Особенности получения литых изделий из драгоценных сплавов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

«Дальневосточный федеральный университет»

 

 

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Кафедра материаловедения и технологии материалов

Особенности получения литых изделий из драгоценных сплавов

РЕФЕРАТ

 

 

Выполнил студент гр. С3453

Овчинникова А.Д.

Проверил ст. преподаватель Ружицкая Е.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владивосток 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Историческая Справка ………………………………………………………….…………………3

Свойства Используемых Металлов ……………………………………….………….…..4-5

Резиновые Пресс-Формы …………………………………………………….……….………6-7

Выплавляемые Модели ……………………………………………………..……………….8-10

Огнеупорные Литейные Формы ………………………………………….….………….11-13

Способы Литья …………………………………………………………………..………………14-15

Виды Брака ……………………………………………………………………..….……………..16-17

Факторы Литья ………………………………………………………………..………………..18-21

Применение Литых Изделий Из Драгоценных Металлов ………..…………...22

Список информации ………………………………………………………………………………23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Ювелирное дело – один из наиболее древних видов художественного творчества. Еще 20 тыс. лет назад человек каменного века заметил и полюбил драгоценные камни. Уже в то время древние умельцы овладели основными приемами декоративной обработки твердого камня. Однако только после того, как мастера древности соединили искусство обработки камня с художественной обработкой металла, возникло ювелирное дело в его современном понимании. Изделия из золота в виде сосудов были найдены в погребениях Китая, относящихся к второму тысячелетию до нашей эры. Впервые серебро было обнаружено на территории Двуречья и Египта, а древшейшие изделия из него, датируются пятым тысячелетием до нашей эры. Художественные изделия, найденные при раскопках, свидетельствуют о том, что ремесленники Древнего Египта использовали способ литья по выплавляемым моделям более 4000 лет назад. Владели этим способом и скифы, населявшие 2,5 тыс. лет назад Поволжье, Среднее Приднепровье, берега Азовского и Черного морей.

Художественная обработка благородных металлов являлась традиционным и развитым видом древнерусского ремесла. Златокузнецы в совершенстве знали ковку, литье, чеканку, зернь и другие способы металлообработки. Процесс перехода от индивидуального изготовления к образованию мастерских и даже фабрик, в которых сосредотачивалась большая часть производства изделий из драгоценных металлов, начался в двадцатые годы девятнадцатого века. Применение техники в двадцатом веке значительно расширила возможности формообразования и декорирования изделий из сплавов серебра, золота и платины.

В отличие от прошлых лет, когда ювелирные украшения являлись семейными реликвиями и передавались из поколения в поколение, в настоящее время ювелирные украшения стали широко доступными. В связи с этим, их производство выделилось в отдельную отрасль промышленности, а, следовательно, изготовление ювелирных изделий из единичных экземпляров производится массовым тиражированием на высокотехнологичном оборудовании. Поэтому, направлением и задачами развития современного ювелирного производства является разработка ювелирных сплавов с высокими и стабильными технологическими свойствами. Ювелирные сплавы, также, должны соответствовать современным экологическим требованиям и не содержать в своем составе компонентов, не отвечающих санитарным нормам.

 

 

 

 

 

 

 

2. СВОЙСТВА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МЕТАЛЛОВ

К драгоценным металлам для производства ювелирных изделий относятся золото, серебро, платина, палладий, родий, иридий, рутений, осмий. Благодаря таким свойствам, как красивый цвет, мягкий блеск, устойчивость к воздействию химических соединений и атмосферных явлений, высокая прочность и относительно невысокая твердость, их используют для изготовления ювелирных изделий, как в чистом виде, так и в виде сплавов. Рутений и осмий используют только в сплавах с платиной.

Золото (Аu) - мягкий, легко тягучий металл желтого цвета с сильным блеском; плотность 19,26 г/см3; температура плавления 1063° С; температура кипения 2530° С; твердость НВ 18 - 20; обладает значительной механической прочностью (проволока из золота сечением 1 мм2 разрывается под нагрузкой 270 МПа); легко поддается ковке и прокату. В химическом отношении золото отличается малым сродством с другими элементами. С кислородом воздуха непосредственно не соединяется. При нормальной температуре на него оказывают действие хлор, бром и фтор. Лучшие растворители - смеси, выделяющие хлор. Под действием хлора при температуре 200° С металлическое золото превращается в хлорное, хорошо растворимое в воде. В смеси азотной и соляной кислот (“царской водке”) металлическое золото растворяется и превращается в хлорное. Расплавленное золото (при температуре 1063° С) имеет плотность 17,3 г/см3, а твердое - 18,2 г/см3, что обусловливает значительную его усадку при затвердевании.

