Температура плавления серебра и меди: Температура плавления сплавов Ag-Cu-Zn | Математика для ювелиров

Температура плавления сплавов Ag-Cu-Zn | Математика для ювелиров

1. История вопроса

Выбирая для своей работы серебряные припои, я столкнулся с противоречивыми данными в разных справочниках. Начиная уже с того, при какой температуре плавится чистое серебро. В старых книгах было два значения: 960 и 960.5 градусов Цельсия. (Не могу тут сразу не заметить, что с появлением интернета всё сильно усложнилось. Температура плавления серебра стала расти. Максимальное значение, которое я встречал, это 963 градуса. А в промежутке — 960.8, 961.9, 962 и даже 961.78 (!) похоже, кто-то просто попал пальцем между двумя клавишами при наборе текста, иначе не объяснишь такую фантастическую точность.)

Однако, когда я курочил свой первый серебряный подстаканник, мечтая превратить его в произведение ювелирного искусства, интернета еще не было. Были Бреполь и Марченков. Чуть позже появился Новиков, который вобрал в себя выжимки из Бреполя и, видимо, нескольких других не известных мне источников. И показания у них довольно часто расходились. В результате мне пришлось слегка углубиться в теорию сплавов. В этой и паре следующих статей  я хочу коротко изложить полученные мной результаты.

Прежде всего ограничимся трехкомпонентными сплавами серебро-медь-цинк. В серебряные припои добавляют и кадмий, но это необходимо только в каких-то особо экзотических случаях, например, при реставрации изделий с камнями, эмалью или чернью. В подавляющем большинстве случаев кадмий в серебряном припое — излишняя роскошь и вред организму.

Во-вторых, нам потребуются не все возможные сплавы Ag-Cu-Zn, а только те, в которых достаточно высокая концентрация серебра и совсем немного цинка. Возьмем область 50-100% серебра, 0-50% меди и 0-25% цинка. Именно в этой области находятся как серебряные припои, так, кстати, и сами ювелирные сплавы серебра (при нулевой концентрации цинка).

Данные для расчетов я взял из диаграммы «изотермы ликвидуса тройной системы Ag-Cu-Zn». Здесь надо сразу сказать, что такое «ликвидус». Дело в том, что у сплавов переход из твердого состояния в жидкое (и наоборот) может происходить не сразу, а через некую третью фазу пасто-кашеобразного состояния. И поэтому, когда говорят о температуре плавления сплава, то, как правило, называют два числа: точку ликвидуса и точку солидуса. Ликвидус соответствует полному расплавлению сплава при нагревании или началу отвердевания при охлаждении. Солидус — точка начала расплавления сплава при его нагревании или полного отвердевания при охлаждении.

Поскольку меня интересовало полное расплавление, я взял диаграмму «изотермы ликвидуса». Изотермы — это линии одинаковой температуры на каком-либо графике или диаграмме. К моему огромному сожалению, за давностью лет я не могу сейчас сослаться на источник. Это была бумажная книга, которую я изучал в читальном зале библиотеки. Были, знаете, раньше такие книги — из бумаги. Воот. И люди их читали… Подобную диаграмму можно найти в книге «Благородные металлы. Справ. изд. Под ред. Савицкого Е.М. Металлургия, 1984» на стр. 339. Но та, «моя», была подробнее, и если кто-нибудь окажется в курсе дела и подскажет мне эту книгу, то я буду тому человеку очень благодарен.

На соседнем рисунке (кликните, чтобы увеличить) показано, как выглядит эта диаграмма в моей редакции. Ею можно пользоваться и вручную находя пересечения линий, соответствующих компонентам сплава, и на глаз производя интерполяцию с экстраполяцией. Однако, меня это не устроило. Все эти изотермы я оцифровал и получил массив данных для того, чтобы эти страшные слова (интерполяцию, доходящую до экстраполяции) выполняла программа, освободив тем самым вычислительные мощности моего мозга для подсчета тех несметных богатств, что были заработаны исключительно честным трудом. Конец параграфа.

2. Программа Ag-Cu-Zn

Программа Ag-Cu-Zn вычисляет:
а) температуру плавления сплавов серебро-медь-цинк по их составу;
б) состав сплава по его температуре плавления и пробе.

