической деформации yet пичнвается.
Кривая пластической деформации постигает при напряжении ов максимального значения; напряжение, соответствующее этой точке, называется пределом прочности при растяжении, оно соответствует максимал иой нагрузке, которую выдерживает испытываемый бразец. Прн дальнейшем
увеличении нагрузки образец разрушается. Для удлинения образца при напряжении ом как видно, не требуется увеличения внешнего усилия Причина этого заключает, ч в том, что гегерь образец не растягивается равномерно по всей длине, а его ..ефор-' мания сосредотачивается в одном, особенно податливо'' 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 О/?, называемом пределом прочности при разрыве, происхо-
Рис. 5. Сравнение величин огносителышх j лишений и пределен прочности важнейших металлов при растяжении
дит разрушение образца. Величина предела прочности на разрыв нс так важна, как значение предела прочности при растяжении. Напротив, абсолютное удлинение при разрыве Efi, которым определяется общее удлинение образца, н относительное удлинение 6%, являются очень важными величинами.
Если обобщит! 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 н пробой на твердость существует тесная взаимосвязь: металлы большой твердости, как правило, обладают высокой прочностью, в то время как относительное удлинение нх невелико.
На рис 5 представлена сравнительная диаграмма значений относительных удлинений б в % (верхний горизонтальный ряд цифр) и пределов прочности о,, в кге/мм2 (ннжний ряд цифр в прямоугольниках) важнейших для ювелира металлов. На прочность метал св оказывав >г влияние следующие факторы:
I) легирование — сплавление чистых металлов с легирующими компонентами повышает прочность металлов.
2) пластическая деформация — она приводит вначале к повы-1П01ИЮ прочности, которая затем с увеличением степени дефор-Mj in резко снижается (когда . сигнут пр» i текучести);
3) величина зерна — мелкозернистая струн гура придает металл 7 ботее высокую прочность, чем крупнозернистая;
4) температура — с повышением температуры прочность понижается.
При высокой прочности и высоком пределе теку ести требу ются и большие усилия для деформации Если отп «сит( i .ное 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 относи тельное удлинение, чтобы можно было легко закрепи1ь в ией камень Разумеется, твердость и сопротивление износу при этом не должны быть малыми, иначе камень может выпасть из оправы
М тер и алы для цепочек должны обладать высокой прочностью и твердостью для уменьшения износа _веньев. 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. Температура характеризует степень нагрева тела, измеряется термометром или пирометром и выражается в градусах Цельсия (°C) или в градусах Кельвина (К).
Количество теплоты характеризует количество тепловой энергии, содержащейся в теле пли потребной для повышения его температуры. Единицей измерения количества теплоты является калория (I кал = 4,1868 Дж), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 г воды на Iе С в интервале температур от 14,5 до 15,5° С. Килокалория (1 ккал) выражает количество теплоты, которое необходимо для нагрева I 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 теплоемко-
стью называется количество теплоты, выраженное в ккал, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1° С
Каждому метал ту свойственна определенная удельная теплоемкость. Например, удельная теплоемкость Au равна
тепла на расплавление 1 кг различных металлов
0,034 ккал/(кг - гря i)-
Cu = 0,093 ккал/(кг - гр<д) Fe = 0,108 ккал'(кг - гр а д).
Зная удельную теплой емкость, можно легко вы числить количество теплоты, необходимое для нагрева металла от комнатной температуры до температуры плавления. Так как удельная теплоемкость При ПОВЫ1ЛСПИИ температуры несколько изменяется, го для расчетов используют ее среднее значение. На рис 6 в виде диаграммы представлено общее количество теплоты в ккал, необходимое для расплавления I 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 золотя требуется относительно небольшое количество тепла, в то время как для медн, несмотря на небольшую разницу в температуре плавления (не больше 20° С), необходимо тройное количество тепла, а для серебра требуется даже больше тепла, чем для золотя, хотя оио 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 прн 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 расширении, который характеризует увеличение размера образца длиной в I м при нагревании на I ° С У платинового образца это удлинение составляет всего лишь 0,0000089 м. На рис. 7 наглядно представлены сравнительные
величины коэффициентов линейного расширения важнейших металлов, умноженные для упрощения нх прочтен ня иа 10й Так, например, для платины коэффициент линейного расширения но рис- 7 составляет 8,9-10*.
f Тепловое расширение следует учитывать при изготовлении ювечнриых изделий. Так, например, в пластинах, спаянных из золота и серебра, вследствие различия нх коэффициентов теплового расширения возникают напряжения в паяном шве при изменении температуры. Прн пайке ювелирных изделий из сплавов серебра скрепленные мягкой стальной проволокой детали зачастую смещаются, так как коэффициенты теплового расширения этих металлов сильно отличаются по величине.
коэффициентов линейного расширения важнейших металлов
Рис. 8. Сравнение теплопроводностей важнейших металлов, выраженных в кал'(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 (рнс. 8). в этом мог убедиться каждый ювелир, когда он держал в руках серебряную проволоку прн нагреве ее.
Для характеристики 1еплопроводности различных материалов пользу ю гея коэффициентом теплопроводности Это величина, характеризующая количество теплоты, переданной за 1 с через образец серебра сечением I см2 и длиной 1 см при разности температур на концах образца в 1°С [выражается в кал (см-с-град)].
Ра лпчие в теплопроводности металлов необходимо учитывать пр I пайке детален ювелирных изделий, изготовленных нз разных материалов.
Отражательная способность. Из всей области электромагнитных волн световые волны занимают относительно небольшой
Длина а&поЬых Волн, см
Рис 9. Отражательная способность благородных металлов в нети видимого света: 1 — ccDet о rirwjte - кн; J? — <• • ро через ЯИр вки
уча». гок, а именно длины волн от 4 -10-5 до 8-10-1’ см. Опредетемная часть световых волн» падающих на поверхность металла, погтощается им, т часть отражается от нее. Отражательная способность у метал тов ри шчна (рис. 9).
Золото хорошо отражает дневной свет, однако в желтой области спектра, т. е. при длине световых волн 5,5-If)-7 м, О1ражательная способность ч>лота очень незначительна В красной области спектра отражательная способность золота почти 100%, в голубой области — менее 40%. Как видно из рнс. 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 родня на 20% иеиыпе, чем у серебра Однако, несмотря на это. серебряные нз ;елия покрывают родием, гак как при длительном хранении н । 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 правилен ю геометрическую форму. Однако при взаимном столкновении растущих кристаллов их правитьная 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.
Каждый кристаллит состоит из элементарных к р и етал<ическнх ячеек, под которыми подразумевается „аименьший комплекс атомов. «озвояяющи при ыногокр. гном П0В1 < рении в объеме кристаллита иоспрон ти поостр • ен-
Рис. 11. Микроструктура та, протравленная с различной окриком зерен
Рис. 10. Элементарная ячей-ка кубической гранецентрированной решетки
Простейшим типом кристалл иче-
ную кристаллическую решетку. Ее обычно представляют в виде модели нлй рисунка, причем положения атомов составляют так называемые узлы решетки (на схемах обозначаются в виде кружков). Атомы, образующие решетку, могут располагаться в вяде геометрических фигур. Простейшим типом кристаллической ячейки является к у -бическая решетка Однако стремление атомов металла занять места, наиболее близкие друг к другу, приводит к образованию других типов решеток: кубической, объемнонептрирован-1юй, кубической гранецент-рнрованиой и гексагональной плотноупакованной решетки Такие металлы, как золото, серебро, платина, палладий, иридий, медь, свинец н железо, имеют кубическую гранецентрирован-
ную решетку (рис. 10), в которой атомы раем лагают» j в углах куба и в центре ei о t раней Цинк и кадмий имев т гек агональную 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, особенностях
Рис. 12. Михрое'рукт ра металла, протравлен но] > to цнцам ев
выплавки и литья, термической обработке, а следоватечыю, i о некоторых свойствах металла.
Для более точного выявления строения металла или счлава применяется микроскопический метод исследования: поверх нс»*т исследуемого образца шлифуется и полируется до зеркальной блеска так, чтобы под микроскопом не были видны следы шли фовкн, а затем подвергается травленню.
Под действием травления зерна даже чистого металла, имегс щего одинаковую структуру, получают различные протравимос и и окраску (рис. 11) Причиной этого является различная крнсгал лографическая ориентировка кристаллов относитечьно поверх кости шлифа и связанная с этим анизотропия их ^изико-химнчс ских свойств.
Наряду с травлением и окрашиванием зерен используется] также травление по границам зерен, прн котором травитель дей ствует так, что зерна остаются неповрежденными, а тонкий, легко растворимый слой примесей по границам зерен разрушается При этом вырисовывается тонкая паутинообразная картина кон туров зерен (рис. 12). Подготовленные таким образом микрошлиф! 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, пластич ность, цвет, коррозионная стойкость и другие, а добавляя не благородные металлы, можно снизить стоимость сплавов благородных металлов.
Растворимость металлов в жидком состоянии. Каждый сплав образуется в процессе плавки металлов Прн этом между компонентами (составляющими) сплава в расплавленном состоянии наблюдаются три различных случая взаимодействия.
1 Полная нерастворимость. Компоненты образуют в расплаве отчетливо разграниченные слон, находящиеся одни над другим например, свинца и железа.
2. Полная растворимость. В этом случае, который встречается чаще всего, всегда образуется однородный расплав, при этом безразлично, в каком качественном соотношения находятся его компоненты.
3. Ограниченная растворимость. Металлы растворяются друг в друге только в определенных пределах.
Рис 13. Разновидности структур сплавов из двух металлов: а — однородный твердый раствор; б — твердый раствор с ограниченной растворимостью; е — механическая смесь неодно одних кристаллитов
Если перейти границу растворимости, то образуются» как и первом слу чае, слом жидких металлов. Примером может служить Вцстемя серебро—никель В расплавленном никеле может раство-оиться 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% серебря и слой серебра с 0.4% никеля.
Спляв может образоваться только тогда, когда исходные компоненты растворяются в жидком состоянии без остатка Однако при кристаллизации однородногорасплава могут образоваться различные типы структур
Растворимость металлов в твердом состоянии Если компоненты сплава сходны по строению кристаллической решетки, то полная их взаимная растворимость может сохраняться также и в твердом состоянии В этом случае атомы обоих мета; лов составляют общую кри стала и ческу ю решетку Мик рофотографии структуры сплава Ап—Ag или Ац—Со такие же, как у одного нз этих чистых металлов.
Если кристаллические решетки компонентов исходных металлов сплава различны, то прн переходе из жидкого образуют самостоятельные кристаллиты, и после затвердевания сплав состоит нз смеси кристаллитов исходных компонентов. Металлы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии при затвердевании могут образовать твердые растворы в которых атомы одного компонента встроены п кристаллическую решетку другого только в определенных пределах
Образование трех видов структур прн затвердевании однородного расплава нз двух металлов показано на рис. 13.
Встречаются также металлические соединения (интерметал-Лиды), подобные химическим, образующие в сплавах твердые
состояния в твердое компоненты
растворы. Они выражаются химическими формулами, как, напри] мер, AuCu или Аи,А1 Эти соединения, отличающиеся твердеет и хрупкостью, почти не поддаются обработке давлением.
5. ДВУХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ТРОЙНОЙ СИСТЕМЫ Au—Ag—Си
Система Au—Ag. Из диаграммы состояния (рис. 14) мои сделать основные выводы о структуре н составе различных сплаг этой системы Кроме того, можно понять, как ведет себя сплав
прн переходе из твердого состояния в жидкое н наоборот. В об-ласти I металлы находятся в жидком состоянии; в области П происходит переход к твердому состоянию в область ///. По диаграмме можно установить, прн 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 Ag нли с ЮОО/адо Au, т. е с чистого золота. Чем дальше вправо, тем больше становится процент содержания серебра в сплаве, и прн 1000/с00 Ag золото в сплаве отсутствует. Для лучшего понимания диаграммы рассмотрим несколько примеров.
0/соо Ag. Здесь говорится о чистом золоте. Температура 1063° С соответствует точке плавления иди затвердевания золота. Прн охлаждении в этой точке металл находится в тестообразном пере* 28
IHON ° гояиии до тех пор, пока не заканчивается процесс
U.ICT изицни.
90iPo<io Au (K)0'otJO Ag). В этом сплаве уже имеется не просто гочка перехода металла из жидкого состояния в твердое, как в предыдущем примере, а температурный интервал превращения За-гарцевание сплава начинается прн температуре 1058е С (точка ликвидуса, или просто чиквндус) и заканчивается прн темпера гуре 1048° С (точка солидуса, илн просто солидус). Межд\ ликви-ду< iM н соиндусом находится интервал затвердевания (плавления), в котором металл находится в тестообразном с-зстоянип Этот
интервал является типичным для всех сплавов
500'ol)0 Au (500-'о,К1 Ag) В этом сплаве количество обоих металлов одинаково. Интервал между ликвидусом (1020е С) и солидусом (1000° Q здесь наибольший.
250/поо Ан (750/ow, Ag). С повышением содержания серебра
уменьшается разность между температурами ликвидуса и солидуса, для этого сплава они составляют соответственно 988 и 975е С.
0/0|)0 Au (1000/о(>0 Ag). Здесь рассма!ривается уже чистое серебро, подобие ’тому, как в первом примере — чистое золото, только температура плавления (затвердевания) теперь другая и , оставляет 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 компо-
нентов друг в друге.
Свойства сплавов Аи—Ag. Как можно видеть из рнс. 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 600/000 до 700/^, 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'дги, разрушаются под действием азотной кислоты, сплавы с более выгэким содержанием золота в азотной кислоте почти не растворяются. Сплавы с содержанием золота выше 750/о0о и серебра ниже 250'оо1) растворяются только в царской водке. Нижняя граница коррозионной стойкости этих сплавов лежит в пределах 377/^ Дц Сплавы с меньшим содержанием золота образуют сернистые соединения н темнеют.
Система Au--Си. Оба металла из-за нх близкого сходства образуют непрерывный ряд твердых растворов, как н 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 законе мерностью, как у сплавов Ап—Ag. Точки ликвидуса и соли*\с большей частью находятся ниже точек плавления чистых метал лов. Прн составе 8201)00 Ап и 180/оцо Си температура плавлена сплава достигает минимума (889е С). Лнквндус и солидус здес„ совпадают. С уменьшением содержания золота в сплаве ш 820/()|(<| Au температура плавления сплавов понижается, а гат< повышается до температуры плавления меди
Рис. 15. Диаграмма состояния сплавов системы Au—Си
Из диаграммы также видно, что из твердого раствора при температуре около 400е С выделяют соединения AuCu и AuCuJ что сопровождается перестройкой кристаллической решетки
При медленном охлаждении или томлении прн соответствующих режимах твердость и прочность сплавов этой области могут значительно повыситься.
Система Ап—Си охватывает сплавы красного золота, которые приобретают свой цвет благодаря присутствию меди Сплавы Au—Си, гак же, как и сплавы Au—Ag, в ювелирном деле применяются очень редко.
Прн обработке сплавов Au—Cu с содержанием золога от 500/воо до 750/е((О следует помнить, что они лежат в области дисперсионного твердения Если такой сплав после литья нли отжига нужно получить мягким, то старение необходимо предотвратить закалкой в воде нли 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 кн< 1О1 (О обенно азот дой) сплавы v содержанием
F50 Ап разр> даются- при более высо ком содержании благород ноге металла разрушение их иезначилельно.
Вес сп лавь. Ан—Си рас творяются в царской вод ке. Важнейшим н< юстат ком si их сплавов является малая устойчивость про тив коррозии на воздухе Сплав с содержанием ниже 508/оои Аи заметно тускнеет на воздухе нз-за образования сернистых соединений
Система Ag—Си. Из диаграммы состояния (рис. 16. с) видно, что эта система затвердевает, образуя твердые растворы с ограниченной растворимостью. При JTOM возим кают следующие фазы, легко различимые под микроскопом: а) обогащенный серебром «-твердый раствор с наибольшим содержанием медн 9%; б) обогащенный медью p-твердый раствор с наибольшим содержанием серебра 8%. Только в сплаве состава 72% Ag и 28% Си образуются одновременно а- н p-фазы. Температура затвердевания зтого сплава от начала процесса до конца остается постоянной н равной 779“ С. Кривая охлаждения его подобна кривой охлаждения чистого металла. Структура данного сплава мелкозернистая н
О 200 400
WOO/ocoaS SOO BOO
ООО 600 fOOOjunoOiL
400 200 V/ooo fig
Рис 16. Система Ag—Си. a — диаграмма состояния сплавов; б — график изменения механических свойств:
/ — ш лел прочности оБ с кгс/мм*; 2 — относительное удлинение С в %; 3—твердость НЕ в кгс/мм*; 4 -»твердость НВ после старении в кгс/мм*
Рис. 17. Микроструктура эвтектического сплава Ag—Си; «-твердый раствор (светлый фон); Р-твердый раствор (темные зерна); (Х400)
Рис. 18. Микроструктура эаэвтекги четкого сплава Ag—-Си (Х250)
Pi 19. Микроструктура доэвтектического сплава Ag—-Си (х320)
равномерная (рнс. 17). Т{ кую структуру принято Ц| зывать эвтектической Если содержание сереб| в сплаве меньше 72*в, 1 такой сплав называется Я эвтектическим К этой облй сти сплавов принадлежи например, сплав, содерж-ine серебра в котором 50% Од начинает затвердевать прЗ такой же температуре, как н сплав 875 пробы, но в отличие от последнего при затвердевании из расплава вы-J деляются кристаллы р-фазы. С их ростом содержание меди в расплаве уменьшается] а содержание серебра увеличивается. Когда содержание серебра достигнет 72%, а температуря упадет до 779е С, остаточная жидкая фаза кристаллизуется вокруг крупных кристаллов ₽-фазы в виде эвтектики, т. е. происходит одновременное образование а- и p-фаз (рис. 18).
Если содержание серебра в сплаве выше 72%, то такие сплавы называют до э в т ек-т и чески мн (рис. 19), как, например, сплав серебра 875 пробы. При затвердевании его при темпер* уре 840° С из расплава выделяются обогащенные серебром криш 1лы a-фазы Содержание серебра в расп/ аве уменьшается, н при температуре 779е С остаток расплава затвердевает в виде эвтектики, расположенной по границам крупных зерен a-фазы (рис. 19).
Если содержание меди в сплаве соответствуй составу a-фазы (илн еще
Рис. 20. Микроструктура твердого раствора внеэвтектического сплава Ag—Си высокой пробы (Х400)
^еныле), то образуется гомогенный (однородный) твердый раствор Такие сплавы называются внеэвтектическими К ним относятся все сплавы с содержанием серебра выше 91 % 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‘с Си, а предел насыщения серебра медью равен 91’ Си, то при 810 С сплав застывает с обра-вованием гомогенного твердого раствора (рнс. 20).
Подобные твердые растворы образу ютси и со стороны медн (см. рис 16), но в производстве ювелирных изделий эти сплавы не применяются, и поэтому останавливаться на инх мы не будем
С понижением температуры растворимость металлов в твердом состоянии уменьшается н избыточный металл начинает выделяться из сплава по кривом,
идущей вниз от точки, соответствующей пределу насыщения меди в серебре (см рис. 16, с).
Общие свойства сплавов Ag—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 медн становится псе более и более желтоватым. Если медь составляет 50% сплава, то сплав становится красноватым, а силав с 70% Си имеет уже красный цвет.
Плотность сплава может быть очень легко рассчитана. Это можно рассмотреть на примере сплава 900 пробы
В 1 см® сплава 900/соо Ag содержится:
1000 : 900 = 10,5 : X 1000 : 100 - 8,9 : У
v 900-10,5 у 10-8,9
Л ~~ 1000 Г 1000
X = 9.45 г Ag У =* 0,89 г Си.
Общая масса равна:
9,45 г Ag + 0,89 г Си = 10,34 г (900/ою Ag);
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. Бреполь
33
В сплавах Ag—Си при поглощении кислорода серебром при высоких температурах образуется закись меди Си2О, одного npol цента которой достаточно, чтобы весь сплав стал твердым, хруп । ким и ломким Поэтому совершенно необходимо препятствонатв 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 920'1ХЮ Ag. Если этот сплав после лнтья нлв 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 прн температурах от 750 до 800° С. Основной металл при этом должен оставаться без изменения Такими сплавами являются сплавы, не входящие в эвтектическую область, г. е. твердые растворы, температура солидуса которых достаточно высока, как, например, у сплава 960/oqo Ag-Чистое серебро лучше всего подходит для нанесения эмали, так как краски эмали на нем блестят ярче, ио на практике нз-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 чернн настолько высока, что у сплавов эвтектической области возможно оплавление границ зерен.
Как видно нз табл. 1 и 2 и диаграммы (см. рис. 16, б), у сплавов Ag—Си с повышением содержания медн до 28% твердость
Свойства сплавов серебра
Таблица 1
Мар кв сптавв Плот «ость г/см* Область плавления, °C Твердость по Бринелю, кгс/мм* Предел прочности кгс/мм* Относительное удлинение. %
Чистое 10,39 960 35 18 49
серебро
Й2Г.'Ш| 10,29 910/810 68 30 29
ЭОО/роо 10,30 890/779 76 30 26
835™ 10,16 840/779 76 30 33
ВОО/офо 10.13 820,-779 79 31 30
720/,,.. 10.00 779 92 33 27
625/^ 9,85 820 779 90 31 31
500/м,. 9.70 865/779 85 29 36
Свойства сплавов Ag—Си—7п—Cd
Таблица 2
~~~~ Состав. Область плввле-чня. “С Твердость по Брннелю, кгс/мм* 11редел прочности. сгв/мм1 Относительное удлинение, %
АЛ zn Cd
900 — 100 — 880/866 33 20 67,5
ООО — — 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
о40 250 110 — 713/696 87 40,9 40.1
660 220 220 — 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 н изнашиваются.
Стойкость сплавов системы Ag—Си к кислотам почти одинакова, так как оба исходных металла одинаково устойчивы против важнейших кислот. Сплавы серебра легко растворяютси в азотной и концентрированной серной кислотах, s то время как в разбавленной серией кислоте (наиболее распространенном травителе) они не растворяются. Однако даже чистое серебро неустойчиво на воздухе. Вследствие образования черного сульфида серебра Ag2S сплав становится тусклым. С увеличением (Содержания медн в сплаве химическая стойкость последнего на воздухе уменьшается, так как серные н аммиачные соединения меди приводят к потемнению сплава.
Особые свойства сплавов Ag—Си. Данных диаграмм и помещенных выше таблиц вполне достаточно для того, чтобы иметь представление о механических и других общих свойствах сплавов. Однако, несмотря иа 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 иа этой основе имеют
2* 35
интенсивным блеск. Сплав такого состава очень хорошо поддается обработке давлением. Его следует применять при глубоко! вытяжке, чеканке, а также для изготовления изделий из гтчсН тонкой проволоки. При температуре 600е С начинается старение сплава. После разливки или отжига следует сразу же приступив 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 упе-личить прочность сплава с 50 до 100 кгс/мм8, но это приветит к усложнению и повышению стоимости обработки сплава.
Сплав серебра 925 пробы. Он называется также «стерлинговое серебро» нлн «стандартное серебро». Из-за значительного содержания серебра в сплаве н 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 сплава повышается с 60 до 160 кгс/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 нз 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 н глубокой чеканки он слишком прочен. В качестве основы для нанесения эмалн и черни сплав серебра 900 пробы непригоден» поскольку при температуре 779° С начинается оплавление границ зерен.
Сплав серебра 835 пробы Он находит применение прн серийном производстве декоративных украшений. Цвет сплава н стойкость к потускнению почти такие же, как н у сплава 900 пробы, однако сопротивление деформированию у него выше и, следовательно, обрабатываемость давлением хуже, чем у сплава 900/^ Ag-
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 содержа ние серебра в поверхностном слое. Поскольку содержание медн в сплаве высокое, то в кислых продуктах происходит образование ядовитых медных солей. Например, на столовых приборах при 36
соприкосновении их с уксусом появляется зеленоватый налет лцетата меди.
Пластичность этого сплава значительно ниже, чем у сплава 925 пробы, поэтому прн 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 прн 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! w Ag имел довольно широкое применение в качестве припоя в XIX в. Твердость и прочность эвтектических сплавов наибольшие, а пластичность наименьшая. Отсюда следует, что сплав 720/noo Ag плохо поддается формоизменению, но тверд н упруг в употреблении. Поэтому в некоторых случаях из него изготавливают пружины, нглы булавок и тому подобные детали. Иногда сплав 720/соо Ag применяют в качестве припоя для сплавов неэвтектического состава. Данные о физико-механнческих свойствах сплавов, серебра различных проб приведены в табл. I.
Влииние примесей на свойства сплавов Ag -Си. Металлы. Если сплав Ag—Си содержит н другие присадочные металлы, то он превращается в сплав трех илн более компонентов, и его свойства изменяются в большей или меньшей степени. В этом случае необходимо делать различие между вредными примесями н легирующими элементами. Рассмотрим влияние некоторых из них на свойства сплавов серебра.
Никель. В сплавах серебра, применяемых в производстве ювелирных изделий, прн содержании никеля до 1 % замедляется рост зерна и тем самым улучшаются их механические свойства. С увеличением содержания никеля до 2,5% ухудшается обрабатываемость сплава. Прн еще большем содержании никеля ои не растворяется в сплаве н становится вредной примесью.
Железо. Этот элемент всегда является нежелательной примесью в сплавах серебра. Железо не растворяется в серебре н 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 прн 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 н пластичным, чем сплав Ag—Си. Если в сплаве Ag—Си содержание олова превысит 9%, то образуется хрупкое соединение Cu,Sn. Так как олово при плавлении окисляется, о хрупкость сплава возрастает из-за образования SnOE.
Алюмшшй. От 4 до 5% алюмнння растворяется в твердом сплаве и почти не влияет на его структуру и свойства. Однако при белее высоком содержании алюминия образуется хрупкое соединение AgsAl. При отжиге и плавке образуется также соединений А12Оа, которое, располагаясь по границам зерен, делает сп-ав хрупким и ломким.
Цинк и кадмий. Так как температуры кипения цинка и кадмия невелики, то при добавке нх в расплав сплавов серебра следует!
°C
соблюдать особую осторожность. Оба эти мета-ла являются важнейшими присадками для получения припоев, снижающими их температуру плавления (рис. 21), поэтому следует остановиться на них более подробно.
Ag—Zn. Несмотря на го что в твердом состоя- | нии серебро растворяет в себе до 20% цинка, со-
sot BOO ЛикСиВус Ликбивус
СолиВус Соливус СолиВус " ’
еоо СолиВус
В00/ооо^9 вОО/оосАч виУотЦ BOO/cDC^S
fSOfaoClL ^OJudqCu. WO/qou Си
^0/оои SO/ooo Cd IQ/ovo
200 0 BBJqqq Cd
Рис. 21. Схема снижения температурного интервала плавления сплавов серебра 800 пробы держание его в серебре при добавлении в сплав пипка и кадмия
не должно превышать 14%. В этом случае сплавы не
тускнеют на воздухе, имеют хорошие пластичность и полнруемость Ag—Cd. Эти сплавы также устойчивы на воздухе и имеют хорошую обрабатываемость. Серебро может растворить в себе до 30%
кадмия
Ag—Zn—Cd. 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. Интерввлы плавки этих припоев очень велики.
Ag—Си—Cd Медь совершенно не растворяет кадмий, а образует с ним хрупкое химическое соединение Cu5Cd Однако прн достаточном количестве серебра в сплаве кадмий растворяется в серебре. Такой сплав очень тягуч, пластичен н весьма устойчив к потускнению Он особенно пригоден для глубокой вытяжки н чеканки
Ag—Си—Zn Несколько десятых процента цннка, добавленных в расплав перед разливкой, значительно повышают жидкотекучесть сплавов серебро—медь Медь может растворить до 40% и ника. Сплавы Ag—Си—Zn могут служить припоями. Если цинка добавить в сплав больше, чем могут растворить его серебро н
Рис. 22. Растворимость кислорода в чистом серебре в зависимости от температуры ((пл — температура плавления)
едь. то при использовании этого сплава в качестве припоя избыточное количество нинка будет переходить нз припоя в основной п1етяч При изготовлении при поя сизой его гледует брать эвтектический состав сплава Ag—Си и добавками цинк: понижать температуру плавле |411 разность температур плав-- -|ия основного металла и юн должна быть не менее ,j С. Сплавы Ag—Си—Zn устойчивы к потускнению на воздухе, имеют хорошие пластичность и обрабатываемость
Ag—Си—Zn—Cd Эти че-тырехкомпонентиые сплавы ис пользуются для приготовления припоев с низкими температурами плавления. Низкие рабочие температуры этих припоев получаются за счет образовании цинком н кадмием легкоплавкой эвтетнкн Данные о физнко-механических свойствах некоторых сплавов ил Ag, Сц, Zn и Cd приведены
в табл. 2
Неметаллы. Кремний Несмотря па то что кремний в серебре не растворяется, он образует с серебром твердые и хрупкие кремписто-серебря-иые соединения Последние рас полагаются 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 Ag2S и Си 2S, которые могут располагаться как по границам зерен, так и внутри них Источниками попадания
Рис. 23. Большие газовые поры в структуре сплава, содержащего 300/eoo Ag (Х200)
серы в сплавы могут быть содержащие серу исходные материалы, топливо, горючий газ, остатки травильных растворов (например, °т электролиза меди).
Рис. 24. Вздутия ил поверхности прокатанной и отожженной заготовки из сплава Ag—Си 800 пробы (X2J
Рйс. 25 Включения закиси меди н структуре сплава Ag—Си, содержащего 500/.,Ag (Х320)
Рис. 26. «Штриховое серебро» на полированной поверхности изделия из сплава Ag—Си пробы (х4)
Фосфор. Незначительных следов фосфора \же достаточно для того, ч.обы образовались хрупкие ин.ер-мета л ли ческне соединения AgP2 или СнаР, которые в виде эвтектики распс тягаются но границам зерен.] Сплавы от этого становятся! хрупкими, быстро тускнеют,] на них плохо ложатся гальванические покрытия. Фосфор может попас |ь в сплав при раскислении1 расплава фосфорной медью. !
Газообразные вещества. Кислород. При температуре несколько большей темпера-туры плавления одна часть расплавленного серебра может растворить в себе 20 частей кислорода. При температуре несколько ниже точки затвердевания растгю- , рнмостъ кислорода в серебре составляет половину объема серебра, и кислород интенсивно выделяется из металла (рис. 22). Кислород, вс успевший выделиться нз металла прн его затвердевании, образует в краевой зоне слш ка 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 медн Сн2О. В зависимости 01 расположения частиц
_акнсн мели они могут оказывать различное действие на свойства сплавов серебра Если они располагаются тонким слоем по гпанииям зерен, то влияние их на обрабатываемость сплава давлением незначительное (рис. 25). Если частицы закнсн меди прижаты к твердым инородным телам, то при полировке они не вырываются н выступают над поверхностью. Прн прокатке металла они выламываются и оставляют на поверхности следы в виде штрихов, образуется так называемое «штриховое серебро» (рис. 26)
Сернистый газ. Двуокись серы SOs содержится в горючих газах и оказывает вредное действие на сплав тем, что подобно кислороду' поглощается расплавленным металлом, а прн затвердевании его улетучивается и, как кислород, образует в металле раковины. Кроме того, образуются химические соединения в виде Cu2S и Ag8S. которые, располагаясь по границам зерен, ослабляют нх сцепление в слнтке.
6. ТРОЙНАЯ СИСТЕМА Au—Ag—Сц
Диаграмма состояния. Если диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов изображаются на плоскости, то процессы, происходящие в трех компонентном сплаве, описываются пространственной диаграммой, которая представляет собой трехграииую призму (рнс. 27). В основании призмы лежит треугольник, углы которого соответствуют чистым металлам, а стороны — двойным системам (Ап—Ag, Au—Си, Ag—Си). Из кривых ликвидуса образуется поверхность ликвидуса. Выше этой поверхности все сплавы находятся в жидком состоянии. Кривые солидуса образуют поверхность в о л и д у с а. Между этими поверхностями металл находится в «тестообразном» состоянии, т е. сосуществуют расплав и твердые кристаллы.
Коицентрациоииые треугольники и вертикальные разрезы. На практике, как правило, такие объемные диаграммы не используются. Наиболее приемлемой формой диаграммы тройной системы являются концентрационные треугольники поверхностей ликвидуса н солидуса.
Если через определенный температурный интервал провести горизонтальные плоскости через поверхность ликвидуса в спроектировать липни пересечения на основание диаграммы, то получим концентрационный треугольник поверхности ликвидуса (рис 28). Аналогично строится концентрационный треугольник поверхности солидуса (рнс. 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 угля. Из цифр на сторонах треугольника определяется количественно! Значение компонента.
В качестве примера возьмем несколько точек (Л, В, С) на треугольнике изотерм ликвидуса (рис. 28).
Эти точки отвечают следующим составам сплавов:
Л 460 «во Ан и» \g 180'оос Си
В 320 „ю Аи Ад 400/™ Си
С , 680/™ Аи 60/™ Ае 260/™ Си
Рис. 27. Диаграмма состояний трехкомпонентной системы сплавов (проекция изотерм с поверхности лик--аду а на концентрационный феугольннк)
Кроме такого изображения, связанного с горизонтальными сечениями и проекциями изотерм на плоскость основания, рассмотрим получение вертикальных сеченнй в той же диаграмме. Для этого рассмотрим пространственную диаграмму на рис. 30, нг 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 жилкой 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 Ag Си, в тройной сиыеме Au—As -Си различают сплавы с эвтектикой и 42
Au
Эбтектаческая Ц/ооо™'—^ точки
Рис 28. Диаграмма состояния тройной системы Au—Ag— Си (изотермы ликвидуса)
Ли
Рис 29. Диаграмма состояния тройной системы Au Ag—Си (изотермы солидуса)
зуются так же. ьак в описанной
Рис. 30. Диаграмма состояния тройной системы Au—Ag—Си с вертикальными разрезами, соответствующими сплавам: 333'О0(1Аи,
твердые растворы. В области эвтектической «канавки», которая I простирается от точки эвтектики системы Ag—Си до точки ц (см. рис. 28), образуются эвтектические сплавы при одновремен, ном выделении а- и p-твердых растворов.
«-твердый раствор представляет собой сплав золота, серебра 1 и небольшого количества меди (до 9%).
Р-твердый раствор — сплав золота, меди и небольшого колм чества серебра (до 8%).
Сплавы, не входящие в эвтектическую область, кристаллов е системе Ag—Си- если I о держание серебра больше! эвтектического состава, уо как доэвтектические, если меньше — как заэв тектнЯ ческие.
На микрофотографии I структур видны большие! первичные кристаллы и между ними мелкодисперс-1 пая эвтектика. Соответ-1 ственно системе Ag—Си сплавы, лежащие вне эвтектическом области, будут затвердевать как твердые растворы.
При этом образуется однородная структура, соответствующая чистому I металлу. Если состав твердого раствора близок | к сплавам с эвтектикой,] то при медленном охлаждении происходит частич
ное распадение твердого раствора, т. е- выделение второй фазы.
Подобно тому, как это было описано выше, можно построить т р о й н у ю д и а г р а м м у механических свойств. В концентрационном треугольнике такой диаграммы все усредненные значения рассматриваемых величин, например твердости по Бринелю, лежат в одной плоскости (рис. 31).
Как видно нз диаграммы, максимальную твердость имеет сплав 500/,Лю Au розового цвета. Сплавы, находящиеся вблизи угла серебра, обладают наименьшей твердостью. Сплав золота 750 пробы красного цвета, имеющий в своем составе эвтектику Ag—Си, имеет наивысшую твердость среди других сплавов золота этой системы.
Сравнивая с этой диаграммой концентрационный 1реуголь-иик прочности на растяжение (рис. 32), можно видеть, что последний сильно напоминает диаграмму твердости: сплавы с высокой твердостью имеют большую прочить.
Рис. 31. Дигирамма твердости сплавов тройной системы Au—Ag—Си
Рм 32. Концентрационный ipeyi ельник пределов проч-п*х.м при растяжении сплавов тройной системы Au—Ag—Си
Рнс. 33. Диаграмма отно< отельного удлинения спланов тройной сисгемы Ан—Ag—Си
Аи
ffoooCiL—**
Рис. 34. Диаграмма химической стойкости сплавов тройной системы Ан—Ag—Си; области существования сплавов: '*= стойких: И -!> слаборлсткорнмых; III — растворимых; IV -*> тускнеющих на воздухе
В диаграмме относительного удлинения (рис. 33) это соотно-тение обратное: сплавы с высокими твердостью и прочностью имеют езиачмте чьиое удлинен не. В области сплавов золота 400 пробы озового цвета относительное удлинение наименьшее.
Р Химическая стойкость системы Au -Ag—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 серебр*1 и меди в атомных весах н в химической стойкости. По Тамману различают следующие группы сплавов системы Au Ag—Си, различающиеся по химической стойкости (рнс. 34).
Си
300 400 $00 6006буоовСи
-^—Ад
Рис. Вертикальный разрез диаграммы плавкости тройной системы Au—Ag— Си, оответствующий сплавам золота 333 пробы: а — диаграмма состояния;
б — график изменения механических свойств:
1 — относительное удлинение в в % St — предел прочности Ов в кгс/мм1; <3 — твердость ЧВ и кгс/мм", 4 — твердость ИВ после старения в кгс/ммт
Стойкие (&'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 п°р, 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 действие кислот, но даже присутствие в воздухе сероводорода, аммна! и влаги вызывает потускнение нх поверхности
Сплавы золота 333 пробы. Диаграмма состояния (рис. 35, я) получается из вертикального резреза диаграммы трехкомпоне! И
ной системы. Слева на д>
Рве. ЗВ Гетерогенная литая структура эвтектического сплава слота 333 пробы (Х4001
лен нем вначале fl-фазы. В обоих затвердевает при прохождении с одновременным выделением мел
тики, располагающихся вокруг первоначально затвердевших крупных зерен фазы (рнс 36 и 37).
Свойства сплавов золота 333 пробы. Все сплавы золота 333 пробы 1егко рас творяются в азотной кислоте На воздухе они (особенно красноватые сплавы) довольно неустойчивы и быстро тускнеют. При выборе сплава для работы нельзя руководствоваться только цветом, необходимо учитывать и его свойства. Предпочтительнее сплавы розового цвета, имеющие наибольшие твердость
и прочность, в то время как
относительное удлинение их наименьшее. Эти сплавы выдерживают тишь малые степени деформации н при обработке давлением должны чаще подвергаться отжигу, чем бледно-желтые или красные Добавками никепя или цинка механические свойства
грамме находятся богаты серебром бледно-желты сплавы, вправо с увеличь нием содержания меди иве» сплавов становится красней ватым и прн содержании медн 66,7% сплав нмее» красный цвет. Сплав с со держанием меди 28,5% имеет эвтектическую структуру Бледно-жечтые 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 вы, е-случаях остаточный расплав герез эвтектическую область их а- и p-кристаллов эвтек-
Рис. 37. Гетерогенная литая структур* заэвтектического сплава золота 3 U пробы (между большими кристаллам!» ₽-твердого раствора располагается »в тектнка с меткими зернами а. -* fl твердого раствора); ( . 1600)
сплавов можно улучшить настолько, что они становятся Пригодными даже для глубокой вытяжки, однако эти добавки сильно ухудшают жидкотекучесть н способность к пайке. Поэтому рП выборе этих сплавов ювелир должен ясно представлять, для какой работы будет предназначен данный сплав.
Графики изменения механических свойств сплавов 333 пробы в jaBirciiMOCTHот увеличения содержания меди приведены на рис. 35,6.
Почти все сплавы золота 333 пробы мало пригодны для лайки, ^го 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.
Нсобходимо отметить, что главное преимущество сплавов золота 333 пробы — их небольшая стоимость, хоти обработка их затруднена, особенно сплавов розового цвета. Отрицательным свойством сплавов является также малая устойчивость на воздухе. Данные©физико-механических свойствах сплавов приведены в табл. 3.
Сплавы золота 585 пробы. Из диаграммы состояния сплавов (рис. 38, о) 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
Таблица 3
Свойства сплавов золота 333 пробы
Состав. 1000/в<1в О 8ж сг' ж
Цвет гв Au Ав Си Другие металлы плввле-вня, СС Твердость Бриньлю. KI с/мм1 Предел пг ста кге/м <S X
Б 333 534 133 - 870/790 99 41 30 м
Я гый 3.13 445 222 — 820'800 110 4
333 114 431 114 Zn 8 Ni 950/925 ПО 44 4_
”•»»- «ый 333 333 334 — 825'800 115 10'
*»0 167 — 900 800 109 48
- 133 572 — 950 860 99
температуре 600° С проходит зона распада средних сплавов, а прц более низких температурах зона распада остальных сплавов. За пределами это»! зоны растворимость компонентов друг в друге уменьшается, и однородный твердым раствор распадается на а-и 0-фазы.
Сплавы золота 585 пробы идут главным образом на изготовление украшении. По стоимости онн являются доступными, имеют
Рис. 38 Ьертикальный разрез диаграммы состояния тройной системы Au—y\g— Си. соответствующий сплавам золота 585 пробы (и), и график изменения механических свойств сплавов золота 585 пробы (б):
f — относительное уд^мшпЕе В в %; 2 — предел прочности ов в кгс/мм’; 3 твердость НВ в кгс ям’; < — тжрдссть НВ после старения в кгс/мм'
хороший блеск и нравящийся покупателям красивый цвет. Твер- | дость и прочность этих сплавов отвечают требованиям эксплуатации изделий (рис. 38, б), и тем не менее онн 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 литей- | иые свойства. Как показывает диаграмма (рис. 38, б), почти все сплавы этой пробы дисперсионно-твердеющие. Если после | литья или отжига необходимо пол\ чить более пластичный металл. | то сплав следует подвер!путь закалке при температуре 650°С 50
Таблица 4
Свойства сплавов золота 585 пробы
Г" “ Цвет сплаве Состьв, IOD07,oo ► а К ч gi Тпердость по Бринелю, кгс/мм» Предел прочности, кгс/мм» Относительно»’ удлинение. % J Плотность г/см*
Ан АЯ Си Другие металлы
Ее 1но-no- te ный 585 382,5 32,5 - 990/970 69 30 35 13.7
4> ..птова-гый 585 280 135 — 870/830 118 51 33 13.6
Желтый 585 НО 183.5 71,5 Zn 50 Ni — 115 — — —
585 187,5 227,5 — 860/8Ю 131 53 36 13,5
Оранжевый 585 90 325 — 890/850 114 51 44 134
Красный 585 — 415 — 970/930 75 41 53 13,2
Бело-эолотой 430 415 — 155 Pd 1027/978 150 — — 13,4
Os ико-мс? инические 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 состоянии (рис. 40), кривые ликвидуса и солидуса со стороны серебра от температуры 1020е С идут в сторону меди до температуры иескольк< ниже 900° С. После затвердевания образуется однородный твердый раствор, который у сплавов средней части диаграммы пре температуре 400е С распадается на а- и (3-фазы. С уменьшение содержания серебра или меди температура начала распада \'мень шается.
Свойства сплава золота 750 пробы. В химическом отношении сплавы золота 750 пробы представляют собой почти чистое зо лото Они устойчивы против сильных кислот и разрушаются только е царской водке. Сравнение механических свойств сплавов 750 пробы и сплавов 585 пробы показывают, что сплавы 750 пробы легче поддаются обработке С увеличением содержания меди твер Дость и прочность сплавов увеличиваются. С другой стороны, У сплавов с большим содержанием серебра прочность еще доста точно велика и изделия из них имеют хорошие жсплуатационные 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 751 пробы. Эксплуатационные свойства готовых изделий из него можно »н ччтелыю повысить старением сплава Особенна увеличивается
«’*к. 39 Однородная Структура мягко отожженного сплава золота 585 пробы ( 250)
Рис. 40. Вертикальный раз* рез диаграммы плавкости тройной системы Ап—Ag-Cu, соответствующий силанам золота 750 пробы
Рис. 41. График изменения механических свойств сплавов золота 750 пробы.
1 предел прочно ти ин и иг мм 2 — относительна э удлинен"- б в %: S — твердость НВ в к.„щ, 4 ж твердость НЕ после сть, , - ня в кгс/мы
Рис. 42- Структура сплава лом <50 пробы после деформации и рекрис' Л-змлашюнмого отжига (' -200)
рпдость при старении красноватых сплавов. Это объясняется чт0 в таких сплавах происходит не только распад твердого 1аствора иа а" н Р‘Фазы» но и выделение соединения AuCus ис 42). Поэтому, если необходимо иметь мягкий материал, эти ^плавы нужно подвергать закалке.
С Сплавы 750 пробы хорошо поддаются панке и литью, а также «втяются подходящей основой для нанесения эмали, однако прн Держании меди в сплаве свыше 16% цвет эмали становится ТУСКЛП1М.
Обрабатываемость и возможность дисперсионного твердыния 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
Влияние добавок месей на свойства золота. Мета им. основных сплавов описанных выше, важнейшими белого золота. Для того чтобы ыожностях сплавления, необходимо знать взаимодействие золота н его основных легирующих элементов — серебра и меди с другими присадочными металлами. Кроме того, необходимо знать.
табл. 5. и при-сплавов Помимо золота.
являются также припои и сплавы правильно ориентироваться в воз-
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 Au3Zn,
Таблица 5
Свойства сплавов золота 750 пробы
Цвет плева Состав. 1000/ом Область плавления, ®С 1вердость по Бринелю, к( с/мм* Прочность К! с/мм‘ Относительное удлинение, % Плотность, г/см*
Au Си Pd
Же гый 750 170 80 — 930 920 100 46 44 —
Р| вый 750 125 125 — 920,900 НО 48 45 15,4
белый — 750 50 — 200 1280/1272 юо — — 16.6
S3
которое в тронном сплаве не образуется нз-за растворения пнтД в серебре м в медн. Добавка нескольких десятых долей npouej3 цинка в расплав системы Ан—Ag—Си перед разливкой ока^Д вает раскисляющее действие и повышает жидкотекучесть сплав* Благодаря добавкам цннка к сплавам золота красноватого 1щГЗ последние приобретают желтоватый цвет. У сплавов золота _JO пробы определенная добавка цинка значительно повышает ня устойчивость против серы н сернистых соединений, однако sm
не имеет практического применения, так как чувствительном таких сплавов к аммиаку сильно возрастает н сплавы быстро т скнеют. При эксплуатации изделий нз этих сплавов от выди
°C 900. Bi
бы)
ч 1
2J0
о
liffluSyi J!UK I’y. ЛикВиВ
CovuSyL 5/оопАи 10> tJJl Iff Cil Cofluty i'5/ffoo^U 2^1
fS»/ Ag i 'midyc 58ty 7/ltt 8l/ooo 2l%co Clt 2^000 2fl 9^/ooq Aid
Рис. 43. ' -иаграмма снижения области плавления сплава золота 585 пробы прн добавлении и сплав пипка и кадмия
ния кожей аммиака в по они быстро корродируй:
Цинк имеет болы! значение при изготовл нии припоев Неболып! добавки цинка значительно снижают область г iaB ления тройного сплава, как это видно нз рнс. 43
Кадмий. Золото расти ряет в себе в твердо состоянии до 20% кадмш
серебро — свыше 30% так что нерастворимое!
кадмия в меди не имеет
значения. Благодаря до-
бавкам кадмия сплавы Au—Ag зеленого цвета приобретают бо-
лее интенсивную окраску. Кадмий еще более, чем иинк, понижает область плавления тронной системы. Если в систему ввеста цинк и кадмий вместе, то температура плавления ее понижаете^ более существенно, чем при вводе этих металлов порознь. Это
можно пр следить по схеме (рис. 43), на которой показано. пони-| жеиие области плавления сплава за ста 585 пробы, содержа-] щего присадки нз одной части серебра и двух частей медн.
Цинк н кадмий являются важнейшими присадочными ютал-! лами для приготовления припоев благородных металлов
Олово. Сплавы Au- Ag —Си могут растворить в себе без замет J него вреда до 4% олова. Хрупкость сплавов золота Из-за загрязнения нх оловянными припоями возникает вследствие присутствия в припое свинца, а не олова. Если количество олова в плаве превысит 4%, то образуется окись олова, которая при 'атвер-1 деванин располагается по границам юреи и делает сплав1
хрупким.
Свинец. Несколько десятых долей процента свинца достаточно для того, чтобы образов чось хрупкое соединение Аи2РЬ. Оно располагается по границам зерен (рис. 44). н, так как это соедние- ] мне плавится прн 418 С, то сплав не поддается обработке давле*
(пис. 45). Свинец может попасть в сплав из евшиювистых иИ< ’ в или нз подкладок прн выколотке рельефа.
Пластичность и склонность к потускнению сплавов 43КИМ содержанием золота увеличиваются из-за присутствия
Рис. 45. |1оярл1 (не ' чротрещин в структуре сплава 720/ш 4и с 10'qoo Pb после небольшой деформации (X 630)
Рис. 44. Выделение Au2Pb по границам зерен сплава 720/<joo Au с РЬ (XfcuO)
в сплаве незначительного количества алюминия. Однако, как толь о количество алюминия превысит растворимость его в серебре и меди, образуется фиолетовое хрупкое соединение АпаА1 — «аметистовое золото». При т
переплавке может образоваться окись алюминия А1 2О3, которая также делает сплав не пригодным к бработке.
Мс «езо. И .'-за высокой температуры плавления и легкой окисляемостн железные и стальные частицы, попавшие в сплав, не растворяются в нем и являются вредными инородными включениями, как это было описано при рассмотрении сплавов серебра.
Никель. По диаграмме (риь. 4Ь) прн затвердевании cud мы Au Ni сначала об-
разуется однородный твердый рис 4б_ Диагр.чма сос«. яння сплавов раствор, который при темпе- системы Au—Ni
Рату ре около 800° С распа
Uaei ч Если в меди никель растворяется хорошо, то в серебрс
>чги ие ра творим; 13,5% никеля уже достаточно, 4i~ ы
О| • !В приобрел белый цвет, поэтому его добавляют в сплавы
Рис. 47. Выделение фосфидов по границам зерен и в самих зернах сплава золота 585 пробы с l/c Р (Х630)
золота 585 пробы для получения более дешевого неблагородно белого золота
Из-за различного отношения легирующих металлов сплашя к никелю возникают значительные трудности при обработке эЗ сплавов, которые устраняются добавками других металлов, |Д пример, цинка.
В общем, можно сказать, что неблагородное белое золото ипе| следующие основные недостатки:
1) твердость н прочность сплавов настолько велики, что обра. ботка нх вызывает значительные трудности;
2) при отжиге сплав легко окисляется н поэтому должен покрываться, например, борной кислотой;
3) нельзя производить переплав отходов своими силами, пя необходимо сдавали в специализированный плавильный цех. Г Неметаллы. Кремний. Он может попасть в расплав из материала тигля, содержащего кварц. С золотом кремний образует эвтектику, которая плавится прн температуре 370° С. Прн этом обрабатываемость сплава в целом ставится под угрозу] Сера. С золотом сера не вступает во взаимодействие;' однако она активно реагирует с легирующими ме^тл-лами — серебром и медью; как об этом было сказано выше, а также с никелем к металлами платиновой груп-образуют с никелем эвтектику.
пы Хрупкие соединения NisSs
которая плавится при температуре 645° С, и для образовани которой достаточно всего 0,05% серы.
Фосфор. Если городской газ загрязнен соединениями фосфор или расплав раскисляется фосфоросодержащими раскислителям! то фосфор может попасть в сплав. С золотом фосфор не взаимоде! ствует, но образует с присадочными металлами — серебром, медь и никелем хрупкие соединения с низкоплавкой эвтектикой (рис. 47)
Газообразные вещества. С кислородом золото не pearnpveTL однако он вступает во взаимодействие с присадочными метал ла jh, как это было описано выше. Если водород попадает в кислород! содержащий расплав, то при соединении с кислородом образуется водяной пар, который н приводит к появлению в слнтке пор и раковин. Такие газы, как углеводород н окись углерода, углекислый газ, сернистый газ н т д., попадая в расплав, прочно удерживаются в нем, образуя прн затвердевании сплава раковины. При этом наблюдаются дефекты, аналогичные дутому серебру. 56
7. СПЛАВЫ ПЛАТИНЫ И ПАЛЛАДИЯ
Практически важнейшими для ювелира сплавами далЯ1Отся: ювелирная платина, ювечнрныК палладий ^^Овелириая платина. Из-за низких механических платина L ----- — — -
свойства улучшают незначительными добавками палладия и иридия Л° тех пор* пока она не ста' новится вполне пригодной для изготовления драгоценностей. Прн этом желательны следующие изменения:
I) прочность и твердость должны быть настолько увеличены, чтобы повысилась износостойкость изделий, но обрабатываемость сплава при этом не должна ухудшиться;
2) высокая температура плавления должна быть снижена;
3) коэффициент теплового расширения должен быть увеличен.
Содержание платины в ювелирном сплаве должно быть не менее 65% Это значит, что на присадочные металлы остается только лишь 5%. Из рис. 48 хорошо видно, как круто поднимается кривая твердости го Бринелю при незначительных добавках присадочных металлов к платине. Так, иапрнмер, достаточно нескольких процентов иридия, чтобы твердость, а, следовательно, и износоустойчивость платины резко повысились. Добавка палладия Улучшает обрабатываемость в ков
платины и белое
свойств
------------- -----
в чистом виде в ювелирном деле не применяется, te
Рис. 48. Повышение твердости платины и палладия при легировании их другими металлами (% легирующих металлов увеличивается слева направо)
кость сплава плгпины н освет-
ляет цвет сплава. На химическую стойкость платины небольшие Добавки палладия влияния не оказывают. Палладий снижает температуру плавления сплавов платины. При изготовлении ювелир* иых изделий хорошо зарекомендовал себя сплав платины следующего состава: 95% Pt; 4,5% Pd н 0,5% 1г.
Ювелирный палладий. Палладий пока еще не является общепризнанным как самостоятельный металл для производства юье ।ирных изделий и во многих странах известен только как
присадочный металл. Несмотря на это, в постеднее bj t 4 nj чается тенденция приобщить палладии к изготовлении» ных изделий.
Из металлов платиновой группы палладий выделяется j дующими свойствами: 1
1) он дешевле платины;
2) имеет более интенсивный, чем у платины, белый цвет;
3) обладает большей ковкостью, т. е. имеет лучшую обра тываемость, чем платина, что г--------—*------------
Рис. 49. Выделение сульфидов по границам зерен сплава белого золота 750 пробы с палладием при загрязнении сплава серой (XR00)
является необходимым качесль^ в производстве ювелирных делин;
4) имеет практически такум же, как платина, устойчивость к потускнению на воздухе. 1
Одна западногермавскЦ фирма выпускает сплав «благч. родным палладий», о котором известно только, что темпера, тура плавления его составляет 1600° С, твердость — 61 кгс/ммЯ относительное удлинение — 26%, плотность — 12 г/смя По основным свойствам он не уступает платине, имеет более интенсивный цвет и значителен дешевле ювелирной платины. Белое золото. Сплавы неблагородного белого золота с добавками никеля рассматривались выше. Белое золото на основе палладия является благородным по своим свойствам, превосхо.чя-щим свойства сплавов золота с никелем. 16% палладия достаточно для того, чтобы сплав золота приобрел приятный белый цвет.! В производстве сплавов золота белого цвета палладий полно, тыо ваменяет платину. Белое золото иа основе палладия дорожеЛ чем на основе никеля, однако ври этом оно имеет ряд преимуществ: 1 I) оно обладает более высокими пластичностью н ковкостью, чем сплавы на основе никеля;
2) имеет более благородный блеск;
3) белый цвет сплава устойчив при нагреве.
Влияние примесей на свойства металлов платиновой группы. Кремний. Из-за высоких температур плавления металлов пла.и-новой группы вероятность восстановления кремния нз материале тигля увеличивается. Кремний легко вступает в реакции с плати-1 ной и палладием, образуя хрупкие соединения, которые при температуре порядка 670° С плавятся. Небольшого количества крем- | мня достаточно, чтобы сплав стал хрупким и полностью не пригодным к обработке.
Алюминий. Алюминий, так же как н кремний, попадает в расплав из материала тигля. Действие его на сплав аналогично Ьв
дегоншо, т. е. он образует с металлами хрупкие соединения, кото-hJjV имеют температуру плавления порядка 787е С и расползаются 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 алюмн-иня, а также графитовыми. Плавку этих металлов необходимо проводить в окислительной среде в тиглях из обожженной извести — Са0- а ж/
Углерод. Углерод не вступает в реакцию с металлами, но рас-
творяется в расплаве и при затвердевай ни располагается по границам зерен. Обрабатываемость сплава при этом значительно ухудшается.
Сера. С платиной и палладием сера, квк указывалось выше, образует хрупкие соединения. Кроме того, палладий образует эвтектику Pd —Pd4S, которая располагается по границам зерен и плавится при температуре 600е С (рис. 49). Присутствие нескольких тысячных долей процента серы может сделать сплав полностью не пригодным к обработке.
Газообразиые веществе не оказывают заметного действия на сплавы платины, однако, попадая в расплав, онн удерживаются в нем н образуют поры и раковины.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
ГЛАВА 3 КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ
8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КИСЛОТАХ
Кислоты являются химическими соединениями одного или нескольких атомов водорода с кислотными остатками, которые могут быть неметаллами или окнслами неметаллов. Кислоты имеют кислый вкус и окрашивают голубую лакмусовую бумагу в красный цвет. По числу водородных ионов определяю! валентность кислотного остатка. При замещении водорода кисл ты металлом образуется соль. При взаимодействии кислоты с основанием образуется соль с отделением воды н происходит реакция нейтрализации. Характеристики важнейших кислот приведены в табл. 6.
9. ПРИМЕНЕНИЕ КИСЛОТ В ЮВЕЛИРНОМ ДЕЛЕ
Борная кислота Н3В03. Она является слабой кислотой, кристаллизующейся нз раствора в виде белых, кажущихся жирными на ощупь чешуйчатых пластинок.
Соли бориой кислоты, из которых важнейшей является бура, называются боратам» Борная кислота защищает металл от окис ления при пайке и отжиге. При нагревании до 100° С кисдИ отдает молекулу воды, вследствие чего образуется метаборня кислота, которая плавится при 160° С»
Н3ВО3 — НВОа -j- Н2О.
Метаборная кислота при дальнейшем нагревании распадается на тетраборную кислоту н воду
4НВО, — Н,ВА + нво.
Важнейшие кислоты
ТаВяица 6
Название кислота Формула Валентность кислотного остатка Наименование получаемой СОЛИ
Синильная HCN 1 Цианид
Борвая (ортоборная) н„во3 111 Борат
Мегаборная нво2 I Метаборат
Тетраборйвя ИЯВ4О7 II Тетраборат
Хромовая На(СЮ.) 11 Хромат
Двухромовая Н2 (Сг.С;) II Бихромат
Плавиковая HF I Фторид
Кремневая H,SiO3 II Силикат
Угольная н/зд, II Карбонат
Азотная HNOa 1 Цитрат
Азотистая HNO, I Нитрит
Соляная HCI I Хлорид
Серная HsS04 II Сульфат
Сернистая HsSO3 II Сульфит
Сероводородная FUS II Сульфид
Если тетраборную кислоту нагреть до красного каления, то образуется борный ангидрид, т. е. окись бора,
Н2В4О7 - 2В2Оз + Н8О.
Окись бора образует вязкую плотную глазурь, которая в холодном состоянии расслаивается в виде твердого, хрупкого стекла-Окись бора является химически активной формой борной кислотьи так как превращает окись металла в метабораты, например окись меди — в метаборат медн:
В2Од -}- СиО—* Си (ВО 2)2-
При температуре ниже 900е С метаборат выделяется как инертный, неподвижный шлаковый слой в окиси бора, обволакивающий поверхность металла и ие позволяющий активным веществам проникать в металл. Эта несмешиваемость обеих фаз препятствует активности защищенного слоя. При температурах выше 900 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 Н°вых частиц окнен бора к поверхности металла.
Химическая активность и вместе с этим растворимость окиси т возрастает настолько, что борная кислота прн высоких еИпературах может быть использована прн пайке.
Азотная кислота HN03. Чистая азотная кислота представтд собой бесцветную жидкость с плотностью 1,52 г/см3; концентрцЯ ванная 70% азотная кислота имеет плотность 1,41 г/см® и прн 122° С. W
Красная дымящаяся азотная кислота содержит растворенщд NO2, который улетучивается в виде красно-коричневого ядов.[ того газа. Азотная кислота является сильным окислителе органические вещества разрушаются ею с окрашиванием в жел гый цвет. Опасно попадание кислоты на кожу. /Металлы растворяются в азотной кислоте с образованием нитратов. Вначале идет окисли иве по реакции J
3Cu + 2HNO3 — ЗСиО + Н2О + 2NO.
