2. Сведения о цветных сплавах: бронза, нейзильбер, мельхиор, дюраль, латунь их составы, их обработка и механические свойства.

Бронза — сложный сплав на основе меди, который используется в ювелирной практике для худо­жественного литья и изготовления сувениров. Цвет в основном золотисто-желтый. В зависимости от состав­ляющих компонентов, различаются несколько видов этого сплава (оловянистый, кадмиевый, бериллиевый). Эти сплавы отличаются большой твердостью, упругостью, хорошей жидкотекучестью и незначи­тельной усадкой.

Плотность — 7,5-8,8, температура плавления — 1010-1140 °С, твердость по Моосу — 4,0—4,5.

Бронзы — медно-оловянистые сплавы, содержащие от 3 до 12% олова. В сплав могут входить цинк, свинец, фосфор, никель. Кроме оловянистых бывают и другие виды бронзы — алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, кадмиевые.

Технические характеристики бронзы: плотность 7,5-8,8; температура плавления 1010-1140 °С; твердость по Моосу 4-4,5.

Оловянистые бронзы отличаются хорошими литейны­ми свойствами, потому широко используются в художе­ственном творчестве для литья значков и сувениров. Обыч­но применяют бериллиевую бронзу, устойчивую к коррозиям. Она отличается высокой твердостью и упругостью.

Латунь — сплав меди (не менее 50%) с цинком. Цвет желтый. В зависимости от предназначения, в него могут добавляться другие многочисленные ком­поненты. Из него готовят дешевые ювелирные укра­шения, но широкого распространения этот сплав не получил из-за того, что легко деформируется. Лату­ни, в которой содержание цинка колеблется от 10 до 20%, присвоили отдельное название «томпак». Она имеет золотистый цвет и используется для изготовле­ния ювелирных изделий с последующим покрытием.

Плотность — 8,2—8,6, температура плавления — 1045 °С, твердость по Моосу — 3,0-4,0.

Технические сплавы меди с цинком называются латунями. Латунь с содержанием цинка 10%, остальное медь, называют томпак и сплавы меди с 14 - 20% Zn - полутомпак.

Различают латуни простые - двойные сплавы меди с цинком и с некоторыми примесями, не имеющими существенного значения, и сложные - легированные, которые содержат в своем составе ряд элементов, оказывающих существенное влияние на свойства сплава.

Диаграмма состояния системы Си - Zn. В этой системе практический интерес представляет область одного твердого раствора a (Zn в Си) и следующая за ней область, в которой встречают­ся две фазы (α+β)или β'. Поэтому латуни по химическому составу и структуре разделяют на однофазные (а-латуни) и двухфазные (а + Р').

Граница между ними - предел растворимости Zn в Си - 39%.

β -фаза представляет собой твердый раствор на базе электронного соединения CuZn и имеет решетку объемно центрированного куба (отличную от Си и Zn).

При температуре выше 453 - 470°С р-фаза является неупорядо­ченным твердым раствором. При 453 - 470°С происходит упорядо­чение расположения атомов меди и цинка в кристаллической ре­шетке центрированного куба (на каждый атом Си приходится атом Zn). Упорядоченный твердый раствор обозначен β '.

β -фаза распространяется на область содержания Zn от 46 до 50%. CuZn может растворять в себе и Си, и Zn.

γ-фаза - твердый раствор на базе электронного соединения Cu₅Zn₈. Он хрупок, поэтому сплавы меди с цинком, содержащие γ-фазу, применения не находят.

Практическое применение находят латуни с содержанием Zn не бо­лее 45 - 47%. Таким образом, применение имеют только два типа латуней: а-латуни с содержанием Zn до 39% и (α+β')-латуни с содер­жанием Zn от 39 до 47%. При содержании цинка более 50% в спла­вах может быть ε-фаза - твердый раствор на базе электронного со­единения Cu₅Zn₃; η-фаза - твердый раствор меди в цинке.