Перейти к описанию программы

Запустить программу

 припои, ювелирные сплавы

Плавка сплавов на основе благородных металлов

Используемые печи

Расплавить золотой сплав можно в индукционной печи, в которой предусмотрено наличие графитошамотных тиглей. Это может быть оборудование, работающее как на высоких, так и на низких частотах. Данную процедуру также реализуют в тигельных печах, рабочее состояние которых достигается за счет использования газа.

Сплавы, содержащие большое количество палладия, подвергают плавлению в печах с высокой частотой и наличием основной футеровки. Платиновые сплавы помещают в такие же печи, но их тигли выполнены из оксида кальция, в редких случаях – из оксида магния. В случаях, когда не допускается использование магния и кальция, плавку осуществляют в тиглях, выполненных из оксидов циркония или тория.

Плавление серебряных сплавов возможно как в высокочастотной, так и в низкочастотной печи, а также в печах, где для обогрева применяют газ либо жидкое топливо. Плавление производят в тиглях, изготовленных из графитошамота или графита.

Плавка золотых сплавов по специальной технологии

Кроме отходов собственного производства, перечень шихтовых материалов представлен:

• палладием;

• золотом;

• серебром;

• медью;

• платиной;

• цинком.

В той части тигля, где он имеет среднюю высоту, размещают тугоплавкие шихтовые материалы. Процесс плавления протекает под древесным углем, выложенным в один слой.

Прежде чем слить расплав, на него воздействуют боридом кальция, цинком или фосфором. Количество раскислителя должно составлять 0,08-0,15% от общей массы металла.

Сплавы, в состав которых входит цинк, представляют собой сильные раскислители, потому их не раскисляют. Разливают расплав из золота, поддерживая определенную температуру (°С):

• серебро – от 1025 до 1100;

• медь – выше 1000, до 1100;

• платина – в пределах от 1200 до 1300;

• палладий – от 1600, не выше чем при 1650.

Плавка сплавов, содержащих палладий, в соответствии с установленной технологией

Шихта состоит из меди, палладия, лома, иридия и отходов. Сначала тигель заполняют серебром, медью или иридием, и только затем добавляют палладий, остальные шихтовые материалы. Плавление осуществляют без флюса.

Когда шихта расплавлена, ее нагревают, после достижения нужной температуры – раскисляют, используя кальций или алюминий, их количество должно составлять определенную часть от массы металла – по 0,1%.

В случаях, когда сплав состоит из меди и палладия или серебра вместо меди, его разливают, поддерживая температуру в пределах от 1300 до 1400. Если кроме палладия в состав сплава входит иридий, температуру увеличивают до 1500 градусов или больше, но не выше 1600.

Плавка сплавов из платины по особой технологии

Процедуру осуществляют с использованием родия, соответствующего ГОСТ 13098-67. Перечень шихтовых материалов представлен платиной, медью и палладием. Также шихта содержит иридий, отходы, лом. При загрузке составляющих соблюдают следующий порядок: добавляют сначала тугоплавкие материалы, позже – легкоплавкие. Раскисление не требуется, т. к. для плавки применяется окислительная атмосфера. В использовании флюса нет необходимости.

Сплавы, содержащие серебро и платину, нагревают до температуры от 2000 до 2100 °С, содержащие родий вместо платины – до температуры выше 1870 °С, но не больше 2000. Если в сплаве платина сочетается с палладием, разлив осуществляют при достижении температуры не менее 1600, но и не более 1650 градусов. Когда сплав содержит медь, температура не превышает 1850, но составляет больше 1800 градусов.

Технология, по которой плавят сплавы, содержащие серебро

Шихта представлена серебром, оловом, ломом, медью, отходами и марганцем. В большинстве случаев применяются сплавы системы Ag-Cu, их плавление выполняют под древесным углем. На этапе раскисления пользуются присадкой 0,1% P.

В случаях, когда требуется осуществить плавление систем Ag-Sn, Ag-Mn, применяют восстановительную атмосферу. Перед добавлением олова в расплав его подвергают воздействию лития, кадмия или фосфора в количестве 0,1% от массы металла.

Если в сплаве присутствует марганец, сначала вводят его и только затем олово. В данном случае раскисление не требуется.

Медь с серебром и олово с серебром нагревают до 1100 градусов, но не менее, чем до 1000, марганец с серебром – не менее, чем до 1050 градусов, не превышая показатель 1100.