Для окисления расходуются две молекулы кислоты, при это^ образуются вода и окись азота; последняя в соединении с кислородом воздуха образует двуокись азота (NOB) н улетучивает— в виде красно-коричневых ядовитых паров. Затем окнсь метол взаимодействует с кислотой по реакции “
ЗСиО + 6HNQ, — 3Cu(NOa)2 -р ЗН2О.
-
При этом еще шесть молекул кислоты расходуются на образование соли, также с выделением воды.
В целом процесс растворения выглядит так:
ЗСи |- 8HNOa - 3Cu(NO3)2 -р 4Н2О -р 2NO.
В азотной кислоте не растворяются только золото н платина, | поэтому с помощью азотиой кислоты можно отличить золото от серебра. Азотная кислота содержится в пробирных кислотах,, в кислом травильном растворе и в царской водке.
Азотистая кислота HNO2. Эта кислота существует тс тько в разбавленном растворе, ее соли называют нитритами.
Соляная кислота НС1 Образуется при растворении хлористоф водорода в воде. Последний представляет собой весьма гигроскопичный бесцветный газ с резким запахом. Концентрированная соляная кислота содержит 38% хлористого водорода; чаще в^его 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
Zn +2НС1 — ZnC]2 +НВ.
Соляную кислоту используют для изготовления паяльиоЯ жидкости, при осаждении серебра и как составную часть царской водки.
Царская водка. Оиа представляет собой смесь трех объемна* частей соляной и одной объемной части азотиой кислот. Правил*”
изготовление ее имеет большое значение дли ювелира При ЯОе рльном хранении эта смесь разлагается и вследствие этого *’ит . потреблением стедует изготовлять свеж\ю царскую водку. П<? язи с этим область применения царской водки ограничивают В Горением таких металлов, как золото и платина. Этот процесс ^Jho* продемонстрировать на примере растворения золота. Сначала азотная кислота окисляюше действует на соляную:
HN03 -3HCI-.NOCI СП 2FLO.
При этом возникают два активных вещества, хлор и иитрозил-хлориДт которые в состоянии растворить золото,
Ан 4- NOCI 4- Cl, — AuCls + NO
Образовавшийся хлорид золота немедленно присоединяет еще молекулу НС1, образуя тетрахлорзолотую кислоту, которая известна в обиходе как «хлорное золото»
АиС]и -р НС|Я * HIAuClJ
Эта комплексная кислота кристаллизуется с четырьмя молекулами воды в виде Н[АиС14]-4Н2О- Кристаллы ее светло-желтые, водный раствор также окрашен в желтоватый цвет.
С платиной реакция протекает аналогично. Как конечный продукт образуется платинохлористоводородная кислота H£[PtC]e], которая кристаллизуется вместе с шестью молекулами воды.
Серная кислота H2S04. 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 SOs 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
Zn + I^SO4 ZnSOfl 4- Н2.
Металлы, которые являются электрохимически благородными, могут быть растворены в серной кислоте посредством окисления. ИапРимер, медь
Си 4- HsSO4 — СиО 4- SO2 J- Н£О
Это возможно потому, что серная кислота при окислении меди аиовится сернистой кислотой, которая тотчас распадается на
двуокись серы и воду. Затем окись меди также раствора в травильном растворе разбавленной серной кислоты по р& к
СиО -l H2SO4 — CuSO4 HtO.
Суммарная реакция выглядит так:
Си -4- 2H2SO4 CuSO< + ЪОЯ 2HfiO.
Медь и серебро в травильном растворе не растворяются, так как образование их окиси возможно только в концентрированная кислоте. Ювелир применяет серную кислоту для травления, д, i определения пробы серебра, как добавку для желтой протравы и при кислотном меднении.
10. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВАНИЯХ ИХ ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Основания являются соединениями мета? лов с определенным числом гидроксильных групп (ОН) в соответ* ствии с валентностью металлов. Растворимые в воде основания* называются щелочами. Основания являются жирными на ощуД и окрашивают в голубой цвет красную лакмусовую бумажку^1
Характеристики важнейших оснований приведены в табл. 7
Таблица 7
Важнейшие основания
Название основания Название щелочи Формула Валент- I ноеть I
ЕДкий натр Едкое кали Гидроокись аммония Натриевая щелочь Раствор едкого кали Нашатырный спирт NaOH КОН nh4oh I 1 1
Едкий натр. Состоит из белых прозрачных сальных на ощупь хрупких кристаллических платииок, 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 жир ных кислот, например:
СаН5 (C17H3,COO)S 3NaOH — CsH6 (ОН)3 + ЗС17Н35СООХ1а.
Едкое кали. Соответствует по внешнему виду и действии» едкому натру. Его водный раствор образует щелок едкого кали
Гидроокись аммония. Она образуется при введении бесцветного резко пахнущего аммиачного газа NHa в воду. Полученное химИ* 64
<еСКое соединение сразу диссоциирует в растворе, т. е. распадается ва ионы,
nh4 , н,о nh* он
Гидрооиись аммония существует только в оцнированиой Лорме, расщепленной на положительный ион аммония и отрицательный ион гидроксила. Непосредственной связи между этими абеими частями нет. При нагревании происходит обратная реакция, т е основание распадается па аммиак и воду. Гидроокись д«, овия как слабое основание действует так же, как едкий натр.
ГЛЬВЛ 4
СОЛИ
II. ВИДЫ СОЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ
Простая соль образуется при замещении водорода кн< юты металлом. Следовательно, соль состоит из металла и кислотного остатка. У двойной соли так соединены две соли, что в твердом состоянии они устойчивы, ио в водном растворе распадаются так, как будто бы обе соли были растворены отдельно. Так, например, квасцы распадаются на ноны при растворении по реакции
KAl(SO4)a—• К* -Ь АГ++ +2SO;.
Комплексная соль является соединением более высокого порядка, в котором одна соль проявляет совершенно новые свойства и которое в водном растворе распадается не на про-cibi составные компоненты, а образует комплексные ионы; при-ыс[ »м может служить растворение дицианоаурата калия
K[Au(CN)2) — К* -г [Ah(CN)2J .
Ниже приводятся основные виды химических реакций, приводящих к образованию солей.
1 Нейтрализация, при которой реагируют кислота и основание и в результате их взаимодействия образуется соль и водв
NaOH | НС1 -> NaCl HtO.
2 . Взаимодействие металла и кислоты, при которой образуются ь КЧСЛОТЫ и водород
Zn | 2НС1 — ZnCIE ч НЕ.
°- Взаимодействие окиси металла и кислоты, приводящее “ образованию соли и воды
СиО - H2SO4 —* CuSO4 т Н2О.
® э Бреполь 65
4. Двойной обмен двух солей, при котором металлы взаимно обмениваются, образуя при этом нерастворимую соль
AgNO3 н-NaCl —» AgCl ЬаМОЛ.
5. Двойной обмен между сильной кислотой и слабой солью, приводящий к образованию слабой кислоты и сильной соли
2НС1 + Ag2S — H2S 2AgCi
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, лапример, 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 работе С ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ.
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 си нильной 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 байках 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 названое Формула Валентность Название кислоты, обра-syiomefi civib
Цианид калил Цианистый калий KCN 1 Синильная
Цианид натрия Цианистый натрий NaQ\ 1 >
Цианид медн — CuCN 1 •
Цианид серебра — AgCN 1 a
Цианид золота — AuCN 1 •
Тетраборат натрия Бура Na^O-, II Тстраборная
Бихромат катин — к£сГяо? II Двухр новая
Бнхромат серебра — 4>/'r2o, 11 а
Карбопат кальция Меч CaCQ, II Угольная
Карбонат калин Поташ K2CO„ II *
Карбонат натрия Сода Па/:ОЭ II >
Карбонат цинка — ZnCOs li к
Карбонат меди Патина CuCO3 II »
Нитрат калия — KNO3 I Азотная
Нитрат натрия Чилийская литра Nat\Os 1 а
Нитрат меди — Cu (NO? 11 *
Нитрат ртути — HgNO3 1 а
Нитрат серебра Адский камень Ai?NOa 1 >
Хлорид натрия Поваренная соль NaCJ 1 Соляная
Хлорид калия — KCI 1 а
Хлорид цинка — ZnCla I >
Хлористое олово — SnCl, II »
Хлористое серебро Хлористое серебро Aga 1 а
Хлорид эилота — AuClj, III а
Хлорид аммония Нашатыре NIIJC 1 Я
Сульфат кальция Гипс СШМ «4 II • еу-ас.
Сульфат меди Метный к' luptx CuSU II
Сульфид калия — KaS 11 Серове ЖЧ-'а-
Сульфид серебра — Л. » II То ж«-
Ацетат меди Ярь-медянка СцОШЮЬ 1 Уксусная
3
67
При обращении с химическими веществами следует соблюдать следующие основные меры безопасности.
1. Не допускать попадания ядовитых веществ на тело или па одежду. Работать только в резиновых перчатках.
2. При возникновении ядовитых паров, выделяемых, например, азотиой 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.
3. После использования ядовитых химических реактивов их следует немедленно убирать в шкаф под замок.
4. 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 ВТОРАЯ
РАБОЧАЯ ТЕХНИКА
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1
ВЗВЕШИВАНИЕ
Прецизионные весы, тщательно взвешенные изделия и добросовестнее взвешивание обеспечивают точные результаты. Кто не соблюдает этого, тот причиняет значительный ущерб себе и прежде всего клиентам.
1. ВЕСЫ
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 острпе призмы коромысла весов, к концам которого подвешены на шарнирах чашки для гирь и взвешиваемых материалов. Форма выреза (рис. 50) обеспечивает наибольшую устойчивость призмы ко-ромысла. Указатель в виде стрел кн, жестко закрепленный посередине
Р» । Опоре-г подушка ко-р^мысла »вск левой призмой
коромысла, позволяет контролировать амплитуду качания весов. Точность взвешивания может быть гарантирована только
в том случае, если все элементы весов, лаже после длительного употребления, остаются без изменения: коромысло ие должно быть искривлено, а положение чашек ие должно изменяться.
Особенно осторожного обращения требуют опоры коромысла. Их форма обусловлена необходимостью свести до миниму ма трение, особенно на опорном ребре призмы, при качании коромысла.
Рас. 51. Граммовые разновесы
Для уменьшения износа призму и опорную подушку изготовляют из агата или нержавеющей стали.
Рис. 52 Миллиграммовые разновесы вм. е с одн< пайковой гирькой
Весы с коромыслом действуют как двусторонний рычаг, оба плеча Koioporo имею! одинаковую длину. Весы у ровновеши-ваются, если уравновешены обе стороны коромысла по известному закону рычага.
Разновесы показаны на рис. 51 н 52. Разновесы более одного грамма изготавливаются из латуни, а менее одною грамма — из пластинок алюминия.
Весы и разновесы должны иметь клеймо.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕС*!
Для того чтобы начать взвешивание, устанавливают чаши весов неподвижно на подставках. Затем их осторожно приподнимают рычагом арретира (стопорного приспособ гения), выжидают» пока они не перестанут качаться, и проверяют их равновесие. Если при этом стрелка устанавливается вертикально, значит, весы настроены и можно приступать к взвешивай и ю.
На одну чашу помещают предмет, вес которого нужно определить, на другую укладывают разновесы, начиная с больших гирек, до тех пор, пока чаши весов ие выравняются и стрелка снова не установится вертикально. Затем суммируют веса отдельных разновесов, чтобы установить окончательно вес взвешиваемого объекта.
ГЛАВА 2
ПРОБИРНЫЙ АНАЛИЗ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ
Металлы и сплавы, с которыми работает ювелир, можно разделить по цвету иа две группы: цветные - чистое золото, цветные сплавы золота, цветные недрагоцениые 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.
1. Идет ли речь о драгоценной металле или о сплаве, содер жащем драгоценный металл-*
2. Как велика доля драгоценного металла в общем сплаве?
В первом случае проба является качественной, а во взором — 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 отвега на приведенные вопросы и допускают определенные отклонения, с которыми приходится мириться. Абсолютно точную пробу можно получить только путем анализа в пробирной лаборатории.
3. 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 (рие. 53). Состав и назначение кислот приведены в табл. 9.
Пробирный камень. В качестве пробирное камня обычно используется черный лидийский кремень (сланец), обладающий всеми необходимыми свойствами хорошего пробирного камня.
Рис 53. Вспомогательные средства для штриховой пробы; пробирная кислота, пробирный камень и пробирные иглы
Он должен иметь цельную матовую отшлифованную поверхность, быть черным, иметь однородную мелкозернистую, лишенную пор структуру, должен быть тверже исследуемого металла и обладать кислотостойкостью.
Таблица 9
Пробирные кислоты
Hfi3naiJ£I|HC пробирных кислот 4,0(1*
Для золота °33 пробы - » » 5Я5 » *750 Для cenef i * платины 20 см” концентрировянт ч азотной кислоты (р 1,42) 20 с-ч* воды 20 см® конце ,><«poi «••й кис- лоты (р = 1,42) 40 см” концентрированной зигной кис-л гы (р = 1,42) 1 сп-1 концентрированной соляной кягчоты (р= 1,19) 15 сиг1 воды 3 г Сихромати калия, 3 смя концентрированной серной кислоты 32 с№* вади 1b см3 концентрированной азотной кислоты (р = J ,42), 24 смя концентрированной соляной кислоты (р= 1,19), 6 смв воды
Для удаления пробирного штриха после употребления камия его поверхность зачищают древесным углем и водой. Затем для сохранения податливости структуры очищенный и просушенный камень покрывают тонким слоем хорошего масла.
Пробирная мгла. 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.
4 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, эго свидетельствует о том, что испытуемый металл может быть сплавом золота ниже 333 пробы, сплавом серебро-медь с содержанием серебра ниже 500 пробы или недрагоцеиным сплавом.
Если штриховая проба под действием этой же кислоты окрашивается в коричневый цвет, го исследуемый металл может быть сплавом золота v содержанием последнего от 500 до 333 проб-
Если пробирная кислота для золота 585 пробы совсем ие 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 jki 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 Ап от 10(.)0/(Ю0 до ШО/^. При более низком содержании золота прибегают к химическому анализу. Под действием азотной кислоты серебро переходит в серный нитрат серебра AgNOa, а медь — в зеленый нитрат меди Си lNOa ls, 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 сплааа также не растворяются-
При более низком содержании золота концентрированная азотная кислота растворяет легирующие металлы, в то время как золото остается в виде коричневого иерастворениого 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 цитрата меди.
Разбавленная азотная кислота действует медленнее, чем концентрированная. При содержании в сплаве более 30% золота она ие 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 иа это, предполагается, что он содержит незначительное количество золота.
Действие основывается иа растворимости легирующих металлов и устойчивости золота в иодогреюй .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 прак-74
тике ошибка в определении содержания драгоценного металла составит 5°г> и менее.
Возможность применения количественной пробы ограничивается содержанием золота в сптаве 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 6lj добавления флюсов. Прн 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:
1) около 1 г тонкопрокатаниого пробного материала растворяют в 6 см3 царской водки. Для того чтобы разложить избыточную азотную кислоту, раствор кипятят. При этом не должны появляться желтовато-белые пятна хлорида серебра;
2) 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 ие станет прозрачным;
3) из светлой жидкости извлекают этот осадок и смешивают с нашатырным спиртом. Голубоватое окрашивание указывает на наличие меди. Образующиеся пятна указывают иа присутствие свинца, висмута, железа, алюминия и т. п.;
4) 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.
5. 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 дето со сплавом белого золота ниже 500 пробы с высоким содержанием неблагородных белых металлов н серебра.
В том случае, когда штриховая проба под действием этой пробирной кислоты остается без изменения, то исследгечый металл может быть платиной, сплавом платины или сп и ч б и э< лота 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 ки отой для серебра или же обработать этой кислотой штриховую пробу Е< in мы имее ч дело со сплавом серебро-медь, то оба металла при этом переходя г в сульфаты. В то время как сульфат меди остается без изменения, сульфат серебра, под действием бихромата калия, превращается в би хромат серебра:
К2Сг2О2 4- Ag2SO4 > Ag2Cr2O7 K2SO4.
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, исследуемых! сплавом делают штрих на пробирном камне и проверяют его азотной кислотой. Вместе с недрагоценными металлами серебро растворяется, переходя в нигриты. При добавке раствора поваренной соли образуется хлорид серебра:
AgNOa + NaCl AgCl -J- NaNOs.
Хлорид серебра вызывает молочное потускнение капли. Если сплав содержит незначительное количество серебра или совсем его ие 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 вор описанным методам количественная проба делается не химическим. а чисто птическим методом. Она основывается на том факте, что цвет снл»ва серебро-медь с увеличением количества меди изменяется от белого и желтоватого к красному
Испытуемым сплавом делают штрих на пробирном камне, а рядом наносят \ля сравнения штрихи соответствующих сплавов пробирными иглами Затем определяют — какой из сравнительных сплавов соответствует цвету испытуемого сплава. Так можно ’ т новпть содержание серебра в его сплавах выше 30-й пробы <3°f Ag), но метод оказывается непригодным, если в сплаве имеются цинк и кадмий, влияющие иа 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 см3 азотной кислоты; образуется темный осадок, содержащий серебро. Добавляют от 20 до 30 см® 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 иа примеси: цинк, висмут, железо или алюминий. Если в сплаве содержится медь, то раствор окрашивается в голубой цвет. Наличие циика и кадмия этим методом определить нельзя.
Платина, сплавы платины н 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 недрагоцеипом сплаве, если сплав после действия на него азотной кислоты не изменяется.
Штриховая проба. Металлический штрих иа пробирном камне сначала смачивают пробирной кислотой для золота 750 пробы. Если штрих разъедается, то можно заключить, что это белое золото с содержанием золота ие 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 парской водкой, в хол* дной же смеси кислот она устойчива, в то время как вс» 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 являете i платиной или сплавом платины выше 800 пробы.
Химический анализ. Он производится в данном случае следующим образом:
1 Приблизительно 0,5 г испытуемого сплава кипятят в разбавленной азотиой кшлоте (1:1). Серебро, никель и другие недрагоцеи-ные металлы растворяются; палладий, золото и платина остаются.
2 . Раствор заменяют царской водкой. Белое золото при этом окрашивает, ч в голодной царской водке в темный цвет; Палладий также темне- иод |«*> «действием кислоты. Только платина остается пассивной.
3. Царскую водку подогревают. Теперь платина растворяется и жидкость окрашивается в коричнево-красный цвет.
Рис. 54. Гидростатические весы дли взвешивания золота
4. При дальнейшем нагревании раствора, содержащего платину, и добавлении нашатыря выпадает осадок хлорплатината аммония (NH4)£[PtCle] от желтого до коричнево-красного цвета
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 подо-
гретой царской водке.
Исследуемым сплавом вместе с несколькими сплавами
известного состава делают штрихи иа 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, следоватечьно, и его состав аналогичен.
Исследования драгоценных металлов н их сплавов по плотности. Хотя определение плотности является более длительной процедурой, чем штриховая npc^.i, 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
(5)
где р — плотность; т — масса предмета в воздухе; т — масса предмета в воде.
Сначала определяют массу в воздухе. Затем предмет, укрепленный иа 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 ме галлов 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.
6. 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 о т д е л е н и я 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.
2. Удаляют горючие примеси: дерево, бумагу, жиры, воск и т. п Их отделяют _лабым прокаливанием имеющихся отходов драгоценных металлов.
3 Расгьоряюг постор ннис недрагоценпые металлы: олово, свинец (попавшие из оловянного припоя), цинк, алюминий и другие в конц нтрированной горячей соляной кислоте При этом <собсе в> нч*р гт-дует обратить на ’ чалени с i: с-ли с ю не раствори и. в виде хлорида, i в шьнейшем выпадет в азотиой кт хлопьевидный осадок о.»эвяиной кислоты. Процесс
растворения «акаичивается, когда прекращается выделение пузырьков.
4. Раствор сливают. Осадок металла промывают н просушивают
5. Весь металл сплавляют; при этом предполагают, что содержание чистого золота в нем выше 250 пробы могло быть снижено до 250/Ш| Ан (так называемого квартового золота) добавкой серебра или меди При более высоком содержании золота металл будет в боль ней или меиьшей степени устойчивым против кислоты и не будет растворяться в ней без остатка.
6. 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:
1. Подготовленный металл опускают в сосуд, который на одну треть заполнен слегка разбавленной азотной кислотой. Недра-гоценпые металлы и серебро, растворяясь, превращаются в нитраты, одновременно образуется осадок с высоким содержанием слота.
2 Раствор, содержащий нитраты, сливают, остаток обрабатывают еще раз свежей подогретой азотной кислотой. Если больше ие наблюдается выделения красно-коричневых паров окиси азота, то растворение закончено.
3. Полученную жидкость сливают с ранее отделенным раствором. Она используется атем для выделения серебра
4. Осадок промывают дистиллированной водой и фильтруют.
Растворение в царской водке выполняют в следующей последовательности:
1. 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 эт'Ч'о металл, подлежащий растворению, покрывается глоем нерастворимого хлорида серебра, который препятствует разрушающему действию кис юты.
2. Раствор выпаривают в вытяжном шкафу до густоты снропа. Это девается для удаления излишней, неизрасходованной царской водки.
Восстановление золота осуществляют следующим образом:
1. Добавляют раствор сульфата железа в солевой раствор, образовавшийся в царской водке; при этом выпадает металлическое >лото Восстановление считается закопченным, если осадок золота бе 1ьшс н< выпадает при повторной добавке небольшого количества раствора сульфата железа
2 Раствору дают отстояться не менее двух часов, а затем сливают. Оставшийся осадок, представляющий собой чистое золото, промывают и просушивают.
3. Убеждаются в чистое золота посредством пробы, описанной на стр. 75-
4. Чистое золото переплавляют.
Восстановление серебра производят в следуют ем порядке:
1. Раствор, содержащий нитрат после обработки азотной кислотой, смешивают с поваренной солью до тех пор, пока не выпадает осадок хлорида еребра.
2. Творожистый белый осадок оставляют иа отстой. Затем, перемешивая эту массу, сбивают ее вместе. Раствор, содержащий медь, сливают.
3. Осодок промывают до тех пор, пока промывочная вода при проверке лакмусовой бумажкой ие будет показывать кислой реакции.
4. Добавляют к осадку разбавленную серную кислоту и цинк до насыщения для того, чтобы выпало полностью металлическое серебро;
2AgCl •; Zn-l-HjSO, — ZnSO4-|-2HCI , 2Ag.
5 Осадок, содержащий чистое серебро, сплавляют
7. 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 металлически опилки, лом, мусор с пола упаковывают раздельно, в соответствии с различным содержанием драгоценного металла. -Мелкие кусочки, обрезки проволоки, листов и прочие отходы рабочих сплавов собирают вместе. После тщательного просмотра на содержание посторонних материалов и явных частиц иедраго-ценных 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 п возможности отделены Для тою чтобы избежать ненужного у в чичення веса, можно удалить горючие вещества поср ч низкотемпературного отжига. Упакованные опилки ди |жн1.. был точно замаркированы, например: «216 г опилок 585 , юлота (свободного от платиновых металлов)?
ГЛАВА 4 ПЛАВКА
Сущность процесса пиявки заключается
в том.
что слиток
металла под действием тепля переходит из твердого состояния в жидкое.
в. ПРОЦЕСС ПЛАВКИ
Кристаллическая решетка даже при комнатной температуре ие остается неподвижной: атомы, составляющие ее, находятся в постоянном движении внутри ограниченной области; однако
а)
6)
ж \|||^
б)
Рмс. 55. Схема растворения кристаллитов при плавке: с — исходная микроструктура металла; б—начало расплавления ио границам зерен; в — полужидкое состояние расплава; г — окончание процесса расплавления
силы взаимно! > 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 несколькн х атомов энергия движения становится больше, чем их сила взаимного притяжения. Атомы освобожда-
ются от впутрикристаллических связей. Расплавление металла происходит не сразу, а постепенно: сначала повер хность 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 вречене*1 нерасп ia-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 обратим до тех пор, пока весь металл из твердого сос. шипя не ют я жидкое Поступающая в течение эюго времени извне тепл* вая исргия расходует я на разрушь пне межатомных связей. При этом у чистых металлов температура
Рис. Б6 Важнейшие кривые температур плавления:
/ — чистого металла; 2 — т рдого раствора;
3—эвтектического сплава; 4 — эаэвтсктического и доэвтектического сплавов
остается постоянной до тех пор, пока весь металл не расплавится. У спл вов температура возрастает и во время разрушения ре-cjitkh, т е в промежутке от температур солидуса до температур тиквидуса. Ес чп и абра ить изменение температуры при плавке на диаграмме, i ie по горизонтали отложено время, a по вертикали — температура в °C, то г» • г.ч «м кривые плав* чепня, показанные на рис. 56-
По этим кривы । отчет ЛИБО видно, что у чистого металла от начала до кониа плавления ие происходит повышения температуры. На кривой это выглядит в виде горизонтальной площадки (рис. 56, /); У сплавов между точками солидуса и яиквидуса кривая слегка поднимается (рис. 56, 2 и 3). Кривая эвтектического сплава
соответствует характеру кривой чистого 'металла (рнс. 56, 5); 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 й теплоты плавления металла,
9. 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, одиако, не устойчиво установлен в коксе, то при случайном толчке он может
опрокинуться, а если его захватят холодными клещами, си треснет и тогда придется отмывать частицы металла от олы. Недостатки этой печи очевидны. Несмотря иа попытки а "дерш зировать ее, исключить их ие удалось.
Устройства для газопламенного нагрева. Нагреь пламенем естественного газа используют для плавки мег шьпюгл кс тичества металла. В плавильный пистолет по iarcu я бытот i г з и во зи
Рис. 57. KoF'-овая плзы-тьиая 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 имен гея электрически дутьевые вентиляторы для поцачи воздуха или кис юрод . Плас плавильным пистолетом требует определенных навыков: нес бэ »ди ю регулировать подачу газа и воздуха. Лучше всего для плавки подходит сильное шумящее пламя с вытянутой восстановительной зоной. При большом давлении воздуха образуется окислитетьисл пламя с небольшой температурой и, кроме того, в расплав нагнетается холодный воздух, вследствие чего иа поверхности распл ва образуется затвердевшая пленка. Если давление и пс тача i небольшие, то газ сгорает ие полностью, и плг ля име нм температуру (рис 58).
Для металле весом до 50 г достаточно плавильной чаши, которая четко нагревается открытым пламенем газового пистолета. Преимущество этого метода плавки включается в простоте и дешевизне.
Рис, 58. Расплавление небольшого количества металла в 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
Рнс 59. Плавильный горшок для плавки металлов с при-соединспеныь* плавичьным листол- >м
плавильного пистолета. Тигечь с металлом помещают в муфель и закрывают его шамотной крышкой. В процессе нагрева тигель, установленный устойчиво в муфте иа шамот» i i щетавке, периодически поворачивают, чтобы нагрев ие был оди гороннич.
При таком способе плавки получается значительная экономия
газа и сокращается время плавки.
Эчектропечи. Плавка в электрических печах имеет счстхющис преимущества: равномерный нагрев металла, простоту контроля
температуры, отсутствие загрязнения расплава горючими веще-
ствами и продуктами их сгорания, значительное сокращение времени плавки и более высокую, чем при газовом нагр т< лпера-
туру расплава металла.
С течением времени были сконструированы различные типы печей. Выбор конструкции печи зависит от размера предприятия.
В ювелирном дече рекомен-
дуется применять трансформаторные тигельные плавильные печи (рис. 60). В зависимости от размера печи в них можно плавить до 8 кг металла. Печь работает от сети, повышенное напряжение которой трансформируется в низкое. Поминаль ная мощность печи 700 Вт, при кратковременной перегрузке может достигать 1200 Вт.
Металл помещают в нормальный графитовый тигель, который служит одновремен
но электрическим сопротив-Рис СО. Электрическая плавильная печь леиием (контактным нагревателем). Тигель устанавливается между двумя токопроводящими контактами. Если металл расплавился, то нет необходимости вынимать тигель,
достаточно его наклонить и вылить металл в подготовленную форму.
Плавильные тигли. Графитовые тигли высшего качества изкиавливают из цейлонского графита, который размалывают и смешивают с глиной. Они ие обжигаются, и поэтому обращаться с ними нужно очень осторожно: хранить тигли следует в теплом и сухом месте; перед первым употребление i 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
Рис. 61. Гессенские глиняные тигли, графитовые тигли н плавильная чаша
Срок их эксплуатации меньше. Перед эксплуатацией их также прокаливают и глазируют бурой, прилипшие остатки металла не выбивают, а выплавляют вместе с бурой.
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.
10. ФЛЮСЫ
Восстановительные флюсы. Бура {тетраборат натрия)— Na2B4O7-ЮН2О. Бура является важнейшим флюсом, облегчающим процесс плавки. Расплавленная бура образует при охла
ждении на стенках тигля глазурь, предохраняет расплав от доступа кислорода н 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 бура плавится и распадается на метаборат натрия и трехокись бора, которые смешиваются в жидком состоянии,
Na.BA • 2NaBO2
Окись бора, соединяясь с окисламн 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 ть -рд imm припоями
Сода {кареwarn натрия) — Na2C03. Эта натриевая соль угольной кисчоты образует с 10 молекулами воды большие прозрачные кристаллы. Кальцинированная, свободная от воды сода, в виде белого порошка применяется в ювелирном деле как флюс при во ганзвн тельной плавке При температуре 850е С она плавится
и образует с и и ламп мета лов карбонаты, которые поднимаются на поверхю гь в виде шлаков,
NasCO. CuO —»CuCO3 4- NasO.
Поташ (карбонат калия) — K£COS. По внешнему виду и применению поташ сходен с содой; он плавится при температуре 897° С. Прн восстановительной плавке, выделяющейся в свободном виде, калий окрашивает пламя в фиолетовый цвет.
Фдующие смеси. Смеси флюсов применяются для повышения эффективности действия отдельных компонентов» а также для снижения температуры плавления флюсов.
При отсутсгвин буры в качестве флюса можно использовать смесь борной кислоты и соды
НаВаО7 4- Na2C03 — NaaB4O7 4- Н2СО3.
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 нли поваренная соль, имеют еще более высокую температуру их действия. Однако смешивая эти солн, 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 метаборагов натрия и калия при этом повышается, что, в свою очередь, улучшает шлакообразование и очищение металла, например:
К2СО3 - Ка2В.5О7 -> 2КВО2 - 2NaBO2 4- СОЕ.
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 1 тли, 4 части поташа, 2 части буры.
Окислительные флюсы. Калиевая селитра (нитрат калия) — KNO3. Эта калиевая соль азотной кислоты образует бесцветные атмосферостойкие кристаллы. Калиевую селитру применяют чля окислительной плавки, так как она плавится при 339° С и окисляет неблагородные металлы, превращаясь в нитрит калия, т. е. в соль азотистой кислоты
KNQg 4- Pb —» KNOa 4- РЬО.
Натриевая селитра (нитрат натрия) — NaNOs. 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 родствен
мая ей калиевая селитра, но плавится при температуре 316° С. Если смешать калиевую и натриевую селитры в ссочн« • । ин 1:1, то температура плавления смеси понизится .к 21 е С.
II. ПЛАВКА ЗОЛОТА, СЕРЕБРА. ПЛАТИНЫ И ИХ СПЛАВОВ
Плавка чистых металлов. Чистое л,лотс Е^чи металл представлен в виде гранул, его можно плавить * )бых мер предосторожности При плавке мелких «олотых пилок, поручаемых, например, при распи човке лобзиком, для удаления всевозможных примесей металл смешивают с небольшим количеством азотной кислоты и 6vpbi. Эту смесь прокаливают н 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 виимвние иа то, чтобы исходные компоненты сплава были бы, по крайней мере, те хи и чески 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 часгь 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 видней 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 количеств i тепла, чем серебро. Если внести в расплав металла сразу слишком много меди, то может случиться, что он застынет в виде трудно ряспля-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 серебря. 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 тепля 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, я в чистом виде, то поступают таким же образом. Для понижения температур плавления золота и меди эти металлы также сплавляют в лигатуры- Например, при иолучении сплава Ан—Си—Ag—Cd сначала сплавляют золото с медью и серебро с кадмием, а затем уже оба эти сплава. Аналогично поступают при сплавлении сочетаний металлов: Ag—Си с Ag—Zn; An—Си с Си—Zn и Ag—Cd 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 ие должны быть большими, чем это необходимо. Прн переплаве загрязненных отходов возникают дефекты, затрудняющие обработку сплавов или делающие ее невозможной, а также so
портящие внешний вид сплава. Для устранения этих недостатков следует опредетнть причины их появления
Вошпановитеъьная шавка. Одним из способов ликвидации дефектов в сплавах является проведение восстановительной плавки. Она проводится в тех < тучаях, 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 Сн2О, вывести которую из расплава можно только восстановительной плавкой.
Восстановительная плавка может осуществляться следующими способами:
I. Расплавлением сильно загрязненного металла под слоем смешанных флюсов» рассмотренных выше.
2. С присадкой кадмия — добавка около 0,5% Cd позволяет легко вывести при плавке большое количество окислов. При этом необходимо дать расплаву выдержки, чтобы произошло полное выделение паров CdO и остатков чистого кадмия. Этот способ раскисления расплава является наиболее приемлемым и безопасным.
3. 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:
5Си2О -J- 2Р - > Р,О3 -t 10Сн;
Cu2O 4- Р2О5 . 2CuPO3;
tOCuPOs J- 2P 6P2O5 u lOCu.
Восстановление меди происходит сначала с образованием газообразного фосфорного ангидрида Р2О5. С уменьшением содержания Сц2О осуществляется следующая реакция, вследствие которой образуется метафосфат меди GjPOs, последний частично снова вступает в соединение с фосфором, а оставшаяся его часть переходит в шлак. Но, к сожалению, этот эффективный раскислитель 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: Ag3P, CusP, Ni3P, которые с соответствующим металлом дают инзкоплавкую эвтектику.
Окислительная плавка. Если причины дефектов сплава вызваны присутствием неблагородных металлов, таких как Pd, Sn, Zn, Al 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 такси плавке прогорает, то в этом случае используют глиняный тигель. Сначала тигеть на одну треть заполняется металлом, и после того, как металл стал жидким, тигеть 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, ести окраска пламени исчезает — селитра израсходована. Содержимое тигля выливают на стальную плиту, отбивают шлак, размельчают слиток и проверяют — иет ли в нем корольков золота. Далее слиток кипятят в азотной кислоте, промывают и высушивают. Один конец слитка проковывают молотком как можно тоньше. Есди 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:
1) опилки должны принадлежать одному сплаву;
2) в них не должно быть частиц посторонних металлов;
3) они должны быть очищены от остатков наждачных, шлифовальных it полировальных материалов;
4) опилки не должны содержать никаких случайных неметаллических примесей.
Частицы железа удаляют магнитом, после чего опилки слегка отжигают в стальном сосуде, чтобы превратить в золу органические частицы. Если опилки загрязнены незначительно, их заворачивают вместе со смесью флюсов (см. стр. 88) в папиросную бумагу для того, 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 выдечяется, что приводит к появлению пор.
Известно, что прн 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 точько индукционная печь и в некоторых случаях — анетилено-кисдородное пламя.
При этом необходимо тщатечьио отрегулировать пламя, т. е. правильно подобрать соотношение газовой смеси. В противном с чу чае 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 5
ЛИТЬЕ
12. РАЗЛИВКА В ФОРМЫ
Способность металла отливаться в формы зависит от ряда его физических свойств.
Поверхностное натяжение. Ойо оказывает влияние на образование струи металла при разливке, на скорость распространения металла в форме н на способность его заполнять литейную форму. В то время как внутри расплава атомы взаимно уравновешивают свою энергию, атомы поверхностной зоны имеют ее избыток. choi 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 па I 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 други х металлов при образовании сплавов, поверхностное натяжение уменьшается. Например, поверхностное натяжение меди в сплаве с 50% Sn понижается до 600 эрг/см2 при температуре 1000° С- С эгои же целью в сплавы благородных металлов непосредственно перед разливкой добавляют немного цннка или кадмия.
Вязкость. Она характеризует густоту и внутреннее трение расплава. Вязкость особенно важна при аполнении форм» металлом. От этого свойства зависят дегазация металла и отделе иие шлаков. Вязкость проявляется в сопротивлении расплава
Поверхностное натяжение металлов
Таблица 10
Металлы Эиергт поверхностно^ натяжения. spr/сн* Гемперату< расплава. Тички правления, с
Медь 1103 1131 1033
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
Медь . . . . 0,035
Цинк . .... 0,034
Свинец . . 0,027
Кадмий . 0,023
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 327е С. Подобное наблюдается и у цинка, которым 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 температурой разливки. Разность между температурой разливки и температурой ликвидуса называется перегревом м е та л л а. 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 1100е С. Степень перегрева металла 94
зависит также от длины пути от тигля до формы и от сложности наформованной модели.
Если металл имеет достаточную температуру перед разливкой, то 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 нз окружающего воздуха. Если
Рис. 62. Разливка металла из плавильной чаши в кокиль
под 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.
13. 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 в жидкий металл Благодаря межатомным силам притяжения к элементарной ячейке присоединяются в таком же направлении. новые атомы. Так наслаивается одна плоскость решетки за дрч-гой. Возникает равномерно упорядоченное соединение атомов — кристалл (рис. 63, а).
Образование крмсталлитном структуры. Затвердевание расплава происходит не только от одного зародыша; одновременно образуется множество подобных зародышей, к которым пристраиваются' атомы нз расплава. Поэтому возможности роста решеточных соединений ограничены, наступает момент, когда кристаллы сталкиваются между собой ня границах зерен, рост их в этих направлениях 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 н расти равномерно во все стороны, то он стремился бы принять форму шаря. 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, сталкивающиеся 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 лнтье 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 процесс- 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: о —• рост зародышей кристалла за счет присоединения атомов из расплава; б — образование иеравиоосной кристаллической структуры при встрече растущих кристаллитом
Рис. 64. Схема с
и роста дендрита при односк р- *м отводе тепла
Рис, 65 Различные структуры металла при литье в кокил! (о) и в земляку н форму (6)
4 Э. Бреполь
Значение объемной усадки металлов в % от началу объема расплава приведено в табл 11
Причина усадки заключается в том, что атомы металла вжп| состоянии имеют большую подвижность и большие иежаг» »>| расстояния. При затвердевании они занимают определенные и» в узлах кристаллической решетки, т е. плотно упаковывай^ Когда охлаждение происходит уже в твердом состоянии в ищ вале между температурами затвердевания и комнатной, pacci ния между атомами еще больше уменьшаются.
Рис. 66. График уменьшения объема металла прн охлаждении (/3 — точка затвердевания)
Таблица /I f
Уменьшение объема некоторых чистых металлов прн затвердевании
Металл Уменьшение I обьема %
Au 5.03 I
Ag 5,0
Си 4.25
Pb 3,38
Zn 4.7
Cd 4.72
Sn 2,9
Нечеткий рельеф. Нечеткое оформление рельефа поверхности отливки является следствием уменьшения ее объема при затггр-деваиии. После того как жидкий металл заполнил форму, отливка прн затвердевании сжимается и поверхность ее не прибегает 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 каг 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 вбли.* них начинается кристаллообразование. Эти первые кристал.-нТЫ вырывают атомы из жидкого металла и присоединяют их к с< '«е Атомы в кристаллах имеют более плотную «упаковку», чем в рас* плаве, и занимают меньший объем, поэтому расплава уже недо
тйточно для того, чтобы полностью заполнить объем формы, что й пряв Дит к образованию открытой воронкообразной усадочной -<м1вины (рис. 67, о). Поверхность такой наружной усадочной г, свины, соприкасаясь с атмосферой, окисляется. Если зеркало расплава затвердело, а внутри формы находится жидкий металл, г0 е верхней части слитка образуются безвоздушные пустоты, цк бывают внутренними усадочными раковинами (рис. 67, б).
|-]0 (носгь этих раковин не окисляется, так как она не сопри-Kai uidCb с кислородом воздуха. Внутренние усадочные раковины Mi ут находиться и в середине слитка (рис. 67, в).
Рис. 67 г'ема образования усадочных раковин (белым цветом обозначен рас-пл. снсыто-серым — ^твердевший металл, черным — усадочные раковины): о — н<>' икновенн₽ । jpyjKHoR усадочной раковины; б — образование внутренних ус- • «чных раковин; в — внутренние и наружная усадочные раковины; г— .аружная усадочная раковина в прибыли; д— внутренние усадочные раковнны в прибыли; е — внутренние п наружная усадочные раковины в прибыли
Е4а рассмотрении дефектов слитков, вызванных усадочными раковинами, нет необходимости останавливаться более подробпо. Образоваине усадочных раковин невозможно полностью исключить, ни вредные последствия нх можно ограничить, если учесть, чго:
I) умеренная скорость и низкая температура заливки способствуют уменьшению образования усадочных раковин; жидкий металл должен еще поступать в форму, когда часть металла уже затвердела;
2) 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);
3) канал между отливкой и прибылью должен быть достаточно широким, чтобы в этом месте не наступило преждевременного Отвердевания, которое сведет к нулю действие прибыли как резерва жидкого металла;
4) 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 возникают
напряжения, называемые литейными, которые в некоторых случая! приводят к короблению отливки, появлению трещин и надрыв^
В зависимости от причин возникновения и характера прояв лени я различают следующие виды напряжений.
Внешние напряжения, которые возникают и того, что неподатливый материал формы препятствует усадч^ затвердеваемой отливки. В большинстве случаев это набл«> дается при литье в кокиль, например, металлический стержень препятствует сжатию кольцевой отливки (рис. 68, о) в радиальным направлении. При затвердевании в металле возникают напряжения, ведущие к разрыву
Рис. 68. Схемы возникновения литейных напряжений в отливке: а, б — пешим; в, г. д — внутренних; е — подкорковых
Отливка, имеющая Н-образиую форму (рис. 68, б), стремится сжаться в направлении стрелок. Толстые стеики имеют большую усадку, чем тонкие, что приводит к появлению напряжений в тонких стенках и разрыву их.
Внутренние напряжения в отливке возникают из- а 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 веисц массивный, то он затвердевает в последнюю очередь Спицы препятствуют усадке веица, что приводит к появлению в ием 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 ц . за различной скорости охлаждения слоев металла от стенки формы к середине слитка. Отливки большого размера в форме Дастин могут коробиться от таких напряжений; у толстых отли вок наблюдается появление трещин и надрывов.
Для устранения этих напряжений необходимо уменьшить скорость охлаждения массивных отливок.
14. МЕТОДЫ .1ИТЬЯ
Кокильное литье. Коки л и — это металлические читейные формы. Простейшим видом кокиля является самодельная листовая изложница. Она представляет собой две металли-че кие пластины с выдавленными в них углублениями требуемой
Рис. 69. Самодельный нс -и. ь 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 иа 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 4 5 6 7
Вес в г 50—100 100-300 300—600 600—1000
Перед заливкой рекомендуется закоптить рабочие поверхности литника и изложницы пламенем восковой свечи, чтобы создать изолирующий и скользящий слон для втекающего металла.
Только в исключительных случаях, например при отливке пустотелых деталей, внутреннюю поверхность изложницы по-
крывают тончайшим слоем масла. Если масло или воск будуу нанесены толстым слоем, то под действием тепла заливаемого металла они могут вскипеть и загореться, что приведет к много-численным дефектам отливок.
Перед литьем всегда необходимо установить форму на железиуц. .заливочную плиту, посыпанную песком, чтобы уловить случай Д прорвавшийся при заливке металл. Большие листовые и «прово. лочиые» изложницы следует устанавливать наклонно, чтобы заливаемый металл скользил внутрь, а не падал бы сверху, разбрызгиваясь при ударе о дно формы.
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 быстрому1 охлаждению. Л1егаллические 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 колах | 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 заклЮ' | чается в том, что он дает возможность получения отливок самых разнообразных размеров и фасонов. Недостаток состоит в ton’» । чю 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 102
Таблица 12
Возможные дефекты при литье в кокиль и способы нх устранения
Вид дефекта Причина появления Способы устранения
41 темная форма не з 1ита полностью Усадочные раковины на ее тренией стороне к льна под прибылью Пористость отливки Холодный металл; кедогрев или перегрев и -жницы Мало сеченне литника; расплав слишком холоден Газы или воздух не смогли выделиться Выше нагреть pai плав, правильно нагреть форму Расширить литник, увеличить перегрев металла. Правильно выбрать температуру нагрева формы 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 раковнны 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 го, чтобы модель ие 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 детать ие только гладкой, ио и слегка выпуклой по ширине, так как в этом случае модель будет легче извлечь из формы.
v Раковину осса-сепни 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 Д° половины модель шинки, затем на нее накладывают и прижигают вторую половину формы. Потом их сжимают так, чтобы при-О1л 1фоваииые плоскости изложницы плотно прилегали друг к Другу. Одновременно с этим по углам одной из полуформ уста-нявтваются минимум два уголка из стального или латунного
тля отвода воздуха и горючих
Рис. 71. Раскрытия известковая форма из трех частей с готовой отливкой
было описано при изготовлении
листа для фиксации полуформ. Наружные края формы ровне,> обрезают. Стенки формы не должны быть очень тонкими, так к. J при разливке металла они могут разрушиться. Кроме фиксир» CJ щих уголков, точное положение полуформ перед заливкой ыо>цЗ устанавливать по рискам, надпиленным ножовкой иа бокл^З стенках обеих полуформ.
После вдавливания модель осторожно вынимают. Литникш^ канал вырезают в виде широкой воронки. Чертилкой npopellwJ несколько вентиляционных каналов, от полости формы ввер^ юв. Готовую форму очищаем сухой МЯГКОЙ КИСТОЧКОЙ, Си ставляют в соответствии с маркировочными уголками и надрезами и связывай мягкой проволокой. На внеш., ней твердой стороне пан . цирьной формы выпиливают несколько канавок для предотвращения смещения про* волоки. После просушки форма готова к заливке.
Изготовление формы, состоящей из трех частей, для отливки массивного мужского кольца с кастом для камня (рис. 71).
Изготовление модели. Модель можно изготовить нз свинцовой полосы, как это 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 1 древесного угля и закрепляют булавками. Расплавленный свинец заливают в форму и получают заготовку модели. При жела-; иии в касте заготовки можно сделать отверстие. Для этого в мест’ [ каста в контурной полосе формы делают прямоугольные иадреЩ1 и, отогнув лапки, устанавливают иа них стержень (рнс. 72, б) Для предотвращения утечки свинца нз формы позади образовав । шихся окон устанавливают латунные полоски. Этим методом можно | изготавливать модели различной формы и конфигурации.
Изготовление формы. Большую раковину осса-сепни разре j зают иа три части. Обе верхние части предназначены для шинкн-1 нижняя — для каста. Все три части с внутренней стороны обра* батывают по плоскости. В обе боковые верхние части вдав- ( ливают модель шинки кольца, до заплечиков каста, одновременно с маркировочными уголками. После этого части формы разъеди-
цзют, вынимают модель, собирают полуформы вместе и при-^чпфовывают нижнюю поверхность частей форм, пока не пока-ж гея отпечаток шинки. Модечь снова вставляют в форму и вдавливают каст кольца в нижнюю часть заготовки формы до полного совпадения всех трех частей формы. Одновременно с этим лтавливают нижи не маркировочные уголки. После этого модель снова вынимают и прорезают литниковый и вентиляционный капа 1Ы. Затем форму собирают так, как показано на рис. 73.
Зашвка. При литье в известковые формы из осса-сепии необ-шкима довольно большая прибыль. Так как литье должно осуществляться при более низких температурах, то для улучшения питейных качеств металла рекомендуется добавлять в расплав
Рис. ।. Листован форма для изготовления свинцовой модели: а — кольца со сплошным кастом; б — кольца с полым кастом
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. Прн литье в песчаные формы применяются две прямоугольные рамки опоки, изготовленные ш стали или легких металлов. На узкой стороне опок Д лается литниковая вороика. Одна из опок имеет направляющие штифты, входящие в соответствующие отверсгня другой опоки.
Подготовка песка. Сухой формовочный песок просеивают через чепко® сито и увлажняют. Затем его основательно перемешивают 1 тех пор пока ои не станет вязким и пластичным. Для пробы •атывают мелкие шарики, высоко подбрасывают их и ловят. I -ли nt ок хороший, то шарики не распадаются.
Изготовление, формы для восьмиугольной выпуклой броши Фис 74).
Опока с направляющими отверстиями устанавливается виутреи-..ороной иа стеклянную подмодельиую плиту. В нижней
трети опоки укладывается модель. Модель и подмодельпая плита припудриваются припылом. Затем опоку наполняют иеботышп! количеством песка, который слегка прижимают к модели дср^ винной трамбовкой для того, чтобы песок по возможности хороин заполнил все изгибы поверхности. Только пос ie этого тщателый утрамбовывают стальной трамбовкой и постепенно заполняй песком форму доверху. Стальной линейкой удаляют лишний nt сок заподлицо с высотой опоки. Заформованную опоку персва рачивают и укладывают иа подмодельиую плиту моделью вверм На нее устанавливают вторую опоку. Модель зачищают и припудривают ликоподием всю поверхность песчаной формы. Далее
Рис. 73. Собранная и подготовленная Рис. 74. Раскрытые опоки иссч ной для литья известковая форма из формы с моделью
осса-сспим
проделывают то же самое, что и с первой опокой, т. е. насыпают песок, слегка прижимают его к модети, затем плотно утрамбовывают и сглаживают. После этого опоки разъединяют.
Осторожным постукиванием деревянным молоточком модель расталкивается в форме, а затем, после переворачивания опоки, выпадает из иее (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 иет 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.
a)
С О
е □ Cj
с □ cs 0Ос qO® с с о °® ’eooo’J
Одновременно металл расплавляют, нагревают его примерно ра 150° выше температуры ликвидуса и выливают в горячую форму.
Центробежное литье. Этот метод, заимствованный из зубоврачебном техники, уже много десятилетий используется н 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 читья открывают широкие возможности для получения высокохудожественных ювелирных изделий любой сложности. Так, например, но-Bbie центробежные литейные машины отливают 50 колец за одну заливку.
Метод центробежного литья имеет следующие преимущества:
1) возможность получения отливок по моделям любой сложной формы сравнительно простым способом;
2) значительное снижение возможности образования усадочных раковин;
3) 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 Д° 1,5 мм и длиной от 10 до 20 мм и небольшие шаровые прибыли. Штифты нагревают и вводят в восковую модель иа несколько миллиметров На расстоянии 3—4 мм от модели на штифты насаживают восковые шарики (отделяемые прибыли). Сечеине литниковых каналов, образуемых штифтами, можно увеличить, покрыв
C3<
Рис. 75. Элементы формы для центробежного литья: а — опока с отверстиями; б — восковая модель; в — проволочный каркас
штифты воском. После выплавления воска из формы литейн штифты удаляют, а полости, образованные шариками, ияют роль прибылей при усадке металла. Кроме того, по каиалаИ образованным литейными штифтами, удаляются газы и тем саь^м уменьшается возможность образования пор.
Четыре ноги слона удлиняются восковыми штифтами, сц<> дящямися в восковом шаре. Эти штифты и шар выполняют tv 4Й роль, что и литейные штифты.
Формовка. Готовую модель обезжиривают погружением в спир> для того, чтобы формовочная масса плотно прилегала к модеме/ Из воска изготавливается и сферическая стойка, в которую вд*^ ливаются литьевые штифты, как это показано на рис. 75, б
Расстояниечмежду моделью и стойкой должно быть по в< можиости коротким, чтобы расплаву не было иеобходнмк«Я проделывать столь долгий путь. Модель, кроме того, долж^И быть так размещена, чтобы все части ее расползались в иапраш Ленин литья
В качестве формовочной массы применяют препараты, иа оль-зуемые в зубоврачебной технике. Формовочную массу разводят в дистиллированной воде, тщательно размешивают и вакуумированием удаляют из нее воздух. Формовочная масса должна быть жидкотекучей, сметанообразиой, без комочков. Мягкой кисточкой наносят ее иа модель. При этом на ней ие должно появляться nj-зырьков воздуха. Этот первый слой припудривается, что препятствует обезвоживанию и предотвращает образование трещцл при высыхании формы. По истечении 2—3 мни 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 форм аоч-иой массой. Поверхность опоки имеет множество отверстий, благодаря которым быстрее происходит высыхание массы. При заполнении ее следует обернуть бумагой, чтобы формовочная масса ие вытекала Расстояние между моделью и стенкой опоки должно быть около 10 мм; до основания формы — 15 мм.
Сушка и прокаливание. Готовую форму ие следует оставлять надолго бездействующей. Когда формовочная масса схватила* восковую полусферу и литьевые штифты удаляют При суши* и вытапливании восковой модели форму устанавливают в нормальной печи или в печи для эмалирования при низкой темпера гурс так, чтобы отверстие было направлено вниз и воск мог вьпекать. После медленной просушки формы производят ее прокаливание Нагрев при прокаливании должен осуществляться меь в противном случае форма может разрушиться. Температуру на-грева при этом повышают до тех пор, пока литниковые каио-^ не будут накалены до вишнево-красного цвета.
Заливка. На1ретую форму помещают на тарелке ненгрифУ*^ и производя! заливку металла, который дочжеи быть раенлн с небольшим количеством буры Для ювелиров, редко иь ионвя 108
дело с центробежным литьем, наиболее доступной является яа-сточьная центрифуга (рис 76) Конструкция ее настолько проста, что ее легко можно изготовить самостоятельно. Прн литье изделий большого размера, к которым относится и приведенный пример, на другую тарелку ставят соответствующий противовес. Сразу же после заливки формы натя> ивают 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 скоро-
сти вращения и безопасности. После нескольких тренировок того же успеха можно достичь н с ручной центрифугой (рис. 77), хотя в этом случае результат зачастую зависит от субъективных причин, а опвсиость получения дефектов литья возрастает.
Рис. 76. Простейшая настольная центрифуга
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 резичовую 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 иа обработку этого образца, чем потом терять часы при последующей чистовой обработке партии отливок. в заключение следует обратить внимание на то, что отливка
из-за усадки металла получается несколько меньшей и еще до. полпительио уменьшается в размерах при обязатечьной Ч1ютоы1 обработке. Поэтому эталон должен иметь несколько бе размеры, чем готовая модель.
Изготовление эгастичнои пресс-формы. Для этой цели hatjj. холима опока, подобная литейной при литье в песчаные фо[ ыц. с направляющими штифтвми. Литьевое отверстие необязг^етми».] Опока с направляющими штифтами укладывается на гладъиЛ опорну ю плиту основам^Д
вниз, например ст. к, л у. ную, и заполняется п.1», стиливом, в который вдац. лнвают до половины э лон модели (рис. 79, /, «| Устанавливают втор м опоку и заполняют ее ра твором гипса. После твердевания гипса форму переворачивают, плп пй лии удаляют, а эта юн остается в гипсовой форме. В гипсе делают несколько углублений, которые по «д-нее должны стать направляющими выступами ре нИ новой формы. Сырую ре-Зину разрезают иа едкие кусочки, которыми наиол-1 ияют верхнюю половину формы (рис. 79, 3). Опои» зажимают между дву ья стальными пластинами, | перекрывающими ^тенки
Рис. 78. Центробежная литейная машина с электроприводом
опок. Резину вулканизируют в течение 30 мин при температуре 150° С в газовой печи или лучше иа специальном прессе с двумя подогреваемыми электрическим током плитами (рис. 79, 4, 5). Гш 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 резнногл* полуформа находится внизу. Производят вулканизацию pt "RM второй полуформы и получают обе части резиновой пресс-формы (рис. 79, 6) Остается только разъединить части формы друг •>' друга, отделить их от опок и извлечь модель (рис. 79, 7). Псх-«*? этого прорезают литниковый канал.
Преимущество эластичных резиновых пресс-форм заключает’-! в простоте их изготовления, в легком извлечении и < них п'«я -моделей н в их долговечности.
ПО
К недостаткам следует отнести невозможность изготовления -пнралевидиых полостей и получения очень тонких сечений. Тол-1а стенки отливки ие должна быть меньше 0,4 мм, так как при ^-регговке воска форма должна быть зажата и поэтому стенки по» 'Г°РМ могут соединиться вплотную.
79 Схема процесса получения изделий центробежным литьем другие методы изготов тения эластичных пресс-форм. При изго-’ -нии пресс-форм для простой модели достаточно поместить * «оц между двумя резиновыми пластинами соответствующей *' > i пц и вулканизировать их под прессом. Эталон вдавливается
в размягченную резиновую массу. Недостаток этого метода заключается в том. что обе резиновые пластины «свариваются» и iipecvJ форму необходимо разрезать, чтобы извлечь эталон и отлить затем восковую модель. ।
В ФРГ изготавливается специальная резиновая формовочная паста, в которую можно легко заформовать металлическую Wo. дель. 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 электроиагрева. Необходимое дате ние в бачке создается сжатым воздухом, последний выпрессовы вает воск через штуцер в литниковый канал пресс-формы. Жидкий воск можно ввести в форму центры -жным 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, 5, готовые восковые модели размещаются вокруг воскового стояка, с которым они соединяются с помощью восковых штифтов. «Восковую елку» напаивают па 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 провакуумнровэниой формовочной массой. После затвердевания формовочной массы опоку помещают в муфельную печь (рнс. 79, 10) и в течение часа при 200е С выплавляют воск. Затем температуру повышают до 1000е С и выдерживают форму при этой температуре еще !5 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 иа рис. 79, 12.
ГЛАВА 6
ПРОКАТКА И ВОЛОЧЕНИЕ
I „ЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА
При деформации металла происходят многочисленные взаимосвязанные процессы изменения структуры и свойств металла, которые в рамках этой книги будут рассмотрены в упрощенно® форме и по существу в виде ответов на следующие основные вопросы:
1. Что происходят внутри единичного зерна или моиокристал-ДИТЗ? „ / ж
2. Как изменяется блок (совокупность) кристаллитов или ис^икрнсталлит?
3. 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 простелить па примере процесса прокатки.
Упругая деформация. На существование упругой деформации указывалось при рассмотрении диаграммы растяжения. Она характеризуется тем, что образец прн растяжении удлиняется в направлении действия силы, а при сжатии укорачивается в направлении приложенной силы; прн снятии нагрузки образец принимает с но пер тпачальиую 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 дейту (рис. 80, и); 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 н увеличиваются в перпендикулярном к силам направлении.
Если силы действуют по диагонали (рис. 80, е) кристаллической peuieiKii, 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 выяв-°Я€ ся картина упругой деформации всего блока (совокупности) *ерен металла.
Пластическая деформация. Каждой пластической деформации иреинествует упругая Но в то время как при упругой деформа-ц,,р после снятия нагрузки изменение формы прекращается 11 с , /ктура приобретает исходную форму, при пластической
деформации изменение формы сохраняется и после прекращен:] действия нагрузки
Процессы, происходящие е монокристаллшпе. Если нагруза превысит предел упругости, то расстояния между атомами бол< не увеличиваются, а вся атомная решетка смещается «по плоек!
я;
Й
ОООООООООО ОООООООООО ОООООООООО ООО ООООООО ООООМОООО оооомоооо ОООООООООО ОООООООООО ОООООООООО ОООООООООО
ооооо ооооо
’ ооооо ооооо!
ООООмоООО ooooWjoooo ООО ооооо ool ООООоООООо! ООО ОоООООО ОООООООООО
Рис. 80. Схема деформации кристаллической решетки монокристалла: ц — не ходное состояние; б — упругая деформация при вертикальном действии си 1Д в — упругая деформация при действии сил по диагонали; г — начало пластиЧ ческой деформации по плоскости скольжения под действием диагональной нагрузки; д — пластическая деформация по многим плоскостям скольж< ия под действием диагональной нагрузки
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 плеса тетям скольжении элементарные кристаллические ячейки полностью со раняют свою форму, т. е. атомы как бы взаимно заменяют др}г др}га
;f 80, г) Если из-за деформации весь кристаллит изменил «п внешнюю форму - растянучся, то атомы внутри криста т-
>й решетки остаются упорядоченными в соответствии с их рИ гачлической системой Например, кристаллическая ячейка слота и после прокатки сохраняет форму граиецеитрированного к\ба. 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 си всегда становится уже. Смещение кристаллической связи, по-* данное на рис. 80, д, возможно лишь в том случае, если нагрузка действует в направлении плоскостей скольжения. Напряжение, возникшее в другом иг правлении, 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: iexi сильнее деформируется структура, тем больше требуется усилий, чтобы продолжить деформацию.
Процессы, происходящие в поликристаяште. При освещении процесса затвердевания (см. стр. 96) было указано иа то, что металлический слиток не является однородным кристаллом, а состоит из множества кристаллитов, которые ориентированы беспо-р5.дочно 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, го о поликристалли-ч» :ком ели псе 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 потсы пластически. При этом все соседние кристаллы в • гепенно вытигиваются 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).
Ести по границам кристаллитов находятся еще и хрупкие субстанции, то они действуют как жесткий остов и могут сделать -‘‘формацию полностью невозможной.
