Приемы художественной обработки металлов в ювелирных изделиях

Плавкость. Способность при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое; является важнейшим свойством металлов. При нагревании все металлы переходят из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении расплавленного металла - из жидкого состояния в твердого. Температура плавления технических сплавов имеет не одну определённую температуру плавления, а интервал температур, иногда весьма значительный.

Электропроводность. Электропроводность заключается в переносе электричества свободными электронами. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. При повышении температуры электропроводность металлов падет, и при понижении - возрастает. При приближении к абсолютному нулю (- 2730С) электропроводность беспредельно металлов колеблется от +2320 (олово) до 33700 (вольфрам). Большинство увеличивается (сопротивление, падает почти до нуля). Электропроводность сплавов всегда ниже электропроводности одного из компонентов, составляющих сплавов.

Магнитные свойства. Явно магнитными (ферромагнитьными) являются только три металла: железо, никель, и кобальт, а также некоторые их сплавы. При нагревании до определённых температур эти металлы также теряют магнитные свойства. Некоторые сплавы железа и при комнатной температуре не являются ферромагнитными. Все прочие металлы разделяются на парамагнитные (притягивают магнитами) и диамагнитные (отталкиваются магнитами).

Теплопроводность. Теплопроводность называется переход тепла в теле от более нагретого места к менее нагретому без видимого перемещения частиц этого тела. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать.

Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении - увеличивается.

Теплоёмкость. Теплоёмкость называется количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 10.

Удельной теплоемкостью вещества называется то количество тепла в килограмм - калориях, которое нужно сообщить 1кг вещества, чтобы повысить его температуру на 10.

Удельная теплоёмкость металлов в сравнении с другими веществами невелика, что позволяет относительно легко нагревать их до высоких температур.

Расширяемость при нагревании. Отношение приращения длины тела при его нагревании на 10 к первоначальной его длине называется коэффициентом линейного расширения. Для различных металлов коэффициентом линейного расширения колеблется в широких пределах. Так, например, вольфрам имеет коэффициент линейного расширения 4,0·10-6 , а свинец 29,5 ·10-6.

Коррозионная стойкость. Коррозия есть разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. Примером коррозии является ржавление железа.

Высокая сопротивляемость коррозии (коррозионная стойкость) является важным природным свойством некоторых металлов: платины, золота и серебра, которые именно поэтому и получили название благородных. Хорошо сопротивляются коррозии также никель и другие цветные металлы. Черные металлы коррозируют сильнее и быстрее, чем цветные. 

 

К механическим свойствам относятся:

Прочность. Прочностью металла называют его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердость. Твердостью называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругость. Упругостью металла называется его свойство восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы(деформацию.)

Вязкость. Вязкость называется способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость - свойство, обратное хрупкости.

Пластичность. Пластичностью называется свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность - свойство, обратное упругости.

Технологические свойства металлов:

Упрочняемость - способность металлов приобретать более высокую прочность после термической, химико-термической или механической обработки.

Паяемость - свойство металлов образовывать неразъемные соединения посредством расплавленного присадочного материала -- припоя.

Ковкость - способность металлов подвергаться ковке или другим видам обработки под действием давления (волочению, штампованию, прессованию, прокатке).

Жидкотекучесть - способность металлов в расплавленном виде заполнять литейную форму.

Литейная усадка - способность металла уменьшить свой объем при переходе из жидкого состояния в твердое. Это необходимо учитывать при изготовлении формы для оливки.

Благодаря знанию этих свойств металлов и сплавов многие дефекты, возникающие при обработки металлов, могут быть предупреждены и устранены.

1.3 Виды металлов

В настоящее время трудно назвать такую современную отрасль, где бы не применялся металл. Из металлов производятся машины, станки, инструменты, всевозможные бытовые вещи. Не меньшую роль играют металлы в области художественной промышленности.

В современной науке число металлов и сплавов превышает 65. Однако в области прикладного искусства только сравнительно небольшая часть из них имеет непосредственное применение, а часть их совсем не применяется.