Серебро

— workingsilver.com | Инструменты и расходные материалы для изготовления ювелирных изделий

Серебро — уникальный представитель семейства металлов, самый «белый» из всех металлов. В чистом виде этот металл лунного цвета очень блестит и может быть отполирован до зеркального блеска. Серебро было известно и использовалось первобытным человеком. Древние евреи называли его именем, означающим бледность. Греки знали его по имени, означающему сияние. Американские индейцы называли его «слезами луны». Химический символ серебра Ag происходит от его латинского названия argent.

Как и золото, серебро считается драгоценным металлом, чрезвычайно ковким и пластичным. Он тверже золота, но мягче меди. Серебро можно выковать в листы настолько тонкие, что потребуется 100 000 таких листов, чтобы сделать стопку высотой в дюйм. Серебро имеет удельный вес 10,5 и температуру плавления 1760F (960C) — почти на 200F ниже, чем у золота.

Использование серебра:

Серебро используется для изготовления украшений, монет и изделий из серебра. Другими основными областями применения являются электрические контакты, фотографические процессы, соединение металлов, серебряные краски и стоматологические применения.

Наивысшая коммерчески достижимая чистота серебра составляет 99,95% (номинально считается 100%), но из-за его мягкости и восприимчивости к повреждениям серебро редко используется в чистом виде.

Стерлинговое серебро:

Термин «стерлинг» имеет историческое происхождение. В 12 веке пять городов в восточной Германии объединились, чтобы сформировать Ганзейский союз, который вел активную торговлю с Англией. Для оплаты английского скота и зерна Лига использовала собственную валюту — серебряные монеты, называемые «истерлинги». Вскоре англичане узнали, что эти монеты чрезвычайно надежны, и считается, что во времена правления Генриха II истерлинги использовались как основа для стандартизации английской чеканки. Со временем название было сокращено до «стерлинг», которое используется до сих пор, имея в виду английскую денежную систему и определенный сплав серебра.

Слово «стерлинг» представляет собой наиболее известную и наиболее уважаемую маркировку качества, используемую сегодня. Это означает, что изделие, проштампованное таким образом, изготовлено из серебра с содержанием серебра не менее 92,5% по весу, без оговорки об остальных 7,5%. Причина относительно «низкого» содержания серебра в фунтах стерлингов носит практический характер: более тонкие сорта серебра слишком мягки для повседневного использования. Легирующие элементы необходимы для повышения прочности и твердости. Поскольку медь обеспечивает наилучшее сочетание износостойкости, она является наиболее распространенным легирующим элементом, используемым ювелирами и серебряными мастерами.

Хотя разрешенное минимальное содержание серебра в фунтах стерлингов составляет 92,5%, важно отметить, что все стерлинговые серебряные изделия Handy & Harman производятся из сплава, содержащего 92,7% серебра. Дополнительный процент серебра компенсирует любые незначительные потери серебра во время обработки и гарантирует, что все готовые стерлингов будут иметь содержание серебра не менее 92,5%.

Характеристики стерлингового серебра:

Некоторые металлургические факты о сплавах серебра и меди:

Расплавленное серебро и медь полностью растворимы друг в друге в любых пропорциях. Однако сплавы с содержанием меди от 2% до 27% при затвердевании и исследовании под микроскопом обнаруживают два отдельных компонента: один почти на 100% состоит из серебра; другой представляет собой серебряно-медную «эвтектику» (71,9% серебра; 28,1% меди), температура плавления которой составляет 1435°F (780°C). два металла с самой низкой температурой плавления.)

Когда стандартное стерлинговое серебро охлаждается, микроскопический анализ показывает, что оба вышеуказанных компонента присутствуют в затвердевшем стерлинговом серебре. Сплав становится полностью жидким при 1640F (890C) и полностью твердым при 1435F (780C). Однако степень растворимости меди в твердом сплаве зависит от используемой термической обработки, и общие физические свойства стерлингов могут существенно измениться. на это влияет не только нагревание серебра до разных температур, но и использование разных скоростей охлаждения.

Контроль твердости и обрабатываемости серебряных сплавов:

Серебряные сплавы обычно поставляются мягкими для облегчения обработки. При желании сплавы могут поставляться в различных состояниях путем восстановления (обработки) сплава без его отжига.