С увеличением степени холодной деформации растет и сопротивление структуры деформации. Наблюдается упрочнение, 11 ' наклеп, метал л а. Требуются все большие силы, Чг 1 осуществить деформацию. Когда напряжения, вызванные
усилием деформации, превысят предел прочности иа разрыв, структура в отдельных местах начнет разрушаться В общем, можно сказать, что с увеличением степени деформации <р повышаются твердость НВ прочность на разрыв ов и предел текучести ив, в то время как относительное удлинение 6 ре«ко \'меиь-
Рис. 81. Изменение механических свойств меди с повышением степени деформации
нается, как это показано на рис. 81 на конкретном примере с медью.
16. ПРОКАТКА
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, ие двигаю
щимися горизонтально
бойками. При этом процессе деформирования внешние силы действуют параллельно оси заготовки, в то время как в перпендикулярном направлении оиа остается незагруженной. Такой вид нагружения наблюдается при ковке, горячей штамповке, чеканке, тиснении и т. д. Несмотря на то что этот процесс ие 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 I он или очень немного деформируется, или совершенно ие подвергается формоизменению. Так как нагрузка действует вертикально, то оиа может только в незначительной степени охватить выпуклые части /// заготовки, и эти области остаются поэтому также слабо деформированными. Следовательно, наибольшее формоизменение происходит между «конусами скольжения»
П6
Р
Pi . 8z. Схема образования конусов гкплъж'ння при осадке 3ai итовки
в области II. В точках РР металл не деформируется. Линия соединения обеих точек н является лин ей раздела текучести РР, от которой металл в равной мере смеш ается в обе стороны Если слиток мета ла, находящийся под иагрз’зкой, 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 ие оказывает влияния сила давления.
Обжатне заготовки между вращающимися валками. Такой вид натру жени я соответствует процессу прокатки. Валки представляют собой как бы наклонные поверхности давления, между которыми непрерывно продвигается металл.
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
Рис. 83. Схема образования конусов скольжения при прокате
разуются зоны наименьшей деформации, т. е. конусы скольжения (рис. 83) Следовательно, линия раздела текучести РР будет находиться ие посередине деформируемого участка полосы, а б\ дет смещена в сторону вращения валков Так же, как это было описано при действии неподвижных бойков, металл течег под
Рис. 84. Процесс деформации металла при прокатке толстого слитка (центральная зона не подпергается деформации)
действием нагрузки равномерно по обе стороны от линии раздела, следовательно, он вытесняется обратно в область 0 и получается обратный подъем металла Напротив, в области у мета т гг по движению валков и возникает зона опережения. ВстедггВ1|< этого в области обратного подъема металл передвигается мс; нее, а в области опережения — быстрее, чем окружная скор^^Н вращения валков. Только у линии раздела текучести металл пер*, двигается с такой же скоростью, как н валки. Следует еше дрЬ, вить, что давление валков распределяется по всему поперечн, у сечению металла далеко не так разномерно, как это было предположено прн упрощенном изо. браженнн, а зоны, находящиеся по краям, деформируются сильнее, чем середина полосы (рис. 84). По аналогии с рас смотренным процессом осадки заготовки большой высоты бойками можно отметить, что серд цевнна полосы при прокатке не будет охвачена деформацией Из асего сказанного становится ясным, что металл при прокатке подвергается очень большим нагрузкам и смещениям, которые может выдержать только материал хорошего качества.
Прокатные вальцы Вальцы, изображенные на рис. 85, скон
струированы специально для производства небольших изделий. Станина состоит нз четырех колони, соединенных верхней плитой. По полированным колоннам могут передвигаться подшипники, | в которых вращаются цапфы валков Диаметр валков — 45, з длина — 90 мм. Верхней парой валков можно обрабатывать листы металла толщиной от 5 до 0,01 мм, а инжние валки предназначены для прокатки проволоки кввдратного сечення со стороной от 5 до 1 мм. Валки приводятся в движение вручную с помощью ру коятки н редуктора с передаточным отношением 6. Центральным ручным маховичком с помощью вертикальных винтов регулирует1* расстояние между цилиндрическими валками, а двумя звездчатыми рукоятками — между профильными валками. После пре катки материал должен иметь хорошо обработанные, почти полк рованные поверхности. Это требует применения высококачествен-1 ной стали для изготовления валков. Однако и все остальные части аалыюв должны выдерживать большие нагрузки, и вследствие этого нх нужно изготавливать нз первоклассного материала. От размера предприятия н его производственной программы зависит, достаточно ли ручных вальцов для обработки материала вл»1
fleo6 одимы вальцы с электроприводом. Ясно, что применение ильмов с электроприводом обеспечивает большую производительность прокатки.
О обой разновидностью вальцов является кромкозагибочный €-танэк> и Сраженный иа рнс. 86, часто испо ьзуемый жестянщн-tjMiff- Ювелир может испод >вать такие профильные вальцы *рн и ютовченин пустотелых браслетов. По оса металла стано-
Рмс. 85. Комбшжр нанный стан г ручным приводом для Прон тки проволоки и листо-г,пго металла
Рис. 86. Кромкозагибочный станок для отбортовки металлических листов
®И':я равномерно выпуклой между валками и прн этом закругли тся по форме руки. Заготовку остается только разрезать, спаять н осадить, чтобы получился цельный пустотелый браслет.
Уход за вальцами и их эксплуатация. Прн работе с вальцами следует помнить, что:
1) нсчьзв прокатывать твердые и хрупкие материалы, напри-^еР закаленную сталь, металл, покрытый окалиной, ит.п.; 2) перед прокаткой с заготовки необходимо удалить остатки буры; 3) ыа-’Приал перед прокаткой необходимо хорошо просушить; 4) слезет равномерно использовать всю ширину валков, а не только W1 среднюю часть; 5) правильная работа на вальцах и тщатечь-*Ь1й сход за ними обеспечивают их долговечность; 6) нельзя
чистить валки наждаком, нх можно только шлифовать тончаК шей полировальной бумагой, обернув ее вокруг цилиндрического деревянного бруска, соответствующего по длине ваткам. При этом уложенная вдвое бум„га протаскивается между вращающпмцД валками, полируя их.
Подготовка слитка. При отливке металл получает первоначал*. иую форму, которая в дальнейшем изменяется обработкой д лением для получения листа, проволоки и т. п. Вначале сти.«п{ протравливают и тщательным образом удаляют с его поверхно< |(| остатки буры и частицы шлака. Затем слиток подвергают интим сивной предварительной ковке (см. стр. 154). Только посте того, как металл хорошо прокован и подготовлен, можно после проь>. жуточного Отжига приступить к его прокатке.
Прокагка листов. Перед прокаткой необходимо тщатечьнс осмотреть валки и проверить, хорошо лн они отполнропаиы,1 очистить их от грязи и пылн, потому что каждая твердая ча тине оставляет отпечаток на готовом изделии. Удаление такого отщ> чатка потребует дополнительной трудоемкой шлифовки. Конец заготовки вдвигают между валками и опускают верхний валок дс получения обжатия требуемой величины. Затем толкают зато товку одной рукой в зазор между валками, а другой вращают рукоятку привода до тех пор, пока валки ие «захватят» металл Теперь начинают вращать рукоятку вальцов даумя 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 н, подталкивая заготовку перпендикулярно к осн валков, выполняют прокагку 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 следхет давать большое обжатие. Это обеспечит меньший износ станка, меньшую затрату усилий, а также плавное;*» процесса прокатки только в одном направлении. Последнее осо бенно 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 причиняет'* больше вреда, чем пользы.
Если металлической полосе хотят придать изогнутую форл*)-то тогда затягивают одни нз нажимных винтов прокатного ста 3 сильнее, чем другой, при условии, что валок не имеет ifrT 9» ’** нои установки в.»... ihhs винтов оииим штурвалом, как б;И*
Таблица 13
Максимально допустимые степени деформации для сплавов серебра
i тустниая СТ, ИСНЬ Д| фор- «»»ВИ ’*
^*25 иоо с, 70
900/GOO Ag 65
Ag 60
800/в(,0 Ag 55
показано на рнс. 85. Прн этом металл вытягивается с одной стороны больше, чем с »ругой.
F При вальцовке необходимо у читывать спо обность каждого i-плава к пластической деформации. Нель и производить слишком частые или слишком редкие отжнгн. Очень часто допускают гак> ю ошибку: толстый исходный слиток Отжигают уже через несколько происков проката, потому что сопротивление деформации очень велико- Но если лист очень тонкий н легко вальцуется, то только полученные трещины напомнят о необходимости проведения отжнга- Промежуточный отжиг ориентировочно следует проводить после уменьшения
толщины заготовки на 50%, т. е. в два раза, например, прн прокатке листа с 10 до 5 мм; с 5 до 2,5 мм; с 2,5 до 1,25 мм н т. д. В табл. 13 и 14 приведены наибольшие степени деформации для серебряных и золотых сплавов, допустимые между промежуточными отжнгамн.
Возможные в процессе прокатки листовых материалов дефекты приведены в табл. 15.
Прокатка проволоки. Принципиально процессы прокатки листового металла и проволоки являются сходными, во в то же время
Таблица 14
Максимально допустимые степени деформации для сплавов золота
Обозначе-«че сплава Цвет сплава Допустимая степень деформации, % Обозначение СИЛ ва Цвет сплава Допусти мая степей де-i формации, %
7М'„„ ди Аи 750'О1Ю Аи "^^4)00 Аи Б85,«)П0 Аи Бвб'ооо Аи 585 000 Аи Желто-зеленый Розовый Белый Бледно-жечто-зеленый Желтоватый Желтый > 65 60 55 85 55 60 585'™ Аи бРЧло Аи * •> ооо Аи З-З'вио А и 333.'™ Аи 333.'000 Аи 33' оою Аи 333,000 Аи Оранжевый Красный Б< ый Б w то же цо-лсчеиый Желтый Оранжевый Родовый Красный 55 75 40 60 50 55 55 55
ТаС)лцца
Дефекты проката
Ввд дефекте Прнчнк Nlu4>l|
Лист заклинился То же Коробление листа с одной стороны Разрывы листа по краям Разрывы и выкрашивание листа; появление мозаичной сетки трещин Неравномерный захват з*п. теки на ками (их середина изношена) Изменено направление проката без промежуточного отжига Лист прокатан односторонне. Ва тки изношены с одной стороны, или регулировочные винты затянуты неодинаково Иске тс-ообразна я форма походного слитка. Материал находится под нагрузкой выше предела текучести. Матерна т загрязнен Обра зонание крупнозернистой структуры из-за перегрева и слишком часгого отжига металла Мета л загрязнен вредными примесями, пренышен предел текучее ги, образование крупнозернистой структуры
Отжечь и прокова.» I
нюю часть иста. к< I
находилась под слишь^Д малым давлением. Прсд I вести правку валков I
Отжечь и прокован г» | части листа, которь» <мЯ
КОТИЛИСЬ год слишком и», лым давлением
Произвести правку вулкон. Выровнять положение нажимных винтон
Трещины расширить и-лон, отжечь. Переделам форму слитка. Переплавить загрязненный металл
llepei гавить металл или отправить его на аффиьде
» собы уктяшмиии
каждый нз них имеет и свои особенности. Так, иапрнмер, в отличие от прокатки листов, выполняемой между глвдкнмп варками, прокатку проволоки производят в ручьевых валках, снабженв^И кольцевыми проточками (ручьями), соответствующими по *ечг-нию форме профиля прокатываемой проволоки. В то время кая при прокатке листового металла ла него действует только верти* качыюе давление, при прокатке проволоки заготовка испытывали и боковое давление. Прокатываемый лист может, хотя и незначительно, уширяться в стороны, в то время как при прока*!® проволоки такая деформация недопустима. Так же как и пер*" прокаткой листа, слиток прн изготовлении проволоки нужно пред* варительно ковать н отжигам. Заготовку прокатываю! вначЫЯ до получения шестигранного профиля н в последующих 1\чьЯ'
доводят ее сечение до квадратного нли круглого. При прокатке проволоки нельзя давать большие усилия обжатия. После каждого кода проката проволоку поворачивают на 90е (кантуют) й 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 иа 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 н 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.
17. 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 передаст 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 тонком проволоки.
При прохождении через фильер поперечное сеченне 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 ие затрагивается, и металл здесь течет интенсивнее в направлении вытяжки проволоки.
Инструменты для волочения. Наиболее распространенным инструментом для волочения проволоки является волочиль-Ь а я доска. Она представляет собой пластину, изготовленную
из высококачественной инструментальнов стали, в которой На равных расстояниях просверлены волочильные отверстия (глазки), размеры которых последовательно уменьшаются от одного к дру’ ГОМ}.
Конфигурация стенок отверстия в продольном сечении показана иа рис 87. Основным видом такого инструмента является волочильная доска с круглыми отверстиями для изготовления круглой проволоки, однако наряду с этим имеются волочильные доскн с отверстиями других профилей: квадратного, треугольного прямоугольного, иожевидного и многочисленных фасонных фпр^ для специальных целей От состояния глазков волочильной дськц 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
хранения. Если ее небрежно бросают в ящик вместе с твердыми н мягкими инструментами, то она ьгжет 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 вре-
Рис. 87. Схема процесса волочения и участки волочильного фильера:
1 — входной конус; 2 — против «ой конус: 3 — цилиндрическая часть; 4 — выходной конус
менн используют ее в качестве подставки при клепке, рихтовке или загибке краев листового материала. Через определенное время доску следует очищать от остатков воска н масла. Для этого ее промывают в бензине. Но нн 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 трудн°| протягивать вручную. В этом случае применяются специальный ручные волочильные с та и ы (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 значительна
снижает величину рабочего усилия. При необходимости получения тонкой проволоки большой длины применяют специальные барабанные волочильные станы. Заостренный конец проволоки, намотанной на катушке9 вводят в отверстие волочильной доскн н закрепляют его иа 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.
Рис- 88. Во.т»’вдфс проволок» 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 диаметром 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 н заострить конец напильником. После этого проволоку слегка нагревают н протирают воском для того, чтобы уменьшить трение в протяжном конусе.
В волочильной доске выбирают необходимое отверстие, проталкивают в него конец проволоки, захватывают его цангой н равно мерныы усилием протягивают проволоку через отверстие. Также Пое упают и со следующими отверстиями \о тех пор, пока не будет получен необходимый размер. В процессе волочения нельзя про-Ктцть пн одного из последовательно расположенных отверстий,
так как в этом случае они быстро срабатываются и, кроме тог© обрабатываемый материал подвергается излишней iiai рузке, чп> приводит к остановке в процессе работы и к необходимости ВЬ1 вода проволоки в обратном направлении. Если вначале кажется что экономится время, го в результате не удается получить ка чественную, однородную проволоку. Как прн вальцовке, таи и при волочении большое значение имеет промежуточный отжиг.
Рис. 89 Волочильный слан с ручным приводом
Нельзя протягивать до тех пор, пока проволока будет с трудом проходить через отверстия. Необходимо давать максималыя допустимую деформацию, рекомендованную выше, и проводите отжиг.
Изготовление шарнирной трубки. Шарнирную трубку нзго тавлнвают из полосы листового металла методом ковкн и затеи 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 н внутренней поверх иостями Так как радиус окружности нейтрального слоя меньше радиуса внешней окружности на половину толщины листа, то длина окружности нейтрального слоя будет равна
L„ = (D — Г) л, (О
где Lv — окружность нейтрального слоя; D — наружный ДИ8’ иетр; t — толщина металла.
Рис. 90. Изготовление шарнирной трубки: / — заостренный для протягивания конец заготовки; 2 — металлически я полоска с припаянной проволокой, используемой в качестве протяжного острия; 3 — предварительно согнутая желобком шарнирная трубка; 4 — протянутая через фильер трубка, подготовленная к пайке
Цоследовательнсстъ проведения работ. Полосу металлического листа заготавливают несколько более широкой, чем этого требует вышех казанный расчет, для того, чтобы готовую трубку можно gjj ючнг еще чере-» несколько отверстии, чтобы она стала j л >и и кру1 Ю.1 (рис. 90) Ребра листа слегка припасовывают, чтобы они хорошо подходили друг другу. Для получения входного заострения трубки полосу с одного конца следует заострить , пи |учше к концу трубки п илаять круглую проволоку, диаметр которой со-ответству ет вну треннему ее диаметру- В этом случае тру бка остается повсюду круглой и не будет деформирована па конце протяжной цангой. Тонким бойком молотка закругляют полосу металла на деревянной подставке с выпиленной в ней канав-кой. 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 ие будет затекать в шов Перед пайкой ее можно обмотать вязальной проволокой, чтобы шов не разошелся. Шов трубки запаивают При пайке ре-комендуется применять
длинные узкие кусочки -припоя. После пайки трубку следует протравить н запилить шов. Наконец, трубку калибруют, протягивая ее через несколько последовательно суживающихся отверстий волочильной доски.
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 мцдную проволоку и припаивают к трубке один из ее концов. Затем трубку протягивают через доску с квадратными отверстиями Д° тех пор, пока ие получат требуемый размер, отпиливают при-Паянный конец проволоки и удаляют ее из трубки.
ГЛАВА 7
ТЕРМООБРАБОТКА
18. РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
С повышением степени деформации прн обработке метал. ов давлением кристаллиты принимают все более неестественное напряженное состояние. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все онн не вытянутся в виде волокон в направлении действия нагрузки. Это изменение структуры при холодном деформировании ведет к различным изменениям свойств металла, а именно: твердость в 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. рекристаллизовать ее.
Процесс рекристаллизации можно разделить на три этапа, которые прн 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 онн могли покинуть свои старые места. Минимальная температура, необходимая для начала рекристаллизации, у отдельных металлов различна: для золота требуется около 400° С; для медн и серебра — 200° С; свинец н цинк рекристаллизуются при комнатной температуре, а это значит, что для этих обоих металлов деформация и рекристаллизация «перекрываются» н промежуточный отжиг нм не нужен.
Рекристаллизация является диффузионным процессом. Сначала возникают зародыши новых рекристаллизованных зереи. Они образуются в участках, где в результате деформации сосредоточены наибольшие искажения решетки, т. е. у Гранин 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 н присоединяется к новым зародышам зерен. В противоположность кристаллизации из расплава этот процесс является менее направленным, так как образование центров кристаллизации н рост всех кристаллов происходят одноьременисц и благодаря этому рекристаллизованная структура имеет кие и скругленные зерна. Когда деформированные зерна пол“ ностью исчезнут, первичная рекристаллизация заканчивается.
6)
Рис. 91. Возникновение рекристаллизованной микроструктуры металла (сталь z °ЛГ С, степень дефо| мании по* ie J ш -Дней прокатки — 90%) (Х2000): а — .уктура после прокатки, рек рис. атлизованных зерен нет; б — воаникнове-। рвых небольших р-крис лизованных зерен между деформированными кристаллическими; с — структура после рекристаллизации
На практике этот процесс происходят в течение нескольких секу ял (рис 92).
Укрупнение зерен. После завершения первичной рекрн^ад ш. зацни в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристаллизованных зерен за счет других- Этот процесс роста новых зерен называюг собирательной рекристаллизацией. Она вызвана стрс . гением системы к уменьшению свободной энергии I Чем крупнее sepno, тем меньше его поверхность, а следовательно, и запас свободной энергии. Рост зерна носит диффузионный характер н 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, I т. е. рекристаллизации не произойдет (рнс. 93, а). Только при определенной, так называемой критической степени деформации, зерно начинает быстро расти. Структура металла получается крупнозернистой I (рис. 93, б).
Чем выше степень деформации, тем больше образуется центров кристаллизации н тем больше может возникнуть зародышей зерен. Зависимость величины зерна рекристаллизованной структуры от степени деформации отчетливо видна иа рис. 93, е, г и на рис. 94. Эта зависимость с небольшими отклонениями относится также н ко всем благородным металлам и сплавам иа 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, гем быстрее растут кристалпы-При высокой температуре и длительном времени выдержки нагретого металла происходит интенсивный процесс собирательной ре кристаллизации.
На рнс. 95 на примере золота показана зависимость величины I зерна от степени деформации и температуры нагрева. Из вы обсказанного следует, что крупнозернистая структура возникает 1 из-за малой степени деформации, высокой температуры нагрева, медленного нагрева при отжиге и продолжительного времени ВЫ' держки.
Так как такая структура для дальнейшей обработки лолригодна из-за склонности к образованию трещин, то для
Рис. 92. Схема образования зародышей новых кристаллов и последующего их роста при рекристаллизации
а)
С)
в)
ъ)
• . Схема изменения исходной микрп. }ктуры металла прн пластической де-<ации (квадратное иоле) и микрострук-после рекристаллизации (круглое ) а — при отсутствии деформации; — при степени деформации 10%; в — ?и степени деформации 50" о; г — при степени деформации 75%
Pi.4.. 94 Зависимость величины рекристаллизованного зерна алюминия от степени пл этической
^Dj.. ции; сверху вниз: повышение степени д-фор-мапии вызывает уменьше-шенис величины зериа
получения благоприятной мелкозернистой структуры необходимо соблюдать следе ющие правила:
1) подвергать металл максимальной степени деформации; I
2) нагревать заготовки при рекристаллизации как можно быстрее до необходимой температуры;
3) строго соблюдать требуемую температуру отжига;
4) не превышать требуемую длительность отжига.
г900
ипжатис. '7
Рис. 95. Объемная диаграмма рекристаллизации золота
19. ОКИСЛЕНИЕ ПРИ НАГРЕВЕ
Отношение чистых металлов к кислороду. При рассмотрении вопроса о влиянии газообразных веществ на свойства ''плавов упоминалось о взаимодействии кисчорода с чистыми метал.*I л1 Здесь дается еще раз краткое сопоставление процессов окисления металлов и сплавов при нагреве.
Золо/по. Ни в твердом, ни в жидком состоянии оно с кислородом не взаимодействует.
Платина. При температуре 1000° С на поверхности металла образуется тонкий окисный слой.
Палладии. При нагреве образуется окисел, который снова восстанавливается при температуре 870е С.
ooctofl, иридий, рубидий, осмий. Эти металлы образуют в кислом при высоких температурах более стойкие скислы, чем гина и палладий, но эти окнслы ие 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 180е 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 н с кислородом образует закись медн Gi2O, которая далее окисляется до СиО. Эти окислы образуют на поверхности металла слой, который препятствует дальнейшему проникновению кислорода внутрь металла. При длительном отжиге атомы медн диффундируют через этот слой на поверхность и окисляются- Таким образом происходит наращивание окисного слоя- Чем толще становится окисный слой, тем труднее диффундировать атомам медн через него, и при определенной толщине этого слоя диффузия меди иа поверхность прекращается.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что кислород не оказывает вредного действия на золото н платину, а вредное действие кислорода на свойства сплавов происходит из-за образования окислов серебра н медн, 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 темпера! урах поглощает кислород, проводит его внутрь сплава. При этом происходит окисление медн. Кроме того, медь окисляется непосредственно на поверхности сплава. У богатых серебром гомогенных твердых растворов отчетливо наблюдается «внутреннее окисление». На поверхности сплааа образуется очень тонкий слой окиси медн, через который кислород сравнительно легко проникает внутрь. Серебро интенсивно поглощает кислород, который окисляет находящуюся в сплаве медь до Си2О (рис. 96). В области сплава 800/^ Ag 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 a-твердого раствора проводят кислород анутрь елнтка и под поверхностным окисным слоем образуется внутренний окисный слой, состоящий нз закиси меди Сп2О (рис. 97).
С уменьшением содержания серебра уменьшается склонность сплавов к внутреннему окислению, так как мелкозернистая эвтектическая структура препятствует диффузии кислорода в сплав, и окисление Происходит лишь на поверхности сплава. У заэвтек-
Рис. 96. Виутрени е окмоение сплава серебра 965 пробы (прокаливание иа воздухе с выл зжкой 1 ч при темпера*
уре (700' С), i С100)
Рис. vt. Внешнее и внутреннее окисление сплава серебра В35 пробы (прокаливание иа воздухе с выдержкой 6 ч при температуре 700° С); (Х260)
Рис. 98. Обогаи# тный серебром в • чиним слой, гчой СпО и атерогенная эона, соде} im < СпаО нг *новиой структурой (после nhoi<жратв>>го прокалив ия иа вс е при температуре 700е С и последующего травления); (Х250)
тическнх сплавов проникис-вснию кислорода препя rci-вуют кристаллы р-тве[ даго раствора и окиспение nph исходит 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 окненую зону При многократном повторении отжига и травления медь диффундирует на поверхность сплава, окисляется и окисный 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 иа поверхность выступает внутренний окненый слой в виде серо-голубых пятен. Внутренний окисный слой ослабляет поверхность металла, способствуя его шелушению и расслоению.
Сплавы золото-медь. При незначительном содержании меди на поверхности та-ва прн отжиге образуется тонкий окненый Лй, толщина которого из-за диффузии атомов меди на поверхность медленно ра_тег С увеличением содержания меди внешнее окисление сплавов увеличивается. ОД*
повременно с этим происходит слабое внутреннее окисчсние. Так же, как и Б сплавах серебро-медь, этот внутренний окисный слой почти невозможно удалить травлением.
Сплавы золото-серебро-недь. Отношение этих тройных сплавов к кислороду при отжиге легко можно проследить из сказанного выше
Обедненные золотом спла-“ вы 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 + 0-твердых растворов сплава золота 333 пробы в краевой зоне. После многократного отжига и травления в поверхностной зоне образовался слой жел-то-зетеиого цвета, состоящий из золота и серебра. Медь продиффунднровала на поверхность и окислилась.
У сплавов с содержанием золота выше 50% и с большим содержанием серебра окисление при отжиге незначительное, в то время как сплавы такой же пробы 8 большим содержанием меди окисляются значительно сильнее, прн этом могут появиться н внутренние °кисиые зоны.
Рис. 99. Внутреннее л внешнее окисление у сплава э« лота 333 пре желтого цвета (прокаливание пн воздухе с выдержкой 6 ч при температуре 800° С);
( 400)
*1 ш Г»
Рис. 100. Внутренг е и внешнее окне* ление сплава чс юга 33 пробы крас* иого цвета (прокаливание на воздухе с выдержкой 6 ч при темперачуг» «00° С): ' 260)
Рис. I0i. Оо .i>iei -я ме ыс н , жвая зона над гетерогенной структур сплава золота 333 пробы, но.лергнутого многократному пр кчливанкю и трав-тенюю ( .80(1)
Сплавы золота 750 пробы имеют наименьшую склонность к окислению. При отжиге образуется лишь только тонкий окисный слой иа поверхности металла, который может быть легко удален травлением.
20. СТАРЕНИЕ
Сущность процесса и условия возникновения. Этим понятие! охватываются различные явления, основанные на превращении структуры в твердом состоянии между температурой солидуса и комнатной температурой в результате которых происходи» изменение свойств сплава.
Старен не происходит при медленном охлаждении после отжига или после закалки и выдержки прн 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 иен и исквжают ее. Образующиеся мельчайшие выделения представляют собой дисперсную фазу, которая до известного предела, называемого критической степенью дисперсности, производит увеличение твердости («твердеине») 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 нх затрудняется. Для устранения этого недостатка перед обработкой эти сплавы необходимо закаливать.
Процесс дисперсионного твердения, или старения, ври 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 прн старении твердость обычно повышается, то в практике принято делать различие между этими обоими понятиями Очевидно, прн отпуске температура нагрева должна быть выше, чем прн искусственном старении. Границу же между ними установить трудно.
рассмотрим примеры процессов выделения фаз в твердом со-
Рис. 102. Пластинчатые выделения Р-твер-дого раствора в сплггвс серебра 965 гробы после четырех часов выдержки прн температуре 400'' С (Х800)
стоянии у основных сплавов, применяемых в ювелирном деле.
Причины старения. Снижение растворимости в эвтектических системах От конечных точек эвтектической линин,т.е. точек максимальной растворимости компонентов Ag и Си в твердых растворах аир (см. диаграмму состояния на рис. 16, с), отходят вниз выпуклые кривые, которые в области твердого состояния доходят до иизкнх температур. Эти кривые показывают уменьшение предела растворимости компонентов с понижением температуры. Например, а-твер
дый раствор при температуре 779* С содержит в себе 9% меди; при температуре 200° С содержание меди уменьшается до 1%. Избы-
ток меди выделяется в виде
р-фазы по границам зерен (рис. 102). Так, например, сплав 965 пробы сначала затвердевает с образованием однородного a-твердого раствора (рнс. 103), который прн переходе кривой
Рис. ЮЗ. Гомогенный твердый раствор сплава серебра 965 пробы (Х400)
максимального насыщения распадается на а- и fl-твер-дые растворы. Чем ниже падает температура, тем меньше становится растворимость компонентов н тем больше становятся p-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 сходен в вышеописанным явлением процесса распада, ко
торый наблюдается, например, в системе Ац—Ni (см. рис. 46). Здесь совершенно также, независимо от состава, сплав затвердевает вначале в виде однородного твердого раствора. Злем с понижением температуры сплав входит в область распада н из
при распаде особенно хорошо
Рис. 104. Гомогенный твердый ргствор сплава Ап—Си 750 пробы после отжима при температуре 700° С ( 320)
первоначальной . днородной структуры образуются обогащенные золотом пли никелем твердые растворы с ограниченной растворимостью, выделяющиеся в виде вторичных кристаллитов по границам зерен.
Перестройка атомной решетки. Изменение атомной решетки видно в системе золото—медь.
Внутри каждого кристаллита | атомы обоих метвллов про извольно соединяются и упорядочиваются в соответствии с решеткой гранецентриро-ваиного куба В процессе охлаждения сплавы, состав которых отвечает химической формуле, в соответствии с валентностью меня юг свою металлическую саязь на химическую AuCu Это соотношение соответствует сплаву 750/000 Ап Кубическая гра-непентрированная решетка с неравномерно распределенными атомами золота н меди переходит прн падении температуры, в районе области превращения сначала в также неупорядоченную тетрагональную решетку. В конце концов атомы эюй вновь образованной решетки располагаются правильно, в порядке, отвечающем указанному химическом} соединению (рис 104 и 105)
У соединения АиСп8, соответствующего (плаву 500/wo Ац, решетка гранеиен1риро-ввнного куба сохраняется и прн охлаждении. Хаотически размещенные атомы упорядочиваются в соответствии с химическим соединением твк, что в конце концов оба вида атомов чередуются друг с друюм в строгом порядке.
Старение важнейших сплавов благородных металлов. Ставы аг Ърп~лк1ь О процессах в ния в сплавах серебро-медь уже упоминалось выше Он .ных у г' ювий старения этих сплавов достигают тем, что их 1килнвают, выдерживают при температуре 300е С и медленно охлаждают. Наибольшее значение твердости при ста
te. ,-s
•г.-
Рис. 105. Структура сплава Ап—Си 750 пробы с преобразованной решеткой пог-те выделения AuCu (выдержка 20 мне при температуре 350° С); (Х320)
рении наблюдается у сплава 925/^ Ag. Его твердость g 68 кге/мм" р отожженном состоянии увеличивается после старения до 16Г кгс мм* Ь 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 та-ия достигают максимума У сплавов 585 |)0, Ап и 750/^ Ап распадение раствора происходит прн более низких температурах.
All
Рис. 106. Распад фаз и преобразование кристаллически* решеток в тройной сист< яс —Ag—Си
Этим объясняется большой эффект старения этих сплввов в особенно сплавов 585 пробы. На рис. 107 и 108 отчетливо видно выделение p-фазы по границам зерен сплава 585 пробы. У сплавов 75O/wo Au красного цвета эффект старения достигается за счет упорядочения кристаллической решетки.
Сплавы платины и белого золота. Сплавы системы Au—Pt распадаются в твердом состоянии на обогащенные золотом и платиной твердые растворы, особенно при содержании золота от 70 до 10%. Уже в закаленном состоянии твердость сплавов составляет от 100 до 150 кгс/мм8. Старением значение твердости увеличивается до 400 кгс/мм*.
В сплавах золото-палладий при всех температурах сохраняется одновременно твердый раствор и поэтом эффекта старения не наблюдается. В сплавах золото-никель (см. рис 46)
происходит распад твердого раствора, одмако твердость при этом повышается незначительно
В сплавах серебро-платина прн содержании платины от 60 до 90% обработка возможна только тогда, когда они за-
Рис. 107. Начало выделения Р-твердого раствора по границам зерен трехкомпо-нептного сплава 585 пробы (литая структура после 15-минутной выдержки гри температуре 400° Q; (X 100)
калены при температуре 800° С; старением в некоторых случаях твердость повышается до 200 кге/мм1.
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 наблю-
дается 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. Последнее позволяет использовать в изделиях меньшую толщину драгоценного металла н обеспечивает его экономию.
Технология проведения старения заключается в нагреве заготовки илн изделия до нуж ной температуры и последующей закалке; затем ее нагревают до температуры отпуска, выдерживают необходимое время и медленно охлаждают.
Рис. 108. Участок микроструктуры того же сплава, что в па рис. 107, при 1600-кратном увеличении. Отчетливо видны пластинчатые выделения ^-твердого раствора
Для предотвращения всевозможных ошибок прн проведении старения следует руководствоваться режимами, приведенными в табл. 16.
При обработке сплавов золота старением следует помнить, что:
1) высокая температура отпуска ускоряет процесс старения, но твердость и прочность при этом повышаются незначительно»
Режимы термообработки и старения сплавов золота
Термоо* »тка Отпуск
Таблица 16
-"нве , «»И 1 Темн-t ’T м натрем, vc L1- < Камгк. * •-о Время - ка, мин Твердость ИВ. кге/мм*
о ч В OJ 5 -
1 J ООО желтый 750 Темно-вишневый Заказк! 400 5 104 195
7БО/Оо0 Au [X ОЕЫЙ 750 » * 400 5 105 200
750/ООУ Au белый 800 Вишневый Медленное на во »е Нестареющий
58 ело Au бледяо-жел-то-зеленый 750 Темно-вишневый Закалка 400 10 70 165
f S’coo Au желтоватый 750 > > 300 10 70 145
585/floo Au желый 700 Светло-красный » 300 20 120 —
st . Au желтый 750 Темно-вишневый V 450 10 130 200
“/am Au оранжевый 750 > > 300 10 120 150
58.» . Au красный 750 » 300 15 95 175
1 «. Au • чый 800 Вишневый Медленно па Б(1зд Нестареющий
wx> All » -жел-?ный KH лмгНЫЙ 650 650 Темно-ира* ный Закалка 300 250 10 15 116 117 150 155
Уп‘ Ан гнй VI 600 Нестар ющий
Ах» Аи ™евый 650 » 300 10 103 145
•л>ппо Au о ВЫЙ оио Ан кр •• НЫЙ 650 650 1 1 т; реющий »
так как выделяющиеся при этом дисперсионные частицы крупнее^ чем при ни ком отпуске;
2) ио< че деформации и рекристаллизации старение про» *□ дит интенсивнее, чем после литья,
3) в гетерогенной области сплавов 333/W0 Au старение nponcxoJ днт быстрее, чем в гомогенной области сплавов 333\<м> Аи 58о, Аи и 730 000 Аи:
4) чем аы держание золота, тем больше время старгния.
Рис. 109. Универсальная плига для укладки upt т в при с жше и пайке
21. ПРАКТИЧ1 ЖОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ
Устройства для нагрева. На небольших предприятиях наг.» для отжига обычно производится газовым пламенем Неболы-ще заготовки yi эдывают на основании» покрытом прокаленные углем, нлн на угольную плнту н нагревают паяльной лампой В качестве основания применяются также специальные плиты (рис. 109). Нагрев в этил случаях имеет го преимущество, что подвод те"ла 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 печн, обогреваемые газом или электрическим токсч. Для контроля температуры муфельные печи следует оснащать термопарами н терморегуляторами.
Защита от окисления. Если сплав при нагреве окисляется только на поверхности, го, 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 предупредитечьпые меры. К ним относится безокислительный нагрев в вакууме, в защитной атмосфере н в расплавленных солях.
Вакуум Нагрев в вакуумных печах дает гарантии тому, что вредное действие кислорода исключается. Однако для небольших и средних предприятий вакуумные печи нерентабельнь’-
Защатнач атмосфера. Нагрев в защитной газовой среде не содержащей кислорода, например в аммиаке, не полностью сожженном бытовом газе, окисн углерода и других восстановительных газах не только препятствует вредному действию кислород? но и осветляет поверхность металла. Однако этот способ нагрев»» выгоден только при переработке кру иных партий полуфабрикатов.
Подобных результатов можно достичь сравнительно простыми средствами, например, в муфельных печах нагрев часто проводят под плотным слоем мелкого древесного угля Раскаленный уголь, сгорая при недостатке воздуха, образует окнсь 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 уда пения ее из помещения.
J 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; нх поверхность при этом не только ие 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 отжнг проводить прн возможно более низкой температуре; время отжига должно быть Минимальным. Для уменьшения окисляемости необходимо отжи-Гагь металл возможно реже. Сплавы, склонные к окислению, особенно к внутреннему, должны нагреваться с применением ер, Предупреждающих окис пение (защита слоем древес,iw'o у1ля, покрытие из борной кислоты и др.).
Сплавы, склонные к старению» следует закаливать. Сплавы, содержащие никель и палладий» нельзя нагревать открытым газовым пламенем, так как прн этом образуются вредные сернистые соединения.
гл \ВА8
КОНТРОЛЬ И ИЗМЕРЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ
22. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Контроль (поверка). Прн контроле устанавливают соответствие заготовки, полуфабриката или готового изделия требованиям, относящимся к нх габаритным размерам, форме, прямолинейности, плоскостности, взаимному расположению поверхностей и т. п. Контролем не определяют тот или иной размер изделия илн 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. Прн измерении определяют действительные размеры предмета посредством измерительных инструментов или приборов. Размеры выражаются в общепринятых стандартных единицах измерения, например, в мм, ем, м и г. 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 в их точности и стабильности показаний. Только при хорошем обращении с ними можно сохранить эти качества. На рабочем столе приборам н измерительному инструменту необходимо отводить специальное место, хранить нх следует в футлярах или чехлах.
Контрольные и измерительные приборы созданы для определенных целей, и нх нельзя использовать для какой- либо другой работы Штангенциркуль не должен служить рип чем для правки колеи и ушек, а угольник рихтовочной плитой. Тому, кто использует микрометр в качестве струбцины, нечего жаловаться на его неточность.
«Мерительные инстр\-менп < и готовляют из инструментальных сталей н подвер! аки закалке для повышения их твердости п износостойкости
23. ПОВЕРОЧНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
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 нли двусторонний скос со слегка закругленным ножевидиым ребром. Линейку устанавливают острым ребром перпендикулярно к кон
Рис, НО. Возможные способы поверки взаимного расположения поверхностей упорным угольником
Рис. 111. Поверка диаметров: а—кронциркулем; б — нутромстром
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 прямоугольиости 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)-
Кроициркуль. Кронциркуль является переносным инструментом. Он предназначен для сравнения размера предмета, например, диаметра валика с размером, отсчитываемым по шкале линейки
По форме он напоминает обыкновенным 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.
24. 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 90° со шкалой линей кн.
Штангенциркуль. С помощью штангенциркуля получают гораздо большую точность измерения, чем линейкой, не только потому, что штангенциркуль надежно захватывает измеряемый предмет, но и потому, что иена деления его точнее (до 0,1 мм) (рис. 112).
Измеряемый предмет охватывается обеими губками I и 2 штангенциркуля. Подвижная губка 1 скользит вместе с рамкой 4 вдоль штанги 6 с миллиметровой 8 н 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 н разметки — вспомогательные заостренные губки 5, 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 прел|Иг держат так, чтобы он не сдвигался, иначе могут возникнуть 146
ошибки в измерениях. Легким усилием губки штангенциркуля рижимают к заготовке; при сильном нажиме показания будут е’>чными и инструмент может испортиться Если илангенцмр-
1Ь установлен на нулевом положении, то его губкн должны касаться друг друга так* чтобы между ними не было просвета. Отсчет по нониусу показан на рнс. 113. Сантиметры и миллиметры нанесены на основной шкале штанги, как у обычной
pi КрпнптпьнПв школа
нониусни* шпики
Мерительная {икала
7 \ 3
° Нпниу спая шкала10
Рнс. 113. Нониус штангенциркуля
линейки Десятые доли миллиметра определяются с помощью шкалы нониуса, которая находится на рамке. Длина его миллиметровой шкалы — 9 мм — делится на 10 частей (рис. ИЗ» а) Следовательно, каждое деление нониуса на 0,1 мм короче основного деления шкалы. Десятые доли миллиметра показывает риска нониуса, совпадающая с риской основной шкалы.
В нашем примере отсчета по нониусу его нулевая риска (рис. 113. 6) 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 * 0,1 0,4 мм от двадцать пя-
того деления шкалы. Следовательно, установленный размер составляет: 25 -у 0,4 = 25,4 мм.
Микрометр. Этот прибор (рис. 114) с тужит для точного определения небольших наружных размеров я 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 °' -®ым усилием зажимается измеряемый предмет 2. Скоба 8 свя-
Рис. 115. Делительный барабан и делительная втулка микрометра
зывает упор с полым стеблем 5, в резьбовой втулке которого вращается микрометрический впит. На поверхности пй я 5 нанесены две штриховые шкалы с ценой д_чеиия I ъи. мешенные стна относительно другой на 0,5 г *. Boi г ст»б и юащ< ,*тся барабан 7 (гильза) с круговой шкалой, paci л юженнои иа его скосе. Этот барабан закреплен жестко иа микрометрическом винте и вращается вместе г ним. Микрометрический винт может быть застопорен в любом положении, например при фикс шин зам- ра, посредством кольцевой гаикн 4. В целях об< *пе ения 1 юяисгва измерительного iai рнйя микр метрический винт снабжен проскальзывающим храповым механн км (трещоткой). При измерении, врав11я 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 вин
та трещотки 6 до проскальзывания храповой муфты. Поджнм 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 н иа то, чтобы проверяемая деталь плотно и правильно лежала между пяткой и торцом измерительного шпинделя; если она будет смещаться илн перекосится во время отсчета показаний, то результаты измерения будут ошибочными. Обычно шаг резьбы микрометрического внпта составляет 0,5 мм Это означает, что прн повороте барабана иа один оборот измерительный шпиндель продвинется в продольном направлении на 0,5 мм. Поскольку штриховые шкалы стебля смешены иа 0,5 мм то последнее деление, которое видно на шкале стебля перед обрезом барабана, может обозначать целые миллиметры илн 0,5 чм. В нашем примере (рис. 115) на шкале стебля установлен размер 8,5 мм Круговая шкала барабана поделена иа 50 частей, которые соответствуют 0,01 мм. Если барабан повернется дальше на одпе деление» то шпиндель продвинется продольно на 0,01 мм. В при веденном примере ноннус барабана стоит па делении -jQjj— 0,27 мм, совпадающим с горизонтальным указательным штрихом шкал i стебля- Общий размер замеряемого изделия, 1акнм об, 1зом, б, д« i равен: 8,5 мм 4 0,27 мм — 8,77 мм.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
ГЛ АВ А 9 КОВЦА
25 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 сечення заготовки без снятия стружки как в горячем, так и в холодном состоянии. Когда листовой металл подвергают волнообразным вдавливаниям н 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 н т. п.
Понятие окончательной (чистовой) ковки охватывает все методы кузнечной обработки, с помощью которых изделию придают окончательную форме
Изменение структуры и характер деформации металла при ковке во многом сходны с процессами, рассмотренными при прокатке. Прн каждом ударе молота происходит смещение атомов отдельных кристаллитов по плоскостям скольжения и структура пол и кристаллита изменяется точно так же, как это было описано выше прн разборе сущности процесса деформирования. Однако прн прокатке эти явления наблюдаются отчетливее, чем при ковке,
имеющей свои характерные особенности. Механическая схема деформации металла под действием молота соответствует рассмотренному выше «. «учаю обжатия заготовки плоскими прессующими поверхностями, образованными бойком молота и наковальней (см. рис. 82). Так как эти поверхности в большинстве случаев х'сиыпе наружной поверхности слитка, то они деформируют еди-1 >временно лишь небольшую часть обрабатываемой заготовки (например, прн 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 иродеформированнымн зонами конусов скольжения. Может случиться, что при ковке толстого слитка давление охватит лишь внешнюю зону, а сердцевина его останется пепрокованной.
От формы бойка молотка, вида подкладного инструмента и силы удара будет зависеть, в какой степени и в каком направлении пойдет деформация заготовки.
26. ИНСТРУМЕНТЫ
Виды молотков. Классическим инструментом для обработки металла является молоток с плоским и клиновидным скругленными бойками, имеющими закаленные и отполированные поверхности. \’олоток изготавливают из стали с содержанием углерода от 0,38 до 0,5% и с незначительными добавками кремния и марганца. Деревянная ручка вставляется в отверстие н прочно расклинивается в нем (рис. 116). Прн ударе молотком металл вытесняется во все стороны от точки приложения удара. Правильным выбором наиболее подходящих но форме ударных поверхностей молотка, а также точек приложения ударов можно усилить нли ограничить это выдаалнванне 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, с). Прн 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 поверхностей
изделий Кромки рабочей поверхности должны быть слегка скруглены» чтобы после v та ров молотком на поверхности изделия не оставались следы (вмятины) от кромок бойка.
2. Закругленные. Если направление тара таким бойком остается перпендикулярным к обрабатываемой поверхности, то при той же силе удара металл больше нлн меньше вытесняется в стороны в зависимости от степени кривизны поверхности бойка.
Гакнм молотком хорошо обраб. гывать
/ J металл, не допуская сильной деформа-
?=£ / ц1111 поверхности заготовки
3. Шаровидные (рис. 117, б) По своему действию этот боек является дальнейшим развитием бойка с закруг-
Рис. 117. Действие удара бойков различной формы: а — плоского; б — шаровидного; в—клиновидного скругленного
Рис. 116. Основной тип молотка ювелира:
/ — плоский боек; S — металлический клин: 3 — клиновидный скругленный боек; 4 — рукоятка
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 гчубже прн одинаковой силе удара н 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.
4. Клиновидные скругленные (рнс. 117, в). При работе таким бойком основное усилие совпадает с направлением удара. Одновременно с этим происходит сильное вытеснение металла в стороны. Боек, как клни, входит в металл и разгоняет его под прямым углом к рабочей поверхности инструмента. Молотком с таким бойком можно очень сильно изменять форму заготовки. Как н 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 степеин посредством наковальни, являющейся опорным инструментом Наковачьня должна удовлетворять следующим требованиям;
I) опа должна быть массивной и являться надежной опорой для заготовки;
2) в случае необходимости может быть использована в качестве контрформы для заготовки;
3) она не должна ослаблять силу ударов и в то же время ие должна поддаваться им.
Рис. 118. Обработка заготовки клиновидным бойком па стальном бруске
Наковвльня, так же как и молоток, должна изготавливаться из высококачественной легированной стали. Рабочая поверхность ее должна быть закалена в 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. Прн 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 н грани Это необходимый вспомогательный инструмент для повседневной работы ювелира.
Вставная наковальня (флихшток) Она имеет форму куба, па конце которого имеется шип. С помощью шипа такую наковальню можно легко и быстро закрепить на основании (деревянном чурбане или в отверстии стальной плиты). Рабочая новерхност! се может быть круглой нлн прямоугольной в плане, плоской или
полусферической. Для предварительной обработки прутковой за* готовки лучше всего подкодит большая вставная наковальня с плоской поверхностью (рис. 119).
Двурогая наковальня (итерак)- По форме напоминает обычную наковальню, применяемую в кузнечных цехах, но имеет значи-
Рис. 119. Черная ковка прутка молотком с плоскозакругленным бойком ня нстявной наковальне
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 оправочные ригели также служат наковальнями (рис. 121). Их по перечные сечення выбираются в зависимости от назначения. Браслетные ригели обычно круглого илн овального сечения; кольцевые ригели всегда круглого профиля, лишь некоторые имеют профрезероваииую продольную канавку для кон-
Рис. 120. Ковка кольца молотком с шаровидным бойком па роге шперака
чнка камня; оправочные 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
содержать кузнечные инструменты в хорошем состоянии, прн этом к инструмент, м предъявляются следующие требования:
1) рабочая поверхность бойков молотка должна быть настолько твердой, чтобы она по возможности меньше изнашивалась и не деформировалась;
2) рабочие поверхности бойков молотка в наковальни должны быть достаточно гладкими и по возможности хорошо отполированными;
Рис. 121, Ковка кольца плоским бойком молотка иа коническом ригеле
3) инструменты в процессе нх эксплуатации должны оставаться в безукоризненном состоянии за счет регулярного ухода за ними.
Если на инструменте все же появились царапины, задиры, выбоины илн вмятины, то необходимо их полностью удалить шлифовальным крутом, 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 инстр*-ментами пользуются редко, то их следует покрывать тонким слоем смазкн для предупреждения появления ржавчины.
27. ТЕХНОЛОГИЯ КОВКИ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Предварительная коана. Как уже упоминалось в начале главы, под предварительной ковкой понимается подготовка слитка к дальнейшей обработке давлением: прокатке или волочению. Слй-ток должен подвергаться предварительной ковке в следующих целях:
1) для измельчения дендритов н грубых кристаллитов с после* дующим получением мелкозернистой однородной структуры в Р1 зулыате перекристаллизации при отжиге;
2) для полного сжатия пустот н пор металла с нх последующей даваркой при отжиге (если стенки пустот не окислены);
3) для проковки сильными ударами сердцевины слитка, слабо деформируемой ПРН прокатке и волочении;
4) для придания необработанной заготовке требуемой предварительной формы.
Рис. 122. Рессорный молот
Черновая ковка имеет смысл только тогда, когда лет чл подвергав гея значительной деформации Для этой цели Иаъ.льзуют поэтому тяжелый молоток и массивную стационарную наковальню. Ковку плоских пластин производят поочередно с бенх сторон молотком с клиновидным умеренно-закруг ченным 'Хзйком, обрабатывая вторым переходом сторону считка, лежавшую па наковальне. Затем слиток сглаживают ударами молотка с плоской рабочей поверхностью. Четырехгранный пруток сначала проковывается клиновидным бойком перпендикулярно к оси прутка, ^атем таким же образом обрабатывают противолежащую сторону
и две другие грани заготовки. Плоско-скругленным бойком обрабатывают сначала все четыре ребра заготовки, а за гем 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 нелегок 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 елнт-ков. 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
Л1олот, 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. Л1атериал заготовки, подвергающийся окончательной отделке ковкой, должен обладать высокой пластичностью и иметь относительное удлинение свыше 40%. Из сплавов серебрв для этой цели хорошо подходит сплав 925 пробы; и? сплавов золота — сплавы 750 пробы. Для улучшения эксплуата ционных качеств ювелирных изделий из этих сплавов после окончательной ковки не следует проводить огжиг, а если он необхо дим, то в готовом виде изделие следует подвергать старению. |
Основные формы заготовок, получаемых методом ковки Исходным материалом обычно является литой пруток круглого профиля. Для получения штабнка квадратного сечения сначала проковывают пруток молотком с плоским, слегка закругленны»' бойком с одной стороны по всей длине на флахштоке. Затем его переворачивают и проковывают противоположную сторону. Пс ле этого таким же способом обрабатывают две другие грани (рис. 123, а). При работе необходимо следить за тем, чтобы вс»? грани пересекались строго под прямым углом. При перекосе граней штабнка 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 одни коней прутка проковать больше, чем весь пруток, то получается первая основная фор'» кованого полуфабриката — клиновидное уширение штабиКЭ 156
ipHC. 123, б). Постепенно, проковывая две другие грани противоположного конца штабнка перпендикулярно к клину, получают •□готовку в форме вннта, при этом удлинение заготовки незиачи-гечьно (рис. 123. в).
При ковке средней части исходного четырехгранного прутка плоско-скругленным бойком полvчают в этом месте большую ширину и меныпую толшииу заготовки (рис 123, г).
На рис. 123, д объединены описанная выше ковка клинообразных концов н середины штабнка. 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 штабнка для получения требуемого утонения заготовки (рис. 123, е).
На рис. 123, ж показано получение заготовки треугольного профиля путем проковки прутка прямоугольного сечення клиновидным бойком молотка по ребру штабнка, который при этом изгибается.
Изделия разнообразных форм можно получить в том случае, если пруток квадратного сечення согнуть, а затем проковать по толщине в месте сгиба (рнс. 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 сеченне и далее иа 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 пручка до нужной толщины н далее ударами молотка грани снова доводят до соприкосновения.
В результате такой ковки концы прутка имеют сечение равно- гороннего треугольника, а середина прутка —- сечение равноценного треугольника.
На рнс. 123, м изображена кованая заготовка сложной формы. 3"есь концы прямоугольного штабнка 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 па треугольный профиль путем деформирования другого его ребра. Благодаря такой ковке получился чередующийся ритм поверхностей и ребер всего из-«лия.
Рис. 123. Основные формы заготовок, получаемых методом ковки
Рис. 125. Кольцо с кованрЙ ишнкой
На рис. 123, н показана круглая заготовка, прокованная посередине молотком с плоским, счегка скругленным бойком.
Все рассмотренные формы кованых заготовок являются про-сгейшнми, ио 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 лнтья 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
Рис. 126. Переходы ковки обручальных колеи: а — заготовка-штабик; б —- провальцованная развертка заготовки кольца; в — Лбка 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 и а нзготовленни таких колец методом ковки.
Общий ход работы. Независимо от формы кольца при его изготовлении ковкой выполняют следующие переходы (рис. 126).
1. Четырехгранный штабик подготовляют по толщине и ширине до наибольшего поперечного сечения средней части кольца (рис. 126, а). Затем концы штабика прокатывают в вальпах до размеров сечения будущих частей шинки (рис. 126, б).
2. Посредством молотка на вставной наковальне (флахштоке) головке и частям шинки кольца придают предварительную форму.
3. 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 и а оправке.
4. Концы заготовки состыковывают и запаивают твердым припоем. Далее шинку рихтуют иа ригеле или иа роге наковальни и, согласно эскизу, производят окончательную ковку кол ца
Ниже приводится ряд примеров чистовой ковки колец Кольцо подвергается предварительной ковке до получения нужного прямоугольного сечения. Затем шинку делают тоньше с обеих сторон, равиомерио суживая ее и по ширине. Средиюь» часть кольца выковыввют иа роге наковальни, придавая ей в се чении форму пологой крыши, постепенно сходящей на нет Полу чившиеся наклонные поверхности отделывают пуансоном (чеканом), формуя желобки (рис. 126, г)
Для изготовления кольца, показанного на рис. 126, д, нес/5-ходнмо 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. Формообразоввиие 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 нв рис. 126, е, значительно больше, чем в шинке. После запаивания и рихтовки шинки ее насаживают на рог наковальни, делают тупоугольным аубилом 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 кольцв более массивная, чем нижняя. При изготовлении его используются те же приемы, что н 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.
1. 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.
2. Во втором случае концы штабика остаются утолщенными, а средняя часть его проковывается до нужного размера Затем заготовка сгибается. При этом вгриаите труднее, чем в первом случае, выдержать симметричность концов, ио зато получается бесшовная шипка.
Переходы процесса изготовления шпики по второму варианту изображены иа рис. 127. Как и в ранее описанных способах ковкн юо
Рис. 127. Изготовление кованых шинок колец; а — провнлыювгиная основная форма развертки шинки кольца; б — гибка в свинцовом желобе; в—д — различные виды шинок
кОтеп, исходная заготовка должна иметь сечение, соответствующее , толщенной части шинки Среднюю часть штабмка обжимают в про катных вальцах, меняя сдавливаемые поверхности после извлечения заготовки из валков и кантуя ее перед следующим обжимом (рис. 127, а). Обработка заготовки продолжается ковком иа фчахштоке. Затем в свинцовой форме производят гибку шипки (рис. 127, б). На кольцевом ригеле и роге шперака заготовке придают окончательную форму.
Шинку, изображенную иа рис. 127,в изготавливают из полосы прямоугольного сечения. В середине
заготовка проковывается с уменьшением поперечного сечения, а концы ее остаются без изменения. Кованая шпика ие всегда
должна быть увесистой и
мае. ивной. В следующем примере (рис. 127, г) показанв более узкая шинка постоянной ширины. Высота сечения при этом уменьшается к середине шипки.
Шипка, изображенная иа рис. 127, д, изготавливается так же, как и в предыдущих примерах, ио с полукруглым сечением. Зато в ее утолщенных чветях выбивают насечку в виде желобка и отделывают ее профильной оправкой.
ГЛАВА 10
ГИБКА
28. ДЕФОРМАЦИИ И ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА ПРИ ГИБКЕ
Если иа 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 ие 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 иа брус ОН опять приобретает свою прежнюю форму. Схематически процесс изгиба можно понимать так, что в нижней части бруса
® Э. Вреполь 161
расстояние 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
Рис. 128. Изгиб бруса
Рис. 129. Схема изменения межатомных расстояний при упругом изгибе бруса
Рис. 130. Схема изменения кристаллической структуры пластически деформированного металлического бруска
растяжения и напряжение сжатия. Если нагрузка превышает предел упругость, то появляется остаточная деформация. Так, при растяжении спиральной пружины с большой силой она уже не приобретает своей первоначальной формы.
Пластический изгиб. Если иа брус действует нагрузка, большая предела упругости, но меньшая предела прочности при рас тяжении, то наступает пластическая деформация при изгибе. Она хараюе-ризуется тем, что брус при снятии нагрузки ие 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 первоначвль-иое 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 примере
пяйние зоиы 1 к 4 (рис. 131) деформируются пластически, зоны г редины брусков 2 и 3 — упруго. Если нагрузка устраняется, то ^ругодеформироваииые слои 2 и 3 возвращаются в свое первоначальное положение и освобождаются от напряжений сжатия и растяжения. Пластически деформированные крайние зоиы 1 и 4 препятствуют полному выравниванию уиругодеформированной
Рис. 131. Распределение напряжений в согнутом брусе
ml Напряжения растяжения =Напряжения сжатия
Рис. 132. Распределение напряжений б согнутом брусе после снятия
нагрузки
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 прн растяжении, то возможное удлинение будет исчерпано и в краевой зоне появятся трещины, свидетельствующие о начале разрушения материала. При необходимости подвергнуть мало пластичную заготовку сильному изгибу следует производить его постепенно, с промежуточными отжигами, для рекристаллизации структуры и возврата пластических свойств. При выполнении гибочных операций следует иметь в виду7 следующие практические рекомендации:
1. Для проволочись и листогибочных работ должны применяться сплавы, имеющие низкий предел упругости.
2. Сплавы, обладающие большой при эксплуатации легко , и изделия из иих быстро теряют свою форму, поэтому при изготовления изделий необходимо учитывать их назначение.
3. 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 от-^ига проволоки, когда ее рекристаллизованные участки поддаются пластической деформации легче, чем перекристаллизованные.
6* 163
Рис. 133. Равномерный изгиб проволоки с мелкозернистой структурой н надлом согнутой проволоки с крупнозернистой структурой
выборе материала для
пластичностью, Деформируются
В последних те же усилия вызовут лишь упругую деформвппю Если перед отжигом был достигнут предел прочности матор на ча то па рекристаллизованных участках при гибке часто наблюдается излом.
29. ПРОВОЛОЧНОГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ
Гибка вручную. Гнбку и закрутку тонкой проволоки довольно часто выполняют непосредственно руками. Ювелиры обычно сги-бают 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.
Мелкие и тру диые в испол-~~2 нении мотивы формовать / пальцами невозможно. По-
f Q / этому для гибки более тол-
\ S стой проволоки и получения
V сложных узоров из тонкой ' проволоки используются
Рис. 134. Основной гип щипцов 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 значительных усилий при гибке
Инструментом, используемым для этих целей, который сохранился иа протяжении многих столетий в почти неизменном виде, являются щипцы.
Конструкция и принцип работы щипцов. Зажимные губки 2 образуют зев щипцов 3 (рис. 134). Оии переходят в рычажные рукоятки /. Между' зажимными губками и рукоятками находился ось врашеиня 4. Принцип действия щипцов заключается в том, что рычажные рукоятки и губки поворвчиваются относительно общей оси вращения 4. Сила, действующая иа рукоятки, передается па 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.
Гиды шигпов. Щиппы изготавливаются нз инструментальной стали и иногда из стали, легированной хромом, ванадием или молибденом Общая длине 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 щипнов (рис. 135).
Плоскогубцы. Рабочие поверхности щипиов плоские. Зажимные губки могут быть одинаковой ширины или же заостренными 164
к коииу- Ювелиру обычно ие требуется насечка губок, поэтому их рабочие поверхности зашлифовывают.
Шинные щипцы. Рабочая поверхность одной губки плоская, в то время как поверхность другой слегка выпуклая Шинные щиппы 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
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 прн слишком сильном нажиме иа 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
Рис. 136. Гибка проволоки круглогубцами
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 иа 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 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 и а соответствующих оправках или даже плоскогубцами. Малые радиусы скруглений получают с помощью круглогубцев (рис. 136), при ра
боте с ними материал должен иметь по возможности малое сопротивление изгибу, так как проволока прн 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 сгибы все же необходимы, то проволоку в местах сгиба приходится надрезать трехграиным или иожевид-ным напильником (рис. 137, б, г). Глубина надреза при этом определяется величиной угла загиба и свойствами материала. Чем глубже надрез иа 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 проволочиогибочных работ относятся оправки и ригели различных профилей, ручные тиски, специальные гибочные приспособления типа «ленивец» и др.