Рассмотрим металлы и их сплавы, имеющие непосредственное применение в области художественной промышленности, т. е. такие металлы, которые служат материалами для изготовления ювелирных изделий.

В первую очередь к таким материалам относятся: группа черных металлов, т. е. сплавы железа с углеродом - чугун и сталь, а также группа цветных металлов - медь и ее сплавы (латунь и бронза), алюминий и магний и их сплавы, цинк, никель, олово и свинец,а также серебро, золото и платина, выделяемые обычно в особую группу драгоценных металлов.

Кроме того, рассмотрим и некоторые из цветных металлов, имеющих меньшее значение в художественной промышленности. Эти металлы применяются или в виде небольших добавок к сплавам, для изменения их свойств, или в качестве покрытий при изготовлении инструментов и приспособлений.

Черные металлы -- это промышленное название железа и егосплавов. По масштабам производства и использования черные металлы намного опережают все существующие металлы и сплавы.

Из них изготовляют более 90 % всех конструкционных и инструментальных материалов. Основное отличие черных металлов -- это способность намагничиваться. В быту все сплавы на основе железа -- стали и чугуны -- называют железными.

Железо (Fе) -- металл серебристо-белого цвета, блестящий, ковкий и пластичный. Плотность 7,87; температура плавления 1539 °С; твердость по Бринеллю 60 (по Моосу 5). На воздухе окисляется -- покрывается рыхлой ржавчиной. В чистом виде в природе не встречается. Получают железо из железных руд. Железо с примесями называют техническим. Техническое железо содержит 99,8...99,9 % железа, остальное примеси, в которых более десятка элементов. Железо в чистом виде практического применения не имеет, используется только в сплавах. Сплавы железа в зависимости от содержания углерода называют сталью или чугуном.

Сталь -- сплав железа с углеродом и другими элементами, содержание углерода в котором менее 2 %. В зависимости от состава стали обладают различными физико-химическими свойствами.

По составу сталь разделяют на углеродистую и легированную(содржающую и другие компоненты).

По качеству -- на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества и высококачественную.

По назначению -- на конструкционные, инструментальные и специального назначения.

Основное количество оборудования, приспособлений и инструментов ювелирного производства изготовлено с применением конструкционных и инструментальных сталей.

Чугун -- железный сплав, содержащий более 2 % углерода. По составу чугуны делят на нелегированные и легированные (содержащие хром, никель, марганец и другие легирующие элементы).

По структуре различают белый чугун (с белым изломом) и серый чугун (с серым изломом).

Основная масса чугуна перерабатывается в сталь, остальная используется по другим назначениям. Чугун используют для фасоннго литья. Из него изготовляют станины станков, детали двигателей внутреннего сгорания и других механизмов, работающих в условиях повышенного износа, и т. д. Широко применяется как материал изделий прикладного искусства: ваз, скульптур, фонтанов, оград, ворот, решеток и т. д. В ювелирном производстве из чугуна кроме станин станков изготовляют изложницы (формы для отливки слитков).

Цветные металлы и их сплавы.

Чистые цветные металлы (химические элементы) принято группировать по сходным свойствам. Например, легкие металлы (плотность ниже 3,0), тяжелые металлы (плотность выше, чем у железа, -- 7,87), легкоплавкие (температура плавления ниже температуры плавления олова--232 СС), тугоплавкие (с температурой плавления выше, чем у железа, -- 1539 °С), благородные и т. д. В данном пособии цветные металлы и их сплавы рассматриваются с позиции их применения в ювелирной практике в качестве прямых (входящих в сплавы драгоценных металлов), а также косвенных участников производства или материалов, возможных для применения. Знание свойств цветных металлов поможет при диагностике изделий из драгоценных металлов в отличие от близких имитаций.