В ювелирном деле латуни используют для изготовления украше­ний и посуды. Например, сплавы золота 585-й пробы имитируют ла­тунью ЛАМцбб-4-3. В ряде остальных случаев используют многоком­понентные латуни.

В состав многокомпонентной латуни вводят такие элементы как олово, кремний, алюминий, никель и др. Основная цель - повысить литейные свойства латуни.

Мельхиор — сплав меди с добавлением 20% ни­келя, отличается пластичностью и прочностью. Лег­ко обрабатывается и прекрасно полируется. Идет на изготовление многих видов недорогих ювелирных ук­рашений из-за своей красоты, но в основном исполь­зуется для изготовления столовой посуды. Он получил широкое распространение из-за того, что очень похож на серебро, но при этом стоит значительно дешевле.

Плотность — 8,9, температура плавления 1170 С, твердость по Моосу — 3,0.

Нейзильбер — сплав, идущий на изготовление ук­рашений с элементами филиграни и столовых прибо­ров. Представляет собой сплав меди с 20% цинка и 15% никеля. Легко обрабатывается и отличается вы­соким электросопротивлением, устойчивостью к кор­розии, имеет большую твердость и упругость. Похоже на серебро, но при этом еще дешевле мельхиора.

Плотность — 8,4, температура плавления — 1050 С, твердость по Моосу — 3,0.

Медь и никель неограниченно растворимы как в жидком, так и в твер­дом состоянии. Диаграмма состояния Си - Ni. Структура всех двойных медно-никелевых сплавов - твердый рас­твор этих элементов. Кристаллическая решетка - гранецентрированная кубическая.

Для художественных изделий применяются коррозионно-стойкие медно-никелевые сплавы: мельхиор, нейзильбер.

Мелъхиоры.

Мельхиоры - цветные сплавы меди и никеля, содержащие никель от 18 до 30%. Они отличаются высокой прочностью, хорошо обрабаты­ваются механически, имеют высокую коррозионную стойкость. В таблице 5-1 приведен химический состав мельхиоров, используе­мых для изготовления художественных изделий.

Кроме никеля в некоторые марки мельхиоров вводят железо, мар­ганец, хром. Легирование мельхиора железом и марганцем позволя­ет повышать коррозионную стойкость сплава. Наибольшее распро­странение получил мельхиор марки МН19 с пониженным, по срав­нению с остальными, содержанием никеля, т .к. никель дефицитный и достаточно дорогой металл.

Сплавы МН19, МЩО, МНЖМцЗО-1-1 однофазны по структуре, т. к. железо и марганец до 1% растворимы в мельхиоре. Эти сплавы хо­рошо деформируются как в холодном, так и в горячем состоянии. По коррозионной стойкости превосходят нержавеющую сталь. Для улучшения внешнего вида изделий из мельхиора их покрывают тонким слоем серебра.

Легирование мельхиора хромом приводит к расслоению твердого раствора по синодальному типу на два твердых раствора с одинако­вой кристаллической решеткой, один из которых - а' - обогащен медью, а другой - а" - никелем. Это позволяет значительно упроч­нять сплавы системы Си - Ni - Сг. Так, если для сплава МНЗО (Си + 30% Ni) временное сопротивление составляет 130 - 350 МПа, для сплава МНХЗО-3 (Си + 30% Ni + 2,8% Сr) его значение возрастает до 600 МПа при относительном удлинении 30% (охлаждение на возду­хе с Т = 900°С). Сплавы системы Си - Ni - Сr технологичны, хорошо свариваются, обладают лучшей коррозионной стойкостью в мор­ской воде, чем сплавы Си + 30% Ni и Си +30% Ni +1% Fe. Усталостная прочность их на 40% выше, чем у сплава Си + 30% Ni.

Однако никель является дефицитным материалом. Технические потребности заставляют вести поиск новых сплавов, не уступающих по коррозионной стойкости мельхиорам. Мельхиор — медно-никелевый сплав с содержанием никеля от 18 до 20%, серебристого цвета, отличается

Нейзильберы.