Изготовление круглых звеньев. Приступая к работе с проволо-кой, после ее правки, необходимо убедиться в отсутствии дефектов на ней. Выпрямленная проволока равномерно отжигается. Если проволока слишком тонкая, иа 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 латуииая 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.
Если оправка будет крепиться в тисках, то на койне ее делают лыску. Для направления проволоки в лыске вдоль оси оправки
то при отжиге ее нужно намотать
Рис. 137. Виды сгибов на проволоке: круглого сечений — обычные (о) и остроугольные (б); прямоугольного сечения — обычные (в) и остроугольные (г)
Рис. 138. Наматывание проволоки ни круглую оправку
выпиливается канавка. Проволока укладывается в канавку, конец 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 (рнс. 138). Перед снятием спирали
Рис. 139. Разрезание стянутой с оправки спирали
ее 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 и а отдельные звенья лобзиком в направлении, перпендикулярном к ее виткам (рис 139). На рис. 140 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 изготавлн-
вают требуемого профиля ригели. Для изготовления 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
Рис. 140. Ожерелье, изготовленное из гнутых проволочных колец
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
Ряс 142. Снятие спирали с овального Ригеля с помощью волочильной доски
проволокой и ригелем. Овальные спирали, так же как и круглые, снимаются с ригеля посредством волочильной доски (рис. 142).
Распиливание спирали иа 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 разрезвть 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 рис_ |^| Изготовление овальных элементов изделия. Изготовлен- звеньев
иую спираль прокатывают в гладких валках, и такая пилообразная заготовка используется для изготовления филигранных украшений.
Спирали используются также в качестве пружин сжатия н растяжения в различного рода замках и затворах. Материал для 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 иа ригель. После снятия с ригеля получают две совершенно одинаковые спирали
Приспособление «ленивец». Этим приспособлением пользуются в тех стучаях, когда необходимо получить спирали с равномерно 169
повторяющемся рисунком. Хотя ленивец прост в обращении, ио с его помощью можно получить абсолютно одинаковые фигурные витки спиралей. Конструкция ленивца показана на рис. 143 На латунный лист /, со сторонами 10X10 см и толщиной 1 мм, износится 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 обмогки.
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 иа первый штифт. Петля ие должна смещаться при наматываинн проволоки на следующий штифт. Особенно внимательно необходимо следить за тем, чтобы проволока плотно прилегала к штифтам, для этой цели ее подтягивают за свободный коион плоскогубцами. Когда узор готов, его снимают со шгифюв 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 иа 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 оиа 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 рихтовочной плите. Этот способ применяют в тех случаях, когда проволока или заготовка должна быть абсолютно ровно выпрямлена. Заготовка помещается на рихтовочную плиту» 170
&
Рис. 143. Приспособление ленивец дли получения витых проволочных орнаментов:
1 — латунный лист. 2 — асбестовая прокладка: 3 — деревянное основание
Рис. 144. Ожерелье, секции которого были изготовлены на ленивце
₽ис- 145. Способы правки проволоки: а — рихтовкой иа плите; б — вытягиванием деревянной скалкой; о — вращением проволоки плоско! убцами; г — вытигиванием двумя плоскогубцами вокруг оправки
и легкими ударами деревянного или пластмассового молотка производится ее правка (рнс 145, с)
Правку круглой проволоки следует проводить очень осторожно, так как от ударов молотка на проволоке появляются вмятины. Прн правке ее необходимо поворачивать па плите для того, чтобы проволока правилась равномерно по окружности и длине. Правку фасонных заготовок, например заготовок для шипки кольца, производят также на рихтовочной плите.
Правка пчоскогубцами. 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 шпики соответствующую цилиндрическую оправь у, в большинстве случаев используются правильные оправки конической формы, которые объединяют в себе все размеры шииок, лежащие между наибольшим и наименьшим диаметрами данного ригеля. Кроме этих конических оправок с круглым сечением, ювелир должен иметь в своем распоряжении справки с сечениями овальной и граненой формы одинаковых размеров. Различают оправочные ригели: круглые, овальные, квадратные, прямоугольные, шестиугольные; кольцевые: круглые, овальные, квадра1ные; 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 ие 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 щипнов всегда образует больший или меньший угол, и поэтому . «ст с параллельными сторонами невозможно захватить но всей длине губок. В этом случае применяются усовершенствованные щипцы с параллельным захватом губок. Однако работа с такими щии-
памп представляет некоторые трудности. Плоскогубцами можно Г11уть такие листы, ширина которых соответствует длине губок. Круглогубцами с их коническими губками возможно равномерное закругление только таких металлических голос, 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
Рис. 146. Гибка листа на различных опорных плитах: о —молотком на свинцовой подкладке; б — оправкой на свинцовой подкладке; я — 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 иа 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 прнбегвют к методам, которые используются при выколотке и чеканке.
Гибка молотком на свинцовой подкладке. Лист помещается иа 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 стироне заготовки ие оставалось следов свинка, так как при последу ющей термической обработке свинец сплавляется с основным
металлом, что приводит к появлению участков коррозии в вице углублений. При выполнении тонкого рисунка на металле в на честве давящего гибочного инструмента применяют чекан (иуаи сои) нужной формы. I
Гибка оправкой на свинцовой подкладке. Предварительно сталь-' ион оправкой выбивают желобок в свинцовой подкладке, на которую помещают изгибаемую полосу. На иее над желобком укладывается другая оправка, днвметр которой несколько меньше диаметра оправки, с помощью которой был сделан желобок, i дарами молотка по оправке полоса вбивается в подготовленную выемку (рис. 146, б). При этом способе получается более глубокий и плаь-
ный изгиб, чем при гибке на плоской свинцовой плите. Гладкая стальная оправка не оставляет иа листе следов от ударов молотка. Этот способ отличимся 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 иа предыдущий.] Деревянный желоб имеет то преимущество, что он длительное время сохраняет свою форму, При этом способе материал оправки не имеет значения. Она может быть изготов-
Рис. 147. Гибка листа стальной оправкой на фасонной няковалъне (форме)
лена 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 па свинцовых или деревянных подкладках имеют острые ребра, то возникает опасность, что иа согнутой полосе останутся отпечатки ребер.
Если необходимо согнуть длинную полосу в виде полукольца иа стальной форме, как это обычно требуется прн изготовлений] шарниров, то ее можно вбивать в канавку только молотком с клиновидным бойком. Причем удары молотком следует наноси гь 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, |ак как на профильной наковальне (форляу
иогут подвергаться гибке только те листовые заготовки, которые п0 длине и ширине меньше размеров канавки (рис. 147).
Закатка краев и отбортовка. В качестве вспомогательных срс "гтВ для выполнения этих операций служат стальные оправки раз 1ИЧНОЙ формы (рис. 148).
Гь 'ка под прямым углом. Проще всего можно согнуть лист пс I 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 канза, так как заготовка всегда будет иметь на внешней стороне закругленное ребро. Поэтому, если необходимо сделать такой загиб, то на листе, как и на
Рис. 148. Отбортовка и закатка концов полосы: а — гибкой под прямым углом без закруглении; 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 и внести надрез иожевидным или трехграпным напильником. Более длинные полосы надрезают шпицштн хелем. 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 соответ-ствмощей формы (рис. 148,6). с закругленным ребром.
Пол укруговая 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 бывают под прямым углом и производят отжиг. Потом лист
Рис. 149. Правка листов: а — правка .чиста на рихтовочной плите; б — пранка односторонней проковкой; в — правка листа разгонкой металла
загибают с помощью молотка иа стальной плите с требуемый острым углом между гранями (рис. 148, д)
Правка листов. Правку топких листов производят так же, как и правку проволоки. Если листовая полоса имеет волнообразное форму, как это показано иа рис. 149, д, то ее укладывают иа pi <. ' товочиую плиту и выправляют выпуклости легкими ударами ук». лотка.
Если же листовая полоса искривлена «на ребро» так, как это 1 показано иа рис. 149, б (вид сверху), то се также кладут иа рихтовочную плиту и производят оттяжку вогнутой стороны. Аналогично производится правка листа с вмятинами. Выпуклости и вмятины есть ие что иное, как сильно растянутые участки листа. I Перед правкой металл отжигают. Есчи необходимо устранить небольшие вмятины, то выравнивать их следует молотком иа рихтовочной плите. При сильном короб-леи ни 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, в). 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 неболь- 1 шим содержанием драгоценных металлов, как например сплавы ЗЗЗ'ооо Ан, при изготовлении шарниров используют вставные сердечники из малоуглеродистой стали. Если нет необходимости I в промежуточном отжиге, то можно применить также сердечники из алюминия.
Для гибки шарниров из сплавов с высоким содержанием золота, таких как сплавы 585/000 Ан и выше, в качестве материала 176
сердечника используют медь Сердечник должен быть несколько длиннее, чем шарнир При изготовлении больших шарниров слезет применять ие 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 ие будут находиться друг против друга. После этого трубку можно запаять, ио эту операцию следует выпотнять в ио-стётнюю 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 гнбке трубок их благородных металлов. Этот метод имеет значительные преимущества, так как введение и удаление заполняющей массы в виде песка не представлиют особых трудностей.
Готовую грубку 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 пей распределился равномерно. Плотная трамбовка здесь ие 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 зависимосгн от назначения.
ГЛАВА 11
РАЗРЕЗАНИЕ 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 иожнин действие клина проявляется наглядно, то резку ножницами следует рассмотреть более подробно, чтобы определить общие закономерности Действия клипа, которые можно затем перенести и на другие икс» ру менты.
31. ДЕЙСТВИЕ КЛИНА НА МЕТАЛЛ
Рис. 150. Силы, действующие при работе клииа:
Р — сита удара; W — рвсклынинаклцие 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 W. Чем глубже внедряется клин, тем больше возрастает сопротивление деформации кристаллитов и тем больше трение иа щеках 2 клииа. Вследствие того, что толщина 1р заготовки из-за внедрения клииа умень-
шается, наступает момент, когда усилие иа / клине превышает предел прочности металла и последний разрушается. Этот процесс разрушения существенно зависит от угла заострения р, образованного щеками клииа.
Большой угол заострения клина. При внедрении клина с большим углом при вершине происходит смещение значительных объемов металла. Сопротивление внедрению такого клииа 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 клнн легко проникает в материал, одиако острое лезвие легко выкрашивается, что приводит инструмент в негодность.
На рис. 151 представлен параллелограмм сил, нз которого видно, как сила удара Р передается иа щеки клина через составляющие и №%. При равенстве сил Р у клина с большим углом (₽i) усилия иа щеках сравнительно невелики, в то время как у клииа с малым углом (р2) усилия иа щеках довольно значительные.
Стружкообразоваиие. 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 стрхжкн или обработкой резаии ем. Клни при этом проникает под поверхность заготовки и снимает тонкий спой металла — стружку (рис. 152). При этом различают следующие углы режущего клииа.
Задний угол а. Задняя щека клнна, обращенная к поверхности заготовки, не должна вызывать ненужное трение, а также ие должна скользить по поверхности материала. Она должна составлять с поверхностью ре<аиия определенный угол <х, называемый задним углом резания.
Угол заострения р. Это угол, образованный щеками клииа.
Передний угол у. Это угол между нормалью к обработанной по-верхиостн заготовки и передней щекой клииа, снимающей стрг’жку. Чем больше этот угол, тем легче снимается стружка.
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
Рис. 151. Распределение сил прн узком и широком клиньях
Рис. 152- Срезание стружки клиновидным резцом
быстрее изнашивается режущая кромка. Если 6 больше 90°, то передний угол у становится отрицательным и в этом случае вместо среза получают шабериын съем металла с короткой крошащейси стружкой.
Соотношение углов. При положительном переднем угле имеем: задний угол -|- угол заострения + передний угол = 90"
а + ₽ + У = 90°.
При отрицательном переднем угле получаем:
задний угол + угол заострения — передний угол = 90и;
а -у р — у = 90\
Угол резания можно определить следующим образом: задний угол -J- угол заострения = углу резания:
а + Р — б.
32. 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 иа оси ножниц
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 иа поверхности реза появляются заусенцы. На рис. 154 показаны ручные ножницы для резки металла. Вокруг неподвижной оси вращаются режущие щеки 1 и ручки 2. Чем длиннее ручки по отно-
Рис. 153. Положение режущих кромок листовых ножниц в начале резки
Рис. 154. Простейшие ручные листовые ножницы:
Р — силы резиния. К — выталкивающая сила; » — угол раскрытия ножниц
шению к длине режущих лезвий, тем больше сила резаиия Наиболее благоприятное передаточное отношение достигается гем» что заготовка насколько возможно глубоко помешается 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 иа разделение металла, так как одновременно заготовка будет выталкиваться из зева ножниц силой R. Процесс резания может происходить только лишь в том случае, если трение между щеками и заготовкой достаточно велико для того, чтобы прочие удерживать материал и в то же время надрезать его, поэтому нельзя помещать заготовку слишком близко к центру вращения. Процесс резаиия можно начинать только при раскрытии режущих кромок иа угол около 30'. Чистый, аккуратный рез получается 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 иа срез оср несколько меньше, чем предел прочности при растяжении о,, а именно оС|3 — — о„.
Рассмотрим два примера иа определение усилия разрезания золотых пластинок различной пробы.
Пример I. Какое усилие необходимо для разрезания тонкой пластинки из чистого золота толщиной t — 2 мм и шириной £ = 12 мм. имеющего ов = 16 кгс/мм’?
4
оср = -^-ов = 4/5-18 = 14,4 кгс/мм\
Площадь среза: Fср — Bi = 12-2 = 24 мм’. Усилие разре-швя: Р осГЛР = 14,4-24 346 кгс.
Пример 2. Какое усилие необходимо для разрезания пластинки той же величины из сплава золота 333 пробы, имеющего ов = 58 кгс'мм’?
огл = 4/5-58 =
- 46,4 кгс, мм’
Усилие разрезания: Р = ОсрГср = 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 быть Рис. 155. 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 ие так высоки, как у обычных ножниц, а переход к ручкам так закруглен, что разрезанные части листа легко отводятся в сторопу (рис. 155).
Рычажные ножницы. Нижний иож жестко закреплен на станине. Верхний нож имеет ось вращения, расположенную в прн-
Рнс. 156. Рычажные ножницы для резкк листов и профилей (длина ножей 110 мм, общая высота 1200 мм)
ливе станины, и соединен с рычагом (рис. 156). Такими ножницами можно резать листы толщиной до 4 мм.
Гнлычпинные ножницы. Для разрезания чистое больших размеров лучше всего подходят гильотинные ножницы (рис. 157), нижний нож которых укреплен иа столе. Подвижный верхний нож закреплен иа ползуне наклонно к нижнему или горизонтально.
Он движется поступательно с помощью шатунов и эксцентриков, приводимых в действие электродвигателем. Усилие изображенных иа рис. 157 ножниц достаточно, чтобы разрезать листы толщиной 2 мм и длиной 1000 мм. Так как аож действует одновременно иа гею длину листа, то обрабатываемая поверхность реза почти ие деформируется. Производительность их 120 резон в минуту.
Резка ножницами. Для освоения процесса резки ножницами не нужны подробные объяснения, а просто необходима треннровка. Наиболес целесообразными для новичка являются упражнения в резке ручными листовыми ножницами папиросной бумаги иа узкие полоски. Если это удается, то и резка металлических листов ие будет представлять для него больших трудностей. Важно, чтобы режущие кромки ножниц достаточно плотно прижимались друг к другу, чтобы не появлялись нежелательные заусенцы. Снача
ла 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.
33. РАСПИЛИВАНИЕ МЕТАЛЛА
Несмотря иа 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 н прочно удерживают их во впадинах до тех пор, пока они ие выйдут из veizuua (рис. 158).
Таким образом, при каждом ходе пила продвигается вперед, причем каждый iy6 действует как режущий клип, снимающий стружку, форма и размер зубьев пилы определяются видом заготовки и свойствами материала. Для твердых материалов необходимо иметь
Рис. 157. Листовые пресс-иожннцы со столом (длина ножей
1000 мм, общая высота 1150 мм!
большой угол заострения клипа, чтобы зубья ие разрушались. В таких случаях угол £ увеличивают до такой степени, что передний угол у составляет 0°. Однако при этом уменьшается простран-
ство для стружек между зубьями. Если подобной пилой резать
мягкий материал, у кото- _______________________________________
рого при каждом ходе пилы ) Рабочее движение
снимается много стружки, то 1 у а-
может случиться, что про- [ страиство для стружки будет L-^1 недостаточно и пилу закли-пит, так как пружка за- f
стряиет между зубьями Той- |м Действ 6ьев Пнлы '
кие листы и трубы следует
резать пилой с мелким зубом, так как крупные зубья пилы застревают в тонкой заготовке, она дес армируется и рез получается неровный. Хороших результатов достигают, если соблюдают следующие соотношения углов иа зубьях пилы: задний угол а = 40ч-20°; передний угол у = 5-ь-0°; угол заострения Р - 65 -:-50°; угол резаиия б = 90-F-85
Лобзик. У югслиров этот вид инструмента нахотит частое применение. В зависимости от 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% W. Полотна лобзиков подразделяются исходя из величины зубьев по номерам, а именно: № 10 — полото с самым
Рис. 1Б9- Закрепление ножовочного полотая крупным зубом, № 10/0 в лобзик 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 рисуио' карандашом, а затем покрыть его цапоиовым 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; холо-
стой ход— вверх — без на- Рис. 1S0 Ря6ота лобзиком
жима. 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. Прн заклинивании полотна освобождать его следует очень осто[ Кио. Полотно отводится назад только при возвратно-holtj нагельном движении лобзика; таким же образом оно подво-
дится и к месту реза. Для выпиливания большого отверстия или орнамента в заготовке просверливают отверстие, просовывают б него полотно, закрепляют его в державке и производят резку.
Рис. 161. Браслет, выпиленный лобзиком
Для контроля движении лобзика заготовку необходимо время от времени очищать от стружки мягкой щеткой. На рис. 161 показан браслет, изготовленный с помощью лобзика.
ГЛАВА 12
ОПИЛИВАНИЕ
34. КОНСТРУКЦИЯ И ДЕЙСТВИЕ НАПИЛЬНИКА
Напильник является одним из важнейших инструментов ювелира. В конструктивном отношении ои представляет собой стальную полосу, иа которую нанесена иассчка. 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 пасечном станке делают насечку /1 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 ие 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 54° к оси напильников.
Рис. 162. Основная форма напильника:
JF — полотно; S *— хвостовик; 3 — । уконтка; L — 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 сос1авлял около 70°. В итоге получаются примерно следующие значения углов: задний угол а = 36°, угол заострения 0 = 70°, передний угол у = —16°, угол резаиия б — 106°.
Рис 163. Форма зубьев напильника
По механизму действия иа 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 промежчтках, в противном случае срезанная стружка образует иа обработанной поверхности риски Поэтому для грубых напильников необходимо большое расстояние между зубьями.
35 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,
расечка № 5 — самая мелкая. Эти цифры не являются какимн-то точными характеристиками; они связаны и с длиной напильника L. Насечка № 1 у напильника длиной 40 см будет крупнее, чем v напильника длиной 20 см.
Для того чтобы закрепить иапильиик в рукоятке, в последней просверливают отверстие па необходимую глубину (рис. 164). Хвостовик вставляют в отверстие рукоятки и, удерживая иапильиик 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 иапильиика держится непрочно.
Хранить напильники лучше всего в специальных гнездах иа рабочем месте в подвешенном сосюяпни. 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 ие следует хранить напильники в ящиках вместе с другими инструментами, так как напильники могут быть повреждены более твердыми инструментами или сами могут повредить другие инструменты. Ювелир должен помнить, что иа
пильиик ие приспособлен ии для открывания ящиков, ни как
Рис. 164. Крепление напильника в рукоятке
палка для размешивания; ои 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 ЗАГОТОВОК ПРИ 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 оии обеспечивают надежное ее крепление. Изготавливают их из чугуна или
стали. Недостатком таких тисков является ограниченная глубина зажима
При работе с мягкими материалами иа губки тисков надеваются защитные вставки, представляющие собой уголки, изготовленные
Рис. 165. Параллельные тиски
Рис. 166, Опиливание напильником
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 ои предпочитает пользоваться малогаба
Рнс. 167. Заострение конца круглой проволоки в ручных тисках с деревянными губками
ритными зажимными приспособлениями, например зажимными цангами. В них заготовка закрепляется так же, как и в обычных тисках, т. с. между губками цанги.
Ручные тиски с деревянными губками. Эти тиски (рис. 167) имеют то же назначение, что и зажимные цанги, ио в отличие от последних губки тисков сводятся винтом с барашковой гайкой, 18U
В то время как зажимные панги 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
Киттшток Представляет собой деревянным стержень, иа шероховатую поверхность головки которого нанесена мастика. Подогретая заготовка вдавливается в мастику - При застывании мастики заготовка прочно удерживается в ией. Форма н размеры киттштока
определяются особенностями заготовки Для небольших заготовок в качестве стержня подходит обычный карандаш. На риС- 168 показано опиливание надфилем заготовки, укрепленной в киттштоке.
37. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ОПИЛИВАНИЯ
Общие сведения. Перед опиливанием необходимо убедиться в том, что заготовка ие содержит остатков припоя и флюса или каких-либо других твердых материалов. Частицы этих примесей могут иметь твердость по Моосу до 7,5, г. е. быть тверже стали, и при опиливании буд
Рис. 168. Опиливание надфилем. Заготовка кренится в киттштоке
? ие только глубоко царапать
поверхность, ио и быстро изнашивать зубья напильника.
При закреплении заготовки в зажимных устройствах необходимо соблюдать следующие правила:
1) заготовка не должна выступать из зажимных губок дальше, чем это необходимо, иначе оиа будет пружинить;
2) если заготовка едва выступает над губками тисков, то напильник может повредить их губки;
3) 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 ием 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 невозможно
обрабатывать 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 иа то, чтобы напильник при работе ие отклонялся вниз, иере-ходя за край заготовки, так как ~ L r> ребра заготовки при этом скруг-
ляются, и поверхность ее полу-чается ие плоской, а выпуклой. Дпя того чтобы избежать появ-7 лення глубоких царапин и вы-/ пуклости, необходимо опиливать уИ | / поверхность перекрестным ытри-
.zr—— / _______ хом, т. е. меняя направление
движения напильника иа 90°.
X \ I Опиливание криволинейной по-
I \ верхности. Если заготовка зажа-
та в тисках, то напильник еле-Рис. 169. Опиливание цапфы ЯУет направлять таким образом, чтобы его движения отвечали кривизне (выпуклости). При обработке небольших предметов иа ф и и а г е л е (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 иа квадратное сечение, затем иа шестигранное и, наконец, предварительной опиловкой закругляют цапфу, опиливая углы. Затем в тисках зажимают деревянный брусок с желобком посередине.
Опиливаемую цапфу помещают в этот желобок н 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 каиавке оиа вращается так же, как и цапфа, опиливаемая на деревянном бруске. Конец булавки постепенно утоняется опиловкой до получения требуемого заострения.
ГЛАВА 13 СВЕРЛЕНИЕ И ФРЕЗЕРОВАНИЕ
38. 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 дрелью
Рис. 1? I. Бормашннка
дрели в определенном ритме для того, чтобы вал со сверлом вращался непрерывно. На современных ювелирных предприятиях над рабочим столом ювелира обычно монтируется подвесная электродрель (бор машинка). 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'мии. 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 трех кулачковом патроне Державки.
Процесс сверления. Сверлением получают в заготовке у г туб тения или отверстия цилиндрической формы. При необходимости форма углубления или отверстия может изменяться последующим фрезерованием, опиливанием, распиливанием и т. п. операциями.
Принцип действия сверла можно проследить иа примере перового сверла (рис. 172, с). На передней рабочей части
Рис. 172. Виды сверл: а — перовое сверло; б — сверло «Эйрека»; в—слиряльное сверло; г — центровое сверло кромкам, и усилие подачи,
инструмента расположены режущие кромки. Две резце-годобиые режущие кромки, действующие по принципу клина, расположены наклонно друг к другу и, встречаясь, образуют угол при вершине <р, имеющий величину от ПО до 120°. Режущие кромки заточены так, что угол заострения клина 0 = 51°. Наклонное положение режущих кромок дает сверлу необходимое направление и облегчает внедрение его в материал. На инструмент действуют одновременно силы резания, направленные по нормали к режущим действующее по оси сверла Силы
резания преодолевают сопротивление металла отрыву; усилие подачи дает возможность режущим кромкам проникать глубже в материал.
39. ВИДЫ СВЕРЛ
Перовое сверло. Острые режущие кромки находятся иа расширенном конце головки сверла (рис. 172, а). При использовании перового сверла в сверлильном станке или бормашиикс 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 оии могли работать попеременно при вращении сверла в одну и другую сторону. Если бы стали работать дрелью со сверлом, заточенным для стаиочиой работы, то при вращении слева направо резали бы обе режущие кромки, а при вращении справа налево сверления бы ие происходило и отверстие получилось бы овальным. К преимуществам перового сверла относятся простота конструкции и доступность его изготовления собственными силами. Кроме того, оио довольно устойчиво к продольному изгибу и ие заклинивается даже в том случае, если идет с некоторым перекосом, что особенно важно при сверлении дрелью К недостаткам перовых сверл относятся: малая скорость резаиия, отсутствие направляющих элементов, плохой отвод стружки и уменьшение их диаметра при переточке.
Рнс. 173. Переходы изготовления перового сверла для дрели: а— опиленный конец круглой заготовки; б — головка сверла после ковки; в — готовое сверло; г — перовое сверло, изготовленное нз стальной СПИЦЫ
спирального сверла —
Хота перовые сверла редко применяются иа заводах, иа ювелирных предприятиях оии еще широко используются.
Сверло «Эйрека». Это сверло (рнс. 172, б) представляет собой модификацию перового сверла. Режущие кромки его такие же, как и у перового сверла, и поэтому заточка его ие представляет стожиостн. По всей длине сверло имеет одинаковый размер и параллельные стенки. После многочисленных переточек диаметр сверла ие изменяется. Отвод стружки производится через специально выфрезероваииую каиавку, 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, имеет большие преимущества, если им работать на стационарном сверлильном станке. Но так как ювелир чаще всего работает иа бормашиике с гибким валом и ручной державкой, то использование спирального сверла ограничено. Ойо легко ломается при перекосах, так как имеет тонкий сердечник между спиральными канавками и очень туго входит в отверстие. Преиму,
его высокая скорость резаиия и хороший отвод стружки — ие 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 диом, которые часто бывают нужны ювелиру Для закрепления в оправах непрозрачных камней или жемчуга.
Мзготовлеиие 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 иа участке, равном по длине рабочей части сверла «Шейку» опиливают так, как это показано иа рис. 173, а. Головку оставляют несколько более толстой, чтобы затем ее можно было отковать плоской (рис. 173, б) для получения режущих кромок необходимой ширины. После
7 Э. Брепо."*
193
ковки производят опиловку режущих кромок и «талии сверза (рис 173, в). Подготовленное таким образом сверло, отрезают от исходного прутка. Затем следует убедиться в том, что оно не искривлено и ле 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 соломеиио-желтого цвета.
Окончательно обработанные режущие кромки затачиваются иа пьтнфовалыюм круге. Во время изготовления нужно точно зиать, где будет работать сверло: в дрели или на сверлильном стайке, 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)
40. СВЕРЛЕНИЕ БОРМАШИНКОЙ
Перед сверлением обрабатываемую деталь устанавливают иа
подвижном столике и подводят ее к инструменту.
Сверло вставляют в трех кулачковый или цанговый патрон
державки и прочно затягивают от руки его гайку. На обрабатывае-
Рис 174. Сверление бормашинкой
мой детали кериом намечают центр отверстия- Для этой операции лучше примени ib 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 иа фипагеле или на металлической подкладке, так как сверло, проходя через деталь, будет просверливать в иих глухие отверстия, забиваемые стружками благородного металла, что приведет к ненужным потерям ценных отходов Перед сверлением инструмент по-
гружается в сосуд с маслом.
Этим предохраняют сверло от нагревания, и, кроме того, отверстие получается более гладким. Сверло устанавливают вертикально или, если требуется, наклонно иа отмеченное керном место (рис. 174). Вначале посредством нажима на педаль пускового реостата ему дают небольшую скорость вращения, а затем увеличивают ее. Одновременно подвют сверло, нажимая им на деталь, в направле-
нии сверления. Подача ии в коем случае ие должна быть чрезмерно большой- Это приводит к поломке сверла. Скорость резания и подача должны быть согласованы.
Возможные дефекты при сверлении, нх причины и меры пред-
}преждеиия приведены в табл. 17.
Таблица 17
Возможные дефекты при сверлении
Вид дефекта Причина появления Способы устранения
Стишком большое от- Односторонняя за- Правильно заточить
верстне, 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 <р
Сверло уводится в сто- Угол <р слишком не- 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 ив то, чтобы канавка для стружки достаточно выступала из детали, обеспечивая отвод стружки, в противном случае и спиральное сверло может заклиниться. Стружки, остающиеся иа поверх мости обрабатываемой детали, время от времени удаляют мшкой кисточкой.
Рис. 175. Схема фрезерования цилиндрической фрезой
41. 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. Одиако действие фрезы на металл скорее напоминает работу напильника с одинарной насечкой, чем сверла.
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. 176. Виды фрез: а — коническая; б — цилиндрическая торцовая; в — комбинированная остроконечно-цилиндрическая; г — шаровая; д — полостная сферическая; е — фасонная
вращения инструмента, необходимо осуществлять и подачу его. Если фреза закреплена неподвижно иа 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 сколь-196
Рис. 177. Фрезерование плоской поверхности с помощью бормашинки
зит по поверхности последней, пока зубья ие захватят металл. С увеличением количества зубьев и уменьшением глубины резания этот недостаток проявляется сильнее. Применение фрез со спиральным зубом летает процесс фрезерования равномерным и устраняет указанный недостаток.
Виды фрез. Из множества фрез, применяемых на практике, педует остановиться лишь иа типах, наиболее часто применяемых в ювелирном деле.
Коническая фреза- Рабочая поверхность этой фрезы (рис. 176, с) выполнена в виде конуса с большим или меньшим углом при вершине. С ее помощью можно, например, производить зенковку отверстий.
Цилиндрическая торцовая фреза. Головка фрезы цилиндрической формы (рис. 176, 6) имеет зубья как иа торце, так и на цилиндрической поверхности Она применяется для расфрезеровывания просверленных отверстий, которым надо придать овальную форму, а также в случае чистового фрезерования углублений для круглых камней.
Комбинированная фреза. Эта фреза (рис. 176, *?) представляет собой комби
нацию 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 фрезерова-
ния для получения высокой чистоты обрабатываемой поверхности, следует давать большое число оборотов и малую подачу. Если подача будет слишком большой, то фреза застревает н 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 кававочных 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 14
ГРАВИРОВАНИЕ
42. ШТИХЕЛИ
Принцип работы штихеля. Форма режущей части штихеля -является наиболее типичной формой клина, снимающего стружку, и все, что было сказано выше о действии клнна, полностью относится н к штихелю. Нажнмом рукн его перемещают по изделию. Лезвие штихеля врезается при этом в металл и оставляет в мем бороздку равномерной глубины Металлическая стружка отво-дитси в сторону. Прнмая 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 н действовать как разрезающий клнн. Если штихель имеет малый угол заточкн или прн 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 резання.
Хороший штихель должен отвечать следующим требованиям: он должен быть изготовлен из высококачественного материала я правильно заточен, кроме того, он должен надежно н безопасно удерживаться в руке.
Штихели обычно изготавливают из высококачественной, мелкозернистой инструментальной стали. Для обработки твердых материалов следует применять штихели нз быстрорежущей стали или с напаянными твердосплавными пластинами.
Виды штихелей и их изготовление. Различают следующие основные типы штихелей.
Остроконечные штихели Такне штихели бывают: узкие (рнс. 178, с) и широкие (рис. 178, б). Боковые грани этих штихелей 19$
слегка выпуклые, в то время как спинка в большинстве случаев глоская Ширина спинки может составлять 1—4 мм, что дает возможность изменить угол резания между боковыми гранями Остроконечным штихелем пользхютс.я 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.
Мессерттихель Поперечное сечение мессерштнхеля (рис. 178, в) соответствует остроугольному треугольнику. Мессерштнхелем можно выполнять волосные линии большой глубины.
Фасочный штихель Боковые грани эгого штихеля (рнс. 178, г) параллельны, а собственно режущие грани сходятся под углом
Рис. 178. Виды штихелей: а — узкий шпицштихель; б — широкий имннштихель; в — месссрштихель; г — фасочный; д—юстировочный; е — фляхштихель с широкой спинкой; ж — фляхштихель с узкой спинкой; з — болштихель с широкой спинкой; и — болштихель с узкой спинкой; к — фа-денштнхель
в 100°. Ширина спннкн составляет от 1,5 до 3 мм, что дает возможность получать относительно широкие риски небольшой глубины.
Юстировочный штихель. Выпуклые боковые поверхности юстировочного штнхелн (рис. 178, д), пересекаясь, обрвзуют остроовальное поперечное сечение. Этот штихель используется обычно для подгонки оправы с целью обеспечении падежной опоры для камня. Его режущая грань загачивается наклонно к продольной оси, чтобы получить оптимальный режущий угол между этой гранью (носком) н боковыми поверхностями.
Фляхштихели. Спнвка н задняя грань фляхштихелей (рнс. 178, е, ж) всегда параллельны друг другу. В зависимости от угла между боковыми гранями спннка может быть уже или шире задней « раин. Ширина режущей кромки может находиться в пределах от 0,2 до 5 мм Фляхштнхелем пользуются не только для получения широких и плоских углублений, но н для чистовой обработки ювелирных изделий
Болиипихель. Как и у фляхштвхеля, задняя поверхность бол-штихелей (рнс. 178, з, и) можег быть уже или шире спннкн, но она всегда имеет полукруглую форму. Ширина ее может изменяться в пределах от 0,1 до 5 мм. Болштнхель применяют для шрифтовых Надписей и для чистовой обработки изделий.
Фаденштихель. По своей форме фаденштнхель (рнс. 178, к) сходен с фляхштихелем На его задней граня и режущей кромке
находятся острые выступы. Прн 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
эксплуатации штихеля он укорачивается При этом его ручку нужно заменить более длинной с тем расчетом, чтобы вся длина штихеля оставалась прежней Общая длина штихеля всегда должна быть
Рис. 179 заточенный шпииштмхеть:
I — задняя грань; 2 — ллощадкв носка; Л — аи-шлнЛ: 4 — спинка; 5 — рукоятка
такой, чтобы им было удобно работать. Заточку
и правку инструмента рассмотрим на примере шпицщтпхеля (рис. 179). На шлифовальном круге со стороны спинки выбирают продолговатый аншлиф (заточку), а нижнее ребро полого подтачивают вверх. При эюм нижний каш с острыми углами притупляется На образовавшемся у вершины штихеля основании затачивают боковые задние грани штихеля Последние простираются
до аншлифа спинки и загачиваются шире к вершине.
На передней грани штихеля между режущей кромкой и аншлнфом 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 обрабатывае-
мого материала. Околча- P‘tc- Шлифование штихеля иа тельно 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.
43. ПРИЕМЫ ГРАВИРОВАНИЯ
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 чугун
ном гравировальном шаре посредством силового винта. Имеющееся в шаре сквозное отверстие обеспечивает отвод стружки. Шар может поворачиваться во все стороны на кожаном манжете
Работа штихелем. Когда ювелирное изделие уже нельзя обрабатывать на пильни ком и шабером, то часто для окончательной чистовой обработки прибегают к штихелю. Это, без сомнения, необходи-
мое использование шти-
хеля ие имеет ничего об- ₽ис- 1^1- Гравирование чанной ложки, за-щего с гравированием крепленной и устройстве
Каждому современному
ювелиру следует научиться работать штихелем для того, чтобы он мог самостоятельно вырезать простые орнаменты, монограммы и шрифты. Сложные п 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 размером 40X 40 мм.
На рис 182 предлагается ряд примеров для упражнения в гравировании.
Начинать нужно с проведения прямых линий одинаковой толщины (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 проводить линию одной режущей кромкой- Третий ряд рисунков преттагаез несколько примеров для отработки этой тех-1ЮЛО1ИИ. 11}жно упражняться и в проведении волнистых тонких
Рис 182. Рисунки, предлагаемые для упражнения в гравировании шлицштихелем
Рис. 183. Гравированный медальон (Лондон, 1877 г., из коллекции Э Бреполя)
й толстых линий, комбинации которых оживляют и украшают рисунок. При этом сначала наносится тонкий рисунок. Закругления прорезают еще раз, ведя штихелем в продольной 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
44. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ И РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ
От кузнечной обработки выколотка 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 металла, производимый непосредственными ударами молотка.
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. Прн 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 молоткм должны быть изготовлены из высококачественной стали. Рабочая поверхность бойков требует тщательного ухода, нбо каждая неровность на ней отпечатывается иа обрабатываемом материале. Качество чеканочного молотка оказывает большое влияние на результаты работы Нижний боек его, на косящий удары по чекану, должен быть плоским, а верхний — шаровидным Для выбивки крупных выпуклостей в листе (рис. 184). Рабочая поверхность нижнего бойка должна иметь минимальный диаметр
Рис. 184. Чеканка на китткутеле
подкладки, подкладкой
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 напи.ышком требуемая форма, поверхность ее шлифуется стеклянной бумагой и только после того, как рукоятка пролежит ночь в льняном масле, она приобретает необходимые свойства. Правильно еде данный чеканочный молоток образует с ладонью руки подвижное сочленение. При работе им нужно только небольшое ритмичное сгибание кисти, так как после улара 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 Простейшей
при чеканочно-выколоточ-ных работах является стальная плита с плоской рабочей поверхностью и скругленными острыми углами и ребрами. Сюда относятся твкже все виды наковален, которые были описаны в главе «Ковка».
Особое положение среди них занимает стальная наковальня кубической формы (анка), 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 (трайбкитт). Заготовка не только лежит на ее поверхности, ио 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 мечкоиямельченной кирпичной муки или гипса. При необходимости можно добавить 204
немного талька. Хорошей мастика считается в том случае, если удар шарового молотка оставляет на нем лишь небольшое углубление, но не раскалывает ее Для получения более пластичном мастики увеличивают содержание талька, если же она должна быть более твердой, го увеличивают содержание кирпичной муки
Отчетливый мелкий рисунок чеканенного изделия требует применения твердых подкладок, для воспроизведения мягкого, плавного рельефа необходима податливая мастика.
Хорошо размешанную массу мастики выливают в чеканочный шар (к ит 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 обводяые чеканы; в — д — порушникн и Собошники; е — лощатник; ж — рисунчатый чекан; ч — сечки: и - м — фигурные чеканы
на кожаном манжете, или в специальный ящик. Чеканочный шар нли 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 нли 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 копен чекана закаляют и отпускают, в то время как хвостовик остается мягким и вязким Чеканы изготавливаются в соответствии с очередными работами, сортамент их постоянно растет, так как каждая новая работа требует новых видов чеканов Однако несмотря иа это, можно выделить несколько основных типог инструментов.
Расходники^ или обводные чеканы. Эти чеканы представляют гобой несколько утолщенный в средней части и утоненный к концам стержень. Рабочая поверхность (боек) чекана выполняется в виде острого или слегка скругленного клина (рис. 185, с). Дчя 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 (рнс. 185, в — <3).
Лощатники. Это довольно обширная группа чеканов с плоским бойком, применяемых для выравнивания н 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—л), 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 линии и поверхности.
45. ПРОЦЕСС ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫКОЛОТКЕ И ЧЕКАНКЕ
При выколотке и чеканке (рис. 186), так же как н при валь цовке, ковке и гибке, металл испытывает пластическую деформацию. Общие черты процесса деформации, в основе которого ле
жит изменение строения атомной решетки и структуры кристаллита, имею г место и здесь. Особенно важно различать общую деформацию всей заготовки и частичную деформа и и ю, г. е. деформацию определенных участков заготовки при
выколотке
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 воздейст-
вием чекана вдавливается в мастичную подкладку, а кристаллиты металла пластически деформируются. Поверхность листа в месте чеканки увеличивается за счет уменьшения толщины листа: чем
Рис. 186. Процесс формообразования при выколотке и чеканке: а — деформируется часть листовой заготовки; б — деформируется вся заготовка из листа (бляшка)
глубже проникает чекан, гем больше становится сферическая поверхность и тем 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. Прн отжиге возникнут различные рекристаллизованные сгруктуры: 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 частоты металла, сдвигаясь, сближаются, подвергаясь сжатию. Чем дальше продвигается процесс деформации, гем шире становится область заготовки, охваченная сжатием, и тем значительнее должны сближаться кристаллы краевой (наружной) зоны. Такой вид напряжен но-деформированного состояния приводит в результате к увеличению толщины материала в наружной области бляшки, где в первую очередь началась Реформация. Помимо этого, пару ясная
зона подвергается действию максимальных напряжений, ветчина которых, так же как и степень деформации, постепенно уменьшается к центру заготовки Посередине кружка сохраняются первоначальная структура и толщина материала.
46. ПРИМЕРЫ ЮВЕЛИРНЫХ ВЫКОЛОТОЧНЫХ РАБОТ
Полусферическую заготовку (рис. 187) изготавливают в углублении анки чеканом с шаровой головкой. Иля придания вырезанной бляшке предварительной выпуклой
Рис- 187 Выколотка в анке
Рнс. 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, а) Потом переходят к лу нке 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 прн этом силу удара к краям и совершенно не трогая внешний край. Этот процесс можно также осуществить равномерными ударами на деревянном основании с лункой. Последним способом пользуются в тех случаях, когда
желательно избежать появления следов обработки на поверхности изделия.
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, ко-
торый по размеру как раз Рис 189. Вытягивание металла разгоночным соответствует окружности молотком на чекане
пальца, раздают стороны дальше (рис. 191, 6) до получения окончательной формы кольца (рис. 191, <?) При раздаче в качестве подкладки служит анка с углублением. Процесс изготовления такого кольца проще при использовании круглой оправки с желобками подходящих
Рнс. 190. Изготовление овальной полой чашечки на чекане: а — проковка разгоночным молотком; б — закругление внешнего края на шар том чекане; в — готовая чашечка
профиля и размера (рис. 191, г). В этом случае плоская шинка проковывается клиновидным бойком по окружности на оправке.
Выпуклый полый браслет (рис. 192, а) можно также изготовить из плоского обода. В качестве опорной подкладки здесь служит стальная оправка, форма рабочей поверхности кото-209
рой соответствует закруглению браслета. Плоским бойком молотка обколачивают обод вокруг полированной оправки (рис 192, б). Корпус полого КОЛЬ-11 а, показанного на рис 193, делаегся исключительно вы-
Рис. 191 Изготовление обручального кольца с вогнутым ободом
колоткой. Развернутая заго> тонка выпиливается лобзиком
Рис. 192. Изготовление выпуклого полого браслета
из листа по шаблону (рис. 193, о). Для облегчения контроля над работой на заготовку наносят вспомогательные линии. В желобе плоского деревянного бруска клиновидным бойком фор-
Рис. |93. Изготовление полого свод- Рис. 194. .золотое полое кольни с гра-чатого кольца с кастом купированной бляшкой и жемчужиной
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 каст
насаживают иа рог наковальни и клиновидным бойком оттягивают с небольшим загибом края наружу, аналогично переходу ковкн кольна иа 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 кольна, показанного на рис. 194
Развертка исходной заготовки вырезается по шаблону (рис. 195, а). 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 иа 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 эгой 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 иа рис. 194, откуда видно, что края полой шинки в своей узкой части полностью сходятся, как в трубке.
47. ЧЕКАНКА
Важнейшие приемы работы. Чекан держат так, как это было показано па 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 которою 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.
Рнс. 196. Схемы выполнения основных операции чеканки и гравирования: а — гравирование, б — насечка; е — формование; г — смешение
Различают три важнейших метода чеканки: насечку, формование и смещение металла
Насечка дает более или менее мягкие и тонкие линии на изделии, возникающие при 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, 6). 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 к 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 выко
лачивается 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 прн 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, чзибы при за-212
полпенни в мастнке не оставался воздух л не образовывались пузыри и пустоты. Поверхность чеканочного шара слегка пагре вают и в нее вдавливают подготовленный ящичек мастикой вниз.
Рис. 19?. Чеканная брошь
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 — охла
ждают 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
Рнс. 198. Провесе изготовления чеканной броши
выколачивают слегка вогнутую впадину плоским бойком молотка и чеканом-порушником. Между обоими насеченными контурами канавки формуют желоб чеканом со сферическим бойком (рис. 198, в). 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
и окончательно выравнивают подходящим лощатннком вогнутость чаши (рнс. 198, г).
После повторного переворачивания заготовки на мастике выдавливают с обратной стороны рельеф переднего оленя
Рис. 200. Чеканный набалдашник трости, фрагмент (китайской рабо-боты, из коллекции Э. Бреполя)
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 с 1 ороны 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, коюрые прн пос юдующей обработке снова вдавливались обратно (рис 198, д).
Чеканка несессера. Для чеканного дорожного несессера подготовляют обечайку, наружный размер которой соответствует самым высоким возвышениям орнамента, н заполняют ее мастикой. Вся работа по нанесению рельефа будет выполняться с лицевой стороны, так как с изнаночной стороны пользоваться чеканом невозможно.
Ход работы. Сначала насекают контуры рисунка Вокруг де талей орнамента металл осаживают для того, чтобы их потом было легче обрабатывать Чеканами со скругленными головками выколачивают выемки и канелюры в во-нотах, 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, выравниванию н выглаживанию листа
Рис. 202. Современная маска
Рис. 201 Выколотка местной выпуклости посредством изогнутого чекана
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 заготовке 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 иод 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 маскн и прилежащих участков. Поля между насеченными линиями формуют порушпиками и моделирующими чеканами, придавая им пластическую связность. В процессе чеканки контурного обрамления пастн дракона: губ, зубов, языка и т. п. стараются так сместить
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 пасечными и фигурными чеканами придают маске ее демоническое выражение.
Изготовление декоративной маски. В современной маске бросается в глаза то, что по ерввнению 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 иоса. После посадки на мастику обратной стороной осаживают вглубь т латные 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 детапи. Листочки оттягиваю! 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 изготов ляют комбинированием чеканочных и гибочных операций. Подготовленные таким образом детали припаиваюг к основе, создавая впечатление ритмичного движения цветов и растений орнамента броши.
ГЛАВА 16
ТРАВЛЕНИЕ
48. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сущность технологического процесса изготовления ювелирных изделий методом травления состоит в том, что металлическую пластину местами покрывают кислотостойким лаком и
Рис. 204. Схемя процесса художественного травления:
f _ травильная жидкость; 2 — слой лака: 3 — изделие; 4 — корпус ванны
опускают в травильную ванну, где открытые участки пластины подвергаются воздействию травителя, блаюдаря чему на пластине создается углубленный рисунок (рис. 204). Процесс травления
можно сравнительно легко изучить и освоить. Несложная технология травления привела в прошлом веке к появлению большого количества изделий, отличавшихся невысоким художественным BKVCOM-
Работу, выполненную вытравливанием орнамента на бокале, изображенном на рис. 205, следует считать образцовой, вполне соответствующей данному материалу. При трав Ленин следует
Рнс. 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 н затем покрыть ее лаком, то ои распределится по всей поверхности пластинки ровным тонким слоем. При травлении очень важно, чтобы слой покрытия вмел повсюду одинаковую толщину и плотность. Если лак не полностью покроет металл, то поверхность будет подвергаться воздействию кислоты; при слиш
ком толстом слое лака он будет выкрашиваться и отслаиваться при нанесении рисунка мглой, и получить линии одинаковой толщины в этом случае невозможно. Теплый, только что нанесенный на поверхность металла лак рекомендуется распределить по нем мягкой кожей.
Нанесение рисунка. От типа рисунка зависит форма инструмента: для нане
Таблица 18
Составы покровных лаков
Материалы Составы в весовых частях
J П Ш
Белый воск 2 Б IC
Мастика 2 — 5
Битум 1 4 4
Канифоль — 2 2
сения нежного рисунка тонкими линиями применяют острую чертилку; для проведения более грубых линий н 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 и а чистую металлическую поверхность. Посредством шабера и чертилки рисунок, выполненный кистью, ретушируют или же добавляют мелкие уточнения.
49. ТРАВИЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ
При травлении металл доджей медленно растворяться в травителе. В большинстве случаев в качестве травителей применяются разбавленные кислоты.
Если металл растворяется слишком быстро, го могут обнаружиться следующие недостатки:
1) невозможность надежного контроля за глубиной травления;
2) проникновение кислоты под лак, вследствие чего линии рисунка утрачивают свой четкий контур;
3) 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-Фел ьдвегом Составы разбавленных травильных растворов.
Составы разбавленных травильных растворов
Материал изделия Основы травильного раствора Количество частей разбавителя (днетил лнроваяноЯ воды)
Ав Разбавленная царская водка —
Fe, сталь Азотная кислота, 1 часть 6 частей
Ag, Си, латунь » > 1 » 3 части
Sn * > 1 > 4 >
Си, латунь, бронза Хлорид железа, 400 г (концентрированный раствор действует медленнее, чем разбавленным) 1 л
А! 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 травления. Если онн 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 образец 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, го 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
50. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
В предыдущих разделах рассматривались в основном ручные методы обработки метал ia 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 нз 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.
Тиснеиис (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 нз 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. Эго 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 — м атриц ы—остается гладкой. В большинстве случаев при тиснеини деталей столовых приборов применяются штампы двустороннего тиснения, причем рисунки
со стороны пуансона н матрицы» как правило, разные (рис. 206, а). Образующийся при тиснении облой (рнс. 206, б), вытесняемый в зазор между штампами, срезается затем кольцевой матрицей, наносящей одновременно рисунок на боковой поясок изделия, например монеты.
Деформация материала при тисненнн. Перед тиснением заготовка (литая, штампованная нлн вырезанная) подвергается термической обработке. Выступающие части пуансона и матрицы внедряются в материал, уплотняют структуру и выдавливают металл в стороны. Перемещаемые частицы металла заполняют
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 выемкн пуансона н матрицы. Подобным же образом смещается материал н под давлением рабочей поверхности бойка молотка (см. рис. 117). Чем глубже проникает пуансон в заготовку, тем большая часть ее будет деформирована н 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 н пуансоном. Следствием этого является образование облоя вокруг контуров рабочих полостей штампов. Это явление
в большинстве случаев необходимо, так как оно исключает соударение пуансона и матрицы. Форма полости штампа должна быть такой, чтобы все ее части могли заполняться еще раньше, чем достигается предел прочности материала. Переходы между выпуклыми и углубленными полостями гравюры штампа не должны быть слишком резкими, с тем чтобы материал мог беспрепятственно нх заполнять.
52. 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 н форма нх должны быть согласованы так, чтобы металлический лист как можно точнее прилегал к ним. Еслн онн местами слишком плотно соприкасаются, то лист будет смят нлн даже срезан, а еслн в отдельных местах расстояние будет слишком велико, то правильного формообразования не происходит и образуются с к л а д к н (рис. 207). 222
Рис. 207. Схема формовки: с — металлическая пластана 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
Рабочие поверхности штампа должны иметь высокий класс чистоты, чтобы металлнческнй лист мог скользить по ним с наименьшим трением.
Формообразование при штамповке. Почти в каждом случае штамповка в формовочных штампах совмещается с вырубкой изделии нлн заготовок. Процессы деформации, которые при этом происходят, соответствуют процессам, происходящим прн выколотке н 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. Еслн при этом в наружных зонах
уже достгнут предел текучести материала, то это приводит к образованию складок, особенно если между матрицей н пуансоном оставлен чрезмерно большой промежуток, млн даже к разрыву листа.
Чтобы избежать указанных последствий перенапряжения материала, следует при проектированнн н изготовлении штампа учитывать пластичность металла, имея в виду, что:
1) острые выступы и уступы штампа не допустимы, так как онн требуют от материала весьма высокой пластичности, в противном случае материал в этих местах будет срезаться;
2) 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;
3) при формовке лист деформируется быстро, сильным ударом, в то время как тнененне протекает прн медленном, плавном течении метал ла-
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
53. ВЫРУБКА
Вырубные штампы. Простейший вырубной пуансон представляет собой гладкий стержень, торен которого плоско-сошлифован; матрица вырубного штампа имеет отверстие с вертикальными стенками, соотьетствующее контуру штампуемого изделия Поэтому угол резания и угол заострения равны 90°, а передний и задний углы резания отсутствуют, т. е. равны 0° (рнс. 208, а). При заточке торца пуансона по вогнутой поверхности получается более выгодный угол резания (рис. 208, 6); 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-шлифованин рабочей поверхности затупившейся мэтр ИЦЫ-
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 мат
рицы. Отделение материала происходит между режущими кромками пуансона н отверстия вырубной матрицы. От состояния этих кромок зависит качество вырубки. Если онн 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.
54. ГЛУБОКАЯ ВЫТЯЖКА
Вытяжные штампы. Такие штампы обычно состоят нз трех частей: пуансона, вытяжной матрицы и склад-кодержателя (прижимного кольца) Пуансон давнт на кружок нз листового материала и втягивает его в матрицу. Одновременно прижимное кольцо должно давить на листовой материал вокруг пуансона, препятствуя образованию складок. Только прн неглубокой вытяжке можно обойтись одной операцией и одним комплектом штампов; чаще всего изделие штампуется sa 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 н 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 лнстовой заготовки, рассмотренную прн выколотке (см. рис. 186, с). При этом вследствие вытягивания структуры металл ослабляется в направлении толщины листа. Прн дальнейшем двнженни пуансона листовая заготовка начинает скользить нз 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 н пуансоном, обжимаясь в нем. Чем дальше продвигается процесс вытяжкн, 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 н матрицей, куда втягиваются дополнительные объемы избыточного металла нз-пол прижимного кольца.
В результате толщина листовой заготовки, первоначально уменьшавшаяся в тех местах, где начиналась деформация прн вытяжке (аналогично процессу выколотки чеканом на трайб-китте), начинает благодаря деформации сжатия увеличиваться, причем особенно заметно во внешних золах получаемого пзделия.
Для снижения этого сильного перенапряжения материала н облегчения процесса деформации прн вытяжке необходимо закруглять по возможности большими радиусами рабочие кромки пуансона н матрицы, применять несколько большие, чем толщина нсходиого материала зазоры между пуансоном н матрицей, использовать давления прижима достаточные, чтобы сохранять поверхность вытягиваемого изделия гладкой, ио не чрезмерные, чтобы дополнительно не перегружать металл. Прн глубокой вытяжке за одиу операцию металл получает значительный наклеп, сопровождаемый потерей плвстнчиостн, в результате чего может произойти разрушение материала, поэтому необходимо разделение процесса глубокой вытяжкн 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 (рнс. 209, а}. Складкодержатель имеет плоскую поверхность прижима. При дальнейших вытяжках диаметр пуансона должен составлять 0,8 от диаметра пуансона
предыдущей операции. Таким путем вытягиваемый сосуд после каждой операции становию! выше и тоньше. Постепенно, если это требуегся, уменьшают закругленные кромки пуансона, пока они не станут почти прямоугольными.
Рис. 209, Схема глубокой вытяжки: а — первая операция; б — вторая операция; в — третья операция
1 пуансон; 2 «— прижим (складксщсрнсатель): 5 — матрица
Рис. 210. Схема падающего молотка
На рнс. 209, би в изображены складкодержатели другого типа, которые должны подходить по форме н 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 соображения мн:
1) характером работы, которая должна выполняться;
2) потребными для установки штампов площадями стола н ползуна;
3) необходимой для выполнения штамповочных операций мощностью пресса и его габаритными размерами;
4) количеством изготовляемых изделий н производительностью пресса.
Падающий молот. Хотя это устройство (рнс. 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 подвешена
на блоке и падает под собственным весом, скользя по направля ющим 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 ннжнему. У прессов других тнпов эти недостатки исключены.
Пресс с педальным управлением. Хотя этот пресс рассчитан иа небольшое давление, но он нмеет следующие преимущества:
1) при работе обе руки остаются свободными;
Рис. 211. Схема педального пресса с ножным приводом
Рнс. 212. Маятниковый педальный пресс (усилие пресса 4 тс, ход ползуна 70 мм, высота пресса 1300 мм)
2) жесткое направление ползуна обеспечивает высокую точность штамповки;
3) 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 н за счет использования действия углового двухплечего рычага, длинное плечо которого прижимается ногой вниз. Сила нажнма ногн передается затем на короткое плечо рычага и далее
на ползун. Под собственным весом разгруженная ножная педаль падает вперед н поднимает ползун вверх (рис. 211 и 212).
Ручной винтовой пресс. В этом прессе также используется принцип рычага. Ручной рычаг, скомбинированный с маховнком, вращаетси н действует как плечо силы. На шпинделе с резьбой.
ввинчивающемся в гайку, расположенную в поперечине станины пресса, укреплен внизу посредством подпятника ползун. Благодаря большому передаточному отношению между маховиком и винтом при небольшой затрате мускульной энергии
Рис. 213. Схема ручного винтового пресса
Рис. 214 Двухстоечный ручной винтовой пресс (усилие пресса 215 тс, ход ползуна 250 мм, высота пресса 2150 мм)
в штампах создается значительное давление Ползун движется в надежных направляющих, выполненных в виде ласточкина хвоста (рис. 213 и 214). Легко заметить, что ручные винтовые прессы ограничены как в отношении нх мощности, так и производительности; они применяются на небольших предприятиях для штамповки деталей средних размеров. Прессы с педальным управлением прн нзготовлеинн мелких деталей обеспечивают значительно более высокую производительность.
Фрнкциоиный винтовой пресс. Во всех до сих пор описанных моделях для приведения пресса в действие использовалась мускульная сила человека. Последующ не типы прессов приводятся 228
в 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 н с к к. С помощью рычажного устройства этот ван можно смещать в сторону, н тогда вертикальные диски
будут попеременно справа или слева прижиматься к маховнку, покрытому кожей, который при этом будет вращаться в ту или другую сторону и через ходовой винт соответственно поднимать или опускать ползун (рис. 215 н 216)
Рис. 215. схема фрикционного винтового пресса
Рис. 216. Двухстоечный фрикционный винтовой пресс (усилие пре 63 тс, ход ползуна 224 мм, высота пресса 2800 мм)
Особенности фрикционного винтового пресса заключаются в том, что ои работает довольно медленно, но с его помощью можно достичь относительно высокого давления; скорость движения ползуна пресса неравномерна: с увеличением расстояния маховнка 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 (рнс. 217) движение от электродвигателя передается маховику, насаженному на эксцентриковый вал. Эксцентрик сообщает движение шатуну, я последний ползуну, поднимающемуся вверх и опускающемуся вниз в направляющих станины.
Рис. 217. Схема эксцентрикового пресса
Рис 218. Одностоечный эксцентриковый пресс; кожух ползуна открыт (усилие пресса 16 тс, ход ползуна 4—60 мм, высота пресса 1700 мм, количество ходов в минуту (НО)
Особенности конструкции пресса заключаются в том, что:
1) пресс работает очень быстро, так как каждому обороту’ вала соответствует один рабочий ход ползуна,
2) ход ползуна относится ьнс невелик;
3) сила давления пресса недостаточна для обработки крупных деталей.
Эксцентриковые прессы часто применяют в тех случаях, когда за короткое время необходимо отштамповать илн вырубить большое количество мелких деталей.
Одностоечный эксцентриковый пресс имеет то преимущество, что он \добей 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 н двусторонним расположением эксцентриков.. Доступ к столу у ннх открыт только с двух сторон, так как по бокам на-х ятся стойки станины. До какой степени усовершенствования доведена конструкция эксцентрикового пресса, видно и рис. 219,
Рис. 219. Штамповочный автомат (усилие пресса 2,5 тс. ход ползуна С мм, высота пресса 1300 мм. количество ходов в минуту 1250)
на котором изображен штамповочный автомат с направляющими колонками. Приводной механизм находится вннзу. 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 авто матическн подается валкамн в рабочую зону пресса.
Гидравлический пресс. У i итравлического пресса (рнс. 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. Прн 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
иа: эдо = 0,1 см. Таким образом, поперечное сечение поршня н высота его подъема находятся в обратно пропорциональной зависимости.
Прн обратном ходе поршня 2 клапан 7 закрывается н положение поршня пресса остаеася без изменений. В то же время клапан 5 открывается и жидкость нз резервуара 4 поступает в цилиндр
Рис. 220. Схема действия гидравлического гресса
Рис. 221. Одностоечный гидравлический пресс
поршня насоса. Прн нажатии ручки вниз цикл 'повторяется. Если же необходимо вернуть поршень 6 в исходное положение, открывают вентиль 5 н жидкость устремляется вниз, в резервуар.