Хотя практически все стерлинговые серебра состоят из одного и того же сплава меди и серебра, на их свойства сильно влияет обработка и термическая обработка, такая как отжиг и закалка.

В сплавах стерлингов и монет медь склонна растворяться в серебре, в результате чего получается однородная крупная структура, которая по своей природе мягкая и пластичная. Холодная обработка этих сплавов прокаткой, прессованием, ковкой или волочением проволоки приводит к тому, что некоторые кристаллы деформируются и становятся меньше, что снижает пластичность сплава.

Термическая обработка также может использоваться для повышения твердости (и снижения пластичности). Процесс, известный как дисперсионное твердение, описан ниже и включает в себя нагревание и охлаждение серебра таким образом, чтобы медь выпадала в осадок из твердого раствора, тем самым создавая мелкодисперсную бинарную структуру. Этот тип конструкции твердый, но с ним также трудно работать, и он имеет тенденцию к растрескиванию.

Как уже упоминалось, серебряные сплавы могут поставляться с нестандартным состоянием (твердостью), определяемым степенью выполненной холодной обработки. «Наполовину жесткая» описывает уменьшение поперечного сечения на две шкалы B и S; «жесткий» был уменьшен на четыре калибра B & S, а «жесткий пружинный» представляет собой сокращение на 6-10 калибров B & S.

Если в готовом изделии ювелирных изделий или изделий из серебра требуется определенная степень твердости, ее лучше всего получить, контролируя объем работы, выполняемой над изделием после окончательного отжига, при этом вся работа выполняется равномерно по всему изделию, чтобы предотвратить растрескивание в местах напряжения.

Дисперсионное твердение включает следующую процедуру:

Нагрев сплава до 1375-1400F (745-760C)

Выдержка при температуре 15 минут.

Быстрое охлаждение в холодной воде.

Сплав теперь находится в размягченном состоянии и может быть повторно закален путем нагревания до 600F (316C) в течение 30-50 минут и последующего охлаждения на воздухе. Полученная твердость эквивалентна твердости, полученной при холодной обработке давлением с уменьшением на 50%.

  Важность отжига:

Отжиг является эффективным методом повторного размягчения серебряных сплавов, утративших свою пластичность в результате обработки или термической обработки. Это позволяет фунту стерлингов работать с уменьшением 90% и даже больше. Когда металл становится слишком твердым для дальнейшей обработки, его просто отжигают и снова размягчают. Конкретные процедуры отжига для стерлинговых сплавов должны быть доступны у поставщика, и эти рекомендации должны строго соблюдаться, поскольку даже небольшие различия в температурах и/или скоростях охлаждения могут существенно повлиять на физические характеристики сплава.

Меры предосторожности при отжиге:

При отжиге стерлингового серебра необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать «перегрева» — состояния, которое увеличивает твердость, способствуя нежелательному росту зерна и значительной потере пластичности.

При факельном отжиге особенно важно следить не только за тем, чтобы ни одна часть изделия не перегревалась, но и за тем, чтобы все части объекта или изделия были доведены до полной температуры отжига. Так как стерлинговое серебро отжигается очень быстро, нет необходимости выдерживать его при температуре отжига очень долго.

Очевидно, что использование закрытой печи имеет определенные преимущества, поскольку можно более точно контролировать температуру объекта и более равномерно поглощать тепло. Однако время отжига должно устанавливаться методом проб и ошибок для изделий разного размера и формы и для печей разного размера.

Контроль цвета и отделки серебра:

Всегда предпочтительнее отжигать серебряные сплавы в нейтральной или восстановительной атмосфере, чтобы предотвратить образование оксидов меди. Помимо использования контролируемой атмосферы для отжига, сплав также можно защитить от воздуха, покрыв его флюсом. Любые остатки легко удаляются травлением и ополаскиванием изделия в горячей воде.

При отжиге серебряных сплавов на открытом воздухе образуются оксиды меди. Эти оксиды бывают двух типов. Верхний слой представляет собой окись меди, имеющую черный цвет; под слоем оксида меди может быть еще один слой оксида (оксида меди), который из-за его красноватого цвета называется «огненным»

Черный поверхностный слой окиси меди можно удалить, погрузив изделие в «травильный раствор» — 5%-10% водный раствор серной кислоты. Действие травления можно ускорить путем нагревания раствора.