Медь (Си) -- металл красновато-розового цвета, мягкий и пластичный, обладает высокими показателями тепло- и электропроводности. Легко паяется. Хорошо полируется. Из-за своей мягкости плохо обрабатывается режущим инструментом. Имеет плохие литейные свойства. Плотность 8,96; температура плавления 1083°С; твердость по Бриннелю 35. Химически малоактивна. Во влажной среде покрывается зеленоватым налетом закиси меди (медной патиной), который сохраняет ее от дальнейшего разрушения. Медь легко растворяется в азотной и концентрированной соляной кислотах при нагревании. В разбавленной соляной кислоте растворяется в присутствии кислорода. Медь широко применяется во всех отраслях промышленности. В художественной промышленности ее используют для изделий под эмаль и других поделок. Медь входит в состав почти всех сплавов драгоценных металлов. Служит основой медных сплавов -- латуней, бронз, мельхиора, нейзильбера.

Латунь -- медный сплав, двухкомпонентный и более, с основным легирующим элементом -- цинком. Содержание меди в латунях, как правило, более 57%. Латунь с высоким содержанием меди (90 % и более) называют томпак, с содержанием меди 79...86 % -- полутомпак. По составу латуни делят на простые (двухкомпонентные) и специальные (многокомпонентные).

По назначению делят на деформируемые и литейные. Латуни имеют желтый цвет, легко поддаются обработке давлением (за исключением свинцовосодержащих) в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются, легко обрабатываются режущим инструментом, хорошо полируются. Плотность латуней 8,20...8,60; температура плавления 900...1045 °С. В сухом помещении долго сохраняют цвет и блеск. На открытом воздухе латуни неустойчивы, быстро теряют блеск и темнеют. Растворяются в большинстве кислот. Широко используются в промышленности, а также в качестве декоративного материала для художественных поделок, чеканок, дешевых изделий ювелирной галантереи, сувенирных изделий, памятных медалей и др. Механические свойства латуней (марок Л62 и Л68) сходны с золотыми сплавами 583-й пробы и используются как учебный материал при практическом обучении ювелиров.

Бронза--медный сплав, в котором основным легирующим компонентом может быть любой металл, кроме цинка. Бронзымогут быть двухкомпонентными и более. Цвет зависит от состава, но чаще всего золотисто-желтый. В сравнении с латунью бронзы имеют более высокую прочность, обладают высокими литейными качествами и износостойкостью. Хорошо подвергаются пайке и принимают полировку. По составу бронзы разделяют на оловянистые, алюминиевые, кремниевые, бериллиевые и другие. Плотность бронз 7,50...8,80; температура плавления 1010...1140°С.

В сравнении с латунью обладает более высокой коррозионной стойкостью. Бронза (особенно бериллиевая) стойка на воздухе, в воде, в растворах органических кислот, углекислых растворах. Легко растворяется в азотной кислоте и в присутствии окислителя в серной и соляной кислотах. Бронза широко применяется в технике, в художественной промышленности и является незаменимым литейным материалом, идет на изготовление деталей интерьера -- люстр, бра, канделябров, различных фигурок и др. Памятные значки, медали, сувениры, полученные литьем, также изготовляют из бронзы.

Мельхиор -- медно-никелевый сплав, содержащий до 30 %никеля. Цвет -- серебристо-белый, на срезе и полированных частях с желтоватым оттенком. Мягкий, пластичный, хорошо обрабатывается режущим инструментом и паяется. Плотность 8,90; температура плавления 1170 °С. На воздухе коррозийно-устойчив. Окисляясь во влажной среде, покрывается зеленым налетом. Растворяется в азотной кислоте. Горячие серная и соляная кислоты действуют на него разъедающе. Широко применяется для изготовления галантерейных изделий, а также изделий посудной группы. Обычно изделия посудной группы покрывают серебром.

Нейзильбер -- трехкомпонентный сплав на медной основе, в состав которого кроме меди входят 13,5... 16,5% никеля и 18...22 % цинка. Нейзильбер по внешнему виду напоминает серебро. В зависимости от содержания никеля может иметь голубоватый или зеленоватый оттенок. Обладает достаточной прочностью и пластичностью, хорошо паяется. Плотность 8,45; температура плавления 1050°С.