В основе работы гидравлического одностоечного гресса с электроприводом, изображенного на рнс. 221, лежит тот же принцип, но конструкция его несколько сложнее. Для данного пресса характерно, что при относительно низком давлении жидкости достигается большое усилие прессования, причем это усилие допускает плавную регулировку7, но прн необходимости можно опустить ползун с большой скоростью- Высота подъема ползуна пресса большая, а одностоечная конструкция станины обеспечивает возможность свободного доступа к его столу с трех сторон.
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ТЕХНОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
ГЛАВА 18
ПАЙКА
56. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Пайкой называют процесс соединения металлических деталей, находящихся в твердом состоянии, посредством расплавленного связующего металла илн 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 прн застывании получается прочное соединение деталей.
Химикаты, применяемые при панке для облегчения соединения металлов и способствующие удалению окнслов нз 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, прн которой они выполняют свои функции.
Работы, проводимые при температуре, меньшей чем 450° С, относятся к пайке м я г к н м н и р и п о я м н, а выполняемые при температурах выше 450—650э С — к пайке твердыми припоями.
57. ПРИПОИ
Из основных определений рассматриваемого процесса становятся ясными главные задачи пайки, а также условия, необходимые ня выполнения этих <адач.
1. 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 низкоплавкне — мягкими припоями.
Разница температур плавления припоя и основного металла должна быть не менее 50° С. При изготовлении филигранных изделий опасность местного перегрева настолько велнка, что указанная разница между температурами плавления должна быть значительно больше 50° С.
Рис. 222. Структура паяного шва:
1 *— основной ыетвлл; 2 — припой; И — зона диффузии припоя;
9 — зона диффузии основного мегалла
2. Жндкнн припой должен хорошо растекаться по спаиваемому металлу.
Иногда ювелиры во время пайки наблюдают следующие явления: припой во время пайки превращается в шарнк вместо того, чтобы распределиться по всему месту пайкн н 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 окнслов н загрязнений на поверхности прнпоя или детали.
Поверхность металлических легален всегда имеет мнкроне-ровности, не видимые невооруженным глазом, которые образованы следами предшествующей обработки, например шлифования, н выступами конечных плоскостей кристаллической решетки, напоминающими прн сильном увеличении скалистый ландшафт с острыми вершинами.
Прнпон в расплавленном состоянии должен заполнить все »тн неровности, растворив особенно далеко выступающие части. 234
3. Соединение припоя с основным метал* и о м должно быть долговечным
Прочность н долговечность паяного соединения зависит от способности припоя смачивать основной металл н от сродства припоя и основного металла.
В процессе панки происходит диффузия расплавленного припоя в нагретый основной металл. При продолжительном нагреве нлн прн последующем отжиге после пайки диффузия значительно повышается. Таким образом получается структура, которая схематически изображена на рис. 222. Прнпой имеет первоначальную
Рис. 223. Диаграмма состояния системы Sn—Pb
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. Прнпой 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 прнпон являются сплавами системы олово—свинец. Диаграмма состояния, изображенная на рнс. 223, чрезвычайно похожа на известную диаграмму системы серебро—медь (см рис. 16, о) Прн температуре 183,3° С образуется эвтектика, содержащая 61,9% олова. Для улучшения свойств припоев к олову и свинцу добавляются незнач тельные 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 кадмня. Рабочая температура этого припоя равна 61' С, т. е. он может i>i ai-ип ься ;аже в горячей воде.
Таблица 20
Слетав и свойства важнейших мягких припоев (третников)
% Температура Уд. вес. -'сы*
St! Th F ru j- j-4 M Pb солидуса ЛНКВН дуса
f С ч 0,05 0.1 Остаток 270 305 10,8
25 l.f 0,1 > 183 257 9.8
30 2.0 0Г4 0.12 • 183 249 94
33 2,2 H ' 0 14 » 143 242 95
40 2,7 0.i* 0.16 » 183 223 9.3
50 3.3 0 0.9 0,18 » 183 200 8,8
55 • 0.1 0.2 183 183 8.6
60 3.2 o.l 0,2 » 183 185 8.5
90 I 3 0.1 0.2 » 183 219 7,5
Основные данные по составу и свойствам мягких припоев приведены в табл. 20.
Твердые припои Прн изложении материала по благородным сплавам рассматриваюсь влияние присадочных металлов на структуру и свойства эгмх сплавов. На основе проведенных исследований указывалось, что наиболее подходящими присадками для снижения температурного интервала плавления сплавов на основе золота и серебра являются цинк н кадмий Фактически большинство твердых припоев для благородных сплавов легируется этими же присадками.
Составы и свойства припоев для пайки сплавов на основе серебра и золота приведены в табл. 21 и 22.
Таблица 21
Припои для сплавов серебра и их свойства
щ м» VMia.ntr "ГРИМ Ггя1ер тонне се"гбра JOuO/coo Рабочая тем-" Mfilh* Применение
6501 Очеив твердый 650 760
6502 Гее цый 650 740 Для пайки
‘503 Q «дний 650 720 сплавов
504 Чя1 КИЙ 650 700 серебра
5405 Очень мягкий 540 670
LAv 83 483ДИН171 » iMfJUH 830 830 Для пайки чистого серебра
23b
Таблица 22
Пригон для сплавов золота н мх свойства
М«р- рн-И»*> Хрт>янт
PLI I вердый
VVLI
1005 'рсДПИЙ
1004 Мягкий
1451 Bi -кот и । ый
1452 Грррдый
1453 Средний
1454 Mm кий
851 Твердый
852 Средний
853 Мягкий
держание з че или платины юоол„# Рабоч температура
лзз Аи 60 Pd 220 Pt 920
*»ъ0 Au 100 Pd 420
750 All 820
750 A RIO J
185 Au 650
585 Au 820
585 Au 775
585 Au 760
333 Au 790 i
333 Au 760
333 Au 740 J
Применение
Для пайки платины и ее сплавов
При noh для сплавов белого золота
Для найкн сплавов золота 750 пробы
Для пайки сплавов золота 585 пробы
Дня пайки сплавов золота 333 пробы
58 ФЛЮСЫ
Действие флюсов. Прн нагреве на поверхности большинства металлов образуются пленки окислов. Хотя переч 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:
1) растворить имеющиеся остатки окнслов;
2) защитить места пайкн и припой от окисления посредством глязуревндного покрытия;
3) способствовать повышению жидкотекучести припоя.
Чтобы решить эти задачи, флюсующне средства обязаны удовлетворять следующим требованиям.
1 Рабочая температура прнпоя и температура действия флюсов должны быть согласованы между собой.
Температура, прн которой флюс растворяет окислы, должна быть несколько ниже, чем рабочая температура пайки. Кроме того, скорость реакция, т. е. темп растворения окислов должен быть выше, чем скорость пайки. Пайка должна проводиться достаточно быстро, чтобы помешать появлению новых окислов.
2 Флюсы должны иметь возможно низкую вязкость н умеренное поверх постное натяжение.
От вязкости флюса зависит его подвижность. Вязкость должна быть достаточно низкой, чтобы не препятствовать растеканию прнпоя, но, с другой стороны, опа должна быть и достаточно велика, чтобы флюс, как единый защитный слой, надежно покрывал припой и место пайки. Ясно, что материал, который, обладая высоким поверхностным натяжением как ртуть, скатывается в шарики, непригоден в качестве флюса. Хороший флюс должен иметь низкое поверхностное натяжение, чтобы он мог в расплавленном
состояннн хорошо смочить и покрыть поверхность основного металла.
3. Флюсующие средства должны по костью ошлаковывать загрязнения н отводить нх нз зоны пайки. Недостаточно, если флюс только растворяет остатки окнслов, он должен также удалять продукты растворения от места пайки. В противном случае вязкий слой шлака будет снижать подвижность прнпоя и препятсгвовать активному действию новых порций флюсующих материалов на поверхность металла.
Флюсы для мягких припоев. Пол этими флюсами имеются в виду все те флюсы, температура действия которых достаточно низкая, чтобы применять их
Рис. 224. Фрагмент диаграммы состояния системы ZnCI«—NH/3
при использовании мягких припоев.
Хлористый цинк — ZnCl2. Этот флюс представляет собой белую соль, легко растворимую в воде Она гигроскопична п при температуре, равной 283° С, превращается в жидкотекучую массу. Прн взаимодействия флюса с водой (для этого достаточно влажности воздуха) образуется хлористый водород
ZnCl2 4- HSO — ZnO -J- 2HC1.
Полученный газ растворяет окнслы в месте пайкн и превращает их в хлориды по реакции
2НС1 4-СиО —СпС12 4-Н2О.
Плавящийся хлористый цник должен быть также в состоянии поглотить окись цинка н хлориды, образовавшиеся из окислов металлов. Остатки этого флюса могут вызывать коррозию металлов н поэтому должны удаляться тщательной промывкой после пайкн.
Нашатырь {хлористый аммоний) — NH4C1. Нашатырь—это белая растворимая в воде соль,- которая применяется вместе с хлористым цинком в виде жидкого флюса.
Паяльная жидкость. Самый простой способ изготовления паяльной жидкости заключается в растворении отходов листового цинка в солянок кислоте до насыщения
2HCI 4- Zn — ZnCl2 4- H2f.
Насыщенный раствор разбавляется водой в отношении 111.
Температура действия паяльной жидкости, одиако, соответствует точке плавления солн (ZnCl2), равной 283° С Как показывает рис. 224, добавлением хлористого аммоння достигается значительное понижение температуры плавления флюса, которое можно регулировать соотношением обоих компонентов флюса. При содержании хлористого аммоння 28% и хлористого цинка 72% достигается минимум температуры плавлеиня, равный 180° С. Благодаря соединению этих солей при высоких температурах происходит отделение газа — хлористого водорода с образованием, кроме того, аммониевых хлоридов цинка Zn(NHs)fiCla и Zn(NHs)Clz, которые еще больше способствуют процессу панки
ZnCl2 + NH/21 — Zn(NHs) Cls 4- HCi
Практически изготовление такой жидкости для пайки происходит так, что обе соли берутся в нужном соотношении и растворяются в воде. Применение этого жидкого флюса для пайкн благородных металлов нежелательно по указанным выше соображениям для хлористого цинка.
Канифоль — С20НвоО2. Она добывается нз смолы хвойных деревьев и представляет собой мягкую желтую смолу, которая плавится в зависимости от состава прн температурах 100—200е С. В противоположность до снх пор рассмотренным флюсам каинфоль совершенно безвредна прн пайке благородных металлов. Она растворяет имеющиеся скислы в значительно меньшем объеме, чем паяльная жидкость. Применяется только после основательной зачистки мест пайкн н прн высокой скорости последней.
Флюсы для твердых припоев. К ним относятся химикаты, используемые в качестве флюсующих материалов прн пайке твердыми припоями.
Борная кислота и бура. Бура — это классический флюа ювелира данной категории.
Борную кислоту ювелир при пайке применяет тогда, когда полированная вещь должна сохранить свой блеск, несмотря на панку, н когда нужно полностью избежать окисления ее поверхности.
Борная кислота и бура образуют прн нагревании расплав в виде глазури, который во время пайки распадается с образованием трехокнсн бора — B2OS. Трехокнсь бора реагирует с окнс-лами металлов с образованием солен борной кислоты, например:
СиО 4- ВЕО3 —* Си(ВО2)Е.
В борной кислоте прн температурах ниже 900° С этн продукты растворения, как это схематически показано на рнс. 225, с, осаждаются в виде плотного слоя на поверхности металла. Благодаря этому поверхность получает защитный слой, но зато новые частицы трехокнси бора не смогут теперь попасть к месту пайки, где образовались скислы. Только тогда, когда температура
становится выше 900° С, жидкотекучесть флюса повышается и полученные бораты могут вновь соединяться с трехокисыо бора (рис. 225, б).
Бура распадается при переходе точки плавления на трехокись бора и метаборат натрия. Трехокнсь бора растворяет окис л ы и загрязнения металла, как это описано при действии борной кислоты, образуя метабораты. Вновь образованные метабораты
а) 6} 6)
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 н 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 скислы 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:
1) прочность соединения при пайке оловом меньше, чем при пайке твердым припоем;
2) после пайки оловом невозможно производить в дальнейшем пайку твердым припоем, потому что оловянный припой при сокой температуре сильно окисляется и разъедает основной металл;
3) при попадании остатков оловянного припоя в шихту для переплава благородных металлов весь получаемый сплав становится хрупким и практически бесполезиым.
Учитывая изложенное, не следует ни в коем случае хранить вместе оловянный припой с благородными металлами и инструментом, предназначенным для их обработки.
Поэтому необходимо:
1) все шаберы, напильники, а также вспомогательные инструменты н средства, необходимые для паяния, хранить в особом ящике;
2) прежде, чем начать работать с оловянным припоем, нужно освободить рабочее место
Рис. 226. Пр и мер ы увеличения поверхности спая при пайке мягким припоем
3) отдельно хранить металлические опилки и отходы, содержащие оловянный припой; никогда не держать их вместе с 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 трехграниым шабером отовсюду, где должна происходить пайка. При этом надо следить, чтобы не останалось заусенцев и остатков старого припоя Можно успешно применять и другие механические или химические методы очистки: травление или очистку проволочной щеткой, обработку стеклянной щегкой, напильником, наждаком, фрезами н т. д. Чем чище соединяемые поверхности, тем выше качество пайки.
Пригонка. Спаиваемые части располагаются друг перед другом. Расстояние между ними должно быть незначительным, по с другой стороны, должно еще оставвться достаточно места для припоя. Если иа готовом изделии должна быть смонтирована на оловян-но припое оправа или ободок, то нужно позаботиться о том, чтобы на украшении заранее была припаяна твердым припоем точно пригнанная внутренняя иля наружная рамка (рис. 226, о),
к которой н 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 иа 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 частя 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 кольцв, затем насаживают иа 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 укрвшения, например пластинки с эмалью, посредством штифтов, которые припаиваются твердым припоем, н в таком виде все чвсти украшении отделываются вплоть до полировки. В этом случае продевают штифты, имеющие несколько большую длину чем нужно, сквозь точно подогнанные отверстия основания (рис. 226, 0). Затем надевают иа штифты маленькие колечки, согнутые из четырехгранной проволоки, и накрепко припаивают их оловянным припоем к основанию украшения и нижней части штифтов. В заключение отпиливают концы штифтов и полон отделочной полу шаровой фрезой (см. рис. 176, д) обрабатывают из колечка и основания штифта сферическую головку, подобную заклепочной.
Фиксация деталей при пайке. Иногда достаточно, если отдель ные детали, расположенные иа подкладке для пайки — асбестовом листе или куске древесного угля, устанавливаются вместе или надвигаются одна иа другую, а затем спаиваются В других случаях детали удерживают обычными круглогубцами или особой цангой для пайки. Преимущество последнего способа заключвется н том, что предмет свободно удерживается рукой и надобность в подкладквх отпадает. Можно применять также для удерживания соединяемых деталей зажимы, пришпиливание булавками, свя-вывание проволокой н 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 (рнс. 227) припой берут острием горя iero паяльника и переносят иа место пайки. 7ля этого сначала проводят ребром горячего паяльника несколько раз по куску
нашатыря, пока оно не заблестит, а затем надавливают острием паяльника на коней прутка припоя, тогда небольшое количество припоя расплавляется и остается на паяльнике. В процессе пайки нужно обращать внимание иа то, чтобы паяльник был достаточно горячим н иа его острие находилось бы достаточное количество олова.
Острием паяльника проходят по стыку; прн 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 жпцкотекучем состоянии теплом. непрерывно подводимым паяль-
Рис. 227. Пайка мягким припоем с помощью электрического паяльника
ником, и затекает встык. Если зазор велик и количество припоя иа 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 нз 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 ие оставалось ненужного остатка.
В зависимости от вида изделия н особенностей шва применяют тот или иной хараитер пламени. Так как пайка оловянными припоями не требует высокой температуры, то ее можно вы'и.чмгь быстро газовым паяльным пистолетом Короткое
острое пламя применяют в тех случаях, когда надо быстро выполнить небольшую панку и избежать нагрева расположенных близко камнем.
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, иди 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 ои положит столько припоя, сколько нужно, чтобы заполнить зазор, и умелым направлением пламени горелки он 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 металлон, изделие ие 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 мегод требует проведения подготовительных опервний в большом объеме, основательных знаний и наличия определенного опыта работы
Очистка. Все, что сказано о подготовке поверхности к пайке мягким припоем, относится целиком н полностью и к пайке твердым припоем Необходима абсолютная чистота того места, где будет производиться пайка. Плохо влияют на пайку ювелирных изделий ие только пленки окислов, но и остатки жира или смазки. То н другое до окно бьль тщательно удалено.
Пригонка. 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 палии я 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, спвиииого твердым припоем, не нужно так увеличиввть 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 (рнс. 228, а), несколько увеличивая поверхность швв.
Вместо того, чтобы просто ставить проволоку торцом для припаивания ее к пластинке основания, следует увеличить площадь соединяемых поверхностей изгибом конца проволоки в виде ступни. Можно также просверлить пластинку, вставить в отверстие конец проволоки и запаять твердым припоем (рве. 228, б).
Если нужно закрепить на основании ободковую оправу вместе е припаянной к ней опорой для камня, то целесообразно, как зто показано на рис. 228, в, 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 даух чветей 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 пей эти части с обеих сторон, а выступающие участки плвстники отпилить (рис. 228, г).
Если такие изделия, как плоские шипки колец или сломанные ручки ложек, вьщерживвющие 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 про опять ее вместе со стыком.
Часто бывает нужно вставить в шинку кольца кусочек металла дли увеличения диаметра кольца или замены поврежденного места Чтобы во время пайкн эта вставка была надежно укреплена и для обеспечения возможно большем прочности, ей так же, как и соединяемым концам шинки, придают опиловкой форму ласточкиного хвоста, затем вставляют ее в паз и припаивают (рис. 228, г).
а)
Непрабильнп
Правильно
а)
О
Рис. 228. Примори у личсння (юверл* эсти спая при пайке твердым нрш т м
Установка шинки иа вновь изготовленное кольцо бывает часто очень трудной, так как ао время пайки она плохо держится на головке кольца (касте) я сдвигается, в то время как припой течет прямо, что вызывает неприятные последствия. Для их преду преждения следует рекомендовать простое и пригодное почти во всех случаях средство: выпилить на концах шинки ступень».*. Этого дос 1 а точно, чюбы во время пайки надежно удержиьди» 246
шинку на касте (рис. 228, ж) В заключение следует упомянуть основное правило для хорошо продуманной пригонки: всегда следует переносить швы с наружной лицевой стороны иа 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 иа 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 ие 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 с 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 ие рекомендуется укладывать ее на уголь, так как следует учесть, что эти спаиввемые части будут перегреты; при этом припой будет вытекать, не спаивая проволочки с основным металле»! В таких случаях следует пользоваться универсальной подставкой для отжига (см. рис. 10.9)
Связывание проволокой. Связывание — это вспомогательный прием фиксации деталей при пайке, требующий часто длительного времени, поэтому следует «граничить применение этого метода и заменить его пришпиливанием буланками 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:
1) стальная проволока при нагревании расширяется значительно меньше, чем связанные ею детали из благородных металлов;
2) при пайке железная окалина может восстановиться, что приведет к диффузии железа в металл соединяемых деталей и к прочной припайке проволоки к ним;
3) при местном перегреве стальная проволока подвергается пережогу и может полностью перегореть, тогда действие связки преждевременно прекращается.
Отсюда вытекают с дующие рекомендации Соединительные проволоки должны быть тоньше, чем толщина стеиок 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 прн ее натяжении. При связывании более крупных деталей давление под местами наложения проволоки на деталь распределяют, подсовывая под нее небольшие стальные полоски.
Рис. 229. Примеры правильной обвязки деталей проволокой перед пайкой
Проволока должна не полностью обматывать деталь, а так, как показано на рис. 229, о, 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, «).
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 тосле пайки выпиливают внутреннее отверстие. Для предосторожности нужно вокруг припаянной царги заранее намотать проволоку, которая должна помешать смещению стыка деталей.
В особых случаях, когда пет других возможностей фиксации частей изделия, можно просверлить и связать эти части проволоками из того же материала, с которым работают; после спайки изделии 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 в вспомогательные средства во время пайки в уголь или пришпиливать нх к нему буланками.
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 П-образной формы. Затем длинный конец скобки вставляют в уголь, а короткий в просверленное отверстие основания. После чего производят пайку и отрезают штифт до нужной длины.
Если хотят смонтировать крапановую оправу, то целесообразнее перевернуть оправу и вдавить крапани в уголь, чтобы они не деформировались от нагрева при пайке Большую помощь при фиксации деталей иа угле могут
Рис 230. Примеры применения зажимов скобочек (струбцин) при папке
дать булавки, особенно в тех случаях, когда не имеется возможности крепления другими способами. На рис 231 изображены некоторые примеры при меиения булавок. Стер жень 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 силон изогнутых булавок (рис. 231,6). Также с помощью двух изогнутых булавок укреп
Рис. 231. Примеры пришпиливания булавками спаиваемых деталей при установке нх на древ, сном угле
лена трубка, изображенная на рис. 231, в. На рис. 231, г концы двух булавок изогнуты н ниде петель, чтобы прижимать круглую проволоку к кольцу. Вполне пригодны булавки п при паянии цепочек. Ими можно жестко пришпилить отдельные звенья цепи (рис. 231, 6), а тяжелая цепь' не упадет с угля вовремя ремонта, если ее таким способом укрепить двлмя булавками.
Пайки на асбесте. Серийное производство требует такого метода пайки, при котором н кратчайшее нремя можно соединить много отдельных частей. Дли этого непригодно монтирование деталей на небольшом куске древесного угля.
Если соединяемые части можно просто положить на плоскость одну рядом с др> гой 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 ювечир должен составить украшение из различных отдельных детален, то он крепит их в специальных углублениях в асбесте. Последние получаются путем вдавливании готового образца изделия во влажную кашицу из асбестовой муки и пыли древесного угли. Этой кашицей наполняют отбортованный лист или противень, глубиной около 4 см. В углубления вставляютси 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 пайкн из асбестовой муки позволиет 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, адавливая их слегка в пластилин, чтобы они не могли сдаинутьси. На стеклянную плиту ставят рамку (обод) из листовой стали несколько больший ио 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 тех 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 гтвиснт от изделия, которое нужно спаять Если этот слой слишком толст, то потребуется много лишнего тепла для его нагрева Если елся! 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 соеди-
няемых частей, наносят на стыки
Рис. 232. Сборка изделий под пайку в гип совой форме (детали украшения смонтированы на пластилине внутри опоки перед заливкой гипсовой массы)
немного буры и накладывают кусочки припоя- Предварительно медление нагревают сильным п]умящим 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 металличе-
Такими вспомогательными мвтер налами, которые н. жно затем вытравливать, можно многого достигнуть и при сборке пайкой с помощью проволоки-
Если нужно припаять ряд проволочек на равных расстояниях друг от друга, то межд) ними укладывают вспомогательные проволочки и\жиой толщины, связывают все проволочки вместе (рис. 233, в), а затем прочно спаивают их. После вытравливания достигается нужный эффект.
Таким же образом можно спаять 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
ских деталях, растворимых в кислотах. В некоторых трудных случаях неизбежно придется обратиться к нижеописанному методу- В качестве примера рассмотрим сборку пустотелого шара. Едиа 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 прн этом велика опасность, что выпвдут 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. Дли сплавов золота, содержащих свыше 500/000 Ан, применяют мель.
В рассматриваемом случае изготавливвют тонкостенный шар из листового металла, который спаивается затем из двух половин (рис. 233, о) Теперь довольно просто припаять отдельные части обшнвки к шару и одновременно спаять их между собой- Особое внимание надо обратить прн этом на взаимное соединение лепестков шара (рис. 233,6). Когда сборка по всей поверхности закончена, вспомогательный шарнк просверливается в нескольких местах, а затем он вытравливается из спаянной оболочки. Для вытравливания стали применяют соляную кислоту, а для меди — азотную.
Рис. 233. Моне аж 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 шайки г проложенными между ними вспомоги тельными проволочками
Нанесение флюса и припоя. Флюс «флюорон»из белого порошка, рвствореиного в воде, всегда должен находиться в готовом для использования состоянии. Этот раствор целесообразно хранить в бутыли в защищенном от света месте. На рабочем столе ставятся небольшая стеклянная бутылка, наполненная паяльной жидкостью. Жидкий флюс наносят акварельной кисточкой на всю поверхность детали или же последняя окунается во флюороп. Недостаточно покрывать флюсом только место пайки. Твк как флюс флюорон выдерживает от 10 до 20 паек, то можно продолжать пайку по покрытой один раз поверхности и в других местах, ие очищая я 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 камяя, также покрытое флюсом и припаивают его. Если на оправе должны быть припаяны какие-либо детали орнамента, то внов смазывают флюсом только эти детали Имеющаяся на оправе глазурь еще пригодна для осуществления дополйительной припайки деталей украшения.
Абсолютно неправильно, как это практикуется в некоторых мастерских, после каждой пайки промывать в воде, а затем протравливать изделие. Материал стрвдает в этом случае не только потому, что снова приходится очищать я обмазывать его, но кроме того приходится на Готовом золотом изделии удалять зеленый
252
2ГЗ
налет, образовавшийся в результате неправильней 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 флюорои 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 нз мелких деталей.
Подобно тому, как н в случае использования мягкого припои, твердый припой также разрезается из кусочки. Слиток припоя
тонко раскатывают, разрезают на узкие параллельные полоски, от которых отрезают кусочки нужного профиля. Ку сочки должны иметь форму маленьких брусков прямоугольного сечения. Еслн нарезать припой кусочками кубической формы, то при расплавлении они зазор неранномерно Припой <ах из толстостенного фарфора
Рис. 234. Пр а пильная (ь) и неправильная (б) укладка кхсочков припоя в стыках образуют шарики и заполняют хранят отдельно по сортам в чаш>
или в самодельных серебряных чашечках.
При укладке припоя в стыки швов берут поочередно пропитанной флюсом кисточкой кусочки припои из чашки и переносят их на место пайки (рис. 234, с). При этом кусочки припои укладывают иа 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 облегчении зачистки необхо
димо:
1) 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;
2) обращать внимание при пайке проволочек иа 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;
3) укладывать припой таким образом, чтобы остатки его легко можно было бы удалить;
4) располагать припой в тех местах, которые на готовом изделии мало или вообще не видны, т е. на внутренней или обратной сторонах украшении;
5) нвкладывать 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 высокоп текучести, существует только один метод- весь предмет постепенно нагревается мягким пламенем при ранномерном круговом движе. пни горелки (рис. 235). Постепенно пламя делают все острее,
Рис. 235. Пайка твердым лрнпоем
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 иа универсвльнон плнте 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 напрввлеиия движения припоя состоит в том, что изделие там, где оно ие 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 шарнире® или при пайке цепочек можис предотвратить протекание припоя в отверстия путем вмазывания н 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 среде гв, препятствующих пайке.
ГЛАВА 1S
ГРАНУЛЯЦИЯ
61. СУЩНОСТЬ ГРАНУЛЯЦИИ
Грануляция — процесс нанесения рисунка нв 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 эксперимеп i.порам и из-за конкуренции в капиталистических странах они держатси в тайне. С другой стороны, один известный ювелир, специалист по грануляции, сказал примерно следующее: «Когда гранулирование сганет таким простым 256
дечом, чт0 ка>кДы^1 2 подмастерье будет получать без труда рисунки шариками на плите, то техника этого дела превратится в не-эре.уюшую ума игру».
Главная проблема грануляции атронутг здесь для того, чтобы подчеркнуть, что эта технологии являете лишь средством, которое ювелир имеет под руками для реализация 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 онн должны перенести существующие рецепты в свою производственную практику; в конечном итоге все зависит от мастерства ювелира.
Розенберг 1 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 ие оплавятся и превратятся в шарики. После этого еще некоторое время проводится прокаливание шариков н порошке древесного угля, причем температура должна быть только иа 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 нанесении 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 иа пластине основания, причем необходимо проследить, чтобы раствор не скапливался иа пластине около шарика или вокруг него, а был бы только непосредственно под
1 М. Розенберг. История ювелирного искусства. Т. 2. Грануляция Изд-во Келлер, Франкфурт-на-Майне, 1918 г.
2 Патент № 415181.-1934, Англия.
9
Э. Бреполь
257
ним. Для этого шарики, помещенные на основании, покрываю тушью При температуре каления клей превращается в у голе гидроокись кди переходит в окись меди, которая при 850е I восстанавливаетси в металлическую, и медь сплавляет я с золотом образовавшийся таким образом легкоплавкий сплав золото—мед должен обеспечить прочное соединение химическим припое! шариков и основного металла.
Несколько другой метод предлагает Фрей По этому методу* шарики и основной металл сплавляются с небольшим количестве •< меди. Шарики изготавливают в древесном угле, затем прокаливают пластинку основы и шарики, чтобы получить плотную окисную пленку. На пластине шарики укрепляются с помощью флюорона, который при нагреве восстанавливает окись медн до меди.
Таким образом, как и по методу Литтлдейла, получают легкоплавкий сплав золото—медь, который н обеспечивает соединение в месте соприкосновения шарике® 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 грану яяшюнных сплавов должен составлять по меньшей мере 30е С, а возможно даже от 60 до 80е С-
Такнм 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 его большим интервалом плавления непригодно для этой цели.
Литглдейл и Фрей хотят снизить температуру плавления поверхности шарика, оставляя неизменной точку плавления его сердцевины, и для этого прибегают к получению плавящегося прн 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 небольшую частички поглощенного углерода снова выделяются при охлаждении Карбид золота Аи2Ся можно получить с трудом и совершенно невероятно, что он может образоваться путем простого нагревания в пыли древесного утля-
Как полагают все вышеперечисленные авторы, гранулы потому привариваются неповрежденными к основе, что на шариках образуется легкоплавкий поверхностным с юй, который плавится быстрее, чем ядро, а твердое ядро предотвращает растекание
'TfCCKOB. Истории, иску. и 'г'ими гра>»уляиии. Ежепднмк и лира. П^д-во ДиСенер, Штутгарт, I959 г.
парика- На самом дече при гранулировании соединение пронс-д<,р ие столько за счет изменения термических свойств, сколько, bvc.ro, из-за увеличения поверхностного натяжения жидкого г । ига и уменьшения < дачиваемости. От припоя, который должен ,рошо ра гекаться по основному метал чу, требуется наличие роти г сложных свойств: небольшого поверхностного натяжения и хорошей смачиваемости. Однако каждый ювелир но собственному v знает, что таже припой, который характеризуется большей ачйваемостью сохраняется иа месте спайки н виде спекающихся рнкон, е<*ли ие предотвращено окисление поверхности. В этом -включается объяснение методой Литтлдейла и Фрея: окисленный •^дный с юй фактически только увеличивает естественное поверх-
-_ти<» натяжение. Углеродистое покрытие Штангера, таким yir. эм, выполняет роль корки, которая удерживает расплав-leHHbifi металл шарика и препятствует его растеканию. Даже .ли предположить, что внешняя оболочка шариков имеет температуру плавления приблизительно на 50° С ниже, чем ядро, -о в случае если температура достигнет точки плавления ядра, ходпмо, во-первых, добиться такого режима нагрева, чтобы * ipo по возможности дольше оставалось твердым и, во-вторых, с. чп 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 Уигерером 1 Гранулы и основа имеют одинаковую пробу долото 750 пробы или выше). Для изготовлении шариков лист проквтывается как можно тоньше. Его, гак же как и припой, разрезают ив 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 ие сможет сп явиться с другими кусочками. Оплавление шариков и последующее прокаливание нх 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 древесиогЪ утля. Шарики просушиваются, но остаются очерненными На сите гранулы сортируют по величине 2 (Сито готавливают, как правило, ами ювелиры, размещая не-ь о вкл цпых сиг одно над другим, при1» и отверстия их уменьшаются о г одного сита ь другому.)
С помощью разбавленного флюо^ «а шарики прикрепляются к пластине основания, точщина которой должна приблизительно
’Унгер Г шни *, 1943. J. I,
..............л iv го- ия шариков д*« рлгучяции при» py«->.ntiMii юв» тирами ещ1 в IV в. и бш опт и . л нероы 1. И. Ч ••
ДРющ н ко в к 1 ™ >одсгво -»ол< лх и серебряных м -терс
«„«Ний Новгород 1904 г. (Прим, «.дактора).
ч* 85Э
соответствовать диаметру шариков (рис. 236, а). Подготовленную пластину укладывают на универсальную плиту для пайки (см рис. 109) и равномерным нагревом пламени, охватывающим нижнюю сторону пластины, доводят ее до требуемой темпера-
Рис. ZsG Закрепление «ранулировагных 1 шариков на ось- n шн: а — правильрц 1 (шарики одинаковой величины сп цте ы по небольшим соединительным поверхностям как ыежд} собой, гак и с опорной пластинкой порж.ьной толщины), л_____
непра ильно (шарики расплавлены I слишком сильно, промежутки малы, опог пая пластинка основания толстая) в-. I неправильно (шарики имеют различную не тичииу и находягея на разных расстоя- 1 ниях друг от друга, опорная пластшпа
тонкая)
туры, при которой расплавляющиеся частицы металла в точке соприкосновения шариков и основания могут свариться
Секрет грануляции заключается в том чтобы правильно почувствовать момент соединения шариков и п л а с т и и ы. Это достигается
Рчс. 237. еОрянос ожерелье, гранулированное золотыми
шариками
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 нх получается непрочной и шарики выпадают из основы.
260
г потным правом проф. Уигерер в конце своей работы говорит: лтптадение этой прекрасной техникой должно быть достигнуто .moni никому оно не свалится с неба без всяких усилии». ^На рис 237 показано ожерелье, грану тироваииыи золотой орнамент которого контрастирует с зачерненным серебряным фоном-
Г Л 4 В А 20
СБОРКА НА ШТИФТАХ, ЗАКЛЕПКАХ И РЕЗЬБЕ
63. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ШТИФТОВЫХ И ЗАКЛЕПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Рис. 238. Различные виды заклепочных соединений: а — свободное; б — глухое; в — потайное
клепки монтируемые части со-
Основные понятия. Части подвижного шарнира соединяются с помощью штифта. Такое соединение называют штифтовым, а процесс его выполнения — шт ифто ва и и е м.
Если же просверливаются две или более детали, а затем они подвижно скрепляются вместе посредством заклепки, го соединение, которое при этом получают, называют подвижным заклепочным (рис. 238, с), а процесс его выполнения — ПОДВИЖНОЙ или свободной клепкой. Так, например, крышка с корпусом портсигара штифтуется, а рукоятки плоскогубцев и ножниц — склепываются свободно.
Посредством глухой
едиияют неподвижно, например таким образом укрепляют розетку на украшении (рис. 238, 6).
flo 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 внешнем стороны заподлицо с поверхностью листа (рис. 238, в). На рис. 239 показан основной тип заклепочного соединения, выполненный заклепкой с полукруглой ГОЛОВКОЙ.
Подготовка к штифтоваиию и клепке. Перед штифтоваиием 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 штнфта. Для штифта подготавливают кусок круглой проволоки, диаметр которой почти соответствует внутреннему диаметру трубок шарнира. В соответствии с формой отверстия шарнира штифт опиливают слегка иа конус. Он должен точно соответствовать форме
261
отверстия 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
Рнс. 239. Основные части заклепки:
7 — осадочная головка: 2 — стержень: 3 — замыкающая головка
с нх 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 нз описанных ниже способов.
Перед клепкой заготовки вначале просвер лнвают. Если заклепкой должны быть соединены три детали, то сначала просверливают отверстия во внешних деталях, а внутреннюю вводят между ними и размечают иа ней место
для сверления. Далее эту внутреннюю деталь вынимают и просверливают в ней отверстие. Благодаря такой обработке уменьшается возможность взаимного смещения деталей при клепке. Прн 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.
Рнс. 240. Схема подвижного шарнира со штифтом: а — введение конического штифта в шарнир; б — окончательно установленный штифт
Прн изготовлении обычней 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 гвозди льни (представляющей собой толстую стальную полосу с рядом отверстий разных диаметров) и проталкивают его до соприкосновения шарика с поверхностью гвоздильмн, 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 штифта конической формы, а у заклепки ее свободный конец, ^одре потея так, чзобы стержень выступал достаточно далеко хтя юл ч«пия прочной и декоративной головки Затем »аклепка или „итйфт собранного соединения устанавливается вертикально на м,-. тлическую подкладную плиту, причем конический штифт чанавливается на толстый копен- Другой конец расклепывают ,ло г ком. Оба конца штифта обрабатывают попеременно со всех ,орон до тех пор, пока они не приобретут формы полусферической
овки. У подготовленной заклепки ьатывается, естественно, только , биднын конец. Если концы штнф-। । или заклепки расклепываются : трудом, то в этом случае исполь-»у ют в качестве опоры плоский пХансон с глухим полусферическим углублением по форме головки заклепки на торце (поддержку), закрепляемый в тисках, и молоток с клиновидным бойком. В заключе-
ние края головки заклепки (штифта) рнс_ 241. Ковка i «ловки заклеп-плотио придавливают к основному ни иа гвоздильнс
еталлу изделия давилышком (по-
ти ровни ком). Прн качественно выполненной подвижной клепке вращающиеся части должны двигаться свободно, без заеданий, а сама заклепка при этом должна оставаться неподвижной.
Разборка заклепочного соединения. Если штифт или заклепка вставлены правильно, то разборка соединения не представляет трудностей. Полукруглую головку заклепки спиливают с тевой стороны, если головка заклепки потайная, то ее выфрезеровывают, а затем цилиндрическим стальным штифтом, который несколько тоньше, чем заклепка, выдавливают последнюю на правую сторону. Если конический стержень заклепки или штифта таким способом не вынимается, то надо выяснить, ие 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 нм трубки шарнира снаружи, чтобы слегка нх деформировать (вытянуть) и тем самым освободить штифт. В том случае, когда все эти приемы оказываются несостоятельными, следует выегзерлнть 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 со-дииение имеет еще и то преимущество, что в противоположи- сть паяным н к 1епаным оно может легко разъединяться. В ювелирных
изделиях используются обычно очень меткие детали с тончайшей резьбой, и в связи с этим диаметр резьбы 2 мм является уже очень большим.
Метчики и плашки. На винтах и стержнях наружною 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
Рве. 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. Прн нарезании резьбы клуппом можно регулировать усилие резания и глубину получаемой нарезки большим или меньшим зажимом упругих плашек в головке клуппа, прн этом предварительное нарезание выполняют слегка сжатыми плашками, а окончательное — прн плотном сжатии плашек. Резьба в ганках 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 нли легированной стали и подвергаются закалке с отпуском. Инструменты для нарезания наружной и внутренней резьбы изображены на рис. 242.
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
ТЕХНОЛОГИЯ ОТДЕЛОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
ГЛАВА 21
ШЛИФОВАНИЕ И ПОЛИРОВАНИЕ
65. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ И ОСНОВНЫЕ понятия
Шлифование н 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 н т. п., а в том, чтобы придать готовым изделиям определенную чистоту поверхности и точные размеры.
Шлифование служит в основном для получения гладкой поверхности, формоизменение прн 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 иа 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 чействуют на него, как зубья фрезы, и снимают тонкий слой металла, образуя стружки пере мепного сечения. Глубина захвата резания и тем самым качество обрабатываемой поверхности зависят от величины шлифу*«лих зерен. Кроме того, эти зерна выступают из связующе! » веи ства на различную величину, и поэтому глубина мегалта ими
получается неодинаковой
Точно так же, как снимаемые стружки остаются между зубьями напильника, они застревают и в промежутках пористого шлифовального материала до тех пор, пока нм 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 пимн. Только при этом условии будет обеспечена нормальная работа шлифовального крута, так как, если связующее вещество удерживает слишком прочно зат\ пившиеся зерна, то режущая способность круга падает, он «засаливается», не «берет» ж* та л л и, наоборот, если связующее / вещество слишком легко освобож-
f ( дает зерна, то последние будут вы-
I& падать преждевременно, еще будучи
и острыми, и круг очень быстро из-
! носится. Отчасти действие шлифо-' * лй / валыюго круга зависит и от обраба-
* ' • тываемого металла, так как частицы
___________________________ мягкого металла застревают в порах и затрудняют шлифование, в то время Рис. 243. Схема процесса шли- как хрупкие и твердые металлы вы-Ф°вания___________________зывают выкрашивание зерен.
Этот же процесс можно наблюдать и при шлифовании жирным трепелом на войлочном круге. Трепел состоит нз мельчайших крнста.ллов кварца, связанных друг с другом жирным вещесгвом. 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 прн обработке металлической поверхности стальным полпровником.
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 эгом месте увеличиваются тягучесть и пчастичность металла. Теперь микромеров-ностн начинают сдавливаться и стираться, а возвышения - вминаться в соседние углубления поверхности металла. Еще не чо-казаио безупречно, что микрообъемы металла нагреваются при полировании до точки плавления, и хотя напряжения в его поверхностных с юях достигают предела текучести, несмотря на зто все же может происходить отделение метких стружек.
66. ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТЫ
Ш шфоиально-полнровальный 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, ват 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/мни, 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 сиорость вращения для полирования слишком низка, для крацевання — слишком высока, поэтому добиваются нужного для крацевания замедленного числа оборотов прн помощи регулятора сопротивления В обоих случаях мощность двигателя снижается с уменьшением скорости, при большой нагрузке он затормаживается н 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 —-ALO3 (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 нз 65% А12Оз, смешанной с магнетитом, гематитом, пиритом и квдрцем. 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.
Э чектрокорунд Он является искусственным абразивным материалом. Для получения нормального корунда бокситы и углерод расплавляются в электродуговои печи при температуре 2200° С; в процессе плавки составные части бокситов восстанавливаются углеродом Конечный продукт содержит 94—97% AlaOs и примеси железа, титана, кремния.
Благородный корунд получают посредством плавки в электропечи чистых бокситов; путем нагревания в ватрисвом щелоке
в автоклаве и последующего осаждения получают продукт, содержащий до 99% Л12О3, твердость которого может быть выше, чем у приречного корунда.
Двуокись кремния — SiO2. Кварц является чистой формой кристаллизованной двуокиси кремния (кремниевого ангидрида), в природе он встречается в различных минералах Имеет твердость ЛМ-17. В виде кварцевой муки или песка он используется 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 трепеч — это мелкозернистая смесь различных видов кремниевого ангидрида, обезвоженной кремниевой кислоты, кристаллического кварца и кварцевого песка
Карбид кремния — SiC (карборунд). Этот абразив получают нагреванием кокса и кварцевого песка е добавлением опилок и поваренной соли в электропечи при температуре выше 2000е С. Черные кристаллы карбида кремния, имеющие твердость ЛМ49Д служат для обработки хрупких материалов и мягких металлов.
Окись железа — Fe2O3. Красный железняк (гематит) является естественной формой окиси железа. Этот серо-стальной камень, подобно стальному полировннку, используется дли 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 — Сг2Оа. Порошок окиси хрома образует зеленую политуру. Она особенно хорошо подходит для обработки твердых металлов. Окись хрома изготовляется исключительно искусственным путем.
Двуокись олова — SnO2. Этот серый порошок образуется прн сжигании олова. Из-за небольшой твердости и мелкозернистого строения он применяется в качестве утонченного полировального средства для изящных изделий.
Окись цинка — ZnO. По виду и применению она соответствует двуокиси олова; получается также путем сжигания металла на воздухе.
Окись магния — MgO (магнезия). Белый хлопьевидный порошок магнезии является особенно мягким полировочным средством. Вместе с окисью алюминия, венской известью и другими добавками он образует белую политуру.
Углекислый кальций — СаСОа (известь). Отмученный мел получается из натурального мела, который образовался путем отло-
жеИия маленьких морских животных с известковым панцирем. Выветрившийся мет перемешивается с водой в жидкую кашицу и с Стгиьиется; осадок просушивается и размалывается. Таким образы получают основу для различных полировальных паст и по-
1 Венская известь (жженая и *естпъ) Она изготовляется и * ми-j доломита» причем кальций и магний из карбонатов пере-ж си .с” *з окисные сс единения Венская известь неустойчива на & поэт она должна храниться в закрытых сосудах.
ТЕХНОЛОГИЯ И РАБОЧИЕ ПРИЕМЫ ШЛИФОВАНИЯ
Рйс 244. Работа с няж i юной рейке'
Шлифование закрепленными абразивами. Шлифование наждачной бумагой (шкуркой) Основой для абразивного материала с тужит 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, Мб имеют размер зерна соответственно в 40, 28. .7 и 5 мкм. Шлифовальные порошки с более круп ными зернами имеют номера от № 12 до № 3- Здесь цифра обозначает зернистость абразива в сотых долях миллиметра.
Бруски для наждач-и о и бумаги (наждачные рейки, наждач-
ные напильники) изготовляются из дерева и либо оклеи-е нотся 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 па г редкую 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; прн обертываний наждачной бумагой напильника возникает дополнительная опасность от того, что бумага может протереться и тогда напильник оцарапает уже отшлифованную плоскость. Не-< чотря на это, приходится иногда прибегать к такого рода методам, так как в этом случае можно быстро сгладить предвари-
тельно опиленную металлическую поверхность. Но все же повсюду, где требуется очень ровная поверхность, нельзя обойти бе I наждачных брхсков
Шлифование абразивными брусками и камнями. Точи ।
камень (6pt к) В качестве точильного камня применяется пк? сини камень прямоугольного сечения, длиной от 200 до 300 ыч
Практические пригчы шлифования
на таком камне
зак тючают-.
в том, что обрабатывав’гый предмет ви< эными движеииы
перемещают на..ад и впереч по плоскости ка । •« < пор. п
металлическая поверхность ’ч Cyati равне »?рно с« '• т.
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 чвето менять направление шлифований.
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, ио, в про тивоположноегь точильным камням, должны смачиваться, чз )бы снимаемые металлические частички не могли застрять в их порах Наци чьннк сначала очищается, затем на его хвостовую 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 камне i за крап. Предмет должен быть основательно промыт в проточной воде до того, как он будет nc I вергаться обработке следующим по зернистости камнем. Камен иым напильником с более меткими зернами шлифхют деталь под 270
>яМьгм углом по отношению к предыдущему направлению, снимая ' педы предшествующей обработки (рис. 246) Подобным же об-\дзом можно напильниками из карбида кремния обрабатывать ’’ иль, стекло и драгоценные камин, при их твердости по Моосу tp- ке 9-
]7емза Этот пористый материал похож по способу действия и применению на карбид кремния, но является менее твердым-Гр'бые обломки пемзы обрубаются и затем при помощи старого и*. шинка доводятся до нужной формы. Пемза особенно хорошо подходит для мокрого шлифования больших серебряных предметов.
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, чт так же, как и в случае использования пемзы, шлифовальный г (ень можно сделать любой специальной формы. При помощи Остро заточенных тонких стержней не шиферного камня, называв мых 1рифелямн, можно обработать труднодоступные места предмета, чего нельзя достичь при помощи бру-ска из карбида кремния. Все, что было сказано относит тьно использования напильников 1 ; карбида кр< шпя, справедливо и для работы со сланцевыми камнями.
Шлифт^ньные угли Хотя эти, приготовленные особым способом, древесные углн не относятся непосредственно к шлифовальным камням, но могут быть приравнены к ним по применению. Большей частью шлифовальные угли изготовляются в виде брус
1 квадратного сечения, однак их легко опилить до любогс ир ипя Ими сл< вгг [ тбитап используя большое 1 э воды. Шлифовальные ут.тн явтяются панбо’ ’ ««i ким 1Ч.Ц о< тя юводочного шлифования и применяклся при ’ иш.ч. .!,иой обрабо.ке металла.
Шлифованием наждачной бумагой или абразивным крутом на шлифовальном станке можно выполнить работе быстрее, одна ед эти способы можно применить только там, где они не приведу^ к нежелательным последствиям- В некоторых случаях указан! ные 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 из-делнн.
Шлифование свободными абразивами. Шлифующие порошка еые материалы и их носители. Для грубой предварительной обра-|
Рис. 247. Полирование деревянной палочкой
боткн, в особенности прн 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 прн добавлении масла или жировых веществ — действуют мягче.
Трепел в большинстве случаев применяют в виде готовой твердом 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 носитгяь абразивных частиц. Под этим последним подразумевается инструмент, на который наносится шлиф ю-iuet вещество и на ко юром оно удерживается в процессе o6j <и огкн.
Ш чифование рукой. Простейшим носителем свободных частиц абразивного материала является человеческая рука, па палец или мякоть ладон>Г 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 н равномерно обработать все части предмета.
Для небольших ювелирных работ шлифовальные деревянные отделочные или полировальные палочки подходят гораздо больше. Плотное вязкое дерево
Рис. 248 Полирование «атяаутон 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 н вдавливаются (шаржируются) в него, металлическую поверхность изделия (рис. 247)
Для полировки мелких отверстий и звеньев цепочек наиболее подходящим носителем шлифующего вещества является натянутая 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 водят по ней обрабатываемый предмет назад и вперед до тех
пор, пока он не будет полностью отшлифован изнутри (рис. 24К) Если нить держат слишком слабо, то края отверстия 1акр г ляются. На рис. 249 показаны различные инструменты дла полировального станка.
Механическое шлифование. Различают два типа приводит станков для шлифования и полирования: собственно по}
Рис. 249. Различные гнструьи-нты для полировальною станка: шерстяной круг, войлочный круг для колец (фильц), круглая щетка для шлифования, латунная крацовка. полировальный фетр, щетка в виде кисти, полировальный конус (дорн) из фетря
л и р о в а л ь н ый станок и э л е к т р и ч € скую б о р ма ш и в• I ку с гибким в а л о м У полировального станка вой точный круг н щетки ; укрепляются на ни индри ческом или коньчсстом I шпинделе, который приводится в действие электродвигателем. Для тонких работ требуются более меткие шлифовальные пнет ру менты, которые у креп-ляются азажи том патроне гибкою вала (рис. 250 н 251).
В основном, форма носите чей шлифовального вещества у обоих видов станков одинакова, они отличаются, собственно, только по величине н различным способам крепле ния.
III л и ф о в а л ь и ы й войлок должен быть
тверже и крепче, чем п о-л и р о в а л ь н ы й Ра »• ли чают шерстяной войлок, изготовленный из чистой шерсти, волосяной войлок, изготовленный из воли-
животных, и смешанный — волосяной и шерстяной вмг- е. Форму войлочного диска можно легко изменить самому при по оши рашпиля или напильника с крупной насечкой.
Войлочный диск укрепляется на коническо** шипе полировального мотора. На вращающийся круг наносят шли- | фъюшгт вещество, которое прочно v и пжпвается частицам й ..ка
Для шлифования применяю! более грубый войло! и к* I твердые круглые щетки, чем при полировании. Пре i p.i. '-^1
по сравнению с войлочным кругом заключается в том» гко обрабатывает детали усложненной формы Слелхег «а т м, чтобы у предварительно обработанного плоским iinic'i предмета, вследствие воздействия вращающейся не оказались затупленными острые ребра.
Рис. 250. Инструменты для шлифования, полирования и крацевания бормашинкой
Полирование кольца на полировальном станче: в — на фет пвог j , • б — на шерстяном круге
ТЕХНОЛОГИЯ И РАБОЧИЕ ПРИЕМЫ ПОЛИРОВАНИЯ
В противоположность шлифованию при полировании не при-гсняютси жесткие абразивные инструменты со связью... зерен "я брусков, камней и т п., а используются исключительно '"чые полировальные вещества. Последние наносятся иа 1Ибо носите ь полировальных частиц
Полировальные вещества и их носители. Простейшее полиро-и« »чцество мож! > изготовить самому, перемешав отму-»л с нашатырным спиртом. Порученную жидкую ка- ч' iidw.i ыьают на носитеть полировального вещества — узкие
ручные полировальные щетки, обычно используемые в ювелирном деле. Этого сравнительно крупнозернистого вещества оказывается, одна! >, hi гт точно д. । получения интенсивного блеску поэтому требуются тверчые пасты промышленного изготовления/ которые смешиваются на основе шлифов. 1ьных и нолирова ьных материалов и связываются твердыми жировыми веществами. Они называются: красная политура, парижская красная, белая политура, < . «ая политура. Во всяком случае следует обращаться именно к таким пспыт .иным и оправдавшим себя средствам, гак как они гарантируют паи лучшее во ножное действие.
Носители полировочных веществ по функциям, форме и ветчине 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.
Па ровных плоскостях достигают завершающего, сверкающего блеска при помощи кожаного (полировального) напильника. По форме он сходен с наждачным напильником, ио одна сторона его обтянута мягкой кожей, на которую наносится полировальное вещество. Часто кожаный напильник используется при доводке после влажного шлифования н полирования шальным 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 Друг на друге и только посередине удерживаются фланцем. Полировальные крути 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 подобие круглой щетке, но вместо щетины на втулку насажен хлопок пли серая овечья шерсть. Сказанное относительно полировальных тканевых или кожаных кругов справедливо н для этого случая: наносится ма. о потировального вещества и дается высокое чис го оборотов
На рис 252 показано полирование кольца бормаппшкой.
Полирование стальным полировнмком (гладилом) и камнем, ^гот метод отличается от описывавшихся до сих пор способов обла-^раживання поверхности тем, что здесь не используется никакое
Рис. 252. Полирование с помощью бормашинки
полировальное вещество, но за счет давления гладкого инструмента сглаживаются мнкроиеровиости поверхности металла (рис 253).
Полирование гладилом дает особенно высокий блеск, прн этом поверхностные слон металла, уплотняясь, наклепываются, что повышает нх твердость н 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 полировни ком обходится поэтому дороже, чем полирование другими способами.
Пошровник (гладило). Он изготовляется из высококачествен-нои закаленной стали. В любом случае кромки рабочем части Должны быть полностью закруглены и поверхность инструмента отполирована нанлучшим образом. Полировннк закрепляется на Двреия 11 ной ру коятке.
Рис. 253. Полирование камнем
Полировальный камень Большей частью в качестве такого камня пспользтется красный железняк (гематит), особенно плотного строения. Форма камня соответствует форме рабочей чаг^,« лол и ровни ка Камень соединяется с рукояткой прн помощи тунной оправы. Полировальные камни дают более высокое качество полировки, чем гладила.
Подготовка инструментов. Как гладило, так и камень дотжнь вотироваться время от времени заново, причем их правят сначала на плотной подошвенной коже корундовым порошком» а затк^ порошком двуокиси олова илн красной политурой на мягкс<| коже. Правятся они всегда в продольном направлении, ч^бы возникающие прн правке мн крое конически тонкие риски преходили поперек рабочего направления н, таким образом, предотврв щали полосчатую полировку.
Приемы работы. Перед полированием предмет должен быть хорошо обезжирен, чтобы сталь не «засаливалась». В качестве подкладки обычно служит мягкая ткань. Следует избегать прш косповения руки к изделию. Чтобы уменьшить трение н отвести возможные тончайшие стружки, камень или гладило еле? ка увлажняют, благодаря чему получается равномерный, гладили 1 штрих Для небольших поверхностей достаточно немного слюны, в других случаях требуется полировальная вода (мыльный раствор с нашатырным спиртом). С равномерным давлением проводят полкровником 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 иод давлением инструмента. Если предмет должен быть обработан внутри и снаружи, всегда сначала следует полировать изнутри, а затем снаружи.
После проведения ручного полирования желательно довей м поверхность предмета вращающимся войлочным диском, круг. й волосяной щеткой или, по крайней мере, шерстяным кругом. В крайнем случае следует протереть поверхность мягкой шерсиЯ ной тканью.
Хранение инструмента. По окончании работы полировникм втыкают в древесные опилки, чтобы они не ржавели. Камни завер] тывают в мягкие тряпки для предотвращения их от повреждение]
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 иолпровя) ние (рис 254)
Хотя этот метод значительно дешевле, чем ручное полирование гладил ом, он в и л.- время обладает известными недостатка^.
дошивающими область его применения, аим 1) метод ИЛ,сообразно применять только в массовом произволе гве, когда о повременно может быть заложено в барабан много прнбтизи-гёльно однотипных предметов; 2) поверхность изделий должна быть настолько мягкой, чтобы шарики могли оказывать свое действие; этому требованию хорошо отвечают юлоченые и note,-ч бренные предметы; 3) для потых и очень нежных предметов этот способ вообще непригоден, так как они легко повреждаются или «плавают», вообще не обрабатываясь на ложе шариков.
V/тройство барабана. Он представтяет собой шестигранный сос I j досок твердого дерева, величина которого меняется в зависимости от объема продукции Обычно такие барабаны имеют то. одно полировальное —.
отдетч.нис шиной 15 -20 см;
белее крупные барабаны раз- \
делены перегородками на от- W\\
дельные камеры и достигают Z>^\\ \ ^У/л\
общей длины 50 см и более.
Барабан снабжен стальными Г /у
цапфами, вращающимися \ II /( Д
в подшипниках двух стоек. I[ О )
Цапфы прикреплены флан- /ч^\\ г
цамн к торцевым шестигран-ным щитам барабана, кото-рыи вращается вокруг своей
горизонтальном ОСИ посред- Рис. 254. Полировальный барабан ством электродвигателя, под-
ключенного к одной нз 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 перекатывания по поверхностям изделий назад н вперед, а станут шь 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 •тверстия 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 **е обеспечивают удовлетворительной полировки.
Подготовка барабана к работе и загрузка изделий Через акрывающееся крышкой отверстие полировочный барабан почти ча 3 t заполняется шариками и цилиндриками. Кроме того, в каж-детение добавляется ог 30 до 40 г специального потпровать-11 Или венецианского мыла. Затем наливают столько воды, Ч1*»сы шарики были полностью скрыты под ней. В том случае.
если барабан длительное время не использовался, сначала ставляют его в течение 10 мин вращаться вхолостую, чтобы тц рнки и цилиндрики отполировались сами. Мыльная пена долил! быть всегда белой в процессе работы, иначе следует заменить ио-лировальпую жидкость.
Изделия перед загрузкой должны быть полностью обработаны] т. е на их обезжиренной поверхности не должно быть никаких следов напильника или остатков окнен. В барабане изделии приобретают только бческ на гладкой поверхности. Никакие предметы при загрузке не должны нанизываться на проволоку, цепочки следует свернуть в мотки.
Процесс полирования. Время от времени барабан останавли вают н проверяют состояние полируемых предметов. Изделий из серебра нлн «дубля», а также позолоченные н 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 ве-| лики, чтобы пропустить шарики н 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. а
Если желательно получить особенно сильный блеск, то можно вместо стальных шариков положить в барабан обрезки из отходов замши н провести полирование в нем еще раз.
69. КРАЦЕВАНИЕ
При крацеваннн изделия на полировальном станке обрабатываются топкой 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 щетки, у которых вместо щетины имеются тонкие латунные или нейзильберовые проволочки толщиной от 0,15 до 0,25 мм. По форме различают узкие продолговатые ручные щетки и вращающиеся круглые щетки с деревянной илн 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 крацевальный мотор Над крацевальным диском устанавливается бачок, снабженный краном, из которого в течение всего рабочего процесса капает мыльный препарат, обле чая этим скольжение провочочек и предотвращая засаливание щетки. Этот препарат можно сварить из коры мыльного корня.
Рис. 255. Краиевание на полировальном станке
на гладкой поверхности, благо-
Практические приемы крацевания. Этот метод большей частью г.» еня -т для изделий из серебра после того, как при травлении ,|(? тся белый налет Кроме тою, рек зменд\ ется крацевать 1€иоватую накипь и у изделий ил юта ткм ie травле шя. так *лк nocie этого облегчается последующее шлифование.
Всэтчае крацевания вручную, работу производят нормальной щетинной щеткой, чтобы избежать образования полос на поверхности нлдспня, направление движений щетки можно многократно л енять.
Ести работа выполняется вращающейся щеткой, то немного открывают кран, пуская гыазывающу ю жидкость кап-1ями и слегка прижимают изделие к щетке, прн 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, паводка мата вызывает появление шероховатостей
даря чему последняя становится тусклой и матовой. В зависимости от применяемого метода обработки получают более пли 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 поверкности изделия. Действие будет только fol да 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 прн этом не получают повреждений.
Цилиндрический сосуд (рис. 256) высотой около 60 см и диаметром около 30 см имеет внизу форму воронки и заканчивается
Васа । для гибко! > шланга, к которому подключается сил», л центробежный вентилятор. Смотровое окошко позволяет вги наблюдение л ходом рабочею процесс л. Че[ i два сб ицов . тканью отверстия можно просунуть в рабочее пространств рата руки и загрузить изделия. Резиновые жгуты yn.Tomg тканевые манжеты у кисти рук. Сосуд наполняется около 2,Б мелкого кварцевого песка.