После травления, если виден красноватый слой, его можно удалить полировкой, но если он не полируется, его обычно можно удалить, погрузив участок в холодный 50% раствор азотной кислоты. Поскольку азотнокислая ванна очень быстро удаляет серебро, оператор должен вынуть изделие из ванны, как только пламя угаснет, и сразу же промыть водой. Любой мутный остаток должен быть немедленно отполирован.

Наилучшая температура отжига для нормального размягчения стерлингового серебра составляет от 1100°F до 1200°F (593-649°C). Температуры выше 1200F (649C) имеют тенденцию растворять богатую медью фазу, и, если скорость охлаждения жестко не контролируется, максимальная мягкость не будет достигнута. При температурах выше 1300F (704C) на изделии, если его обработать, появится поверхность «апельсиновой корки». При температурах ниже 1100F (593C) время, необходимое для достижения желаемых результатов, увеличивается до такой степени, что это становится неэкономичным.

Нанося флюс на часть изделия перед нагревом, оператор получает превосходную визуальную помощь для определения того, когда изделие достигает надлежащей температуры отжига, поскольку флюс становится прозрачным, как вода, при 1100F (593C).

После отжига изделие может быть охлаждено на воздухе или закалено в воде.

 Литье стерлингового серебра:

Серебро можно отливать с превосходными результатами, используя те же методы и меры предосторожности, которые рекомендуются для литья золота. Серебро для литья предоставляется в виде зерен, что способствует скорости и однородности плавления.

Поскольку стерлинговый серебр содержит чистое серебро, а также эвтектику серебро-медь, его необходимо нагреть до 1650F (899C), чтобы он полностью расплавился. Полное затвердевание не происходит до тех пор, пока стерлинг не остынет до 1435°F (779°С).

Для монетного серебра диапазон плавления составляет от 1435F (779C) (начало плавления) до 1635F (891C) (плавление завершено).

Как плавить серебряные монеты

Серебро было популярным металлом для американской чеканки до 1965 года, когда его цена достигла точки, когда металл в монетах превысил номинальную стоимость десятицентовиков, четвертаков и полдолларов, в которых оно использовалось. Хотя его цена за унцию значительно ниже, чем у золота, некоторые предпочитают переплавлять старые серебряные монеты, которые слишком повреждены, чтобы иметь коллекционную ценность, чтобы восстановить содержащееся в них серебро. Следующие шаги рассказывают, как это сделать.

Шаги

1. Поместите монету на поверхность, которая не плавится и не горит . Лучше всего использовать тигель из огнеупорной глины, но вы также можете положить монету на плоский камень или кирпич.
   • Использование тигля позволяет поместить монету на одну сторону тигля наполовину вниз, чтобы по мере плавления металлов в серебряном сплаве вам было легче отделить серебро от других металлов.
2. Нагрейте монету, пока металл не начнет пузыриться . В этот момент монета начинает таять. (Серебро для монет плавится при температуре 1615 градусов по Фаренгейту или 879 градусов по Цельсию.) Продолжайте нагревать до тех пор, пока металл не начнет течь.
   • Вы можете заметить изменение цвета пламени вашего факела. Это вызвано медью в серебряном сплаве.
3. Отделить серебро от сплавов металлов . Самый простой способ сделать это — воспользоваться разницей температур плавления металлов в монете. Чистое серебро плавится при температуре 1761 градус F (961 градус по Цельсию), а медь плавится при температуре 1983 градуса по Фаренгейту (1084 градуса по Цельсию). Если вы нагреваете монету в тигле, наклоните тигель так, чтобы расплавленное серебро стекало на дно тигля, оставляя медный шлак там, где вы поместили монету.

Наконечники

• Работайте в хорошо проветриваемом помещении, чтобы избежать перегрева или каких-либо следовых газов, выделяющихся в процессе плавления. Не забудьте защитить руки и глаза от жары.
• Если вам нужно расплавить более одной серебряной монеты, вы можете положить вторую монету поверх первой, пока она плавится.
• Несмотря на слухи об обратном, переплавка серебряных монет США в обмен на их металлическую ценность не является незаконной. Это было незаконно с 1967 по 1969 год, и в течение этого времени правительство отозвало из обращения как можно больше серебряных монет. С тех пор переплавка серебряных монет разрешена, поскольку в обращении их мало, если они вообще есть.