Серебро (Ag) - ковкий, тягучий металл блестяще-белого цвета; плотность 10,49 г/см3; температура плавления 960,5° С; температура кипения 1955° С; твердость НВ 25; обладает наивысшей отражательной способностью (94%); легко поддается полировке; хорошо проводит электричество и тепло; прокатывается в тонкие листы толщиной до 0,00025 мм и вытягивается в тончайшую проволоку. Так как серебро очень мягкий металл, в ювелирном деле его применяют только в виде сплавов (чаще всего с медью). В чистом виде серебро используют для серебрения различных изделий из недрагоценных металлов.

Платина (Pt) - ковкий металл серебристо-белого цвета, с сероватым оттенком, по цвету и блеску напоминающий олово; плотность 21,4 г/см3; температура плавления 1773,5° С; температура кипения 4300° С; твердость НВ 50.

Чистая платина мягка. Для увеличения твердости и прочности ее сплавляют с родием, иридием, палладием, золотом, серебром, медью и пр. Тягучесть чистой платины приближается к тягучести золота. Соляная, азотная и серная кислоты порознь на платину не действуют. Растворяется она только в смеси азотной и соляной кислот, образуя при этом хлорную платину. В расплавленном состоянии платина поглощает водород. В производстве ювелирных изделий платина широко применяется как оправа для бриллиантов, для изготовления браслетов, цепочек, колец и как составная часть некоторых сплавов с золотом.

Свойства металлов платиновой группы (спутников платины) - палладия, иридия, родия и осмия - сходны со свойствами платины.

Палладий (Pd) - ковкий, тягучий металл серебристо-белого цвета; плотность 12,16 г/см3; температура плавления 1554,5° С; температура кипения 2200° С; твердость НВ 52; отражательная способность 65%. Палладий растворяется в азотной кислоте, в смеси азотной и соляной кислот; в твердом и жидком состоянии поглощает водород.

Иридий (Ir) - твердый, хрупкий металл белого цвета с легким серым оттенком; плотность 22,4 г/см3; температура плавления 2454° С; температура кипения 5300° С; твердость НВ 172. При накаливании докрасна иридий обладает некоторой ковкостью; обработка его вследствие высокой твердости затруднительна. Кислоты и расплавленные щелочи на него не действуют. Иридий применяется главным образом в виде сплавов с платиной и другими металлами. Добавка иридия к платине значительно увеличивает ее твердость. Сплавы иридия с платиной применяются при изготовлении ювелирных изделий, зубоврачебных и хирургических инструментов и т. д.

Родий (Rh) – хрупкий металл бледно-голубого цвета, похожий на алюминий; плотность 12,41 г/см3; температура плавления 1966° С; температура кипения 4500° С; твердость НВ 101; отражательная способность 70 - 80%.

Рутений (Ru) — твердый, хрупкий, тугоплавкий металл серебристо-белого цвета (очень похож на платину); плотность 12,2 г/см3; температура плавления 2450° С; температура кипения 4100° С; твердость НВ 220.

Драгоценные металлы обладают высокой степенью пластичности, однако применение их в чистом виде в ювелирном производстве ограничено из-за недостаточной твердости и износостойкости. Поэтому для изготовления ювелирных изделий, как правило, используют их сплавы с другими металлами. Изменяя состав сплавов, можно изменять их свойства: твердость, прочность, пластичность, цвет, коррозионную стойкость, плотность, температуру плавления и др.

Сплавы золота получают, используя в качестве легирующих элементов серебро, медь, платину, палладий, цинк, кадмий. Наиболее часто для изготовления ювелирных изделий используют тройные сплавы системы золото - серебро - медь; реже – двойные сплавы систем: золото - серебро и золото - медь. В отдельных случаях, когда необходимо получить различно окрашенные сплавы золота, в них добавляют платину, палладий, кадмий, серебро, цинк, никель, медь и другие металлы. Так, прибавка меди придает золоту цвета от желтого до красного, прибавка серебра - от бледно-зеленого до почти белого цвета, прибавка кадмия - зеленый цвет, прибавка палладия – бурый или белый, прибавка платины - белый, прибавка никеля – бледно-желтый.

 

3. РЕЗИНОВЫЕ ПРЕСС-ФОРМЫ

Получение качественных резиновых пресс-форм по металлической мастер-модели – одна из важнейших стадий технологического процесса изготовления отливок из сплавов золота и серебра. На практике это осуществляется путем вулканизации сырой резины в объеме с металлическим эталоном внутри массы резины. Свойства резиновой пресс-формы – прочность, эластичность, стойкость к термоокислительному старению, адгезия к модельному составу и другие определяются составом эластомера и режимом вулканизации.