Прн включении вентилятора сжатый воздух подбрасыва находящийся в аппарате песок вверх, причем частицы его с бс« шов скоростью отбрасываний также п на поверхность нзде.»^ Зерна песка оставляют на повещ нести изделий небольшие вмятнг^ и создают таким образом матог к поверхность.
Рис. 256. Схема пескоструйной установки
71. УДАЛЕНИЕ ОСТАТКОВ ШЛИФОВАЛЬНЫХ И ПОЛИРОВАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Прежде чем перейти к ела дующему по тонкости шлифовали ному материалу, изделия н. обходимо каждый раз основательна промыть.
Цель промывки будет достигнута в том случае, если
частицы грязн будут полностью удалены с поверхности изделия] Так как загрязнения большей частью связаны с присутствием жирных веществ, очистка производится обычно химическим путем: жиры растворяют н удаляют, а затем легко н без труда счищаю гея н 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 загрязя нений.
Пропали ванне. Если прокалить подлежащий очистке предмсЯ то жнры, сгорая, обугливаются, и при повторном нагреве предмета в травильном растворе частички грязн н нагар легко отсиют Однако, этот метод имеет явные недостатки, заключающиеся в том что без предохранительных средств металлическая поверхность окисляется, а у готовых изделий повреждаются камин и пружины; кроме того, требуется последующая полировка.
Все же у сильно загрязненных бриллиантовых изделий с тонкими отверстиями можно получить хорошие результаты при очнеаке путем следующей обработки: обмазать поверхность уира-
lift борной кислотой, прокалить, протравить, затем прошли-ть и в заключение отполировать.
Очистка металлическими щетками. Механической обработкой — ис1кой металлическими щетками, шабровкой, крапеваиием ° т п — можно только в исключительных случаях достичь Хорошей очистки, но никогда такими путями не получить обезжиренной поверхности.
Промывание. Сущность действия растворителя жнров заклю-1ае1ся 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 струк гуры металла и других повреждений поверхности изделий, бы строта растворения жировых составляющих загрязнений, а также хорошая смачиваемость жнров 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 иа изделиях. Поэтому промывку растворителями в случае необходимости следует завершать полным обез
жириванием
Виды растворителей жиров. Сравнительно дешевым средством является б е и з и и. Он хорошо зарекомендовал себя, как быстро действующее растворяющее средство, особенно для жирного трепела. Аналогичное применение имеет с н и р т. Оба эти вещества обладают существенным недостатком — легкой воспламеняемостью, поэтому всегда имеется известная опасность несчастных случаев. Т р и х л о р э т н л е и — С£НС13 и перхлор-этил е п - СаС14 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 тр лорэтилен, \же при комнатной температуре испаряются, причем их пары обладают дурманящим и усыпляющим действием, а прн 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
ZOH о=с< хэн
Так как разложение может наступить и под влиянием света, то жидкое<ь должна храниться в светонепроницаемых сосудах. На практике предпочитают использовать перхлорэтнлеи, так как он обладает меныинмн недостатками по сравнению с трихлорэтиленом
Применение растворителей жиров. Загрязненные предметы ктадут сначала на некоторое время в раствор. При этом паю следить за тем, чтобы горючие вещества, такие как беизнн, спирт, керосин, не нагревались, в то время как трихлорэтилен и перхлор-этилен 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 жнров растворителем изделия кипятят в течение пяти минут в концентрированном растворе нашатырного спирта. После легкого промывания этим раствором также досги-1 гается обезжиривание. Использованные остатки расширителя жнров хранят в узких высоких сосудах, чтобы раствор мог просветлиться, а частицы грязи осели на дно.
Действие щелочных обезжиривающих средств Жиры при об работке обезжиривающими средствами растворяются следующим образом: органические жиры омыляются, т. е. расщеп ляются на жирпокнелые солн н глицерин; неорганические и часть органических жиров эмульгируют нлн, иначе говоря, распределяются в жидкости в виде капелек величиной в 10~5 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 — NaOH н едкое кали — КОН одинаковы по действию. Они годятся как сильно действующие обезжиривающие средства, ио разру шают 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 — KCN и цианистый натрий — NaCN отличаются от остальных щелочных средств тем что они не только являются сильными растворителями жиров, но кроме того, они могут разложить тонкие окисные пленки. Основ ным их недостатком является очень сильное ядовитое действие
Сода — 1\а2СОв и поташ — К2СС'.( 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 при-
товлены уже ие на щелочной основе, а составлены из других '^.гтвенных н искусственных веществ, с целью повышения зримости жиров и устранения недостатков натуральных чи-РГЬ1\ щелочей.
обезжиривающих средств Чистые щелочи применяют в виде вечных растворов Загрязненные предметы кладут в щелочь и кипятят, так как при нагревании растворимость н сма чнвэ< теть жиров повышается Затем изделия вынимают из ще-очп в хорошо промывают.
Загрязиепные обезжиривающие средства хранят в высоких со судах, чтобы раствор мог просветлиться для нового употребления
Рис 257 Схема установки для ультразвуковой очиегки изделий
Очистка ультразвуком. При использовании этою 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 партия изделии. Принцип его основывается на том, что частицы грязи снимаются ультразвуковыми колебаниями и эмульгируются жирорастворяющим раствором.
В изображенной па рнс. 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 I- IV, омывает изделия, очищает нх от грязи, которая большей частью ’-□ждается в отстойнике 3. За перегородкой 2 несколько отстоявши-ich раствор засасывается насосом 5, приводимым в действие двт ггетем 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/мнн. Пск .сьнно находятся в у потреб
леиии четыре таких емкости. Изделия, находящиеся в корзи на позициях /и II, предварительно отмачиваются в расти Корзина, перемещенная на позицию /И, находится в ультра] новом поле. От ультразвуковой головки 6 исходят коле'л частотой ВОСТ кГц. В противоположность всем другим механиче i методам очистки, ультразвуковые колебания действуют на глубине, в каждом желобке гравировки издечия, так что лю труднодоступные места подвергаются очистке. После того, изделия будут очищены, онн промываются чистым растворим
Рис. 258. Малогабаритная ультразвуковая установка (фирма кФилмппи и К1*. Пфорцгейм). слева направо: высокочастотный генератор, резервуар втпы. вставка с ультразвуковым излучателем колебаний
иа позиции IV. Корзину с обработанными изделиями вынимают, а остальные продригают вперед. Затем корзину снова загружают новой порцией загрязненных предметов и помещают в моечный бак (позиция I).
Ультразвуком называют звуковые колебания, не во принимаемые нашим ухом. За нижнюю границу ультразвук >выт колебаний принимают 20 кГц, т. е. 20 000 колебаний в минут*.; верхняя граница — 10° кГц. Пьезоэлектрический вибратор раби* тает от высокочастотного генератора 8. Существуют определенные металлы, соединения и сплавы, которые сжимаются под влиянием магнитного поля, а посте его исчезновения снова расширяют! я В ультразвуковой головке такой сп зав подвергается во действию переменного магнитного поля тока высокой част ты и емнхр-с магнитным полем сжимается и расширяется И гмеиенпе размеров сплава в виде колебаний передается на раствор н далее иа очищаемые изделия
На рнс. 258 показана малогабаритная ультр. звуковая у-га-1 новка, предназначенная для очистки небольших партий изделий и отдельных предметов.
’•этьиейшим усовершенствованием этого метода очистки яв-чьтр! луковая ванна, разработанная западногерманской кл мьд п К *, < полезным объемом от 4 до 70 литров । ванны, т. € вне рабочей зоны, установлены вибраторы „ой котеС шин в 40 кГц Ванна изготовтеиа из нержавею-ал и н может быть наполнена любой очищающей жвдкостью. р пг <ает иесючпдимые для процесса высокочастотные элек-»и1.Г1Ния, вибраторы преобразуют их в механиче-тризву косую энергию, которая распределяется рав-„ ю пи всей ванне, благодаря чему весь объем жидкости 1ывается ультразвуком, и очищаемы* пре । «ты могут по-гг'гЖпГъся в вибрационную ванну в любо * и
ГЛАВА 22
ТРАВЛЕНИЕ, ОКРАСКА, ОЧИСТКА. ВОРОНЕНИЕ И ГОРЯЧЕЕ ЗОЛОЧЕНИЕ
72. ОБРАБОТКА СЕРЕБРА И ЕГО СПЛАВОВ
Травление и серебрение горячим способом. Под такой обработкой подразумеваются методы, с помощью которых осветляются св павы 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 появ-зяетс I 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 нз платины, серебра я фарфора. Для средней мастерской в качестве основного сосуда для холод-Н"ю травильного раствора рекомендуется стеклянная емкость в виде аквариума н, наряду с этим, несколько небольших чашек "• фарфора или серебра, которые можно нагреть на треножнике 1 ювекон горелкой.
тя приготовления травитьного раствора сосуд наполняют в юн н топкой струей наливают немного серной кислоты, при-ч» обя ательно | ?торожно льют именно кислоту • д а не наоборот, во избежание разбрызгивания капель “лающей мгновенно кислоты, которая может причинить енль-Н| ожоги
Для приготовления травильного раствора достаточно одной ' ти серной кислоты и около 20 частей воды. Если раствор будет иснол 1ться горячим, эго отношение может быть уменьшено А- 1 . 50.
Выполнение серебрения горячим способом. Этот вид серебрения состоит в нагреве сплава серебро—медь до появления на .|J поверхности с поя окиси или закиси медн и в удалении этого < 1)а| последующим травлением, в результате чего поверхность изде ]«я обогащается серебром. Посте нагрева изделие охлаждают лнбс на воздухе, либо в воде. Ни в коем случае его нельзя в горячем состоянии погружать в травильный раствор- Воздух в мнкроско{ пически мелких раковинах металла при нагреве расширяется и выходит нз ннх. При охлаждении в травильном растворе 5 ц 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 того, при длительном действия 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 4- H2SO4 — CuSQg 4- Н£О;
Cu2O 4- H2SO4 -»CuSO4 4- H8O 4- Си.
В то время, как окнсь медн преобразовывается прн этом без остатка, в процессе растворения закиси меди образуется немного металлическом меди, которая осаждается па 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:
1) погружением предмета на небольшой промежуток времени в азотную кислоту; погружать на более долгий срок, чем это необходимо, не следует, так как азотная кислота раствор*ст н серебро;
2) повторным прокаливанием, прн котором налет меди может быть окислен и затем растворен в травигеле;
3) добавлением в травильный раствор небольшого количества! марганцовокислого калия — КМпО4. Последний реагирует с серной кислотой с образованием семиокнси марганца по реакции
2КМпО4 H2SO4 — Мп2Ог 4- KgSOj 4- Н2О.
Мп2Ог - неустойчивое соединение, оно легко отдает кислороЛ и тем самым способству окислению меди непосредственно в тр* вильном растворе. Однократного окне тения н протравливания^ как правило, бывает недостаточно, чтобы поверхность нздетий была совершенно белой (обычно предмет выглядит слегка желто-288
пятым)» поэтому процесс повторяют до тех пор, пока не будет до-тигнут желаемый оттенок При этом после первого травления поизводят крацеваиие 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 н полирование не выполняются Поэтому такие предметы приходится прокаливать н протравливать до четырех раз н более. Отсюда проистекает весьма неприят ное для структуры сплава последствие: возникновение под поверхностью изделия скрытого дефекта — внутренней окисной зоны. Для предотвращения ее образования перед вторым прокаливанием изделие покрывают кашицей нз смеси потаила и воды Посте того как обмазка высохнет, изделие прокаливается. Прн этом поташ преобразует окись меди в легко растворимую углекислую соль по реакции:
КаСО3 + СиО — СиС03 + К£о
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 н флюсов, то на дне ванны осаждается темный слой шлама. Этот донный осадок нз-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 серпокислого калия в воде.
100 г кислого сернокислого калия — KHSO4 растворяют в 1 л воды. Получается раствор, действие которого полностью аналогично упомянутому выше раствору серной кислоты. Растворение окислов происходит по следующей реакции:
2KHSQ, 4- CuO — CuSO4 + K8SO4 + HSO.
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 окнсь медн. Поэтому полированное серебро невозможно сохранить долгое время чистым. Матовая поверхность изделий также быстро темнеет, вследствие чего часто кра снвые цветовые эффекты новых серебряных предметов прн эксплуатации исчезают. Иначе обстоит дело с сульфированными
16 Э. Врепсль 289
предметами, которым уже при изготовлении придается такой вид, который они получили бы в процессе эксплуатации. Задача лира состоит в том, чтобы этот естественный налет (которым, J правило, бывает пятнистым н неравномерным) сделать краем н однородным.
Приготовление серной печени. В последнее время появи.
множество препаратов, при помощи которых можно произвел окраску сплавов серебра Однако все они основаны на нспол зованнн серной печени, которую без труда можно прнготовш самостоятельно. Поташ — 1\2СО3 и серу — S берут в пропо
цнн 1 :
и, помешивая, медленно нагревают при доступе воздуха
до получения коричневой вязкой массы, а затем разбавляют ее
небольшим количеством воды получая готовый к употреб ению
препарат.
4КаСО8 + 6S + О2 — 2K2S + 2I\2S2Oa + 4СО2.
Так как сульфид калия легко присоединяет серу, то получаете! полнеульфнд калия
KsS -b 3S — K3s4.
Таким образом, серная печень является смесью различных полнеульфндов кал ня с тиосульфатом калия KaS2Oa. Серная печень должна храниться всегда в закрытом сосуде, так как сульфиды под действием кислорода воздуха распадаются н превращаются в недейственные сульфаты:
KsS 1 2О2 — K2SO4.
Прн сульфировании водный раствор серной печени слегка нагревают н обезжиренный, подвешенный на проволоке, предмет на короткое время погружают в ванну, перемещая его в растворе взад и вперед. На изделия в течение нескольких секунд образуется темный налет сульфида серебра или сульфида медн. Изделие вынимают и промывают Если требуемая окраска еще ие достиг^ нута, процесс повторяю!. В случае, когда на отдельных местах потемнения не происходит, причиной этому является недостаточ-[ ное обезжиривание.
После обработки мягкой латунной крацовочной вращающейся щеткой тусклая пленка приобретает красивый нссиня-черный блеск. Участки, которые должны оставаться светлыми прн рельефной чеканке (возвышения), должны быть высветлены, т. е. освобождены от слоя сульфида, для этого изделие слегка протирают мелким пемзовым порошком нлн венской известью
Очистка серебряных сплавов. Под этим понятием подразумевается не очистка загрязненных предметов, а освобождение нх от сульфида серебра н окнеи меди.
Методы, которые разбирались выше, подходят для того случая, когда серебряным предметам необходимо снова придать их красивый вид. Однако часто готовый предмет, украшенный кам-
П1 или эмалью, нечьзя нагревать до высоких температур, по-й MV быта разработаны другие методы очистки
Э Методы механической очистки. К ним можно отнести все методы лр >5отки со снятием стружки: опиливание, шабрение, шлифова-° не полирование и т. д. При всех этих методах поверхность подвергается воздействию инструмента н 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 на-н ггырным спиртом (NHJOH до получения кашицы н наносится тряпочным тампоном на поверхность изделия. Сульфид переходит в легко растворимое комплексное соединение
4(NHJOH- Ag2S —» 21 Ag(NHa)£lOH г H2S *- 2НаО
Затем обмазка удаляется мягкой тряпкой или щеткой. Вместе с ней удаляются н 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 — Na£S2Os с 15 г воды и полученную кашицу наносят лоскутом мягкой кожи на изделие. Через короткое время сульфиды преобразуются в легко растворимые комплексные соли
6Na2S2Oa Ag£S — 2NalAg{SX)3)s] т Na£S.
Мелкозернистой окисью магния — MgO и мягким шерстяным сукном поверхность пзделия 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 — KCN растворяют в 1 л воды. В слегка нагретую ванну подвешивают потускневшие изделия, укрепленные иа серебряной или латунной проволоке. При взаимодействии с цианистым калием ’ ульфнд серебра переходит в легко растворимое комплексное соединение
4KCN J- Ag2S - 2KIAg (CN)J -г KfS.
Очищенные изделия должны быть хорошо промыты и нейтра-зованы 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 н нетоксичных препаратов для
•0* . 291
удаления сульфидной пленки серебра. Слегка потускневшие ич Делия протираются обтирочной^ тканью, пропаянной ^тво’ ряющими сульфиды веществами. Множество паст, жидкостей и ппппА ОЧ,1СТКИ °блегчают химико-механическую очистку без повреждения поверхности изделия
Наконец, были разработаны составы для очистки метолом по каУ,“' Ж растворы цнанисХо
они MOTVT Р отсутствию в составе ядовитых веществ,
У спользоваться без особых мер предосторожности.
73. ОБРАБОТКА ЗОЛОТА И ЕГО СПЛАВОВ ^nTpaMefllie/ кипичение для придания желтого цвета Пли Ппп-мель »Н“И обы,,ных тР™иых сплавов золота окисляется Рто1ько медь, в то время как оба благородных металла (золото н сепебпо! остаются неизменными При погружении изделия в травитЗ сериои КИслотыокпелымеди растворяются, поверхностей '° обадияется медью и обогащается золотом и серебром Так как этот слои имеет некрасивый зелеиовато-серый цвет его удаляют
И,ЛИ ^^ктротитнческнм способом. Для бтизютйбч " у™ть цвет поверхности изделия после травления Зк™ к хориальному цвету сплава, травильный раствор дол! он nf подобран такнм образом, чтобы кроме окиси ₽медн является 5Р0Я% н7>й^еас™СеРебР° -ТаКИЫ травШ1ы" ™ раствором Л ыи раствор серной кислоты, рабочая темпеоатупя которого должна быть приблизительно 80° С. Р TiP
,.,„рИ ™елтоы ишячеиии» травильный раствор должен воздействовать иа поверхность изделия таким образом, чтобы полноттью вытравить серебро и медь н приблизить окраску товерхности к цвету чистого золота. Таким раствором яаляется Хададая Х-ч™оае Хы Серной одна часть азотной ютсХ^
состояв™ №ДЬ1’ °Т расгеор "Р,,ме™отся в подогретом
™„!?РИ желто” кипячении в чистой соляной кислоте или разбавленной царской водке можно также получить насыщенную* же л тую окраску поверхности, в особенности^ высокоиро&ш“ силану.’ ^жХРад0СТаТКОЫ ЭТОГО ыетода является то, что поверх-сереПпа ТаккТооТЬСЯ ПЯ™аыИ из'за °сажл™™ хлористого серебра. Так как соляная кислота форсирует коррозию изделии находящихся в напряженном состоянии, то в ней ™ль“я обра(£ тывать сильно деформированные в холодном состоянии загетовки ска3ХетТяеРРЫе ““ ВреДН°е «" ««слоты ™е
Окраска сплавов золота. Для того чтобы получить на поверх-^я-^пк°В ОТ1енки “° золота, недостаточно одного травления, необходимо произвести также окраску. При этом нужно учитывать, что сплавы с высоким содержанием золДа оюташи ваются лучше, чем низкопробные сплавы, н сплавы кривого 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 — NaCl смешивают с 250 г калийной селитры — KNO8 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 нитрозила н свободного хлора, которые действенны в состоянии возникновения
KNOe + 2НС1 4- NaCl — NOCI + С1Е + NaOH + КОН.
Известно, что все металлы в царской водке переходят в хлористые соединения. Образовавшееся хлористое серебро растворяется в хлористом натрин и таким образом не препятствует процессу окрашивания. Если раствор содержит достаточно тетрахлористо-золотой кислоты — HlAuClJ, начинается ионный обмен между медью н 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 и при этом выгодно обрабатывать сразу большие партии изделий. Последние покрываются сначала пленкой нз заново осевших кристаллов золота н 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 серебриным 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 н механические методы очистки, которые применяются и для сплавов серебра.
ЯЗ
74. 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 I 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 илн мвтовое протравливание.
Блестящее протравливание. Прн изготовлении раствора блестящего протравливания берут 1 л серной кислоты, медленно вливают его в 1 л азотной кислоты и добавляют 20 см3 соляной кислоты или 20 г поваренной соли. После охлаждения в жидкости растворяют 10 г блестящей сажи. Приготовленная протравв должна выстояться, по крайней мере, 12 ч. Изделие. на короткое время погружают в раствор и так же, как при предварительном травлении, вынимают, когда поверхность будет равномерно протравлена. Для этого, как правило, достаточно несколько секунд. Протрава растворяет микроскопически мелкие неровности иа поверхности и тем самым сглаживает ее и придает ей блеск. Если дать большую выдержку, то металл протраыпся слишком глубоко н поверхность изделья станет шероховатой и неровной. После извлечения из раствора изделие тщательно промывается водой.
Матовое протравливание. Раствор для матового протравливания приготовляют следующим образом: 2 кг серной кислоты смешиваются с 3 кг азотной кислоты, добавляют 10 г поваренной соли, 10 г сернокислого цннка — ZnSO4, растворяют в небольшом количестве воды и добавляют к охлажденной смеси кислот. Эта протрава также должна несколько часов постоять, пока составные части ее не перемешаются. Применение протравы такое же, как н прн блестящем протравливании, ио смесь разъедает поверхность металла неравномерно и поэтому последняя получается шероховатой.
Олифовый обжиг. Медный лист при обработке этим способом становится блестящим и приобретает коричневый цвет. Лист покрывается тонким слоем льняного масла, которое при умеренном нагревании испаряется- Чтобы получить красивую и стойкую 294
окраску, процесс должен быть повторен около двадцати раз. Этот метод обработки меди остался неизменным со времен средневековья. Описание этого метода приведено здесь дословно по В. Теобальду:
кКак придать меди коричневый цвет. Из упомянутой выше меди, которая называется красной медью, заставь выковать тебе лист желаемой ширины и длины. Когда ты его обрежешь соответственно твоему будущему изделию, набросай иа листе завитки, зверей и вообще, что желаешь, и выгравируй это затем тонким грабштихелем. Затем возьми масло, сделанное из льняных семян, нанеси его пальцем тонким слоем, равномерно размажь при помощи гусиного пера и, удерживая лист клещами, положи его па горящие углн. Когда он умеренно прогреется и масло станет совсем жидким, размажь его снова гусиным пером и опять положи на угли, и так поступай, пока лист не станет сухим. Если ты видишь, что повсюду высохло равномерно, положи его на ярко загоревшиеся угли и оставь лежать до тех пор, пока он совершенно перестанет дымиться. Когда он станет достаточно коричневым — это хорошо. Но если нет, намажь совсем немного масла при помощи гусиного пера на нагретый лист, обмажь его равномерно и снова положи лист на вспыхнувшие угли, как поступал до сих пор. Когда он остынет, не прн помощи воды, но сам собой, тщательно выскобли очень острым шабером завитки, так чтобы коричневым остался только фон. Если это буквы, пусть это останется на твоем усмотрении — хочешь ли ты сделать их коричневыми или золочеными».
75. ВОРОНЕНИЕ (ОКСИДИРОВАНИЕ) СТАЛИ
Из множества рецептов рассмотрим один, наиболее простой и приемлемый: 400 г едкого натра — blaOH растворяют в 600 г воды; к раствору добавляют 10 г калийной селитры — KNQ, и 10 г азотнокислого натрия — NaNOs. Рабочая температура — 100° С. Подготовленное изделие погружают в раствор н выдерживают в нем до тех пор, пока не будет достигнут желаемый оттенок темной окраски. Действие раствора основывается на том, что нз него выделяется кислород, который окисляет поверхность стали до Ее2О3,
4Fe 4- ЗО2 — 2Fe/\.
После этого сталь прокаливают при умеренной температуре. Для этого требуется некоторый навык, чтобы достичь равномерной темной окраски по всей поверхности изделия. Если имеется электрическая печь с регулятором температуры, то процесс прокаливания значительно упрощается.
76. ГОРЯЧЕЕ ЗОЛОЧЕНИЕ
Этот старый, дошедший до нве из далеких веков, метод в настоящее время почти совершенно вытеснен гальваническим покрытием, но, несмотря на зто, знание его необходимо, например
при ответственной реставрации старых драгоценностей. Хотя при этом методе получаются толстые и прочные покрытия, метод этот опасен тем, что возникающие ртутные пары являются настолько вредными, что несмотря на все предосторожности, здоровье золотильщика подвергается опасности.
Изготовление амальгамы. В обмазанный влажным отмученным мелом глиняный тигель помещают свернутые в рулончики полоски, нарезанные из тонкораскатанпого листа чистого золота. Когда металл нагреется до светлого каления, добавляют шестикратное количество ртути, выдерживают тигель некоторое время в нагретом состоянии, хорошо перемешивая содержимое В результате образуется сплав обоих- металлов — золотая амальгама, точка плавления которой значительно ниже точки плавления золота. Сплав выливается в воду. Для удаления остатков ртути тестообразная амальгама подвергается прессованию. После прессования получается чистая амальгама, которую хранят под водой.
Поверхность металла перед покрытием тщательно очищают от окислов и обезжиривают Подлежащая золочению поверхность должна быть тщательно амальгамирована. Медным шпателем забирают немного амальгамы, намазывают ее на амальгамнруе-мую поверхность изделия н разравнивают тонким слоем.
Удаление амальгамы. Старые ювелиры удаляли амальгаму с поверхности изделия над слабо раскаленными древесными углями. Этот метод и сегодня является идеальным. Если отсутствует древесный уголь, то нагрев можно проводить над слабым пламенем бунзеновской горелки через лист асбеста, чтобы нагрев ие был непосредственным.
При нагреве изделие нужно все время поворачивать, чтобы нагрев был равномерным и медленным. Образующуюся при нагреве жидкую пленку непрерывно размазывают н сглаживают мягкой кисточкой или ватным тампоном Ртуть испаряется, и поверхность становится матово-белой. Когда ртуть полностью испарится, на поверхности изделия образуется тонкая пленка золота.
Во время нагревания частицы золота амальгамы диффундируют в основной металл и удерживаются в нем межатомными силами взаимного притяжения. После достижения этого эффекта задача ртути оказывается выполненной, она выходит в наружную зону пленки и нспаряегся. При перегреве диффузия золота в основной металл происходит настолько интенсивно, что оно может полностью «исчезнуть» в основном металле, поэтому время нагрева должно быть не больше, чем это необходимо.
Металлическая ртуть, ее пары и соединения очень ядовиты, поэтому при работе с ними требуется величайшая осторожность, тем более, что вредные ртутные пары не могут улавливаться нашими органами чувств.
Процесс удаления амальгамы испарением должен обязательно выполняться в специальном помещении, оборудованном мощной вытяжной вентиляцией, млн, еще лучше, проводить эту работу иа открытом воздухе.
Окончательная озделка позолоченных предметов. Позолоченную поверхность обрабатывают вращающейся латунной крацевальиой щеткой. При обнаружении на изделии непокрытых мест весь процесс нужно повторить. Если покрытие получилось удовлетворительным, то изделие полируется гематитом («кровавиком») и в заключение доводится на шерстяном круге.
ГЛАВА 23
ГАЛЬВАНОТЕХНИКА
Современного ювелира не должно удовлетворять знание только отдельных рецептов ванн для золочения и серебрения, умение составить ванну, а затем кое-как выполнять позолоту или посе-ребрение своих изделий. Необходимо знание принципиальной сущности процессов, происходящих в ванне, и причин появления возможных дефектов, чтобы избежать случайных ошибок в работе. Поэтому в данной главе наряду с практическими рекомендациями даются основные сведения о важнейших процессах, происходящих в гальванической вапне.
77. ИОННАЯ ТЕОРИЯ И ДИССОЦИАЦИЯ МОЛЕКУЛ
Строение атома. В атоме существует равновесие между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными «частицами оболочки атома Количество положительных электрических частиц (протонов) определяет порядковый номер элемента в периодической системе Зло число соответствует также количеству электронов, вращающихся на орбитах вокруг ядра атома Так, у натрия их 11, у хлора— 17 и т. д., причем на каждой орбите может находиться только определенное число электронов: на первой 2, на второй 8 и т. д.
Образование молекул. Только у инертных газов, таких как гелий, неон, аргон и т. д., все электронные оболочки полностью заполнены. У большинства других элементов внешняя оболочка заполнена электронами ие полностью. Когда эти элементы вступают в химическое соединение, то они стремятся по возможности полностью заместить все свои оболочки электронами, чтобы перейти в состояние, соответствующее ближайшим вышестоящим илн нижестоящим инертным газам. Металлы, водород и группа NHa при этом отдают количество электронов, отвечающее нх валентности; неметвллы, кислород и группа ОН в соответствии со своей валентностью принимают электроны в свою неполностью
заполненную внешнюю оболочку. Атомы, объединяясь в молекулы, образуют химическое соединение В нем электрические заряды внутри молекулы уравновешены, но соотношение зарядов внутри каждого отдельного атома, входящего в молекулу, нарушено. Прн потере атомов электронов в ием будет преобладать положительный заряд ядра, прн захвате электронов от атома другого элемента — отрицательный заряд. Такне атомы с неуравновешенными зарядами принято называть ионами. Количество отданных электронов у положительно заряженного нона обозначают знаком *: Н+, Na+, Си**, A l++*.
При отрицательном заряде нона количество дополнительно захваченных электронов обозначают знаком С1“, О”.
Пример. Образование поваренной соли из Na н С1 (рис. 259). Ns отдает одни электрон и становится положительным ионом Na*. Этот электрон переходит к хлору на его внешнюю оболочку и образуется ион С1". Благодаря этому оба нона получают полностью заполненные внешние оболочки. Так как у иона натрия преобладает положительный звряд, я у иона хлора — отрицательный, то они объединяются в молекулу NaCl.
Диссоциация. Молекулы многочисленных кислот, солей и оснований при растворений в воде распадаются на ноны. Этот процесс называют диссоциацией, а ионосодержащий раствор — электролитом. В растворе имеются положительно и отрицательно заряженные ионы, часть которых посредством взаимного притяжения соединяется в молекулы, а другая часть находится в состоянии свободного движения.
При мер. Сульфат меди в воде распадается на ионы
л» а--------- ~
Рис. 259. Схема образования молекулы NaCl
CuSO4 — Си** + SO~.
В (децинормальном) растворе сульфата меди степень диссоциации а = 0,39, это означает, что 39% содержащихся в нем ионов сульфата меди находятся в свободном движении Таким образом, степень диссоциации определяется долей свободных ионов раствора. Сильные кислоты и основания имеюг почти 100% сте пень диссоциации; сложные соли диссоциируют сравнительно слабо.
Степень диссоциации непостоянна, она повышается но ме^г разбавления раствора и понижается с уменьшением его темпера туры.
78. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОТСУТСТВИИ ПОСТОРОННЕГО ИСТОЧНИК % ТОКА
Осмотическая теория Поместим пластинку какого-иибуць металла в электролит. Он будет стремиться отдать свои атомы в виде ионов в раствор (создавая давление растворения Р), я ионы металла ванны, наоборот, будут стараться осесть на поверхности погруженной металлической пластинки в дополниться до атомов (вызывая осмотическое давление р). Таким образом, прн погружении пластинки на границе поверхности металл — раствор возникает разность электрических зарядов. От электрического
напряжения соответствующего металла будет зависеть перевесит ли осмотическое дав темне или давление раствора. На
рис. 260 изображена сравнительная дна- д®
грамма электрохимического ряда напри- |Г"
д<5г
1JN
Рнс. 2G0. Электрохимический ряд напряжений важнейших металлов
женин важнейших металлов. Разность напряжений атом/иои измеряется относительно водорода, анодное напряжение которого равно 0,00 В. Приведенные величины относятся всегда к атомам металла, а не к нонам ванны.
Осмотическое давление больше давления раствора (р > Р)-Эго соотношение характерно для благородных металлов, находящихся в электрохимическом ряду напряжений справа от водорода.
Пример. Медная пластина, погруженная в раствор сульфата меди (медного купороса), покрывается атомами меди (рис. 261, с).
В ряду напряжений потенциал Cu/Cu++ составляет +0,34 В. Это означает, что осмотическое давление ионов ванны больше, чем давление растворения ионов металла, и медная пластина заряжается 0,34 В положительного электричества. Погруженный металл в противоположность раствору имеет избыток электронов, т. е. заряжен отрицательно. Ионы меди, находящиеся в ваиие,
осаждаются на погруженной металлической пластине и отнимают у нее избыточные электроны, чтобы дополнить ими свои атомы
Си++ + 2е —♦Си-атом.
Медная пластина заряжается положительно. Одновременно сокращается количество положительно заряженных ионов меди в ванне» осмотическое давление становится слабее, н ванна заряжается отрицательно.
Процесс заканчивается тогда, когда устанавливается равновесие между осмотическим давлением н давлением раствора.
Й
(j
®®— few*®®
И—
^М*е®
®-—<;
Рис. 251. Схема возникновения и взаимодействия осмотического давления и давления растворения: а — осмотическое давление больше давления растворения (медная пластинка погружена в раствор медной соли); б — давление растворения больше осмотического давления (цинковая пластина погружена в раствор цинковой соли)
Давление растворения больше, чем осмотическое давление IP > р) Этот случай характерен для всех неблагородных металлов, которые стоят слева от водорода в электрохимическом ряду напряжений.
Пример. Цинковая пластина погружена в раствор сульфата цинка и там растворяется (рнс. 261, б).
В ряду напряжений потенциал для Zn/Zn++ составляет —0,76 В. Давление растворения цннка больше, чем осмотическое давление раствора. Погруженная пластина испытывает недостаток в электронах. Атомы иннка переходят в ванну как ионы
Zn — 2е —* Zn++.
Благодаря этому пластина заряжается отрицательно. Одновременно повышается количество положительных ионов в ванне, она заряжается полож1ггельно. Провесе был бы окончен, если бы на границе слоя металл — раствор было достигнуто уравнивание зарядов, и тем самым достигалось бы состояние равновесия. Однако, если ионы цинка будут постепенно удаляться из рас
твора ванны, процесс будет длиться до тех пор, пока металлическая пластина полностью не растворится.
Процесс ионного обмена. В этом случае погруженный металл и металл, содержащийся в растворе соли, не являются идентичными, напротив, неблагородный металл погружается в раствор соли какого-нибудь благородного металла Чем дальше удалены друг от друга в ряду напряжений участвующие в обмене металлы, тем сильнее идет реакция. Неблагородный металл попадает в раствор и вытесняет более благородным из его соли.
' %'
Рис 262. Схема ионного обмена (железная пластина погружена в раствор медной соли)
Пример. Железная пластина погружена в раствор медного купороса и покрывается при этом медью, т. е. омедняется (рнс. 262). Прн этом железо имеет более высокое давление растворения и посылает свои ионы в раствор
Fe-атом — 2е — Fe*+.
Ионы меди вытесняются из раствора и осаждаются в виде атомов меди на поверхности железа
Си*** + 2е —* Си-атом.
Процесс заканчивается в том случае, если поверхность погруженной пластины пассивируется покрытием из металла ванны.
Ртутное покрытие. Неблагородные металлы перед гальваническим серебрением амальгамируются (покрываются ртутью), чтобы уменьшить разницу напряжений серебро — неблагородный металл на величину соответствующей разницы серебро—ртуть. Таким образом, поверхность изделия облагораживается электрохимическим способом.
Аналогично амальгамируют изделия перед огневым зоточением и серебрением тля того, чтобы покрытие было более прочным. При этом применяют следующий состав амальга* ы: 10 частей ртути, 11 частей азотной кислоты, 500 частей воды-
В фарфоровую чашку наливают ртуть, прибавляют азотной кислоты н смесь слегка нагревают. Раствор считается насыщен- ! ным, если остаток ртути остается нераствореипым в жидкости 3Hg ’- 8HNO3 —3Hg(NO«)2 1 4Н..О 1 2NO-
В заключение полученный раствор разбавляется всчой.
Технология нанесения покрытия. Изделие должно быть хорошо очищено и обезжирено. Его закрепляют на проволоке (которая затем используется в качестве электрода в гальванической ванне) и погружают предмет на 2—3 с в раствор нитрата ртутн. Если получается достаточно плотный слой ртути, изделие вынимают и хорошо ополаскивают в проточной воде. В серебряной ванне при этом не должно быть никаких остатков солн.
Покрытие погружением. Этот способ также основан на ионном обмене. Изделия погружаются в почти кипящую ванну, причем образуется тонкий осадок металла ванны. В настоящее время этот способ почти не применяется, так как гальваническое покрытие под действием тока является менее трудоемким, обходится дешевле и обладает гораздо большей надежностью. Ниже приводится состав ванны для серебрения погружением:
Нитрат серебра AgNO3 10 г
Цианид калия KCN 35 г
Вода Н2О .... 11л
Цианид калия и нитрат серебра растворяют каждый в 0,5 л воды, затем оба раствора сливают
2KCN ' AgNO3 KFAg(CN)s] 4- КЬЮ3
Обезжиренное изделие погружают в ваииу, температура которой должна быть от 80 до 90J С. Через несколько секунд после передвижения изделия в растворе на нем образуется, благодаря ионному' обмену, тонкая серебряная пленка.
Срок службы такой ванны невелик, так как она загрязняется ионами покрываемых изделий. По окончании работы оставшееся серебро необходимо удалить нз ванны. Изделия вынимаются из ванны, когда получен желаемый тон окраски покрытия. Затем их промывают и сушат в опилках или стружках.
Золочение погружением Для золочения подготовляют ванну следующего состава:
Фосфат натрия МядРО, 4 г
Гидроокись калия КОН 4 г
Хторид зс юта Н [AuClJ 2 г
Цианистый к<1лин КС'4 . . 10 г
Вода НаО................................. 1л
В 0.75 л воды растворяют фосфат натрия и гидроокись калия; ),25 л воды растворяют хлорид золота и цианистый квлнй. q а раствора смешивают. Здесь используется способ покрытия такой же, как в прн серебрении погружением.
Контактный метод. Этот метод также основан на электрохимическом различии напряжений между металлом ванны и металлом изделия. Это различие напряжений увеличивают еще и тем, что металл изделия соединяют с особенно неблагородным еталлом, отстоящим далеко от водорода в ряду напряжений, н тем самым дополнительно повышают разность потенциалов между контакт ируемым (покрываемым) металлом и металлом ванны.
Пример. Медный стержень, подлежащий серебрению обматывают алюминиевой проволокой. AI переходит в раствор и становится ионом А1++* При этом он вытесняет Ag+ из ионного раствора. Серебро осаждается на меди и алюминии. Как и при ионном обмене процесс заканчивается, если погруженные металлы пассивируются посредством покрытия металлом ванны.
Преимущества и недостатки контактного метода. Ванна проста в пользовании и менее чувствительна к различиям в концентрациях н к примесям, чем гальваническая (ванна для золочения с посторонним источником тока может быть полностью испорчена нз-за примесей олова). Однако такая ванна неэкономична в употреблении, ввиду того, что благородный металл может заим-ствоватьси только из ванны, а не у анода Покрытие получается тонким н неравномерным.
Контактное серебрение. Для этой цели используется электролит следующего состава:
Нитрат серебра AgNOa - 17 г
Цианид калин KCN 25 р
Вода НаО . . I л
Каждую соль растворяют в 0,5 л воды н сливают рвстворы вместе. Обезжиренное изделие плотно обматывают алюминиевой или цинковой проволокой так, чтобы изделие и проволока сопри-каса чнсь. Конец проволоки оставляют достаточно длинным, чтобы за него можно было удерживать покрываемое серебром изделие. Раствор должен быть нагрет от 80 до 90° С. Изделие, погруженное в ванну, перемещают вперед н назад до тех пор, пока иа ием не образуется плотное покрытие (Если изделие будет находиться в ванне слишком долго, то можег возникнуть некра сивая окраска поверхности) Затем предмет вынимается, промывается, проволока разматывается; изделие зачищается и снова обматывается проволокой Так как покрытие в местах соприкосновения с проволокой становится особенно плотным, то вторич ную обмотку изделия проволокой нужно делать на других мг тах тя того, чтоб покрытие получилось равномерным. Теперь серебрение можно повторить несколько раз до тех пор, пока не будет
достигнута желаемая толщина покрытия. Конечно, каждый раз нужно брать новую контактную проволоку или следует зачищать использованную перед последующим ее применением. Это необходимо делать потому, что проволока покрывается благородным металлом, пассивируется и становится непригодной. Контактную ванну пернодическн освежают добавлением новой порции соли.
Контактное золочение. Для этого вида покрытия рекомендуют в большей степени использовать готовые препараты соли, чем при контактном серебрении. Только в исключительных случаях берутся за самостоятельное изготовление состава ванны по следующему рецепту:
Хлорид золота Н [ЛиС14[ 2 г
Сульфид натрия Na2S . .10 г
Цианистый калин KCN 5—10 г
Фосфат натрия КаяРО4 60 г
Вода НаО . . . . 1л
Указанные химикалии опускают в слегка подогреваемую воду и перемешивают ее до тех пор, пока онн полностью не растворятся.
Данный метод золочения сходен по существу и выполнению с контактным серебрением. Прн покрытии белым золотом требуется совсем немного контактного материала н более низкая температура ванны, в то время как для золочения красным золотом необходима более плотная обмотка предмета контактной проволокой. Если в процессе золочения выпадает темный осадок, то это свидетельствует о том, что изделие находилось слишком долго в ванне или, что температура ванны была слишком нпзкой.
79. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ НАЛИЧИИ ПОСТОРОННЕГО ИСТОЧНИКА ТОКА
Кислое меднение. При этом процессе применяют ванну следующего состава:
г/л
Сульфат меди CuS04-SH2O 220
Серная кислота H2SOI....................... 30
В электролит помещают два электрода, например дае медные пластины, которые соединяются с источником тока (рис. 263). Важнейшей составной частью ванны является сульфат медн. Он диссоциирует в воде по реакции
CuSO4 —»CtT+ 4- SO“.
Серная кислота препятствует образованию Си2О иа катоде, повышает электропроводность электролита и уменьшает степень диссоциации CuSO4, что способствует получению мелкозернистого покрытия. В спокойном состоянии, т. е. пока в ваниу не подано напри жен ие, оба медных электрода покрываются медью, выде
ляющейся из электролита, вследствие высокого осмотического давления. Это будет происходить до тех пор, пока потенциал напряжений атомов и нонов меди не выровняется.
Если включается ток, то этот потенциал покоя смещается: под воздействием напряжения от постороннего источника тока один электрод заряжается отрицательно н становится катодом. Благодаря этому повышается осмотическое давление ваииы, так как на поверхности катода образуется избыток электронов. Ои должен компенсироваться вследствие того, что ионы меди из
Рис. 263. Схема процесса, протекающего в гальванической ванне с источником тока (медные электроды погружены в раствор соли меди)
раствора аанны, осаждаясь на поверхности катода, отнимают у него электроны и таким путем дополняются до нейтральных атомов меди
Си++ + 2е —* Си-атом.
Под воздействием тока от постороннего источника вторая медная пластина заряжается положительно и становится анодом; ее электроны отнимаются и передаются во внешнюю цепь. Ток от постороннего источника действует так, что металл анода становится электрически неблагородным. Его осмотическое давление уменьшается настолько, что давление раствора ванны оказывается больше. Отрицательный ион ваниы SO"“ вынужден нз-за этого отдать свои избыточные электроны аноду
SO, — 2ё - SO4.
Итак, оба компонента ванны Си* и SO, вынуждены уравнять свои заряды. Опн становятся электрически нейтральными, благодаря чему в ванне опять устанавливается состояние равновесия. Нейтральный SO4 отнимает у металла анода один Си-атом, дополняется благодаря этому опять до молекулы CliSO4, которая диссоциирует затем на Си** и SO". Этим достигается исходное
состояние, я процесс начинается снова. Содержание металлы в ванне остается теоретически постоянным. На практике оно изменяется из-за одновременно протекающего вторичного ро-цесса.
Гальванический ток (пояснение некоторых понятий и процессов). Электрический ток проходит через ванну с определенной интенсивностью, котораи измеряется в амперах (А). Сила тока зависит от приложенного напряжения, измеряемого в вольтах (В), и сопротивления ванны, измеряемого в омах (Ом). По закону Ома соотношение между этими величинами следующее:
_ напряжение вольт
Сила тока =-------------- или ампер =---------.
сопротивление г ом
Плотность тока. В гальванических процессах сила применяемою тока / зависит от общей площади поверхности изделий F, на которую ток действует. Это соотношение измеряется в амперах на дм2 н называется плотностью тока DK. Для каждой ванны предписана определенная плотность тока, которая однако не может быть прямо установлена прн наладке ванны. Так как можно изменять в определенных пределах лишь силу тока, то приходится подстраиваться под требуемую плотность тока за счет изменения площади поверхности обрабатываемых изделий (количества предметов в ванне)
Плотность тока DK | А/дм8] =
____________Сила тока I ]А|_______
11лотадь поверхности изделий F [дм2]
От мощности имеющегося источника тока в свою очередь зависит наибольшая возможная плоТцадь поверхности изделий, определяемая из этой формулы,
Пример'. Плотность катодного тока в ванне для предварительного серебрения = 2 А/дм2, возможная сила тока установки I — 1,5 А. Какую площадь F может иметь поверхность изделия
F=-4- = -!£ = 0.75 дм2.
Напряжение ванны. Величина гальванического напряжения в ванне, определенная по закону Ома, будет не совсем точной, нбо приложенное напряжение кроме сопротивления ванны должно преодолеть поляризационное напряжение электродов, г. е разность напряжений, возникающую при отсутствии источника тока, между металлом электродов и металлом ванны и действующую в противоположном току направлении. Отсюда следует, что: напряжение ванны силе тока X сопротивление ванны + анодный потенциал I катодный потенциал.
Последствия применения высокой плотности тока. Высокая »тиость тока ускоряет процесс образования гальванического »ытпя. Однако слой покрытия растет стишком быст| н при бразуются большие кристаллы. Структура покрытия ста-[тся рыхлой, пористой и имеет плохое сцепление с метал-
Наряду с металлами в растворе содержатся также частички ромов водорода Н+, которые всегда имеются в воде и диссоциируют из д< Лавок. Если превысить плотность тока, рекомендуемую для ванны, то иа кагоде начнет выделяться газообразный водород. На «•"ольшая требуемая величина напряжения для выделения водорода называется перенапряжением водородв. Величина этого перенапряжения у отдельных металлов различна.
Из-за повышенной плотности тока частички металла начинают осаждаться из ванны настолько быстро, что электролит около катода обедняется нонами металла. Требуемое равновесие зарядов может быть достигнуто в этом случае за счет насыщения раствора большим количеством ионов водорода
Н‘ Т е —« (1-атом.
Образовавшиеся атомы водорода объединяются в молекулы и поднимаются в виде пузырьков laasu Таким образом, приложенное для повышенной пяо1 носит тока напряжение используется для осаждения металла только частично Кроме того, структура осажденного металла сильно повреждается вследствие того, что часть образовавшегося газообразного водорода прочно застревает в 1убчатом металлическом покрытии, которое получается в результате хрупким, пористым и пузырчатым. При соблюдении предписанных значений напряжения ванны н плотности тока можно избежать подобных неприятностей
60 ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Корпус ванны. Для покрытия небольших изделий можно использовать фарфоровую чашку, применяемую для выпаривания, или ванну из кварцевого стекла. Эмалированные сосуды менее приемлемы, так как прн нагревании газовым пламенем с их внутренних стенок может отскочить эмаль, и обнажившееся железо тогда войдет в соприкосновение с электролитами. Из более крупных ванн хорошо зарекомендовали себя ванны из диабазовых плиток на кислотоупорном цементе.
Аиод В качестве анода лучше применять благородный металл, так как ванна, благодаря этому, постоянно восполняется за счет металла анода. Если же используются нерастворимые аноды из нчатииы иди нержавеющей стали, то в этом случае экономится металл анода, но потребность ванны в благородном металле должна покрываться добавкой новых солей металла. Для покрытия ботьших предметов необходимо использовать несколько
анодов, чтобы добиться по возможности большего рассеивангц ионов в ванне.
Катод Обычно в качестве катода используется гальвани^ руемый предмет. О предварительной обработке и подготс ке изделий говорилось выше в разделах о золочении и серебреник Особое внимание необходимо уделить хорошему контакту предмета с соединительной проволокой, в качестве которой подходит тонкая медная или серебряная проволока. Последняя плотно обматывается вокруг изделия. Еслн проволоку наматывать черес .у р
плотно, то места соприкосновения с ней не смогут подвергаться гальванизации; если же намотка окажется слишком слабой, то контакт будет плохим, поэтому проволокой необходимо надежно обматывать изделие несколько раз. Совершенно неправильно, например, подвешивать на контактную проволоку цепочку только за ее последнее звено. Если изделие помещают в ванну несколько раз, то контактная проволока каждый раз должна соприкасаться с новыми местами
Рис. 264. Простейший малогабаритный галь- изделия, чтобы покрытие панический аппарат с открытой дверпей было равномерным.
При нанесении гальванических покрытий на мелкие предметы рекомендуется положить
их иа сито из алюминия или никеля, так как эти металлы хорошо проводят ток, ио не подвергаются гальванизации.
Токопроводы. Источник тока и электроды должны соединяться проводами. Целесообразно класть на корпус ванны несколько контактных стержней (шнн) нз латуни, на которые можно навесить аноды н катоды. Стержни должны быть изолированы от ванны и друг от друга. К аноду прочно прикрепляют или припаивают твердым припоем контактную проволоку; конец контактной проволоки у катода после обмотки изделия должен оставаться такой длины, чтобы он свободно доставал до контактного стержня Электроды навешиваются на достаточном расстоянии (минимум 10 см) друг от друга так, чтобы в ванне нх можно было свободно покачивать. Контактные стержни должны быть всегда чистыми и ровными, чтобы ток мог беспрепятственно проходить по ним.
В качестве соединительных токопроводов между шинами ванны н источником гальванического тока используются хорошо изоли-
пованные провода диаметром минимум 1 мм. Токопровод должен быть по возможности коротким для предотвращения нежелательных потерь энергии.
Необходимо всегда обращать внимание на то, чтобы токопро-воды и электроды не соприкасались ни взаимно, пи с другими 1деталлическмми частями.
Гальванические аппараты. Эти аппараты, являющиеся источниками тока для гальванических ванн, пре >бра уют переменный ток сети напряжением 220 В в постоянный ток низкого напряжения, обычно до 6—12 В.
Рис. 265. Универсальная 1альваническан установка (фирма «Филиппи и К0», Пфорцгейм)
Рассмотрим в качестве примера простой гальванический аппарат, изображенный на рис. 264. Переменный ток напряжением 220 В идет от сетевого штекера g через выключатель а к распределительному трансформатору е, который понижает напряжение до 6 В. Селеновый выпрямитель Д рассчитанный па силу тока в 1 А, работает по мостовой схеме Герца и превращает переменный ток в постоянный, напряжением в 6 В. Постоянный ток попадает на реостат с подвижным контактом с, ползунком которого d можно плавно регулировать напряжение в пределах от О до 6 В На вольтметре b можно видеть точную величину напряжения. Выпрямленный ток, предназначенный для работы небольших гальванических ванн, подходит к клеммам анодов и
катодов, к которым присоединяются токопроводы ванны. Еш необходимо нанести гальванические покрытия на большое коли чество Изделий, произвести чтектрополирование нлм снять с мзде лий юлотое покрытие, то дли этого нужны аппараты большгЛ мощности. Так, например, промышленностью выпускается ar iaJ рат для nn точения, серебрения, электрополнровки и для удалей пня гальванических покрытий, который хорошо зарекомендовал себя на предприятиях средней величины. Его сила тока окло 10 А, а напряжение можно регулировать в пределах от 0 до 25 В. С помощью такого аппарата можно позолотить поверхность изделия в 40 дм2, покрыть родием 10 дм2 или удалить 1 дм2 позолоты
Для нужд крупного предприятия небольшие установки подобною рода недостаточны, поэтому наиболее подходящими для них будут универсальные гальванические установки многоцелевое назначения, подобные изображенной иа рнс. 265. Четыре ванны встроены в стол и по необходимости могут использоваться как для любых гальванических работ, так и для обезжиривания и промывания. При пжрузке в 100 А напряжение можно плавно изменять в пределах от 0 д 10 В. Электронагрев ванн регулируется коммутационным аппаратом и наблюдение ведется по контрольным лампам. Сигнальные часы с секундной и минутной стрелками гарантируют контроль за одинаковым временем обработки. Все ванны снабжены отсасывающими устройствами в целях охраны здоровья рабочих. Нижняя часть стола представляет собой шкаф для хранения химикатов.
81. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ СЕРЕБРЕНИЕ
Для гальванического серебрения используют следующие составы ванн и режимы нх работы.
1 Для предварительного серебрения
Дицианоаргентаат калия (64% Ag) К [Ag(CN)2l 8 г/л Цианид калия KCN .......... 80 г/л
Материал анода . . Нержавеющая
стачь
Температура.......................... . 18—20° G
Пчотность катодного тока................. 2 А/дм2
Напряжение ванны прн расстоянии между анодами 1Б см 4—6 В
Расчетные нормы: серебро в ванне....................... 3—4 г/л
свободный циан истый калнй . . 60—80 г£л
2 I гтчгпю юйного серебрении
Дицианоаргентаат к< inn (54р' Ag) К [Ag(CN)3l
Цианид к тя КСМ
Карбона! калия К Матег гял ян чя ...................
Te*iiiep<j । \ рг..........................
50 г/л
25 г/л
30 г/л
Чистое серебро 18—24гС
Плотность катодного тока-.
при неподвижных изделиях . . . 0,3—0,5 А/дм8
» движении изделий .... 1—1,5 4/дм1
Напряжение ванны прн расстоянии м< аду анодами 15 см..................... 0,7—1 В
Расчетные нормы:
серебро в яанне ...... 6»—30 г/л
свободный цианистый калнй 70—Ю0*> от со-
держания геребра
Карбонат калия Не более 100 г'л
Ванна состоит из трех компонентов.- калиевого цианида серебра (дицианоаргентаата калия) как носителя металла, цианида калия и карбоната калия, как солей электролита. Вместо соли калия могут быть нспользоввны и соли натрия. Самостоятельно составлять ванну для серебрения нецелесообразно ввиду того, что имеются недорогие апробированные готовые препараты- Так как мелкозернистый осадок можно получить только в ваннах с цианистым калием, то по ээой причине другие составы ванн рассматриваться в этой книге не будут.
Процессы, происходящие в ванне. Функции дицианпаргешпа-ата калия. Важнейшей частью ванны является комплексная соль — К [Ag(CN)2J:
в воде она диссоциирует ив ионы по реакции
К [Ag(CN)J - К+ + IAo(CN)BJ-;
при электролизе ион калия К* нейтрализуется на катоде
К* + е —* К-атом;
в то время как комплексный анион IAg(CH)2J~ распадается IAg(CN)J- -Ag+J- 2CN-;
нон Ag+ получает с катода электрон, дополняется до атома и осаждается на поверхности катода
Ag+ + е —* Ag-атом.
Одни из обоих ионов CN' отдает на аноде электрон и объединяется с атомом Ag из металла анода, с образованием цианистого серебра
CN + Ag — AgCN.
Другой ион CN" объединяется с нейтрализованным К и образует KCN
CN + К — KCN.
оба вещества растворяются и образуют опять исходный про ДУ кт
AgCN -г KCN — KIAg(CN, J.
Дицианоаргентаат калия днссоцнируе! ва, и энный процесс повторяется Вследствие того, что j комплексной соли концентрация металла ниже, процесс осаждения идет существенно
сложнее, чем у простых солем, а осадок выпадает более плотны! и мелкозернистым Вайна пополняется почти полностью из металл анода, поэтому его можно долгое время использовать, не o6hoi ляя соль ванны. Если плотность анодного тока слишком высока, то анод покрывается слоем цианистого серебра, которое поли меризуется до парацианида серебра. В то время как слой цианп стого серебра при прерывании тока опять растворяется, изоли роаанный слой парацнанида серебра сохраняется.
Функции свободного цианида калия. Свободный цианид кали дает возможность в первую очередь уменьшить концентрацию ионов металла Степень Диссоциации дицианоаргентаата кали] определяется точно. Если добавить свободного цианида калия который образует однородные ионы, то уменьшается часть сво бодных ионов серебра в ванне. Кроме того, свободный KCN уменьшает потенциал серебра, снижает также цементацию (ионный обмен) и препятствует тем самым контактному выделению се ребра, которое особенно заметно при серебрении неблагородных металлов. Если, благодаря добавке свободного KCN, уменьшается концентрация ионов Ag, то уменьшается также и потенциал се ребра до отрицательного значения, т. е. в сторону неблагородных металлов Так, например:
в
Раствор 27 г/л Ag без свободного KCN имеет потенциал +0,15 » 27 г/л Ag с 1,6 г/л KCN имеет потенциал . . . —0,232
» 27 г/л Ag с 16 г/л KCN имеет потенциал . —0,381
Функции углекислой соли (карбоната). Электропроводность и рассеивающая способность ванны увеличиваются при наличш углекислой соли (карбоната), осадок становится более мелко зернистым и твердым.
Нормальное серебрение. Цель нормального серебрения заклю чается в получении стойкого и относительно толстого серебряного покрытия. Поверхность изделия должна получиться матово белой, равномерно покрытой серебром, без пятен и блестящих мест. Для этого применяют анод из чистого серебра толщинок около 1 мм. Величина поверхности анода должна соответствовал площади поверхности изделия. Если подвергают серебрению мел кие предметы, то анод подвешивают так, чтобы он только частично был погружен в раствор ванны Если анод слишком маленький необходимо более высокое напряжение, кроме того, должш быть увеличено расстояние между анодами для того, чтобы со хранить их рассеивающую способность. В общем, расстояние между анодами должно составлять минимум 10 см. Когда ванн: находится в эксплуатации, анод должен быть матовым, светло серым. При выключении тока он должен опять принимать перво начальный белый цвет При бездействии ванны анод должен оставаться в растворе.
Посл/довительность операций. После включения тока изделие крепя г проволокой из чистого серебра или с помощью други? 312
приспособлений на штангу катода. Если изделие еще не обрабатывалось в ванне для предварительного серебрения, то напряжение ванны повышают сначала примерно до 5—6 В. После получения плотного серебряного покрытия продолжают работать дальше • заданным нормальным напряжением.
Если изделие уже прошло предварительное серебрение и кра-цевание. его помещают в ванну и подвергают серебрению при заданных условиях. По истечении 15—20 мин его вынимают, промывают н крацуют латунными щетками. Благодаря этому поверхность становится блестящей; можно одновременно контролировать — вся ли поверхность покрыта серебром. Затем изделие опять промывают в воде.
Если толщина слоя недостаточна, изделие подвешивают еще раз и процесс повторяют, пока не будет достигнута желаемая толщина покрытия.
После последнего крацевания изделие подвешивают в ванне еще раз примерно на 3 мин, но без пропускания тока, промывают его, высушивают и полируют на тканевом и войлочном полировальных кругах.
Если предмет должен быть матовым, то от последнего крацевания отказываются. Дефекты, возникающие при серебрении, приведены в табл 23.
Специальные ванны. Обычные серебряные ванны, содержащие цианистый калий, имеют следующие недостатки: 1) осадок выпадает всегда матовый и поэтому, когда изделие должно иметь блестящую поверхность, предмет приходится подвергать полированию; 2) низкая плотность тока допускает только медленное осаждение металла; 3) поверхность осажденного слоя получается мягкой н быстро истирается.
Серебрение можно улучшить следующими методами: 1) добавлением в ванну с цианистым калием блескообразующнх добавок, 1аких как: соли селена и теллура, тиомочевина, сероуглерод, тиосульфат аммония и др.; иногда долю добавок настолько увеличивают, что {забота ванны становится не зависимой от содержания цианистого калия; 2) отказом от цианида, как основы электролита, и составлением ванны из других веществ, например, таких как иодиды, радониды, тиосульфаты и др.
В результате исследований были разработаны рецепты ванн для блестящего серебрения «Вайнер» (Дегусса, Франкфурт-на-хМайне) и «Шеринг» (Шеринг, Берлин), обеспечивающие зеркально блестящее покрытие. Толстослойное серебрение, которое в обычной ванне продолжается в течение 3—4 ч, в случае использования этих ванн заканчивается через 30 мин, так как может осуществляться при плотности тока до 1,2 А/дм2. Нет необходимости прерывать процесс, чтобы подвергнуть изделия крацеванию, ибо гладкое покрытие без пор и пузырьков равномерно блестит даже на профилированных деталях, обладает высокой прочностью и малой изнашиваемостью.