Нейзильберы - сплавы системы Си - Ni - Zn с содержанием никеля от 5 до 35% и цинка от 13 ДО 45%.

В системе Си - Ni - Zn имеется обширная область твердых раство­ров. Сплавы с малым и средним содержанием цинка имеют однофаз­ную структуру а-твердого раствора.

Нейзильберы отличаются красивым серебристым цветом, не окис­ляются на воздухе, устойчивы в растворах солей и органических ки­слот. В дословном переводе с немецкого языка Neusilber - «новое се­ребро». Наиболее распространенным представителем нейзильберов является сплав МНЦ15-2О (Си + 15% Ni + 20% Zn). Этот сплав широ­ко используется в приборостроении, для изготовления технической посуды и медицинских инструментов, а также деталей часов (как коррозионно-стойкий и неферромагнитный материал). Сплав МНЦС16-29-1,8 (Си + 16% Ni + 29% Zn + 1,8% Pb) используется для получения чистой поверхности при обработке резанием.

Для улучшения механических свойств нейзильберов, широко при­меняемых в центробежном литье при изготовлении ювелирных из­делий, необходимо вводить добавки с учетом раскислительной спо­собности, позволяющие уменьшить содержание оксида меди и по­высить пластичность, а также прочностные свойства нейзильбера.

Кроме того, ряд добавок, например, Al, Sn, V и др., улучшает корро­зионную стойкость отливок.

С увеличением содержания никеля твердость и прочность сплавов повышаются. Нейзильбер и мельхиор хорошо деформируются, уп­рочняются деформационным наклепом. Введение алюминия в сплавы делает их дисперсионно-твердеющими (сплавы МНА13-3, МНАб-1,5), повышается также коррозионная стойкость. Свинцовистый нейзиль­бер обладает хорошими упругими свойствами, хорошо обрабатывает­ся резанием. Температура полного отжига мельхиора МН19 и ней­зильбера МНЦ15-20 составляет 600 - 780°С. Для уменьшения остаточ­ных напряжений достаточен отжиг при температуре 250 - 300°С.

В ювелирном деле нейзильбер используется для изготовления бу­лавок, посеребренных столовых приборов, игл различных форм и др.

Дюра́ль

То же, что: дюралюминий.

Сплав алюминия с медью и небольшими количествами марганца, магния, кремния и железа, отличающийся после закалки особой твердостью и легкостью.

Алюминиевые бронзы.

Диаграмма состояния Си - А1. Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими и антикоррозионны­ми свойствами. Небольшой интервал кристаллизации обеспечивает алюминиевым бронзам высокую жидкотекучесть, концентрирован­ную усадку и хорошую герметичность, а также малую склонность к дендритной ликвации. Однако из-за большой усадки редко получа­ют фасонную отливку сложной формы. Медь с алюминием образуют а-твердый раствор, концентрация алюминия в котором при понижении температуры с 1035 до 565"С увеличивается от 7,4 до 9,4%.

Фаза бета-твердый раствор на базе электронного соединения Cu₃Al (3/2). При содержании алюминия более 9% в структуре появляется эвтектоид а + γ ' (γ ' - электронное соединение Ci₃₂Al₁₉).

Фаза α пластична, но ее прочность невелика, γ’-фаза обладает вы­сокой твердостью, но низкой пластичностью. Сплавы, содержащие до 4-5% А1, обладают высокой прочностью и пластичностью. Двух­фазные сплавы а + γ' имеют достаточно высокую прочность, но низ­кую пластичность. Прочность сплавов уменьшается при содержании алюминия более 10 - 12%. Железо измельчает зерно, повышает ме­ханические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Ни­кель улучшает механические свойства до температур 500 - 6ОО 0С. Сплавы алюминиевой бронзы, содержащие никель, хорошо дефор­мируются в горячем состоянии.