Формовочные резины могут быть в виде упругих листов или блоков, в пастообразном виде, а так же в жидком. Листовые резины горячей вулканизации на основе натурального каучука являются наиболее распространеннымивидами резин, применяемых в ювелирном производстве. Типичными представителями данного вида, ставшими фактическим стандартом в ювелирном производстве, являются резины, выпускаемые компанией F.E. Knight Castaldo (США). Технология работы с этими резинами хорошо отлажена и, как правило, не создает проблем. Листовые пастообразные резины горячей вулканизации на силиконовой основе специально разработаны для технологии литья по выплавляемым моделям для производства высококачественного ювелирного литья. Для работы с такими резинами используются традиционные методы и оборудование. Пастообразные резины легко укладываются в форму, никогда не дают пузырей и при плотной укладке заполняют все пустоты, т.к. увеличиваются в объеме при вулканизации. Резина не взаимодействует с материалом модели, что значительно улучшает качество ее поверхности. Рассмотрим технологический процесс изготовления резиновых пресс-форм для получения отливок с двусторонним рельефом. Для получения восковой модели необходимо изготовить эталон модели – образец (мастер-модель), а по нему – резиновую пресс-форму. Для изготовления эталона модели чаще всего используют сплав золота 585-й пробы; при этом поверхность его электролитически покрывают родием. Это необходимо, так как вулканизация резины происходит при повышенных температурах, а в процессе вулканизации из резины выделяется небольшое количество азотной кислоты. Поверхность эталона должна быть тщательно обработана и отполирована, так как все дефекты эталона будут переноситься на отливки. Кроме того, эталон должен иметь несколько большие размеры, чем готовая модель (на 5 – 6 %) – из-за усадки жидкого металла при затвердевании отливок и необходимости припуска на механическую обработку. К эталону крепится модель литника с заливочной воронкой.

Для изготовления резиновой пресс-формы опока с направляющими штифтами укладывается на гладкую опорную плиту (например, стеклянную) основанием вниз и заполняется пластилином, в который вдавливают до половины эталон модели. Далее устанавливают на первую опоку вторую и заливают ее раствором гипса в воде. После затвердевания гипса опоки переворачивают и удаляют пластилин; эталон при этом остается в гипсовой форме. В гипсе делают несколько углублений, которые позднее станут направляющими выступами резиновой формы. Сырую резину разрезают на кусочки и наполняют ими верхнюю половину формы. Опоки устанавливают на вулканизациионный пресс и подвергают вулканизации. После этого гипс разбивают, извлекают и тщательно очищают эталон модели и резиновую полуформу. Последнюю посыпают тальком и укладывают в нее эталон модели. Затем опока располагается так, что готовая резиновая полуформа, находится внизу, а вторая половина эталона модели засыпается кусочками сырой резины. Далее производят вулканизацию резины второй полуформы и получают обе части резиновой пресс-формы. Если используется эталон модели без литника и заливочной воронки, то они в резиновой пресс-форме вырезаются ювелирным ножом. При изготовлении пресс-форм для простых моделей ювелирных изделий достаточно поместить эталон модели между двумя пластинами сырой резины соответствующей толщины и вулканизировать их под прессом. Эталон модели вдавливается в размягченную резиновую массу. Недостаток этого метода в том, что обе резиновые пластины свариваются и чтобы извлечь эталон и отлить затем восковую модель, пресс-форму необходимо разрезать. Выбор оптимального температурно-временного режима вулканизации, обеспечивающего необходимое качество пресс-формы, должен проводиться на основании сопоставления процессов нагрева и структурирования, проходящих одновременно. Существование оптимального режима неизотермической вулканизации требует согласованного с кинетикой структурирования режима нагрева, а трудности регулирования температурного поля приводят к необходимости, разработки критериев оценки характеристик вулканизации из свойств резиновых смесей.

Процесс вулканизации резин сопровождается образованием пространственной структуры поперечных связей, что приводит к существенным изменениям эластических свойств материала. В зависимости от типа эластомера и выбора вулканизующей системы физико-механические свойства вулканизата также изменяются, достигая максимума (по некоторым показателям – минимума) показателей свойств через различные промежутки времени. Для ряда физико-механических свойств (густоты пространственной сетки, содержания связанной серы, релаксационного модуля и т.п.) может быть установлен общий в качественном отношении характер изменения в процессе вулканизации. Кинетика формирования свойств, в процессе вулканизации является следствием сложного комплекса химических реакций и физико-химических процессов, протекающих при поперечном сшивании.