Возможные дефекты прн серебрении
Пр и ч внн появления Способ устранения
Пу ырчатый (I л. ) Нч 1 лле неудовлетво- Обезжирить н амаль-
Осадок ритедьно обезжирено н я*а тьгзмировано гамнровать
По гый . .вок Неравномерное амаль-г-миривание изделия То же
Неровный (шер ча-гый) осадок Загрязненная ванна Профильтровать электролит
Полосчатый осадок Ванна слишком концентрированная Разбавить электролит водой
Полосчатый осадок Ванна слишком холодная Подогреть ванну
Края нзд< ня грубые Слитком малое содер- Добавить соли сереб-
и пористые жаниг металла ра
Анод с бело-металлическим блесмак Слишком много KCN То же
Темные пятна на аноде. осадок голубоватожелтый Слишком мало KCN Добавить 1—2 г/л KCN
Никакого осадка Анод и изделие не имеют контакта Прочистить контакты
Осадок серого цвета. Плотность катодного Понизить силу тока
выделение водорода тока слишком высокая нли навесить больше изделий
Плохая рассеивающая Слишком низкая ка- Повысить плотность
способность годная плотность тока тока
Анод пассивен Слишком высокая плотность анодного тока Кра певать анод
Плохая рассеивающая Расстояние изделие— Расстояние увеличит!
способность анод слишком мало минимум до 10 см
Регенерация серебра. Для извлечения серебра из отработанных ванн к использованному электролиту добавляют цинковой пыли в .количестве, которое примерно в четыре раза превышает по весу предположительное содержание серебра. Через несколько дней берут небольшую пробу раствора в пробирку. В пробу добавляют несколько капель серной печени Если раствор остается светлым или становится нс того мутным, значит серебра в нем нет; если же взятая проба окрашивается от коричневого до черного цвета, так как из раствора продотжает еще выделяться сульфид серебра, то в ванну добавляют еще цинковой пыли. Затем раствор сливают
я осадок промывают водой. В заключение осадок обрабатывают разбавленной соляной кислотой для растворения избытка цинка. После сливания жидкости на дне ванны остается осадок г высоким содержанием серебра. Этот осадок высушивают и передают для да 1 ьнейшей переработки.
82. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ЗОЛОЧЕНИЕ
Этот способ во многом похож на гальваническое серебрение. Поэтому мы часто будем обращаться к серебрению, ибо многие процессы» описанные применительно к нему, происходят и прн золочении.
Составы ванн. В специальной литературе опубликовано множество рецептов по золочению» сходство которых заключается в том, что ювелир без специальных знаний в области химии может воспользоваться ими только с большим трудом. При несоблюдении технологии и отклонениях в составе ванн могут возникнуть существенные потери драгоценных металлов» поэтому необходимо, по возможности, отказаться от самостоятельного изготовления ванн для золочения. Тем более, что имеющиеся готовые препараты во много раз надежнее и имеют относительно низкую стоимость. В настоящее время ванны составляются на основе цианидов: дицианоаураата кал ня («золотой соли»), являющегося носителем благородного металла; цианида калия» играющего роль «свободного» цианистого калия н фосфата натрия («токопроводящей соли»), служащего для увеличения электропроводности.
Ниже приводятся рецепты основных ваин для гальванического золочения.
Ванна золочения, работающая на холоде или с под древом:
Днцианоаураат калия (40% Ап) К [Au(CN2)J
Цианид калия KCN ........................
Дииатрийфосфат Na2HPO4 .
Материал анода . . .
Температура .............
Плотность катодного тока ....
Напряжение ванны при расстоянии между анодами 15 см-
ори 18—20е С. .
* 60—70еС. .
Чистого золота в ванне . . .
Свободного цианистого калия
Ванна золочения, работающая с поо
Дицианоаураат калия (40% Ан) К (Аи(СГ.2)1
Цианид калии KCN ........................
Динатрийфосфат Na2HPO4 ....
Материал анода ....
Температура..............
Плотность катодного тока ... ....
8,5 г/л
10.0 г/л
70,0 г/л
Чистое золото 18—20° С
0.1^0,52 А/дма
2—2.2 В 1—2 В 3—4 г/л 10—15 г/л
юн:
2,5 г/л
5,0 г/л
70 г/л Нержавеющая сталь 60—70° С 0,2—0.5 А/дмя
0,8—1,0 г/л
Напряжение ванны при расстоянии между ано-дани 15 см...................
Чистого золота н ванне .... Свободного цианистого калия .
С давних пор ювелиры пытались изменять окраску покрытий аналогично золотым сплавам, добавками других металлов и отте нить градации цвета золота. Различную окраску золотого покрытия удавалось в большинстве случаев получать благодаря добавкам а аанну наряду с золотой солью соответствующей соли дру того металла, вследствие чего на изделие осаждались одновременно оба металла. Так, например, в ванне зеленого золота, состав которой приведен ниже, гальваническое покрытие на из делнн образуют золото и серебро.
Ванна зеленого золота:
Длциапоаураат кадия К |Au(CN2))
Цианид серебра AgCN..........
» калия KCN Материал анодов .
Температура ..........
Плотность катодного тока
6,2 г/л 0,8 г/л 7,5 г/л
Нержавеюща и сталь 50—60° С 1—2 А/дм®
Процессы, происходящие в ванне. Функция дицианоаураата калия. Комплексная соль — K[Au(CN)2] является носителем благородного металла, основной составной частью ванны- Золото находится в этом соединении в одновалентном состоянии. В глав иых чертах процесс гальванического осаждения золота соответ ствует рассмотренным выше процессам получения серебряных покрытий из дицианоаргентаата калия.
Функции свободного цианистого калия. Хотя золото в ряду напряжений занимает место самого благородного металла, но в растворе цианидов его поведение менее благородно, чем серебра
Как и при серебрении, часть свободного цианида калия обусловливает уменьшение содержания свободных ионов драгоценных металлов и за счет этого смещает потенциал напряжений в сторону еще менее благородных металлов. Опасность ионного обмена с неблагородным металлом изделия при золочении значительно меньше, чем при серебрении.
Функции фосфата натрия. В растворе для золочения он дей ствует как токопроводящая соль и соответствует по своему дей ствию карбонату при серебрении. Он должен повышать проводи мость электролита и увеличивать рассеивающую способность ионов благородного металла.
Подготовка изделий и эксплуатация ваииы. Особенности под готовки изделия заключаются в том, что из-за небольшой толщины наносимого золотого покрытия поверхность изделия должна быть особенно тщательно зачищена и отполирована. Каждая царапина и каждая неровность на предмете остаются видимыми после золочения и даже еще более четко оттеняются. Кроме того, и з 316
пелие должно быть безукоризненно про* мы то 11 обезжирено. Следует учесть, что перед золочением изделия из цинка, олова и свинца предварительно омед-ряются, в то время как предметы из железа, стали и никеля сразу подвергаются золочению
Так как золотая ванна имеет низкий потенциал напряжений, то нет необходимости в предварительном амальгамировании, и изделия из меди и ее сплавов (латуни, бронзы, нейзильбера) можно сразу подвергать золочению. Вообще следует совсем отказаться от амальгамирования перед золочением, ибо белая окраска ртути обычно просвечивает через тонкий слой позолоты и неблагоприятно сказывается на цвете золота.
Нормальное золочение. При гальваническом золочении применяют как растворимые аноды из чистого золота, так и нерастворимые из платины или нержавеющей стали Растворимые золотые аноды в противоположность серебряным анодам в ванне для серебрения не могут полностью выравнять содержание металла в ванне,. потому что ионы натрия, которые всегда, хотя бы в небольших количествах, содержатся в цианистых ваннах, образуют на поверхности анодов нерастворимые комплексные соединения. Для осуществления процесса электролиза достаточно, чтобы площадь анодов соответствовала одной трети площади поверхностей изделий. При золотом аноде напряжение ванны может быть в пределах от 1 до 2 В. Для золочения, особенно в ваннах для цветного золота, хорошо зарекомендовали себя нерастворимые аноды, преимущественно из платины. В ваннах, содержащих хлориды, не следует применять аноды из нержавеющей стали. Напряжение ванны должно составлять 2—3 В.
Чтобы уловить возможные загрязнения, которые прилипли к изделиям, и воспрепятствовать их проникновению в основную ванну в результате ионного обмена, необходимо предварите л ь и о е золочение, не менее важное, чем предварительное серебрение- В противоположность предварительному серебрению, состав ванны для предварительного золочения должен быть точно таким, как и состав основной ванны. Совершенно неправильно использовать старый, бывший в употреблении раствор для золочения. ибо в этом случае получаются обесцвеченные осадки, которые не полностью перекрываются в процессе основного золочения.
Предварительное золочение осуществляют точно так же, как и основное золочение, изделие оставляют в ванне до тех пор, пока не образуется плотное покрытие достаточной толщины.
Последовательность проведения операций при золочении. Ванна должна иметь строго определенную температуру. На электроды подают заданное напряжение Изделие обматывают контактной проволокой и подвешивают на шину катода, после чего тотчас же включается ток. Продолжительность золочения невозможно
г
точно установить. Она зависит от характерных особенностей изде-J тин, от мощности ванны, н, наконец, от жетаемого качества вс-верхности покрытия. При продолжительности золочения о олJ 30 с покрытие остается блестящим. Если изделие оставляю! в ванне несколько дольше, поверхность его становится матовое Довольно солидной толщины покрытие получается, если и дел^ опускать в раствор трижды примерно по пять минут. Затем изде. лие вынимается, крапуется, и естн это необходимо, опять помеЛ щается в ванну Изделие дотжно быть хорошо промыто, чтобм| в ванну ие попали остатки жидкости, применявшейся при кра * цеванни Этот процесс — золочение, промывание, кр цевание,! промывание, золочение — повторяется столько раз, пока не будет достигнуто требуемое качество покрытия. Окончательная обработка поверхности определяется желаемым качеством покрытия] Для получения металлического блеска достаточно кра сван ня. 1 если же нужна полированная поверхность, то ее обрабатываю™ гладилом и па круге из шерсти. Дефекты процесса золочения и способы их устранения приведены в табл. 24.
Специальные ванны. Обычные ванны для золочения имеют! два существенных недостатка, заключающиеся в том, что: во-первых, как только чистое золото осаждается, то окраска покры-1 тия становится неизменной и» во-вторых, золотое покрытие по-1 лучается мягким и быстро истирается
Чтобы взбежать этих недостатков, были разработаны ванн41 цветного и износостойкого золочения.
Ванны для получения цветного золота. В нормальной вагне! можно варьировать оттенки золота посредством изменения усло-| вин осаждения металла. Если плотность тока и температуры ванны высокие, а содержание свободного цианистого калня низкое, то осадок будет темнее, прн обратном соотношении получают свет-1 лые, блеклые осадки. Еще большие возможности для варьирова-1 ння оттенков представляются при добавлении в ванну других солей металла. В частности, имеются готовые препараты для получения следующих оттенков осадков: красного, желтого, светло- | желтого, зеленого. Ванны для получения желтого и зеленого] золота требуют более низкого напряжения и меньшей плотности тока; для них необходима рабочая температура до 70е С. Ванна красного золота, напротив, требует большей затраты электро энергии и температуру около 80° С.
Твердая позолота. Было проделано немало различных опытов для увеличения твердости золотого покрытия Практически надежными зарекомендовали себя способы, при которых одновре- I менно с золотом осаждается другой более твердый металл, напри- I мер, никель Так как оба металла имеют слишком разные потен-1 циалы осаждения, трудность состоит в том, чтобы подходящими | добавками приблизить эти потенциалы и вызвать осаждение обоих ] металлов. Этот метод пригоден только для крупных предприятий, так как требует применения сложных установок.
Возможные дефекты прн эозочении
Вид дефект» Причины
Пятнистый осадок Остатки хими калия на изделии Изделие очистить
Пятнистый «ЧОК Растворить для амальгамирования СЛИШК >11 концентрированный Изделие сл шиком долго подвергалось амальгамированию Раствор разбавить, амальгамирование осу ществлять за более ко роткое время
Пятнистый осадок Поры в основном металле Шлифование и полирование
Местами плохая стойкость Основной металл содержит фосфор Применять металл, не содержащий фосфор
Шероховатый осадок Ванна загрязнена Ванну профильтро вать
Пузыристый осадок Изделие плохо обезжирено Изделие обезжирить
Красный осадок Ванна загрязнена примесями медн Добавить 2—5 г/л KCN
Банна работает медленно Ванна слишком густая Разбавить водой
Обесцвеченный, ие чисто окрашенный осадок Анод слишком велик или мал Выверить величину анодов
Ванна работает медленно, интенсивное образование водорода. Осадок черно-зелспый Слишком мало содержание золота Добавить «золотой соли»
Высокое омическое сопротивление. Аноды становятся коричневыми Стишком мало KCN Добавить 2—3 г/л KCN
Анод с металлическим блеском Слишком много KCN Добавить «золотой соли»
Шероховатый осадок Слишком много К2со, Добавить раствор ванны, свободный от карбоната
Края изделия серые; крупнозернистый буро-фиолетовый осадок; образование водорода Слишком высокая плотность катодного тока Увеличить силу тока или навесить меньшее число изделий
Плохая рассеивающая способность Слишком низкая плотность катодного тока Повысить плотность тока
То же Расстояние изде- лие — анод слишком мало Расстояние увеличить не менее, чем до 10 см
Регенерация золота. 10 г/л цинковой пыли добавляют в ванну Оставляют все это на несколько дней, помешивая время от времени На десятый день осадок можно отстаивать. В пробирку наливают немного растворимого хлорида олова и соляной кислоты. Тонкий слой соляной кислоты препятствует помутнению раствора из-за наличия Sn(OH)Cl В этот раствор добавляют несколько капель жидкости для золочения. Если она еще содержит золото, то раствор окрашивается в более или менее красный цвет (пурпурное золото). Если же жидкость ванны не содержит золота, ее можно слить. Осадок с оставшимся раствором нагревают, выпаривая жидкость, и передают на аффинаж.
Электрохимическое отслаивание и полирование. Оба эти понятия необходимо четко различать по их назначению, хотя применяемые в обоих случаях ванны и схемы обработки детален (путем анодного травления) являются одинаковыми. Электрохимическое отслаивание применяют для удаления с поверхности изделия окисных пленок, образовавшихся при прокаливании, а также налетов, оставшихся после травления золотого сплава. Электрохимическое полирование имеет своей целью удаление неровностей, сглаживание поверхности и придание ей глянца, как и при механическом полировании. Преимущества указанных процессов перед ручной.обработкой заключаются в том, что путем отслаивания в электролите легко и быстро удаляется некрасивый зеленый на лет даже из самых труднодоступных уголков рельефного украшения. При этом отпадает трудоемкая и утомительная работа шабером, шлифовальными палочками, натянутой витью и т. п. После электрохимического полирования нужно лишь слегка отполировать обычным способом внутреннюю и оборотную стороны украшения.
Оборудование. Для электрохимического отслаивания и полирования необходим особенно мощный аппарат с силон гока не менее 10 А. Кроме того, требуется специальная, целесообразно составленная ванна. Рекомендуется следующий состав ванны для удаления налетов и позолоты, самостоятельного приготовления:
г/л
Цианид калия KCN ....................... .40
Динатрийгидрофосфат Na2HPO4 . . 100
Сульфид натрия NatSO3 ... 4
Гидроокись натрия NaOH .... 16
После употребления раствор слйвают и хранят в закрытой стеклянной бутыли, так как на воздухе он распадается.
Рекомендуется еще один опробованный в практике рецепт:
г/л
Гексацианоферрат (11) калин KJFe(CNB)J (жел-
тая кровяная гог.ь)....................100
Цианид калия KCN ................. . 50
Рабочий процесс. Температура ванны при включении тока должна быть 80—90° С В качестве катода используют стальную
пластину, слегка покрытую маслом, которая соединяется с шиной Kai ода толстым проводником. Из »елие, являющееся анодом, крепится на проводе, поперечное сечение которого составляет минимум 4 мм’- Изделие не закрептяют жестко на анодной шине, а оставляют провод подвешенным свободно, так как предмет должен передвигаться в процессе анодного травления. Для электрохимического отслаивания по сравнению с золочением необходима в 20 40 раз большая сила тока, т. е. около 10 А* дм2 и в 3— 5 раз большее напряжение, а именно 25 В. Примерно около 30 с изделие равномерно перемещается в ванне. Электролит вскипает и под действием сильного тока, движения жидкости и газов отделяются налеты и окисные пленки. После того как произошло отс поение, напряжение уменьшают и изделие выдерживают на штанге анода до тех пор, пока не будет достигнута жечаемая степень электрохимической полировки. У сплавоа золота выше 500 пробы эффект особенно заметен, но этот способ можно применять и для сплавов с более низким содержанием золота. Белое золото должно подвергаться обработке только в своей собственной ванне, иначе оио может окраситься или потускнеть. Следует иметь в виду, что слишком тонкий материал при хлительном воздействии такого интенсивного электрохимического процесса может быть разъеден насквозь.
83. РОДИРОВАНИЕ
Цели применения. Родий абсолютно устойчив к воздействию атмосферы воздуха и кислот и используется как защитное покрытие на серебряные изделия. Он обладает хорошей отражательной способностью и высокой твердостью. Однако он своим платиновым голубоватым «холодным» блеском подавляет у серебряных изделий их своеобразное «теплое» свечение, поэтому он ие смог еще получить в> «’общего признания. Родием покрывают украшения из белою золота и платины, чтобы высветлить их окраску.
Состав ванны. В то время как в США применяется преимущественно каина для родирования на основе фосфатов, большинство ваин, применяемых на ювелирных предприятиях ГДР, составляются на основе сульфатов.
Эти ванны очень трудно составить самостоятельно, поэтому ювелир должс t пользоваться готовыми концентратами. В качестве призера предлагается следующий состав ванны:
Гн оокн ь родия Ей(ОНя) 4 I п
Ц ' та-моння |NBjj2S0j . . 30 i л
С>< цняя cepi |я кисти а Н >О4 80 ол
Мл «»рнал анода . . Минина
Тсмг ратура ванны 50°С
Плотность катодного тока 0.5—9 А. дм*
Рабочий процесс. Корпус ванны должен быть стеклянным или керамическим- Так как платиновый анод не растворяется, то потерн металла ванны восполняются добавлением новой порции
П Э. Бреполь 321
если родия. Изделие следует хорошо отполировать, чтобы покрытие получилось блестящим.
Предметы необходимо тщательно очистить и обезжирить, в противном случае покрытие не схватится прочно с основным металлом. В воде, в которую добавлено немного серной кислоты, изделия промывают и сразу опускают в ванну. Они остаются в ванне, под током от 3 до 10 мин; обычно достаточно выдержки в 5 мин.
Наличие цинка, олова, железа и стали делает ванну непригодной для дальнейшего использования. Если раствор ванны мутный, его следует профильтровать.
Регенерация родия. Ювелир не в состоянии самостоятельна обработать электролит такой ванны с целью регенерации родня. Он обязан только проделать выпаривание жидкости до тех пор, пока не останется небольшое количество концентрированного раствора, который передается затем в разделительное (аффинажное) предприятие.
ГЛАВА 24
ЗАКРЕПКА ЖЕМЧУГА
84. СМОЛЫ ДЛЯ ЗАКРЕПКИ И ПОДГОТОВКА КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Надежное закрепление жемчуга, янтаря, кораллов, слоновой кости, черепаховых пластинок и т. п. посредством металлической оправы часто бывает невыполнимым. Прн тщательном исполнении необходимая прочность закрепки может быть достигнута в таких случаях с помощью специальных смол.
Смолы для закрепки. Мастика — является смолой мастичного дерева, произрастающего на греческом острове Хиос. Имеет вид янтарно-желтой массы и в продажу поступает чаще всего в форме маленьких шариков.
Шеллак— представляет собой смоловидные выделения тропических деревьев, растущих в Индии. Обычно поставляется в виде маленьких чешуевидных пластинок коричневого цвета.
Жемчужная смола характеризуется белой окраской. Этот готовый препарат получается сплавлением различных веществ. Качественная жемчужная смола должна быть жидкотекучей при нагревании, жесткой и прочно скрепляющей соединяемые части после охлаждения. Хрупкая и ломкая смола так же непригодна для закрепки, как и клейко-мягкая. По фону и цвету жемчужная смола является особенно подходящей для наклеивания жемчужин, однако хорошие свойства позволяют применять эту смолу для закрепления и других материалов.
Подготовка соединительных деталей. Принцип крепления жемчужин может быть перенесен и на все другие подобные материалы. Обычно жемчужины крепят с помощью штифта на чаше-322
видном основании (рнс. 266, а). Крепление в этом случае полу-
чается прочнее и надежнее, чем только на одном основании. Чашечку жемчужного основания делают более вогнутой, чем этого требует округлость жемчужины. В результате края чашечки нри-
тегают к жемчужине, и для смолы остается достаточное простран-тво (рис. 266, б). От назначения изделия зависит — насколько глубоко должна охватывать чашечка жемчужину. В качестве
штифта не следует использовать гладкую круглую проволоку. Лучше всего для этой цели подходит четырехгранная проволока или круглая с грубой резьбой. Толщина проволоки определяется величиной жем
чужины. Жемчужину просверливают на глубину до 2,3 ее диаметра. Крупные жемчужины держат при этом в руке; очень мелкие удерживают специальным держателем. В таком держателе жемчужина зажимается между двумя металлическими пластинами, в которых просверлены отверстия разных диаметров. Отверстия в жемчужине можно сверлить электродрелью. Сверла «Эй-река» обеспечивают хороший съем стружки. Круглую жемчужину нужно сверлить так, чтобы возможные дефекты
Рис. 266. Крепление жемчужины иа смоле: а — штифт с резьбой, припаянный к чашечке основания, подготовлен для иа-смолки; б — штифт вставлен в жемчужину и зацементирован смолой; в — предохранительный заводной выступ (бородка) на конце штифта, в жемчужине просверлен канал с расточкой на конце н боковым пазом; г — вставленный предохранительный выступ штифта поворачивается в полукруглом расширении конца высверленного канала
сверления приходились бы на обратную сторону, а лицевая сторона по возможности оставалась бы без изъянов.
Как правило, сверление производят на малых оборотах. Сверло должно быть сухим, так как влажная мелкая стружка забивает высверливаемый канал. Сверло вынимают из отверстия и тщательно контролируют глубину отверстия. Стружку сдувают и продолжают сверлить до тех пор, пока не будет достигнута нужная глубина. Если работать описанным способом осторожно, то сверло никогда не внедрится слишком глубоко и не просверлит
жемчужину почти насквозь.
Не рекомендуется нарезать резьбу в отверстии для того, чтобы ввинчивать туда штифт. Такую жемчужину трудно потом снять, а если штифт сломается, то удалить его из отверстия очень сложно. В сравнении с этим рекомендуется следующий, проверенный практикой метод закрепки жемчужины.
На конце штифта делают односторонний выступ, который действует как бородка ключа. После того как в жемчужине высверлен канал, по одной стороне прорезают паз и расточным
Л*
323
Рис. 267. Выфрезе-ровывание сломанного закрепочного штифта из жемчужины
вращающимся резцом расширяют конец высверленного канала, как показано иа рис. 266, е. При введении в отверстие штифт нужно держать наклонно, так как начало канала не выфрезеро-вывается, а затем перемещать бородку дальше в паз. Когда жемчужина полностью насажена на штифт, ее поворачивают на 180е, так что штифт, который к тому же намазан смолой, прочно закрепляется (рис. 266, а).
85. НАСМОЛКА, СБОРКА И РАЗБОРКА
Насмолка и зачистка. Для заполнения просверленного отверстия смолой из серебряной проволоки изготавливают миниатюрный паяльник. Его слегка подогревают, насаживают на него маленький, скатанный между пальцами, шарик смолы и проталкивают последний в отверстие. Паяльник подогревают, и смола заполняет все отверстие; при этом сама жемчужина не нагревается слишком сильно. Аналогичным образом наносят смолу на внутреннюю поверхность чашечки основания и на штифт. Нагрев паяльника и чашечки при насмолке производится слабым пламенем паяльного пистолета. В одной руке держат жемчужину, в другой — основание со штифтом. Соединяемые части равномерно нагревают и осторожно собирают их вместе, как было указано выше. После охлаждения излишние частички смолы осторожно удаляют пинцетом и кольцевая поверхность обреза чашечки в месте соприкосновения с жемчужиной зачищается.
Снятие жемчужины. При необходимости разборки соединения жемчужины со штифтом его нагревают до расплавления смолы и, слегка поворачивая, снимают жемчужину со штифта. Если штифт обломился и прочно застрял в канале жемчужины, его пытаются извлечь нагреванием, а в случае неудачи выфрезеровывают
(рис. 267). Для этой цели на конце тонкостенной твердой трубки из золота 585 пробы, внутренний размер которой соответствует штифту жемчужины, нарезают зубья, получая таким образом полую торцевую фрезу. Вокруг слома иного штифта прорезают шпицштихелем направляющую канавку. Вращением самодельной трубчатой фрезы, зажатой в сверлильный патрон, освобождают место для захвата штифта на глубину около 2 мм. Затем его захватывают маленькими тонкими щипцами или пинцетом и вытаскивают.
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ГЛАВА 25
ЧЕРНЕНИЕ
вб. СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ПОДГОТОВКА К ЧЕРНЕНИЮ
Так как Тула издавна была важным центром чернения, этот процесс называют также «тулированием». Суть чернения, которое имеет много общего с эмалированием, заключается в том, что черная смесь серебра—меди—свинца—серы, называемая чернью пли низлло, при прокаливании вплавляется в углубления, выгравированные в основном металле изделия, и образует плоский цветовой контраст (рис. 268).
Основной металл и его подготовка. Чернению (ниэллнрованию) подвергаются преимущественно сплавы серебра, так как на серебре получается сильный цветовой контраст н, кроме того, на нем легче всего плавится чернь. Иногда в качестве основы используются сплавы золота. На меди, латуни, нейзильбере чернь не держится, а крошится и отслаивается. При нанесении черни в основном металле прорезаются плоские канавки глубиной до 0,3 мм. Эти углубления могут быть получены гравированием, чеканкой, травлением, вырубкой зубилом или тиснением штампами. Можно также к выпиленным лобзиком пластинам припаять снизу днища из тонколистового металла, а промежуточное пространство в полученных углублениях заполнить сплавом черни.
Хотя в литературе дается много рецептов и методов приготовления черни, следует остановиться на одном, наиболее распространенном. При изготовлении чернн одна часть серебра н две части меди сплавляют, как обычно, под слоем буры. Одновременно расплавляют в стальном ковше или другом подобном сосуде три части свинца, медленно выливают его в расплав серебра и меди и тщательно перемешивают. Высокий тигель, наполненный
желтой порошкообразной серой, предварительно нагревают и в пего выливают полученный трехкомпонентный расплав, непрерывно помешивая. Тигель в течение некоторого времени выдерживают нагретым до такой степени, чтобы смесь оставалась жидкой. Так
Рис. 268. Табакерка с чернением (русской работы, из собрания Музея этнографии, Лейпциг)
как при этом сера qaci ично его рает, то ее следует понемногу добавлять. Постоянным пере мешиванием способствуют хорошему взаимному проникновению компонентов расплава. Благодаря этому серебро и медь образуют черные, хру пкие сернистые соединения Ag2S и Cu2S Наконец, смесь выливают , в воду. Полученная чернь должна быть твердой и хрупкой, как стекло; если ее куски можно еще сгибать или ковать, необходимо снова произвести переплавку- Так как из-за перегрева и слишком длительного процесса плавки частицы серы выгорают, следует температуру и время повторной плавки выдерживать не больше, чем это необходимо, добавляя в случае надобности еще немного серы. В качестве флюсующей жидкости используется раствор нашатырного спирта. Этот раствор вместе с кусками черни помещают в фарфоровую ступку и растирают до получения мелкозернистого порошка. Смесь I черни приготовляют в таком I количестве, какое потребуется I для работы, по нс больше, так I как влажная нашатырно-черневая масса наносится непосредственно на изделие- Если '
использовать высохшую н снова разбавленную нашатырем массу, то это приведет к нежелательным последствиям.
87. НАНЕСЕНИЕ И ПРОКАЛИВАНИЕ ЧЕРНИ
Канавки в изделии должны быть очищены от следов жира, окисных пленок и иметь блестящую поверхность. С помощью кисточки или шпателя канавки и углубления наполняют влажной) 836
мелкозернистой нашатырно-черневой смесью и плотно утрамбовывают небольшим шпателем- Выемки должны быть заполнены с избытком, выше кромок рисунка. Когда вода полностью испарится, изделие помещают в электрическую муфельную печь. Нашатырь распространяется по нанесенной шихте черни в виде бе ого налета. При нагревании изделия до определенной темпе-рат\ ры чернь расплавляется и заполняет выемки рисунка, покрывая предмет. После этого изделие немедленно вынимают из печи, так как перегрев приводит к выгоранию серы и слой получается не гладким, а пористым и губчатым. Если расплавившаяся чернь не заполнила всюду требуемую гравюру рисунка, то на пустые места добавляют шихты и снова нагревают изделие.
Отделка черненых изделий. Выступающую над поверхностью изделия чернь удаляют напильником с грубой насечкой. Если при этом обнаруживаются неровности или поры, то делается добавка смеси черни и прокаливание производится еще раз.
Окончательная доводка изделия выполняется так же, как и при обычном изготовлении предметов из серебра. Производится травление, очистка наждаком, шлифование и полирование. Глубокий блеск черни получается с помощью гематита. Благородный вид достигается тем, что изделие сначала полируется, а затем обрабатывается пемзовым порошком для получения матовой поверхиостн.
Необходимо учесть, что тигли, инструменты и отходы черви содержат свинец и серу и поэтому должны храниться отдельно, так же как остатки мягких припоев.
ГЛАВА 26
ЭМАЛИРОВАНИЕ
88. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СПОСОБЫ НАЛОЖЕНИЯ ЭМАЛИ
Понятие «эмаль» охватывает как цветной материал, наносимый на украшения, так и всю связанную с его наложением на основной металл работу. Эмалирование относится к специальной технологии изготовления ювелирных изделий, тесно связанной с основными ювелирными работами. Чем тяжелее и сложнее ремесленная, требующая мастерства сторона эмалирования, тем выше должны быть художественные требования, которые вытекают из объединения металла и цвета. Поэтому тот, кто хочет посвятить себя этой привлекательной технике, должен сначала проверить, сможет ли он выполнить условия художественной стороны эмалирования. Подлинное исполнение эмали возникает только тогда, когда расплавленное стекло не только технически, ио и художественно соединяется воедино с металлом. Ниже будет дан краткий обзор различных приемов эмалирования и несколько инструкций по
to
В)
в)
ЕП1- U'НГЯ
Рис. 269. Схема основных методов нанесения эмали
выполнению простейших работ Тот, кто хочет глубже гозьать теорию эмалирования, должен ознакомиться со специальной ид тературой в этой области.
Техника эмалирования. Рассмотрим основные техническ способы выполнения эмали.
Перегородочная эмаль. На пластинку устанавливают или на^ памвают перегородки из плоской вальцованной проволоки поперечны । сечением 0 15 0,6 мм (рис. 269, а). Пространству между ними заполняют эмалью. Перегородки вы бают в соответствии с контур ром рисунка, а участки эмали образуют красочные э. менты украшения
Выемочная эмаль. В толстой пластине делают углубления, которые затем заполняются эмалью (рнс. 269. б). Углубления получают гравировкой, травлением, чеканкой и т. п. Иногда при изготовлении выемочной эмали выпиленную узорчатую пластинку припаивают к пластине основании.
Филигранная эмаль. В данном случае речь идет о комбинации перегородочной и выемочной эмалей. На тонкой пластине из благородного металла плоским чеканом выбивают углубления, в которые согласно рисунку впаивают перегородки, и после этого ячейки заполняются эмалью.
Оконная (просвечивающая) эмаль. Основа, удерживающая эмаль, вырезается из металла или изготавливается из ажурной филиграни (рис. 269, ) Пространство заполняют эмалью и обжигают. По характеру она напоминает цветной витраж. Оконная эмаль применяется в лампах, фонарях, ювелирных украшениях и т. Д.,т. е. в тех изделиях, которые смотрятся в проходящем свете.
Рельефная выемочная эмаль. Это разновидность выемочной эмали. Рельефные углубления в пластине выполняются штихелем. Когда фон покрывают прозрачной эмалью, то углубления, имеющие более толстый слой эмали, становятся темными, выступающие же части остаются более светлыми (рис. 269, г)
Накладная эмаль Из тонкой полосы изготовляют контурные фигуры в "©ответствии с рисунком и их с обеих сторон покрывают эмалью (рнс. 269, д). 328
Живописные эмали. Пластину основания покрывают тонким слоем прозрачной или непрозрачной эмали (рис. 269, ) Рисунок наносят тщательно растертыми красками и затем обжигают-Законченную живопись после обжига иногда покрывают бесцветной эмалевой глазурью.
89. ЭМАЛИ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ
Эмалевые краски. Исходя из особенностей применения, эмалевая глазурь должна отличаться от обычного стекла следующими свойствами:
I) тепловое расширение эмали должно быть выше, чтобы не возникали напряжения между эмалью и мета..лом при охлаждении.
2) температура плавления эмали должна быть ниже температуры плавления основного мета ла
Основу эмали составляет бесцветный стекловидный расплав, который состоит из следующих основных компонентов: кварца, соды, мела, карбоната магния и окиси свинца. Добавлением окислов металлов можно получать цветные эмали.
Наряду с прозрачными находят применение и непрозрачные эмг.ш, которые получают добавлением окиси олова, криолита, фтора или костяного пепла. Так как изготовление цветных эмалей требует хороших знаний химии, то лучше пользоваться готовыми эмалями, выпускаемыми специализированными предприятьями. Ювелиру для работы достаточно иметь около 50 видов цветных просвечивающих и непрозрачных эмалей в количестве от 30 до 50 г каждой. Хранить их следует в банках с широким горлышком и притертой пробкой.
Так как цвет сырого материала редко соответствует цвету переплавленной эмали, рекомендуется изготовить пробные пла-стнны, которые показывали бы натуральный цвет эмали на различных материалах основы. Для этого на прямоугольную медную пластину (6 15 см) в поперечном направлении наносят белую,
l. «ета слоновой кости, и прозрачную эмали полосами шириной I см. Дополнительно на пластине закрепляют полоску фольги из чистого серебра. Пластину помещают в печь, нагревают до красного каления и шпателем в размягченном стекле делают углубления. В эти углубления наносят цветные эмали различных тонов продольными полосами шириной в 1 см и получают благодаря этому сравните чьное изменение цвета эмалей на белом, цвета слоновой кости, и бесцветной фонах, а также на меди и серебряной фольге.
Перед каждой крупной работой рекомендуется составить себе так называемую «палитру* в виде подобных проб, чтобы можно было судить о взаимодействии цветов и фонов эмалей и о тождественности температур их плавления.
Эмалировочные печи. При обжиге эмали не рекомендуется пользоваться открытым газовым пламенем, так как эмаль в этом случае нагревается неравномерно, и, кроме того, копоть, попадая 329
в эмаль, может ее испортить. Для этой цели следует пользоваться коксовыми и газовыми муфельными печами. Лучше всего подходят электрические муфельные печи сопротивления. Для эмалирования небольших изделий достаточно иметь небольшую лабораторную печь с сечением муфеля 5 5 см, которая подключается
непосредственно к сети. Для больших предметов требуется крупная муфельная печь, подключаемая к силовому кабелю. Целесообразно иметь у такой мощной печи и муфель предварительного подогрева.
Опорные решетки. Каждое изделие прн обжиге требует специальной опоры илн решетки. Хорошая опора должна удовлетворять следующим требованиям:
1) неизменность формы и поверхности при нагревании;
2) отсутствие перекоса обжигаемых эмалируемых предметов;
3) материал опоры не должен прилипать к эмали.
Волокна асбестовых опор вплавляются в эмаль. Они используются лишь в том случае, если оборотная сторона изделия не подвергается эмалированию. От решетки из обычной стали при высокой температуре могут отслаиваться частички окнен железа, которые, попадая в эмаль, остаются в ней в виде некрасивых черных пятен.
Наиболее подходящей является опорная решетка нз никеля и его сплавов или из жаропрочных сталей. Форма решетки зависит от конфигурации и размеров соответствующего изделия. На рис. 270 показаны различные виды опорных решеток.
Рабочее место. Идеальная чистота является главным условием получения качественной эмали. Пыль, грязь, масло и различные примеси являются главными причинами дефектов эмали. Поэтому рабочее место ювелира должно быть тщательно убрано и хорошо оборудовало. Там, где производится шлифовка н полировка, нельзи производить эмалирование. Печь должна находиться ря
дом. Изделия для эмалирования должны лежать перед ювелиром на чистой льняной салфетке. Для нанесения красок применяют кисточки различной толщины из меха куницы, которые время от времени промывают в чистой воде.
Измельчение эмали производится в фарфоровой ступке пестиком, Разводимые краски хранят в маленьких фарфоровых чашечках. Гибка перегородок выполняется маленькими ювелирными щипчиками, а установка их на место производится пинцетами. Для наклеивания перегородок и эмали применяют раствор траганта в дистиллированной воде. Этот клей при высокой температуре обжига эмали полностью выгорает.
Решетки, с насаженными па них заготовками, помещают в печь с помощью тигельных клещей. Готовые изделия в случае необходимости шлифуют брусочками карборунда илн шиферным камнем па фииагеле, или па верстаке. Опыт показывает, что для выполнения простейших работ по эмалированию не требуется большого количества рабочих инструментов.
90 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЭМАЛИРОВАНИЯ
Металлы для эмалирования. Золото является наиболее подходящим металлом в качестве основы для нанесения эмали как в чистом виде, так и в виде высокопробных сплавов. Но высокая стоимость его сильно ограничивает применения золота в качестве основы под эмаль. Оно обладает малым коэффициентом теплового расширения при нагреве и придает эмали особую яркость.
Серебро, напротив, обладает большим коэффициентом теплового расширения и поэтому плохо соединяется с эмалью. Для лучшей схватываемости рекомендуется придавать серебряной основе некоторую шероховатость.
Медь, как и золото, хорошо подходит в качестве основы для нанесения эмали, однако она имеет пониженную отражательную способность и многие эмали, которые сильно светятся на фоне золота и серебра, выглядят на меди грязными и темными.
Томпак хорошо связывается с эмалью, при этом эмаль на его поверхности приобретает больший блеск, чем на меди.
Подготовка металла основания. Для хорошего схватывания с эмалью необходимо, чтобы металлы были абсолютно чисты и хорошо обезжирены. Остатки китта следует удалить. Перед нанесением эмали окончательно обработанные заготовки подвергают отжигу, травлению и в случае необходимости блестящему протравлению. Затем их крацуют латунными щетками, промывают в проточной воде и просушивают в опилках. Если водяные капли при промывке еще собираются на поверхности изделия, то значит металл еще имеет следы жиров и к эмалированию не пригоден.
Подготовка к выемочной эмали. Выемки в пластине можно получить следующими методами. Штихелем вырезают в металле
Иногда углубле! • и я
углубления. Глубина выемки оказывает большое влияние на щ тобой эффект прозрачной эмали: чем глубже выемка, тем темь окраска. Дно впадины делается блестящим, гладким и благод^Ц этому оно действует как рефлектор. Стенки выемки могут б*с] вертикальными или сужаться книзу; расширение выемки книз1 которое обычно применяется в инкрустации, приводит к появл< нию напряжений в металле. Штихель нельзя смачивать масло! так как металл должен оставаться обезжиренным. Основа для ис прозрачной эмалн должна быть шероховатой, целесообразно вырубить крейцмейселем.
Проще всего выемки можно получить травлением. После тра&| ления углубления рекомендуется слегка сгладить штихелем. Наконец, в соответствии с рисунком, углубления можно получит^ сверлением, фрезерованием, опиливанием напильником и т. д.
Подготовка к перегородочной эмали При подготовке основан is под перегородочную эмаль берут тонкую пластину металла и припаивают к ней по краям рамку, согнутую из обжатой вальпами по высоте четырехгранной проволоки (рис. 271). Рамка должна быть достаточной толщины, чтобы она не была повреждена при последующем шлифовании. Перегородки для эмали выгибаются ювелирными щипцами из тонких полосок. Затем их отжигают, подвергают травлению и последующей правке. Небольшим количеством раствора траганта нх слегка приклеивают к основе. Только в особо сложных случаях и при крутых закруглениях перегородки припаивают. Выступающие частички припоя осторожно удаляют.
Подготовка эмали. Большие куски стекловидного расплава эмали, поступающего с завода, разбивают сначала в стальной ступке посредством пуансона, плотно пригнанного к отверстию полости ступки. Маленькие кусочки, полученные после этой операции, растирают пестиком в фарфоровой ступке (рис. 272). Сюда же добавляют немного воды, чтобы зернышки эмали ие выскакивали из ступки. Непросвечивающую эмаль растирают но возможности до порошкообразного состояния, а прозрачную еще мельче, чтобы повысить ее светосилу. В каждом случае порошки красок эмали должны промываться и отстаиваться до тех пор, пока вода не станет прозрачной- Только для непрозрачных (опаковых) эмалей допускается небольшое количество мути в воде. Полученную массу эмалевого порошка помещают в фарфоровую чашку, куда укладывают и записку с номером цвета, чтобы избежать перепутывания эмалей. Если приготовленную эмаль не используют в этот день, то ее храпят в дистиллированной воде Чашечку с эмалью помещают под стеклянный колокол для предохранения от поведения пыли.
Нанесение и обжиг эмали. Увлажненной кисточкой или узким шпателем берут немного эмали из фарфоровой чашки, наносят на изделие и там распределяют (рис. 273). Степень влажности массы определяется видом работы. Если масса слишком влажная, 332
of а разливается по поверхности и смешивается с ранее нанесенными красками. Если же она чересчур высохла, то плохо распределится по поверхности. У тонких металлических пластин износят эмаль сначала на обратную сторону. Для этого смазывают ее немного трагантом, а затем наносят контрэмаль, также смешивая с небольшим количеством траганта. После чего подсушивают изделие, осторожно переворачивают его и таким же путем наносят эмаль нужного цвета на лицевую сторону. Как у перегородочной, так и у выемочной эмали углубления в ячейки перед первым обжигом ие полностью заполняют эмалевой массой, так как
Рис. 274. Загрузка в муфельную печь пластины с нанесенной эмалью
некоторые виды эмалей становятся тусклыми или матовыми, если их нанести слишком толстым слоем. Для получения блестящего красивого эмалевого покрытия обжиг после дополнительного нанесения эмалей должен проводиться ие более трех-четырех раз, так как некоторые эмали изменяют свой цвет (например, красная эмаль после многократного обжига может стать черной).
Перед обжигом из эмалевой массы удаляют воду, которая была необходима при нанесении эмали. Подготовленные к обжигу изделия тщательно просушивают до тех лор, пока порошок не станет совсем сухим. Если во время сушки или загрузки в печь немного эмали ссылалось, то нельзя добавлять влажную эмаль, так как это приводит к появлению тусклых пятен. Этн погрешности можно исправить, добавив немного сухого порошка. После того, как в печи будет достигнута заданная температура, ₽ нее помещают хорошо просушенную заготовку (рис. 274). Время обжига зависит от вида эмали, вида нагрева и температуры лечи. Высокая темпе ратура печи способствует быстрому отжигу. Сначала эмаль спекается в некрасивую массу, вязкую и тягучую, затем поверхность ее выравнивается, становится г падкой, приобретая стекловидный 334
блеск при цвете красного каления. Тогда изделие можно вынимать.
Если ровная пластинка ^сформировалась в печи, ее вынимают и правят в раскаленном состоянии на правильной плите чистым шпателем.
Отделка эмали. После окончательного обжига эмаль выглаживают и шлифуют карборундовым шлифовальным камнем, смачивая ее водой. Изделие укладывают иа фииагеле, подложив под него кусок ткани. Поверхность эмали обрабатывают сначала
Рис. 275. Табакерка с выгравированными углублениями, частично заполненными эмалью (таиландской работы, из коллекции Музея этнографии, Лейпциг)
крупнозернистым бруском, до тех пор пока ие покажутся перегородки, затем — .мелкозернистым камнем, и заканчивают шлифование сланцевым камнем или тонкой наждачной бумагой.
Промывка. От этой операции во многом зависит качество готового изделия. Поверхность эмали покрыта порами, которые могут заполнится частицами абразивов, вследствие чего иа эмали появляются некрасивые серые пятна. Поэтому изделие нужно тщательно промыть в проточной воде, протирая его щеткой из стекловолокна. Промытые изделия оставляют на ночь в чистой воде, а иа следующий день еще раз промывают так, чтобы при рассмотрении в лупу иа поверхности эмали нельзя было обнаружить остатков абразивов. Более крупные поры тщательно вычищают иглой и при последующем обжиге их осторожно заполняют эмалью. Одновременно исправляются места, на которые не износится эмаль.
Глянцевый обжиг. Наконец, изделие в последний раз помещается в печь для того, чтобы покрыть однородной гладкой глазурью его наружную поверхность, ставшую слегка шероховатой 335
Таблица 2Я
Возможные дефекты процесса эмалирования и причины ня появлении
Вид дефекте Причины появления
Металлические детали оплавились На белой эмали появились зеленые пятна На белой эмали появились желтые лятиа Окраска эмати стала черной Появились серые пятна Эмаль стала пористой Образовался блеклый налет Бесцветная эмаль приобрела молочный цвет Эмаль покрылась трещинами Эмаль гтячя серой и тусклой Пластинка сильно деформирована Эмаль покрылась пузырями Тусклые пятна или края Высокая температура печи Загрнзнение эмали медью Попадание серебра в эмаль Попадание железной окалины в эмаль Зи1ря"ненне вмалн абразивной пылью Перегрев эмали или непригодность основного металла Воздействие топочных иля каких-либо др\ нх га в Эмаль слишком мелко растерта» плохо промыта, нанесена толстым слоем, высока температура обжига Различное т пловое расширение металла и эмали, появление напряжений между ними, неправильно выбрана толщина металла, плохое качество эмали на обратной стороне изделия Плохая промывка эмали Неверно сконструирована опорная решетка. плохое качество эмали на обратной стороне издечия Сгорсиие частиц примесей, смесь эмалей вступила в реакцию между собой Вода попала в уже высушенные участки эмали
при шлифовании. Чем выше температура печи при глянцевом обжиге, тем более яркими и блестящими будут краски. Однако, как только поверхность раскалилась до красного каления, изделие тотчас же вынимают, предупреждая нежелательные изменения, которые могут свести и а нет всю работу.
Полирование. Если ие нужна слишком блестящая поверхность эмали или есть опасения в том, что цвет эмали изменится при глянцевом обжиге, прибегают к полированию иа холоде. Сильный блеск достигается при полировании водным крокусом, а матовый г 1яиеи трепетом, который наносится иа деревянный диск. В заключение изделие тщательно промывают и высушивают ззе
Рис. 276. Ваза с перегородочной эмалью (китайской работы» из коллекции Музея этнографии, Лейпциг*
Рис. 278. Кулон: фигурки покрыты эмалью (немецкой работы, около 1650 г.; из коллекции Э. Бреполя) 337
Pi"*. 277. Ваза с пер t roj очной эмалью: ячейки выполнены в виде ракушек (Е. Питаш, Лейпциг)
Дефекты, возникающие при нарушении режимов технологии эмалировании, приведены в табл. 25.
На рис. 275 — 278 показаны художественные изделия, украшенные эмалью.
ГЛАВА 27
ИНКРУСТИРОВАНИЕ
91. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА, МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ВЫПОЛНЕНИЯ УГЛУБЛЕНИЙ В МЕТАЛЛЕ
Процесс инкрустирования заключается в том, что па поверхности изделия выгравировываются, вытравляются или делаются иными способами углубления, которые затем заполняются другим, обычно более мягким металлом. Красота рисунка достигается за счет различной окраски вкладываемого и основного металлов.
Материалы. При инкрустировании к материалам предъявляются два основных требования:
1) основной и инкрустирующий металлы должны быть разного цвета;
2) инкрустирующий металл должен быть мягче основного.
Рис. 279. Инкрустирование в выгравированные канавки: а — врезание штихеля (вид сбоку); б — первый рез штихелем; е — второй рез штихелем; г — укладка и вбивание проволоки в канавку; д — окончательно вбитая проволока
Хорошее сочетание получается при инкрустации стали золотым или серебряным орнаментом. В качестве реципиента можно использовать бронзу или латунь, а углубления заполнять медью или серебром.
Способы выполнении углублений. В любом случае сначала наносят рисунок орнамента, а затем одним из описанных ниже способов выбирают металл, получая углубления. Контурные орнаменты инкрустируются проволокой, для плоских фигур применяют листовой металл. Для обеспечения надежного крепления вставляемого металла углубления (канавки) расширяют книзу, т. е. их поперечное сечение выполняют трапециевидным.
Углубления можно получить травлением, с последующей доработкой краев канавок штихелем; прямолинейные ка-
лавки делают плоским напильником, а их стенки выполняют наклонными посредством шпицштихеля. Однако наиболее распространенным способом получения канавок и углублений при инкрустировании является гравирование. Хорошо заточенным штихелем (рис. 279), которым держат наклонно, прорезают канавки по контуру рисунка. После того как будут вырезаны канавки всего рисунка со скосом в одну сторону, прорезают тем же способом канавки с противоположно направленным скосом стенки. Получившееся в результате поперечное сечение канавки напоминает форму ласточкина хвоста.
Более простым в исполнении способом является в ы р у б к а канавок специальным зубилом (рис. 280).
Рис. 280. Инкрустирование в вырубленные канавки: а — вырубка канавки зубилом (вид сбоку); б — рабочая часть зубила с режущими гранями; в — профиль вырубленной канавки; г — закрепление проволоки подчеканкой облоя; д— окончательно зачсканениая проволока
Обрабатываемая заготовка крепится как и при чеканке на китте. Зубило должно иметь форму, показанную на рис. 280, а и б. Ойо удерживается между большим, указательным и средним пальцами и ведется при работе так, чтобы оно все время «убегало» от работающего. Образующаяся стружка немедленно удаляется. Зубило должно давать все время равномерную глубину канавки в гладкое дно, на котором не допускаются зарубки и уступы. Получающаяся при вырубке канавка имеет квадратное или прямоугольное сечение. Стенки ее вначале перпендикулярны и лишь края ее слегка приподнимаются вследствие образования облоя (грата) из-за деформаций металла при рубке (рис. 280, в). Этот грат при закладке инкрустирующей проволоки зачеркивается (рис. 280, г) и плотно удерживает ее. Однако при инкрустации больших поверхностей такой облой недостаточен для удерживания вкладываемого листового металла. В этом случае основной металл подрубают острым зубилом вблизи краев выемки по всей их длине, зачекаипвая тем самым инкрустируемый материал и увеличивая прочность его крепления.
Для образования канавок используются также чеканы (рис. 281, ci). Острой режущей кромкой чекана насекают контур
орнамента. При этом образуется остроугольная канавка, верхнц края котором слегка приподняты образовавшимся облов| (рис. 281, 6) Вдоль этом канавки про» аят пл< *кмм чеканов чтобы раздать ее по ширине для более . Ладного укладывая щ проволоки в канавку (рис. 281, в, г). Этот способ применяет^ преимущественно для инкрустирования проволокой
Рис. 281. Инкрустирование в чеканенные канавки а — чекан (вид сбоку); б — насеченная чеканом канавка; в плоский чекан (вид сбоку); г — канавка, расширенная плоским чеканом; д- подчеканка, е окончательно зачеканенная | проволока; ж — закругление вкладываемой проволоки при рельефном инкрустировании
92. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИНКРУСТИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА И ОТДЕЛКА ИЗДЕЛИЯ
При инкрустировании чаще всего используют круглую проволоку, которая слегка выступает из каиавкм. В начале вырезанной или выгравированной канавки укладывают конец проволоки и легкими ударами молотка закрепляют ее в основе (см. рис. 279, г). Затем укладывают следующий участок проволоки, зачекаиивают его молотком и т. д. Мягкий материал проволоки под ударами молотка полностью заполняет углубления трапециевидной формы. После укладки проволоки по всей ее длине еще раз слегка проходят плоским чеканом, чтобы устранить возможные неровности и убедиться в надежности ее закрепления.
В тех случаях, когда канавки вырублены зубилом или набиты чеканом, при закреплении проволоки поступают следующим образом. После того как проволока вложена в углубления, по основному металлу вдоль инкрустирующей проволоки по обеим сторонам канавки проходят слегка шероховатым матовым чеканом (см. рис. 280, г). При этом облой деформируется и закрепляет проволоку. После этого еще раз проходят вдоль уложенной проволоки тем же матовым чеканом и окончательно впрессовывают ее в углубление (см. рис. 280, д).
При инкрустации металлическими пластинками размеры их по ширине и длине должны быть несколько больше размеров углубления. Края этих пластинок можно несколько скосить, опилив таким образом, чтобы они подходили к скошенным во внутрь стенкам впятвпы. П частника вставляется слегка выпуклой
во впадину и фиксируется отдельными ударами молотка, нанос мыми последовательно по ее периметру. Окончательное закрепл ние инкрустирующей вставки производят матовым чеканом.
В выемке с сильно выступающим облоем укладываемую пр волоку зачекаиивают гак, чтобы она несколько выступала над основной пластиной (рельефное инкрустирование). В последней случае применяют специально подготовленную проволоку овального сечения. После зачеканивания такой проволоки матовым чеканом (см. рнс. 281, д, е) проходят вдоль краев канавки слегка вогнутым чеканом, одновременно формуя выступающую часть проволоки (рис. 281, ж).
Отделка. При обычном плоском инкрустировании всю инкрустированную поверхность шлифуют и затем полируют. Рельефно инкрустированные изделия следует выполнять очень тщательно, чтобы после закрепления проволоки ие было необходимости в дополнительной чистовой обработке.
На рис. 282 показан инкрустированный персидский щит, а на рис. 283 — предохранительная пластина рукоятки самурайского меча с рельефной инкрустацией орнамента золотыми листиками.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
ОТДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОПРАВ
ГЛАВА I
ПОДГОТОВКА ИЗДЕЛИЙ К ЗАКРЕПКЕ КАМНЕЙ
L РАБОЧИЕ ИНСТРУМЕНТЫ СПРАВЩИКА И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ
При изготовлении оправ ювелир, как правило, пользуется небольшим количеством простейших, зачастую самостоятельно изготовленных инструментов. Успех работы зависит исключительно от его мастерства. Некоторые стандартные инструменты ои изменяет, исходя из их назначения, своих потребностей и т. д.
В производстве оправ широко используются ранее описанные универсальные инструменты: сверла, фрезы, штихели, а также специальные инструменты: дрюкеры, апрейберы, корнайзеиы и др.
Дрюкеры и форштексели. При закрепке камней в оправах (придавливании крапапов, корнеров и стенок оправ) ювелир использует специальные инструменты—дрюкеры и форштексели. Их изготовляют из стальных прутков прямоугольного или квадратного сечений. По своей форме и размерам острые дрюкеры (рис. 284, а) напоминают отвертку. Простой дрюкер (рис. 284, б) имеет относитетьно маленькую прямоугольную рабочую поверхность, а у бокфуса (рис. 284, в) рабочая поверхность увеличена за счет сгаба конца стального стержня. В большинстве случаев рабочие поверхности этих инструментов гладко полируются, ио для особых целей можно выпиливать надфилем направляющие уступы и желобки (рис. 284, г). Если рабочие поверхности дрюкеров имеют тонкую насечку, то соскальзывание инструмента к камню будет предотвращено.
Форштексель (аире ибер) по своей форме похож на острый дрюкер, ио изготавливается ои из тонкого прутка круглого сечения, передний конец которого заостряется как у иглы, 343
а острие слегка скругляется (рис. 284, д). Для мягкого камня используют форштексели из меди или лзтуии.
Корнайзены, фионы и миттельгриф-редхены. К о р и а й . з е и ы близки по форме к штихелям (рис. 284, е). Это круглые стальные штифты, из переднем торце которых имеется полукруглое, хорошо отполированное углубление. Когда камень вложен в гнездо, подготовленное для него в оправе, ставят корнайзен на коай оправы и вращают его при надавливании, получая таким
дрюкср; б — простой дрюкер; в — бокфус; г — дрюкер с направляющим желоб ком; д — форштсксель (анрсйбер);
е — корнайзен; ж — ниттельгриф-редЛен; а — вахсбайн
образом маленький полушарнк-кориер. Корнеры служат, с одной стороны для зажатия камня, а с другой, придают оправе красивый вид. Применяют целый набор кориайзенов с углублениями различной величины.
Фионами называют штампы для кориайзенов, т. е. закаленные стальные плиты с маленькими полусферическими выпуклостями различной величины, отполированными до зеркального блеска я соответствующими по своей форме и размерам корнерам оправ. По этим выпуклостям наносят удары вращающимся кориайзеном, чтобы придать его полукруглому углублению правильную форму.
Миттельгриф-редхеи показан на рис. 284, ж. На переднем конце стального штифта крепится в вилке колесико. На колесико нанесены маленькие углубления полусферической формы. С легким нажимом проводят колесиком по металлу и получают красивый узкий рисунок из ряда мелких корнеров, который используется обычно для украшения оправы и закрепки жемчужин. Раньше такой рисунок с трудом наносился мелкими кориамзеиами.
Вахсбайиы и вахскасты. Вахсбайн представляет собой деревянный или пластмассовый стержень, на один из концов которого нанесено немного воска (рис. 284, з). С помощью этого вспомогательного инструмента можно легко посадить в гиездо оправы иеботьшие камни.
Вахскаст представляет собой жестяную коробочку, иа-потнеииую модельным воском. Маленькие драгоценные камни вдавливают в воск в том порядке, в каком они должны быть расположены в украшении. Благодаря этому они не могут быть перепутаны или потеряны.
Державки. Для обработки большинства ювелирных изделий ювелир пользуется киттштоком. Он представляет собой деревянный брусок длиной около 10 — 12 см с насечкой на торце для того, чтобы на этой поверхности хорошо удерживались наплавленные кнтт или сургуч. Размеры рабочей поверхности, покрытой киттом, определяются величиной предмета. Она должна надежно удерживать заготовку, но не быть больше, чем это необходимо, чтобы не препятствовать обработке предмета со всех сторон. Кольца зажимают в тисочках с полукруглыми губками между двумя покрытыми кожей деревянными дощечками, которые сжимаются с помощью винта и гайки-барашка или деревянным клином. Киттшток или тисочки во время работы либо прижимают к фниагелю, либо укрепляют на гравировальном шаре. Только большие предметы можно удерживать достаточно надежно при закреплении камней рукой и а финагеле.
2. ПОДГОТОВКА ИЗДЕЛИЯ К ЗАКРЕПКЕ КАМНЯ
В ОПРАВЕ
Рис. 285. Закрепка плоского камня в мужское кольцо:
/ — обвязочная проволока: 2 — деревянный брусочек; 3 — камень; 4 — сургучная заделка; 5 — оправочный кнтт; б — шннка кольца
В большинстве случаев изделия, например кольца, перед закрепкой камня уже должны быть окончательно отполированы; поэтому если закрепка производится на финагеле, то их накрывают белым полотном, а стружку удаляют мягкой кисточкой, чтобы предотвратить появление царапин на полированной поверхности. Небольшие изделия (броши, серьги, кулоны и т. д.) должны перед закрепкой камней покрываться киттом. Необходимо, безусловно, избегать ошибочного мнения, что китт бесполезен для надежного удерживания камия при закрепке или что он попадает в такие места изделия, откуда мо
жет быть удален потом только с большим трудом. В этом случае оказывается пригодным предварительное обмазывание изделия тонким слоем меловой квшицы или масла. Увлажненная папиросная бумага может защищать особенно чувствительные места прн обвязке предмета проволокой.
Сначала китт выглаживают на киттштоке: его слегка нагревают и с небольшим усилием придавливают к стальной плите. В особых сл\чаях из теплого китта увлажненными пальцами лепят нужную форму. Затем равномерно подогревают китт уно так, чтобы он ие загорелся) и изделие и с небольшим усилием прижимают их друг к другу. Если нагрев был неравномерным, изделие осторожно отделяют от китта и нагрев повторяют. Следует обратить особое внимание на то, чтобы тонкие, изящные изделия были достаточно хороню заполнены киттом, чтобы они не деформировались под действием прилагаемого давления. Как при монтировке тонких изящных изделий, которые при закреплении оправ могут легко прогнуться, так и при сборке массивных мужских колец, в которые должна вгоняться толстостенная оправа, следует перед закрепкой укрепить камень посредством китта. На рис. 285 показано, как подготавливается к закреплению в оправе плоский камень. Сначала он обвязывается крест-накрест совместно с кольцом тонкой проволокой (при этом используется деревянный брусочек, придавливающий камень посредине). Затем кольцо переворачивают и заливают сургучом пространство под камнем. В заключение все отверстия шинки кольца заполняют киттом.
ГЛАВА 2
ВИДЫ ОПРАВ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
3. ОСНОВНЫЕ понятия, назначение оправ
Само слово «оправа» выражает собой понятие того, что это важнейшая составная часть украшения «охватывает» нли «оправляет» драгоценный камень, который должен в ней удерживаться.
Оправа должна выполнять следующие задачи:
1) прочно удерживать камень;
2) подчеркивать его красоту,
3) служить связующим переходным звеном между' металлическим телом украшения и камнем;
Нет таких идеальных оправ, которые выполняли бы все Задачи в равной степени, и от целей применения зависит, какой вид оправы следует выбрать в данном случае. При выборе сплава для оправы нужно исходить из того, что камень должен надежно удерживаться в ней длительное время, поэтому металл должен быть прочным и твердым. С другой стороны, оправа должна плотно прилегать к камню, поэтому необходимо, чтобы материал, из которого она изготовлена, обладал высокой пластичностью. Это относится особенно к хрупким (смарагд, опал) и мягким (малахит, бирюза) камням. Но так как твердость и пластичность свойства прямо противоположные, то невозможно найти сплав, обладающий 346
одновременно большой твердостью и высокой пластичностью. Поэтому приходится подыскивать по диаграммам состояния сплав, более других отвечающий этим требованиям.
4. КАСТОВЫЕ И ОБОДКОВЫЕ (ЦЛРГОБЫЕ) ОПРАВЫ
Глухой каст. Эта простейшая основная форма оправы обеспечивает надежное крепление камня, но дает возможность лучам света падать на него лишь сверху. Камень покоится в гнезде каста и удерживается вертикальными стенками каста, верхний край которых придавлен к кампю. В глухой каст крепятся только непрозрачные камни с гладкой нижней поверхностью, которые должны подстилаться дном оправы снизу -
Рис. 28G. Переходы изготовления глухой кастовой оправы с параллельными стенками
Изготовление кастовой оправы. Для получения глухого каста берут полоску металла толщиной 0,25—0,35 мм, достаточно широкую, чтобы охватить камень и прочно удерживать его, затем сгибают ее по форме камня (рис. 286, «), отрезают в нужном месте и спаивают (припой накладывается изнутри). Камень должен точно входить в оправу и равномерно прилегать к стейкам (рис. 286, б). У граненых камней циркулем замеряют длину каждой грани, вносят поправки в размер на половину толщины оправы и в нужной последовательности сгибают листовую полосу плоскогубцами (рис. 286, в). На оправочном ригеле, форма сечения которого соответствует оправе, производят ее правку. Опорную пластину отжигают, рихтуют и припаивают к оправе. Во время пайки царга (ободок) оправы прижимается к основанию булавками, согнутыми под прямым углом, как было показано иа рис. 231. После травления основание опиливают по обечайке.
Ободковая оправа. Эту оправу применяют преимущественно для крепления прозрачных камней. Крепление в ней такое же надежное, как и в глухом касте. Преимущество этой оправы состоит в том, что свет падает на камень сверху и снизу. Камень в оправе лежит на опорном пояске, расположенном на внутренней стороне оправы. Глубина уступа должна быть такой, чтобы верхний раит ободка несколько возвышался над рундпстом камни. Базовая поверхность пояска должна быть ровной, в противном
случае камень будет держаться непрочно н при закреплении мож выскочить. Толщина пояска должна быть такой, чтобы не мог проваливаться вниз. Это явление иногда наблюдает у оправ с параллельными стейками. По форме ободка различав оправы с параллельными н коническими стЛ* ками, а по способу изготовления гнезда камня — ю ст
р у е м ы е и монтируемые Изготовление ободковых юправ. Ободок оправы с параллельными стенками изготовляется таким же способом, как царга глухой касто-вой оправы.
О)
Рис. 287. Переходы изготовления конусной оправы из царги с параллельными стенками
Рис. 288. Формовка конусной оправы в матрице
Ободки оправ с коническими стенками могут изготовляться несколькими способами.
1. Изготовляют ободок оправы с параллельными стенками и по углам его делают надрезы до верхней грани. Затем грани сжимают до соприкосновения и запаивают изнутри (рнс. 287, а).
Недостатки этого способа: прн гибке ободок в углах может переломиться; кроме того, на каждом углу оправы имеется паяный шов.
2. Изготовляют ободок оправы с параллельными стенками по размерам нижнего основания конуса н на роге наковальни или иа ригеле проковывают верхнюю часть оправы, увеличивая ее периметр (рис. 287, б).
Недостаток этого способа заключается в том, что толщина металла в верхней части оправы из-за ковки последующей зачистки уменьшается.
3. Изготовляют царгу с параллельными стейками, как и в пре* дыдущем случае, и верхнюю часть ее расширяют конусным пуансоном в коническом отверстии матрицы (рис. 287, в и 288).
ГТ-------------------------------------------------------
При раздаче царги возникают зиачитетьные напряжения в ме-те поэтому для предотвращения разрывов следует пронзво-1В ‘ ' промежуточные отжиги детали. Можно также предварительно 1 хпз -стать ободок оправы по второму способу на роге наковальни затем немного ее раздать в матрице. Этот способ оправдывает особенно при изготовлении однотипных оправ. В этом слу-
•' е требуется только отрезать полоски установленной длины и I Кивать их перед раздачей.
I " Недостаток данного способа состоит в том, что для каждой формы и размера оправ требуется определенный пуансон и иттрии0*
Рис. 289. Схемы построения разверток заготовок для оправ
4. Ободок конической оправы изготовляют из полосовой заготовки, соответствующей развертке царги. Длину развертки заготовки рекомендуется проверить сначала по бумажному шаблону. В случае изготовления большой партии одинаковых оправ рекомендуется сделать шаблон развертки из тонкого медного листа. С помощью такого шаблона, очерчивая его контур иа листовом металле чертил кой, удобно переносить форму и размеры развертки на исходный материал. На рис, 289, с показана схема получения Цилиндрического ободка оправы, который сгибается из полоски Длиной л£)ср. Здесь диаметр Dt.r, соответствует среднему поперечному размеру ободка между его наружным и внутренним диаметрами. Стык полученной обечайки запаивается затем изнутри. Круглые конусные царш онрав изготовляют так, как показано 1:а рис. 289, 6. При определении формы и размеров разверток заготовок царг исходят нз их бокового вида. Продлевают паклон-’IUe стеики до точки их пересечения, являющейся одновременно и Уенгром дуг окружностей контура развертки. Проводят циркулем S’T| Дуги; расстояние между ними равно ширине оправы. Длина Верхней и нижней дуг развертки различна и подсчитывается
также по выражению nDcp. Требуется определить длину jyjJ только для верхней (большей) окружности. Соединив ее крайцш точки с центром построения дуг, получают длину развертку отвечающую нижней (меньшей) окружности царги.
Аналогично поступают при изготовлении квадратных и мнгдф. граииых конусных царг для оправ (рис. 289, е и г).
Получение опорного пояска. Поясок для опоры камня вырезаю» либо юстировочным штихелем (рис. 290, п), либо получают монтированием вставной царги меньшей высоты, с последующей ее i рн-пайкой (рнс. 290, б).
о)
Рис. 290. Получение опорного пояска для камня: а — с помощью юстировочного штихеля; б — посредством вставки внутренней царги
Рис. 291. Целесообразный способ крепления смонтированной оправы иа основании
Юстируемая оправа. Из листового материала толщиной около 0,8 1 мм изготовляется царга с уменьшенным внутренним диаметром такого размера, что камень в нем помещается только пег ле юстировки. У круглых оправ гнездо для камня легко выбирают фрезой. Для этой цели используют фрезы специальной фор'ды для обработки гнезд камней (см. рис. 176, б и е) или обычную коническую. Если камень имеет грани или недостаточно правильную круглую форму, то оправу следует немного подправить юстировочным штихелем нли даже вырезать все гнездо только штихелем (рис. 290, п). Требуется немалый опыт, умение и внимательность в работе, чтобы вырезать штихелем ровную гладкую опору на определенной высоте, не ослабляя край оправы. Если камень будет лежать в гнезде неустойчиво и покачиваться на опорном пояске, то при закрепке от может легко треснуть и сломаться,!
Монтируемая оправа. Она проще в выполнении, чем юстируемая, однако для ее изготовления требуется несколько болыыЯ времени .
Последовательность работы: царгу с пар;хЧ-лельными стенками или конусную изготовляют из тонкостенного! материала толщиной от 0,25 до 0,35 мм. Вторую толстостенную царгу меньшей высоты изготовляют в качестве опоры для камня,! вдвигают ее в основную (рис. 290, б) и запаивают снизу; при этс'1 образуется опорный поясок для кампя. Если царга оправы должна! вставляться в пластинку основании, то опорная внутренняя царга 350
должна выступать вниз из основной на толщину этой пластинки. Посредине пластинки высверливают отверстие, в которое припасовывается и встав чяетси выступающая снизу часть опорной царги (рис. 291). Припаивание смонтированных царг к основанию выполняется с инжвей его стороны
5. ЗАКРЕПКА КАМНЕЙ
Вободковой оправе, также как ив кастовой, камень удерживается благодаря тому, что верхний край
оправы прижимается к рундисту камня. Дрюкером или бокфусом сначала слегка крепят оправу в нескольких противоположных местах для того, чтобы камень по
лучил предварительную устойчивость (рис. 292). Затем еще раз контролируют, хорошо ли лежит камень на пояске и правильно ли он сндит в гнезде. Если укладывается несколько камней рядом, то необходимо убедиться, глядя со стороны, на одной ли высоте находятся их опорные площадки. Если эти условия выполнены, то край ободка оправы по всему периметру постепенно прижимают к камню дрюкером.
При закрепке камня в многогранную оправу сначала прижимают к камню углы царги, а затем стороны. В против-
ном случае на углах царгп
могут появиться острые вы- Рис. 292. Закрепка камня в ободковой ступы. По окончании закрепки оправе посредством бокфуса край оправы можно обработать
фляхштихелем для получения блестящей поверхности нлн мит-тельгриф-редхеноы для нанесения орнамента.
Для плоских камней со скошенными гранями (фасками), которые обычно вставляют в мужские перстни, применяют зеркальную оправу. Ободок такой оправы должен быть достаточно высоким, чтобы после закрепки он полностью закрывал фаски камня. Рант ободка плотно обжимают. В заключение верхний край оправы опиливают заподлицо с поверхностью камня. После полировки создается впечатление, будто вокруг камня находится узкое металлическое зеркало.
Сводчатая оправа. Эта оправа является типом оправы с ослабленным креплением камня. У такой оправы края царги
прижимаются острым дрюкером к камню в отдельных точках его контура, на равных расстояниях Друг от друга. Материал огр вы образует между двумя соседними прижимами маленькие дуги (своды). Необходимо обращать внимание на то, чтобы края оправы не отстояли слишком далеко от грани ка-iня, а своды ее не были слишком глубокими.
6. ОСОБЫЕ ФОРМЫ ОБОДКОВЫХ ОПРАВ
Разрезная оправа. Для того чтобы дать камню боковое осве-щение и оживить оправу, на ее поверхности наносят сквозной узорчатый рисунок. В простейшем случае на боковой поверхности оправы просверливают в определенном порядке отверстия Можно
Рис. 293. Переходы изготовления разрезной ободковой оправы: а — нижняя часть орнамента; б — верхняя, часть орнамента; в — готовая оправа
также распилить готовую царгу оправы параллельно ее верхнему краю, поместить между разрезанными частями какой-либо орнамент из проволоки или другого материала, а затем обе части спаять
Одна из возможностей получения орнамента в разрезной оправе показана на рис. 293. Сначала от нижней части ободка отрезают лобзиком узкий обруч. Трехгранным надфилем на верхнюю часть наносится рисунок (рис. 293, а) и обруч припаивают снизу, затем отделяют верхнюю часть ободка и на образовавшейся нижней части выпиливается орнамент (рис. 293, б). После пайки и опили- . вання оправы получается зигзагообразный рисунок (рис. 293, в).
Секционная оправа. В секциях таких оправ закрепляется рядом несколько прямоугольных камней. Оправа может иметь параллельные прямые стенки или изготовляется со слетка изогну- I тыми (выпуклыми) длинными сторонами (рис. 294).
Оправу с параллельными сторонами изготавливают так же, как это было описано для простых ободковых оправ. Для изго-товления изогнутой оправы делают шаблон развертки, вырезают | по нему обод оправы н спаивают его. Опору для камня выпол- ] ня ют из плоской вальцованной четырехгранной проволоки, верхняя грань которой скошена вниз для того, чтобы камень надежно прилегал к ее поверхности. Эта опора должна быть параллельна верхней грани обода оправы. В тех местах рамки оправы, где 352
камни соприкасаются своими рундистами, выпиливают на обеих сторонах трехгранным напильником клинообразные углубления. Концы промежуточных перегородок опиливают так, чтобы они точно входили в углубления рамки. Перегородки припаивают к рамке оправы. Вставленные камни соприкасаются рундистами; их закрепляют способом, указанным выше в п. 5.
Рамочная оправа. Такая оправа применяется для закрепки камей и пластин, покрытых эмалью. Особенность ее заключается
р том что на оправу сверху напаивается рамка, а камея вставляется с обратной стороны (рис. 295). Конструкция оправы и после-
довательность ее изготовления видны из рисунка. Следует только сказать, что после установки камеи основание для нее, изготовленное нз полоски металла или сплющенной четырехгранной проволоки, припаивается оловянным припоем.
Крапановая оправа. Она являет ся разновидностью ободковой оправы, но в отличие от последней камень крепится в ней не всем рантом,
Рис 294 Продольная оправа с вставными перегородками
Рис. 295. Рамочная оправа: а отдельные часта; б — сечение стенки с вставленной камеей; е — готовая оправа
а отдельными выступающими полосками металла — крапа-иами, которые напаиваются на опорную царгу и захватывают грани камня Крапановая оправа позволяет лучше показать камень и дает ему больше света, чем глухая кастовая оправа. Недостаток ее заключается в том, что камень в ней держится менее надежно. Имеется бесчисленное множество различных видов крапановых ограв, которые зависят от формы камня и художественного замысла. Изготовление такой оправы начинают с опоры камня, которая выглядит как обычная четырехгранная uapia (рис. 296) Поверхность опорного пояска можно скосить внутрь, если это требуется формой камня. В простейшем случае на каждой стороне царги снаружи напаиваются металлические полоски большей или меньшей ширины. Верхние части этих полосок должны выступать иад опорным гнездом настолько, чтобы их можно было удобно и надежно прижать к камню при закрепке.
12 Э. Брепол!
353
У оправы, представленной на рис. 296, крапаны изготовлены из одной полоски металла и припаяны к царге. При закрепке камня его устанавливают на опору и вначале слегка прижимают крапаны для того, чтобы камень не мог выпасть или свободно сдвинуться с места. Затем его выравнивают и уже прочно прижимают крапаны к поверхности камня После этого крапаны обрезают до нужной длины и опиливают, слегка закругляя их концы, и в заключение плотно прижимают дрюкером обрезы крапанов к камню. Если крапаны оставить слишком длинными, то украшение не будет выглядеть изящным.
Оправа «шатон». Как и крапаповая оправа, шаток является разновидностью ободковой оправы- В отличие от крапановой, опора камня оправы шатон прорезана в виде короны, что обеспе-
Рис. 29G. Крапановая оправа с припаянными крапанами
Рис. 297. Оправа «шатон»: а — с выпиленными крапанами; б — подготовленная к пайке оправа с опорным ободком для камня
чивает доступ света к камню со всех сторон (рис. 297). Недостаток этой оправы состоит в том, что она легко изнашивается, что может привести к выпадению камня. Для бриллиантов шаток был долгое время преимущественным видом оправы. Наряду с описанными «классическими» видами оправ появились в настоящее время современные варианты, в основе которых лежит тот же принцип крепления камней, который существовал в старинных изделиях.
Основой для изготовления оправы шатон является юстированная конусная ободковая оправа. В зависимости от числа крапанов размечают верхний край оправы. Пилой или надфилем в оправе пропиливают пазы. Находящиеся между ними полоски образуют крапаны (рис. 297, а).
Трехгранным надфилем на нижней стороне оправы точно под каждым крапаном пропиливают пазы (рис. 297, б). Зубья скругляют напильником и зачищают. Из четырехгранной илн прямоугольной проволоки сгибают опорное кольцо, на которое припаиваются зубья шатона.
Опорное кольцо можно также вырезать из листового металла и затем припаять. Его можно получить также, если отрезать от нижней части оправы кольцо и после подпиловки нижних зубьев снова припаять его к оправе.
7. КОРНЕРОВЫЕ ОПРАВЫ
У различного рода вариантов оправ, подпадающих под термин «корнеровая оправа», общее заключается в том, что камень удерживается в них маленькими столбиками (корнерами). Эти корнеры вырезаются иа материала оправы, прижимаются к грани камня и деформируются корнайзеном до получения полукруглой головки.
Открытая ободковая оправа. Она является переходной формой от ободковой оправы к собственно корнеровой оправе. Камень удерживается как краем оправы так и вырезанными корнерами.
Рис. 298. Открытая кпрнеровая оправа
Рис. 299. Важнейшие типы оправ: а — кастовая, б — встроенная глухая; е — ободковая; г — встроенная сквозная
При изготовлении открытой оправы в качестве исходной заготовки используют толстостенную конусную юстированную ободковую оправу, в которую камень вставляется несколько глубже обычного. Край обода оправы подгоняют к рунднсту (но не прижимают), так чтобы камень был плотно охвачен царгой и прочно сидел в ней- Если давления дрюкера недостаточно, то можно воспользоваться плоским чеканом, нанося с его помощью легкие удары по металлу. От нижней части царги к верхнему ее краю делаются расходящиеся в ширину корнеры (рис. 298). Сначала они намечаются на верхнем краю царги корнайзеном. Между ними материал вырезается, опиливается и подчеканивается до тех пор» пока не будет получена требуемая форма корнеров.
Материал между корнерами делается к верхнему краю все тоньше и у рундиста становится настолько тонким, что если смотреть сверху, то видны только корнеры вокруг камня — оправа «открыта». Затем полученные корнеры прижимают к камню В данном случае они служат скорее дополнительным удерживающим устройством, так как камень уже закреплен в оправе.
Встроенные оправы. В то время как у всех вышеописанных видов оправ камень помещается в каст или ободок (царгу), в данном случае его вставляют в толстую металл ическоу пластину. Если оправы по внешнему виду весьма разнообразны, то гнездо, которое удерживает камень, принципиально везде одинаково (рис. 299).
12* 355
Непрозрачные камни так же, как и половины жемчужин, помещают в «оправочный каст», высверливая центровым (жемчужным) сверлом небольшое отверстие в пластине (рис 299, о). Круглые плоские камни можно сразу закреплять в этой оправе, для камней других форм углубление обрабатывают с помощью штихеля и фрез (рнс. 299, б).
При установке прозрачного камня необходимо позаботиться о том, чтобы он получал достаточно света и с обратной стороны Кроме того, опора должна обеспечивать плотное прилегание к ней нижней конусной части камня (рис. 299, в, а). Сначала сверлом, диаметр которого меньше рундиста камня, просверливают отверстие в пластине. Другим сверлом, диаметр которого соответствует рундисту камня, расширяют отверстие на глубину, которая обеспечивала бы камню надежное положение Дополнительно егс можно обработать конической фрезой по форме основания камня. Для камней, которые имеют неправильную форму, например, жемчужины, форму отверстия изготавливают с помощью фрезы и штихеля. Для овальных камней можно просверлить два отверстия и вырезать металл между ними фрезой или штихелем. Сделанное углубление должно точно соответствовать форме камня. Если оно слишком большое, то камень невозможно прочно закрепить.
Чтобы украшение хорошо выглядело и с изнаночной стороны, просверленные отверстия можно украсить ажурным декоративным выпиливанием Но необходимо следить за тем, чтобы не повредить опору камня и чтобы оставшиеся перегородки между оправами были достаточно широки для обеспечения устойчивости камня.
Оправа «каре». У этой оправы камень вставляется в про сверленную квадратную пластину, длина граней которой несколько больше диаметра камня. Он удерживается четырьмя корнерами, накатанными корнайзеном из лепестков металла, надрезанных в углах оправы штихелем. Оправа дает красивый переход от камня к металлу и обеспечивает дополнительное освещение камня слегка наклонными полированными плоскостями каре.
Старый способ изготовления. Сначала на ровной пластине просверливают отверстие, диаметр которого несколько меньше рундиста. Например, при диаметре камня 3 мм отверстие должно быть 2,7 мм. Комбинированный фрезой для гнезд камней отверстие расширяют настолько, чтобы его диаметр в верхней части соответствовал рундисту камня. Шпицштихелем отверстие точно подгоняют к камню. Затем шпицштихелем в каждом углу квадрата двумя резамн отделяют узкий лепесток металла, который расширяется от угла по на правлению к камню (рис. 300, а, слева вверху). На четырех лицевых поверхностях квадрата хорошо отполированным фляхштихелем ровно скашивают плоскости между резами шшшштихеля так, чтобы они шли от наружной стороны квадрата к отверстию для камня (рис. 300, а, б).
3£Ъ
Широким шпицштихелем надрезанный металл поднимают от углов квадрата, смещая его к камню (рнс. 300, б, справа вверху), в результате чего образуется широкая стружка. Непосредственно перед отверстием для камня штихель приподнимают снизу для того, чтобы стружка приподнялась высоко и простиралась передним краем над рундистом камня. Когда стружка установлена вертикально, то проводят шпицштихелем вдоль ее сторон и превращают стружку в маленькие столбики. Необходимо следить за тем, чтобы расположенные по диагонали корнеры закреплялись последовательно др) г за другом, в противном случае камень может сместиться. Если столбик стоит правильно, то поверхность его закатывают корнайзеном до получения полу шаровой головки. При этом инструмент под сильным давлением вращается взад и вперед.
та) б) в) . г) 0)
Рис. 300. Изготовление оправы «каре»
Корнайзен должен быть нужного размера, чтобы не выдавить облой. Если работа выполнена правильно, корнеры легко захватывают камень (рис. 300, б внизу) и прочно удерживают его. Необходимо обратить особое внимание на то, чтобы корнеры были на правильном расстоянии друг от друга, равномерно захватывали камень и имели шляпки одинаковой величины. Заканчивая обработку, доводят до блеска углы квадрата, а внешние, самые высокие канты квадрата, гладко подрезают фляхштихелем и наносят на них узор с помощью миттельгриф редхена (рис. 300, б, внизу).
IJofibLii способ изготовления. Сначала в квадратной пластине подготовляют отверстие для камня и опору для него. Фасочным штихелем от угла до отверстия подрезают стружку и непосредственно перед отверстием поднимают ее (рис. 300, е, справа). Каждую стружку оформляют в виде корна Пространства между корнерами скашиваются, как и по старому методу, фляхштихелем. Затем вставляют камень и корнеры скругляют корнайзеном. Если раньше внешний контур квадрата украшали орнаментом, то в настоящее время предпочтение отдается гладкому ранту (рис. 300, г)
Различие между этими двумя методами заключается в том, что раньше для корнеров оставляли в углах между скошенными стенками узкую полоску металла в виде клина, а при новом методе сначала поднимают корн, а потом скашивают стенки. Формование корнайзеном подрезанной стружки металла в удерживающие
корны с полу шаровыми головками показано на рнс. 300, д. Этот основной вид оправы каре можно варьировать по-разному Например, можно установить рядами, вблизи друг друга, несколько оправ каре, чтобы получить ритмически сочлененный ряд камней. С другой стороны, можно до определенной степени изменить основную форму оправы, если, например, поместить круглый камень в шестиугольной пластине, применяя тот же метод крепления.
Фаденовая оправа. Эта оправа очень сходна с оправой каре. Здесь камни также помещаются в толстую металлическую пластину и удерживаются в ней с помощью надрезанных корнеров. Основное различие с оправой каре состоит в том, что камни закрепляются не в отдельных квадратах, а в длинной полосе металла и так плотно прилегают друг к другу, что почти соприкасаются рунди-стамн.
а) 6) В) г) В) с)
Рис. 301 Изготовление фаденовой оправы двумя способами
При изготовлении фаденовой оправы заготовку покрывают тонким слоем воска. Если затем металлическую пластину слегка нагреть, то можно уложить камни в желаемой последовательности. После охлаждения они настолько крепко сидят в воске, что можно отдельными маркировочными штрихами, наносимыми мессершти-хелеы, отметить правильное положение камней. Затем камни вынимают в том же порядке и переносят в восковой ящик, где с них и с обрабатываемой полосы удаляют воск. Таким же способом, как и в оправах каре, делают опорные гнезда и сквозные отверстия для камней с нижней частью (рис. 301, а—д), или только опорные поверхности для плоских камней без нижнего тела (рис. 301, с).
От самою узкого места промежутка между краями отверстия и полосы подрезают юстировочным штихелем материал для корна и смещают его в направлении центра отверстия, как показано на рис. 301, с, слева.
Затеы скашивают плоскость между двумя корнерами и внешним рантом. Подрезанные лепестки металла оформляют в виде корнеров, смещая нх при этом так, чтобы они равномерно располагались одни против другого. Перегородки между камнями срезают до высоты опорного пояска для камня (рис. 301, в—е), после чего вставляют камни и прижимают корнеры к рундисту, закатывая их головки корнайзеном. На наружном канте оправы 35S
Рис. 302 Тикговая оправа: с—г — последовательноегь операций при креплении камней в оправе
детают узкую блестящую риску штихелем или выдавливают орнамент миттельгрмф-редхеном
Тактовая оправа (оправа «паве»). Слово «тиктовая» означает то же, что и «брусчатая», ибо металлическая основа так плотно покрыта камнями, что похожа на мощеную камнями мостовую.
Изготовление ее сходно с фаденовой оправой, ио камни укладываются не только в одну полосу, а располагаются в несколько параллельных рядов. Чтобы поместить камин как можно плотнее друг к другу, их устанавливают так, что рундисты почти соприкасаются со всех сторон, а из оставшихся промежутков делают закрепочные корнеры (рис. 302).
При изготовлении тиктовой оправы камни устанавливают на металлическую пластину таким же способом, как н при изготовлении фаденовой оправы, чтобы определить их правильное расположение.
От самого узкого места клипового промежутка между рунди-стами камней подрезается стружка, которую отгибают к центру соответствующего отверстия и смешают в направлении его края, как показано стрелками на рис. 302. Каждый камень должен удерживаться двумя противоположными корнерами. Простенки между' камнями прорезают
до высоты опоры камня и затем вставляют камни. Корнеры правятся и плотно прижимаются корнайзеном к камню с оформлением их головок. Каждый вставляемым камень тотчас же закрепляется, прежде чем будет вставлен следующий. Если работа выполнена правильно, то создается впечатление будто камни располагаются не на металлической основе, а присоединены друг к другу, перемежаясь с пол у шаровыми головками корнеров.
Набивная оправа (штоцен-оправа). Эта разновидность оправы, которую применяли ранее чаще всего при закрепке гранатов, является особой формой тиктовой оправы. По своему внешнему виду она похожа на нее и отличается лишь тем, что корнеры не вырезаются из металла, а припаиваются в виде штифтов и внешний ряд камней удерживается не с помощью корнеров, а в большинстве случаев ободком оправы.
При изготовлении набнвнон оправы вокруг основной пластины на высоту камня припаивается полоска ободка оправы. Размещение камней маркируется так же, как и у фаденовой оправы. В местах установки штифтов основную пластину просверливают на такую глубину, чтобы штифт прямо держался в пей, но при этом не про
I
сверл ивают плиту насквозь. Если подлежат закрепке с выступающим вниз телом («павильоном»), то для каждого
камни такого
камня следует выфрезеровать коническую опору со сквозным отверстием и выверить ее. Для плоских камней без «павильона» дно гнезда оставляют гладким. В случае необходимости для усиле-ния свечения под камин укладывается фольга. Штифты устанав-1 ливают, припаивают и отрезают до требуемой высоты. Затем
вставляют камни, прижимают кольцо оправы к наружным камням и большим корнайзеном прижимают штифты так, чтобы образовался полукруглый конец, напоминающий головку заклепкн и захватывающий рундист камня.
Кармезиновая оправа. Она примечательна тем, что вокруг среднего большого камня располагается венок из мелких камешков. Были изучены различные варианты оправ этого вида и нан-
Рис. 303. Кармезиновая оправа
дены такие, которые в наиболее выгодном свете демонстрируют красоту камней. У старой «классической» кармезиновой оправы средний камень удерживался захватами, расположенными по окружности, как и у оправы шатон; мелкие камни находились в пластине кольца, в высверленных отверстиях, у которой припаивался дигель. Благодаря тому что вертикальные стенки ободков камней прорезаются, кажется будто каждый из камней, прилегающих к краю оправы, сидит в маленьком шатоне. Недостаток этой старой формы кармезиновой оправы заключается в том, что для изготовления ее можно применять лишь очень пластичный металл, поэтому прочность и долговечность оправы ограничены.
При изготовлении классической кармезиновой оправы (рис. 303) пластине толщиной около 1,5 мм придают желаемую форму, делают ее слегка выпуклой и скашивают немного по наружному канту (рис. 303, с). Затем вырезают отверстие для среднего камня, опиливают его конус и подготавливают его для крзпановон оправы. Камни, прилегающие к ободу оправы, размещаются на основании с помощью воска, как это было описано для фаденовой оправы. При этом они должны располагаться вплотную друг к другу и по возможности близко к среднему камню. После этого изготовляют конусную царгу. Верхний край ее спиливают во внутрь таким образом, чтобы скошенная верхняя пластана точно вставлялась в царгу (рис. 303, а). Обе части спаивают вместе. Отверстия для камней по ободу просверли-360
Гвают и обрабатывают на конус. Камин должны помещаться в ннх как можно глубже. Параллельно отверстиям для камней опиливают дугообразно наружную сторону. Боковые стенки можно просверлить так, как это показано иа рис. 303, б. Благодаря этому на верхнем канте каждой маленькой оправы появляется свободно стоящий средний крапан; на нижнем стороне выпиливают зубья как и у шатон-оправы (рис. 303, б).
Дигель припаивается под обод кармезиновой оправы. Для закрепления среднего камня применяют крапаны из четырехгранной проволоки. Надфилем в промежутке между двумя периферийными камнями прорезают изнутри пазы Затем впаивают крапаны и фляхштихелем вырезают опорные ступеньки в этих крапанах. Только тогда, когда все опорные ступеньки будут подогнаны по высоте и будут находиться в одной плоскости, можно закрепить средний камень. Камни обода закрепляют, придавливая материал дрюкером к их рундистам.
Средний камень закрепляют, как н у шатон-оправы, опусканием верхних концов крапанов.
Прн современном исполнении оправы (рис. 303, в) принцип работы примерно тот же, только для среднего камня делают гладкую ободковую оправу.
ГЛАВА 3 ЗЕРКАЛЬНЫЕ И СОСТАВНЫЕ ОПРАВЫ; РАСКРЕПКА КАМНЕЙ
8. ЗЕРКАЛЬНЫЕ ОПРАВЫ
Для того чтобы повысить эффект блеска камня, его вставляют в зеркальную оправу, т.е. оправу с узким отполированным металлическим ободом (зеркалом), который окружает камень. В большинстве случаев между оправой и зеркалом оставляют небольшой промежуток и оправа удерживается отдельными незаметными ножевидными проволочками, спаянными в виде крестовины (рис. 304, а и б).
Последовательность работы при изготовлении круглой ободковой гладкой оправы следующая. Из листа толщиной около 2 мм изготовляют слегка выпуклое зеркало. Высота зеркала зависит от размеров камня. В зеркале просверливается илн вырезается отверстие для прохода цилиндрической царги оправы с таким расчетом, чтобы расстояние между оправой и зеркалом составляло около 1 мм. Наружная конусная базовая царга при изготовлении точно подгоняется к зеркалу по диаметру. Из проволоки треугольного сечения подготовляют опорную крестовину для цилиндрической внутренней царги оправы (рис. 304, а) и припаивают ее к нижией базовой царге. На нижнем торце внутренней царги оправы прорезают угловые пазы, которые точно подгоняются к профилю
проволок опорной крестовины Царга припаивается твердым припоем к крестовине. Зеркало надевается на внутреннюю царгу и припаивается к верхнему краю базовой царги твердым припоем, швы зачищаются (рис. 304, б), тонкую проволоку внутри обода | оправы отрезают, чтобы она не препятствовала закрепке камня. На рис. 304, в, а показаны разновидности зеркальных оправ.
каяо, внутренняя царга огргвы, оперная крестовина я базовая царга; б— круглая зеркальная царговая оправа с равномерным зазором между внутренней царгой и зеркалом; в— шестиугольная плата оправы, примыкаю-
щая углами к стенкам отверстия зеркала; г — шестиугольная плата оправы, вмонтированная с равномерным зазором в шестигранном зеркале
5. СБОРНЫЕ ОПРАВЫ
Составные оправы. Такие оправы можно располагать одну рядом с другой сравнительно плотно, однако в обычных ободковых оправах‘такое расположение невозможно. Если бы напаивалось несколько ободковых оправ друг за другом, то камни нельзя было бы закрепить в тех местах, где края оправ соприкасаются. Поэтому оправы необходимо устанавливать на определенном расстоянии друг от друга, как это показано на рис. 305.
Сначала изготавливают опорную крестовину из проволочек прямоугольного сечения. Оправы должны располагаться на таком расстоянии друг от друга, чтобы можно было удобно работать фасочным инструментом между оправами. Только после того, когда все украшение будет смонтировано, отрезают части опорной крестовины, которые располагаются внутри обода оправы, чтобы поместить камни в оправу.
Составные зеркальные оправы. Рассмотрим процесс изготовления трех круглых, конусных гладких оправ с общим зеркалом (рис. 306). Оправы собираются сначала на опорной крестовине из проволоки треугольного сечения подобно тому, как это показано на рис. 305 в примере монтаже оправ на четырехгранной проволоке.
Из толстостенного материала для каждой оправы изготовляется зеркальная парга, т.е. конусная царга, верхняя грань которой используется как зеркало. Сначала чве зеркальные царги припиливаются и припасовываются с боков так, чтобы оставался равномерный зазор между оправой и зеркалом, как ЗЬ2
это показано на рис. 306, а, и спаиваются. Таким же образом припасовывается и припаивается третья царга. Верхняя кромка, т. е. собственно зеркатьная поверхность, слегка скашивается, как это отчетливо видно на рис. 306, б. На нижней стороне доводят по плоскости все три обечайки. Если пластина должна дублироваться тонким листом платины, то лист укладывают на свинцовую подкладку, на нем располагают спаянные вместе зеркальные царги и легкими ударами молотка придавливают их к листу платины так, чтобы он точно соответствовал форме верхней стороны, а затем их спаивают вместе. На верхнем крае не должно быть видно швов. На оборотной
Рнс 305. Составные ободковые Рис. 306. Сборная зеркальная оправа оправы, соединяемые проволочными крестовинами
В заключение впаиваются тонкие проволоки н удаляются выступающие наружу и внутрь ее концы, но так, чтобы остались короткие соединительные кусочки, как показано на рнс. 306, а.
10. ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ПОСЛЕ ЗАКРЕПКИ И РАСКРЕПКИ КАМНЕЙ
Окончательная обработка. После того как все камни будут закреплены в оправе, необходимо убедиться еще раз в надежности их закрепления. Для этого тисочками, в которых закреплено изделие, постукивают по краю верстака и слушают, болтается ли камень в гнезде, или пробуют сдвинуть камень с помощью вахс-бейна. Если камень перед закрепкой был установлен в изделии на китте, то эту проверку осуществляют после удаления китта. При этом изделие слегка нагревают в пламени газовой горелки и удаляют размягченный китт. Если остатки китта сохранились в труднодоступных местах, то изделие помещают в спирт, промывают мягкой щеткой и просушивают в опилках. В заключение изделие еще раз слегка полируют на круге из шерсти.
Раскрепка камней. Раскрепка производится в случае ремонта изделия или замены камня. При этом необходимо учитывать
свойства и качество камня. При работе с хрупкими камнями >пи с камнями, имеющими трещины, следует проявлять особую осторожность. Острием ножа проводят между оправой и камнем, при этом нож действует как клин и отжимает стенку оправы. Усилие нажима должно регулироваться в зависимости от прочности к состояния камня, нужно стараться направлять его больше на оправу, чем на камень. Нн в коем случае нельзя перекашивать иож или действовать им как рычагом для отбортовки оправы. Особенно трудно раскрепить такие оправы, у которых крап был плотно пригнан к камню с помощью дрюкера. В этом случае при неправильной раскрепке, если острие ножа не попадает между камнем и краем оправы, можно, наоборот, еще прочнее закрепить камень. В такой ситуации надо найти место, где можно вставить острие ножа между камнем и ободком оправы, а затем провести ножом несколько раз вокруг камня под оправой, пока рант царги оправы не отодвинется настолько, что можно будет вынуть камень. Если же имеют дело с толстой оправой или оправой, которую невозможно раскрепить этими способами, то ее следует на одной стороне распилить лобзиком. В некоторых случаях оправу нужно распилить в двух противоположных местах. Место разреза впоследствии запаивают и зачищают.
Раскрепка крапановых я корнеровых оправ, как правило, не вызывает затруднений и производится с помощью фляхштихеля, которым осторожно оттесняют в стороны удерживающие камень крапаны Для очень мелких камней используют штифт, диаметр которого почти соответствует размеру камня. Этим штифтом выдавливают камень из оправы.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ПОДВИЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ЗАМКИ
ГЛАВА 4 ПОДВИЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, БРАСЛЕТНЫЕ И ЦЕПНЫЕ ЗАМКИ
!1 ЗВЕНЬЕВЫЕ И ШАРНИРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
При изготовлении цепей и браслетов, серег и кулонов отдельные детали должны подвижно соединяться друг с другом Несмотря на многообразие подвижных соединений, их можно разделить на несколько основных типов.
Звеньевое соединение. Основная форма всех возможных соединений — комбинация вставленных друг в друга кольцевых звеньев. На рис. 307 показаны простейшие звеньевые соединения. Для увеличения площади спая стыки каждого звена слегка скашивают, звенья собираются взаимно перпендикулярно, азатем запаиваются.
Шарнирные соединения. Простое шарнирное соединение. Изготовление шарнирной трубки было уже описано выше. Для обеспечения необходимой прочности толщина стенки трубки должна составлять 1/4 от ее наружного диаметра. Все подвижные шарнирные соединения состоят из нечетного числа шарниров и обозна чаются соответствующими номерами (3, 5, 7 и т. д.). У лоавиж ных шарниров, состоящих из трех частей, средний делается шире, чем два крайних. Конечные шарниры должны располагаться на основной части изДелня. Главная трудность при изготовлении составного подвижного шарнира состоит в том, что отдельные отрезки трубки шарнира должны плотно прилегать друг к другу и в то же время свободно двигаться. Если перед пайкой отдельных элементов шарнира уложить все его отрезки в специально подготовленный желобок, а затем припаять их твердым припоем поочередно е разных сторон к скрепляемым деталям, то следует ожидать получения тугого шарнирного сое динения, так как опасность протечки припоя велика. Если же
припаивать летали сначала к одной стороне, а затем к другой, то это обеспечит хорошую подвижность шарниру, но его точная подгонка вызовет трудности.
От мастерства ювелира и от существующей необходимости зависит, какой нз этих двух методов стоит использовать.
Рис. 307. Простейшие звеньевые соединения
Последовательность работы при первом методе. Круглым напильником в месте будущего соединения деталей выпиливают канавку тек, что конец каждой детали приобретает форму полужелобка. Трубку распиливают на необходимое количество частей, причем плоскости реза должны располагаться непременно под прямым углом к оси шарнира. На стальной штифт, слегка смазанный пластилином, насаживают детали шарнира, вплотную прижимают их друг к другу н укладывают в подготовленный
Рис. 308. Припаивание злементов подвижных шарниров двумя способами
желоб Все части шарнира через одну припаивают с одной стороны (рис. 308, с). Припаянные части шарнира изолируют пластилином, чтобы предотвратить растекание припоя от мест пайки. Части, расположенные между ними, припаивают с другой сторны и вынимают штифт.
Последовательность работы при втором методе. Опорный желоб делается таким же способом, как и при первом методе. Шарнирную трубку делят на нужное количество частей и надрезают ее от стыка шарнира строго перпендикулярно к оси настолько, чтобы между отдельными частями остались только маленькие перемычки- Надрезы средних частей шарнира можно клинообразно расширить, что предотвратит подтекание припоя 36b
к соседним час! ям. Шарнир помещают в желоб и припаивают его части твердым припоем с одной стороны (рис. 308, в). Трубку окончательно разрезают и уда тяют неприпаянные части. Вынутые части шарнира зачищают в точно подгоняют к промежуткам.
Рис. 309. Пружинный шарнир: а — в положении покоя; б — под напряжением скрученной пружины при закрытой крышке
Затем эти трубки насаживают на стальной штифт, распределяют по его длине на предназначенные нм места, фиксируют и припаивают к другой части изделия (рис. 308, б). Штифт вынимают, собирают обе половины соединения вместе и скрепляют их осью
Рис. 310 Припаивание частей контршарнира (браслет прямоугольного сечення по ширине больше контршарнира): а — вставка замыкающей стык U-образиои полоски; б — пайка внешней трубки шарнира большого диаметра; 6 — пайка средней части внутренней трубки подвижного контршарнира малого диаметра; г — пайка крайни* частей трубки подвижного контршарнира
шарнира.
Пружинный шарнир. Такие шарниры применяются, как правило, в портсигарах для автоматического открывания крышки. Сборка шарнира производится гак же, как и сборка простого шарнира. Вместо штифта внутрь шарнирных трубок вставляют плоскую пружину. В зависимости от веса крышки требуется одна илн несколько таких пружин. Сии должны быть несколько длиннее, чем шарнир. С одного конца пружины прижимают к внутренней поверхности трубки небольшим клином, который прочно вбивают в шарнир. Вполне достаточно, если пружина при открытой крышке лежит горизонтально (рнс. 309, а). Можно, однако, уже при установке пружины чуть повернуть ее вокруг продольной оси и слегка забить клин с противоположной стороны. Если при этом чувствуется, что пружина напряжена в достаточной степени, то забивают клин окончательно и с этой стороны шарнира (рис. 309, б). В заключение
коины клиньев и пружин на шарнирах срезают вровень с торцами крайних трубок.
Контршарнир Собственно подвижные части контршарнира помещаются внутри трубки большого диаметра, разрезанной по осевой плоскости вдоль, и припаиваются к ней. Предварительно половинки трубки, образующие наружную часть шарнира, припаиваются твердым припоем в выемках торцов браслета. По сравнению с простым шарнирным соединением он имеет лучшие направляющие и более надежный захват. Эти шарниры применяются, как правило, в браслетах. Последовательность пайкн элементов контршарннра показана на рис. 310.
12. БАРЕТТЕРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Это вид соединения особенно часто используется в ювелирных изделиях. Возможный радиус движения ограничен с одной стороны формой вставленного клина, с другой стороны — величиной промежутков между звеньями. Форма звеньев не имеет значения, ио в большинстве случаев это соединение применяется для закрытых прямоугольных коробчатых и U-образиых профилей.
При изготовлении соединения беру г в качестве сердечника медный или стальной стержень квадратного или прямоугольного сечения и обковывают вокруг него четырехгранную трубку. Стык следует по возможности расположить по грани трубки. В том случае, когда предполагается изготовить браслет, полученную трубку вместе с сердечником сгибают вокруг оправки, соответствующей внутреннему размеру браслета. Затем распиливают заготовку браслета на звенья и вытравливают из них сердечки ки.
Еслн звенья должны иметь U-образный профиль, их изготовляют таким же образом, но в любом случае четырехгранный шарнир изготовляют только с медным сердечником. При изготовлении U-образных звеньев стык образуют иа будущей внутренней стороне браслета и его нет необходимости запаивать Затем четырехгранную трубку также сгибают, придавая ей форму браслета. Оцняко внутреннюю стенку теперь спиливают до металлического стержня После разрезки трубки па звенья кусочки стержня свободно вынимаются. Оба конца каждого звена слегка скашивают. чтобы обеспечить необходимую подвижность. К концу каждого звена припаиваются четырехгранные клинообрзиые. выступы. Эти выступы вставляются в последующее звено, просверливают в них отверстия и склепывают (ряс. 311).
Соединение узких звеньев. Этот метод можно считать улучшенной формой бареттерного соединения (рис. 312, а).
Звенья изготовляются точно так же, как это было описано при клиновом бареттерном соединении. Для этого соединения можно применить как четырехгранный шарнир, так и U-образиый про-
ЗЙ5
филь, после того как ему придадут форм)' браслета. При распиливании заготовки на звенья необходимо 'иметь в виду, что они должны быть несколько длиннее, чем требуемое готовое звено. В каждом звене из одном из концов выпиливают полукруглые щечки, а на другом конце полукруглое углубление, соответствующее
щечкам предыдущего звена. Из четырехгранной проволоки, которая плотно входит в звенья, изготавливают соединительные вставки. Один конец этой проволоки закругляют на-пильи ином и затем от-
Рис. 311. Ьареггерное соединение
резают вставку от проволоки и обрабатывают другой конец так, чтобы его можно было поместить в звено и припаять на стороне с полукруглым углублением. Звенья соединяют попарно, просверливают и штифтуют. При таком соединении звенья имеют такую подвижность, что браслет можно разогнуть до прямой линии. Если подвижность звеньев мала, то в месте соединения их следует немного подпилить сверху, чтобы увеличить здесь зазор и облегчить распрямление звеньев.
Соединение широких звеньев. При изготовлении широких браслетов невозможно обойтись только одной соединительной вставкой. На обеих вертикальных боковых стенках звена с внутренней стороны напаивают по одной полукруглой тонкой вставке (рис. 312, б). Последовательность работы при соединении широких звеньев почти такая же, как и при соединении узких звеньев. Вначале изготовляют из полосового металла два обруча по размеру браслета н с внешней стороны к ним припаивают на одинаковом расстоянии накладки. Расстояния "между наклад-
Рис. 312. Штифтовые соединения звеньев; а — на узком браслете; б на широком браслете
ками должны быть достаточными для изготовления из промежуточных частей обручей полукруглых щечек Заготовку браслета распиливают на звенья, которые обрабатываются таким же образом, как было описано выше» и соединяются штифтами.
13. ШТИФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Врастете качающимися на штифта х зве н ь-я м и показан на рис. 313. При изготовлении такого браслета берут плоскую вальцованную четырехгранную проволоку сече-
нием 0,7 X 2,5 мм н сгибают нз нее три обруча, внутренний размер которых соответствует размеру браслета. Обруч делят на отрезки длиной от 10 до 13 мм — будущие звенья. Измерительным циркулем находят осевую линию обруча и намечают места сверления отверстия Обруч просверливают по этим меткам. Второй обруч кладется под первый. Второй обруч просверливают в двух про-
тивоположных местах через имеющиеся уже отверстия и соединяют оба обруча временной заклепкой- Теперь просверливают все остальные отверстия, не опасаясь сдвига обручей. После
Рнс. 313. Браслет со штифтовым соединением звеньев
того как звенья будут отделены, есть уверенность в том, что от верстия находящихся рядом звеньев точно подойдут друг к другу. Затем обручи распм-
ливают на звенья и скругляют их концы. Обе временные заклепки удаляют.
Из третьего обруча делают более короткие промежуточные звенья.
чем из первых двух, и их концы также просверливают и скругляют. Далее производят сборку браслета. Вставленные штифты
запаивают на концах, слегка смазывая предварительно внутренние части браслета жирным трепелом для защиты от затекания припоя.
14. ПОДВИЖНЫЕ ОПРАВЫ
В ювелирных изделиях иногда изготовляют подвижные оправы, которые могут иметь две возможности для движения: в стороны илн вперед и назад (рис. 314).
Оправы с боковым движением. Такие оправы соприкасаются по возможности плотно и имеют возможность перемещаться в стороны в боковом направлении. Царгн оправ с боковым движением должны иметь параллельные стороны, поэтому проще всего нх можно изготовить нз трубки для шарниров. В соответствии с шириной соединительного ушка на нижней части оправы наносят две риски. Между этими метками выпиливают два окошечка, оставляя между- ними перегородку, за которую затем будет зацепляться соединительное ушко. Ушко с вырезанной 1/4 окружности просовывают через окошечки и припаивают его концы к следующей оправе таким образом, чтобы они находились точно перед перегородкой между выпиленными окошечками (рнс. 314, а). На это следует обратить особое внимание, в противном случае ряд оправ ие будет висеть прямо в спокойном состояннн.
Оправы с возвратно-поступательным прямолинейным движением. В оправах такого типа очень важно, чтобы расстояние между царгами оставалось по возможности небольшим. Процесс их изготовления заключается в следующем. В каждой царге.
нз противоположных сторонах, примерно посередине, просверливают отверстие, а под ним иа нижнем крае выпиливают полукруглую выемку. Ушками из круглой проволоки соединяют оправы, припаивая концы ушка к соседней царге (рис. 314, б) Вместо круглой проволоки можно использовать п профильную, например полукруглую.
В этом случае верхнее отверстие должно быть полукруглым, а нижняя выемка — прямоугольной Для соединения царг между собой вместо ушек из проволоки можно применить плоские, вставляемые в пазы ушки (рис. 314, в). При изготовлении и сборке этих оправ, называемых также качающимися, ра
боту выполняют в следующем порядке. Лобзиком и плоским надфилем в двух диаметрально противоположных местах оправы делают надрезы. Из полоски металла, сечение которой точно соответствует профилю надрезов, делают соединительное полукруглое с одной стороны ушкэ, плоский конец которого запаивают в паз оправы, расположенный справа. Опраны соединяют
Рис. 314. Подвижные соединения оправ: а — с боковым движением; б — с прямолинейным движением; я — качающиеся оправы
затем попарно, просверливают отверстия в царгах и ушке, штиф туют, запаивают концы штифтов и зачищают (рис. 314, е).
15 ЗАМКИ ДЛЯ ЦЕПЕЙ И БРАСЛЕТОВ
Из большого числа различных видов замков здесь будут рассмотрены наиболее распространенные типы.
Застежка на костыль. Этот замок прост по конструкции и
надежен в эксплуатации, так как не может открыться самопроизвольно. Такие замки применяются для тонких цепочек, выполненных нз изяшиых звеньев. Последовательность процесса его изготовления _ _ можно попять из рис. 315.
Рнс. ЗЮ. Застежка ш, коспиь Замок кри|чковый. Не
менее прост по конструкции замок, представленный иа рис. 316. Он может быть изготовлен из круглой проволоки или листового материале. Этот замок надежел в том случае, если на цепочке подвешен тяжелый кулон Для браслетов он не подходит.
Шпрингельиый замок. Шпрингельный замок является вариантом дальнейшего развития крючкового замка. Изготовляют его обычно машинным способом и используют i изделиях крупносерийного
производства. Но не всегда его форма подходит к общему виду украшении и тогда ои выглядит как чужеродное тело (рис 317)
Из-за того, что в этом замке применяется стальная пружг та, ушко нельзя припаивать твердым припоем; необходимо применять оловянный припой Наличие стальной пружины не дает возможности подвергать травлению полностью собранный замок
Коробчатый замок. Для браслетов н цепей очень часто при меняется коробчатый замок Несмотря на то что изготовление'
его трудоемкое, он находит большое применение, осо-бенио в тех изделиях, где по замыслу художника замок г, ~,г а « не должен выделяться из об-
Рис 316. Замок крючковой
щего рисунка
Как по форме, так и по технологии изготовления существует много разновидностей этих замков. Все их можно свести к одному основному типу На рис. 318 показано изготовление его по отдельным операциям Нз полосы листа толщиной 0,3 мм сгибают рамку.
Рамка сверху и снизу закрывается тонкими листами, которые выгибают в соответствии с выпуклостью или вогнутостью браслета (рис. 318, а) Для введения запорной планкн коробку пропиливают на ширину 2 мм сверху вниз до опорного листа (рис. 318,6). Лист толщиной 0,4 мм сгибают и обколачивают вокруг тонкого стального листа так, чтобы стенки листа U-образного профиля были параллельны Друг другу. Полученная запорная планка должна быть такого размера, чтобы она с трех сторон нес -только выступала из коробки. План-ку вставляют в подготовлен- < л
ный паз, размечают чертил-кой контур коробки и вы-пиливают надрезы ступен- аы
чатой формы для верхней и Рис 317 Шпрингелызый замок нижней защелок (рис. 318, о).
В соответствии с нанесенным контуром подготовленная запорная планка опять помещается в паз коробки и запаивается твердым припоем по контуру. Затем запорную планку по месту сгиба и нижнюю стенку коробки разрезают, выпиливают в ее обеих частях пазы в соответствии с размерами защелки и припаивают к короткой части прижимную пластинку с защелкой (рнс. 318, г). В заключение к защелке припаивают нажимную кнопку, на ребре которой выполнены волнообразные выступы
Цепной замок. На рис. 319 изображена упрощенная разновидность коробчатого замка — цепного замка, который особенно часто применяется для цепочек. Корпус такого замка изготовляют из трубки На одном конце ее припаивается полусферический колпачок, а на другом конце — плоская запорная планка, в которой вырезают квадратное или прямоугольное Отверстие для защелки.
Рис 318. Переходы изготовления коробчатого замка
Рис. 319. Цепной замок
Рис. 32(». Замок для браслета с предохранителем
Рис. 322. Замок для колье с двойной защелкой (крышка корпуса снята)
Рнс. 321. Замок для колье л браслетов с простой горизонтальной зашел кой
373
На закругленном конце корпуса и иа конце запора напаивают по одному соединительному ушку Защелку сгибают так, как это показано на рис. 319.
Рис. 324. Бугельный замок для браслета
Рис. 323. Замок для браслета с горизонтальной двойной защелкой
На основе только что рассмотренных конструкций создано множество типов замков, метод изготовления которых аналогичен рассмотренным выше запирающим устройствам.
На рис. 320 показан замок для браслета. Соединение частей замка производится с помощью пружинной защелки.
Для надежности соединения на одной из частей замка припаивают шарнир с петлей; на другой части — шарик После закрытия замка петля набрасывается на шарик.
Разновидностью этого замка является замок с горизонтальной защелкой (рис. 321), который представляет собой коробку овальной формы, в боковых гранях которой пропилены окна для фиксации запора. Защелка изготовляется из упругого металла. Один из концов запора выполнен в виде ушка; на другом конце нанесены рифления. При закрытии замка вертикальные ребра корпуса охватываются изнутри прямоугольными пазами защелки и надежно предохраняют замок от раскрытия. Более надежными являются замки с двусторонними горизонтальными защелками (Рис- 3^2 в 323). Эти типы замков применяют для колье — и браслетов.
Бугельные замки (рис. 324) применяют в основ-ном для браслетов.
... „ Штыковые замки
Рис. 323. Штыковой замок „риме11яЮТ /и1Я пе.
почек и ожерелий. Запорный палец замка изготовляется нз трубки, на концах которой напаивают полусферические колпачки. Спиральная пружина вкладывается в гильзу, нижний виток ее заходит в кольцевой паз, расточенный в стенке гильзы. Тем самым пружина надежно удерживается в гильзе. Замок действует по следующему принципу: когда палеи вдвигается в гильзу, сжимая пружину, направляющий штифт с головкой, имеющийся иа пальце, скользит по пазу гильзы до его закругления. Затем,
0 в) г)
М€
Рис. 326 Линзовый замок: с — продольный разрез; б — вид сбоку со стороны соединительного ушки; в — вид сбоку с противоположной стороны; г — перспективное изображение
Рис. 327. Винтовой замок
Рис. 326. Простой штифтовой замок
Рис. 329. Поворотный штифтовой замок- о — в открытом состоянии: б — в закрытом состоянии
375
после небольшого поворота запорного пальца вокруг продольной оси, палец под действием сжатой пружины поднимается обратно, при этом штифт скользит по соседнему пазу до упора и, останавливаясь, надежно фиксируется в этом положении.
Линзовые замки применяют для цепочек с навешенными на них массивными украшениями (рис. 326).
Изготовляют эти замки следующим образом. На кольцо из плоской четырехгранной проволоки напаивают с обеих сторон выпуклые листовые пластины. К кольцу припаивают также соединительное ушко из круглой проволоки. Ниже ушка шинку кольца просверливают. Диаметр отверстия должен соответствовать ширине шинки. Плоским напильником, ширина которого соответствует примерно половине ширины шинки, выпиливают паз по направлению от отверстия к середине шинки.
На штифт, диаметр которого соответствует ширине паза, наплавляют шарик, который точно входит в отверстие шинки. К штифту припаивают ушко из круглой проволоки. Чтобы закрыть замок, шарик штифта вставляют в отверстие шинки, находящееся на рнс. 326, а слева и смещают штифт по пазу против часовой стрелки до конца последнего. Оба ушка должны быть при этом установлены точно друг против друга.
Винтовой замок. С помощью резьбы обе половники замка свинчивают вместе (рис. 327). Этот замок особенно часто применяют для ожерелий.
Недостаток этого замка заключается в том, что винт при эксплуатации может сломаться и поэтому полной гарантии от раскрытия этот вид замка не дает.
При изготовлении винтового замка в двух пустотелых шарах, спаянных из полушарий, просверливают отверстия для винта и резьбовой втулки. На противоположной стороне шаров просверливают маленькие отверстия для штифтов. Штифты с наплавленными на концы шариками свободно вставляют в маленькие отверстия изнутри и припаивают к ним ушки из круглой проволоки. В последнюю очередь в отверстия впаивают винт и резьбовую втулку.
Шарнирные замки. Чаще всего замки этого типа применяют в браслетах и реже в ожерельях. Простейший вид шарнирного замка показан на рис. 328. Изготовление его не представляет трудностей.
Разновидностями штифтовых замков являются замки с в р а -щающимся и неподвижным штифтами (рис.329 и 330), а также бугельный замок с накидной скобой (рис. 331) и бугельный замок с открытым шарниром (рис. 332).
ГЛАВА 5
ЗАСТЕЖКИ И ЗАМКИ ДЛЯ БУЛАВОК И БРОШЕЙ
16. СТАРИННЫЕ ВИДЫ ЗАСТЕЖЕК
Исходной формой застежки можно с уверенностью назвать простую булавку. Проволока, один конец которой заострен (рис. 333, а), чтобы она могла лучше проникать в материал, имеет на другом конце утолщение (рис. 333, б), препятствующее ее проскальзыванию. И сегодня мы пользуемся такими же булавками. С давних пор это утолщение использовалось как деталь украшения, например у булавок для галстуков. Основной недостаток простой булавки заключается в слабом сцеплении с тканью, ибо она точно так же легко выскальзывает из нее назад, как и входит
Рис. 333. Старинные виды булавочных застежек
в ткань. Этот недостаток устраняется тем, что булавки оснащают различного рода страхующими устройствами, которые одновременно являются и украшениями. У конструкции, показанной на рнс. 333. в, булавка обвивается вокруг открытого кольца. Утолщенные концы кольца препятствуют соскальзыванию булавки Булавкой захватывают материал, слегка приподнимают острие булавки, просовывают его через отверстие кольца и смещают кольцо под булавкой примерно на 90°. Благодаря этому булавка прочно удерживается в ткани. Совершенно другой способ падежного Застегивания так называемой «безопасной булавки» показан па рнс. 333, г. Ее сгибают из упругой проволоки толщиной около 1 мм. Острие булавки укладывается в специальную выемку, откованную на противоположном конце проволоки, и надежно фиксируется там благодаря упругому напряжению витков прово локи.
На рис. 333, д показана булавка, у которой скоба имеет выгнутую форму, что позволяет беспрепятственно захватывать большое количество материала. В го время как крючок претерпел значительные изменения и прикрепляется как самостоятельная часть, у булавки еще сохранена ее старая форма, существенным недостатком которой является небольшой угол раскрытия.
17 СОВРЕМЕННЫЕ ФОРМЫ ЗАМКОВ И ШАРНИРОВ ДЛЯ БУЛАВОК БРОШЕЙ
Современные формы застежек дли брошей отличаются от старых форм более сложной конструкцией и надежным креплением. При выборе того или иного замка следует учитывать кон-
Рис. 335. Виды застежек для брошей; с — простейший основной тип (крючки из проволоки и полосового металла); б — застежки из полосового металла (застежка с подготовленным предохранителем, шаблон разверни крючка, готовая застежка с предохранителем); ч — замок с задвижной гильзой (в полуоткрытом состоянии; отдельные детали замка, в закрытом состоянии)
струкцию и вес самой броши. Для крупных брошей замок следует крепить несколько выше середины ее, для узких брошей при закалывании на блузку правильное положение ее обеспечивает двойная булавка.
Шарниры булавок брошей. Для изготовления шарнира булавки трубку распиливают на три части. Две крайние части припаивают к желобковому основанию. К средней части оловянным припоем припаивают проволоку из упругого материала (рис. 334, t2). Один конец проволоки согнут под прямым углом, а другой заострен. Среднюю часть шарнира подгоняют между двумя неподвижными частями. В шарнир вставляют заклепку, расклепывают ее и зачищают концы.
На шарнирной булавке (рис. 334, б) между шарниром и булавкой припаивается упор, изготовленный из упругого лиспа толщиной 0,5 мм. Основанием шарнира может быть профиль U-образ-иой формы (рнс. 334, ??) илн шар, распиленный по диаметру (рис. 334, г). Виды запоров (фиксаторов) иглы приведены на рис. 335.