На главную


ЧАСТЬ II
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ГЛАВА IV
ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Сырьем для предприятий ювелирной промышленности служат поступающие со специальных заводов полуфабрикаты в виде слитков, прутков, проволоки, шайб, листов и химически чистые металлы. В заготовительных отделениях и цехах ювелирных предприятий полуфабрикаты проходят различную обработку, в результате которой: слитки превращаются в прокат для штамповки деталей ювелирных изделий; прутки приобретают заданные диаметры, шайбы раскатываются в кольца; листы режутся на ленты и прокатываются до нужной толщины. Чистые металлы используют для составления припоев и литейных сплавов и для освежения драгоценных сплавов, полученных непосредственно на производстве.
Заготовительные отделения и цеха ювелирного производства получают сырье и отходы с различных участков предприятия.
К заготовительным процессам относятся: плавка, прокатка, волочение, штамповка и термическая обработка. Ведущее место среди них занимает обработка давлением. Изменение форм и размеров заготовки происходит путем пластической деформации. Для драгоценных металлов наиболее распространена холодная деформация. Она обеспечивает высокое качество поверхности, значительную точность размеров и возможность получения различного по величине и форме сечения.

§ 17. Плавка и отливка

Поступающие для плавки частицы одного или нескольких металлов загружаются в специальные плавильные печи, под влиянием высокой температуры доводятся до жидкой однородной массы, которая отливается в формы для получения слитков.
Материал, поступающий в плавку, называется шихтовым или шихтой. Шихта может быть в виде чистых металлов, бракованных слитков и изделий, лома, обрезков, стружки и опилок и других отходов ювелирного производства. Шихтовый материал в зависимости от степени и характера загрязнения подвергается различной обработке.
Возвратные отходы от переработки драгоценных металлов своего производства (литники, высечка, стружка, обрезки и др.), не вызывающие сомнения в отношении содержания основных и легирующих компонентов, поступают в плавку без предварительной подготовки.
Отходы драгоценных металлов (опилки, мелкие обрезки, стружка), загрязненные в процессе работы, проходят очистительную обработку и только после этого поступают в плавку.
Шихтбвые материалы, загрязненные вредными примесями (металлами, не отвечающими составу сплава, материалами, отрицательно влияющими на свойства сплава, и т. д.), подвергаются предварительной плавке, а затем отправляются на аффинажные заводы или на заводы вторичных драгоценных металлов.
Очистка шихты. Отходы драгоценных металлов (опилки, стружка, мелкие обрезки и т. д.) всегда загрязнены. Опилки прокаливаются в муфельной печи для удаления всех сгорающих примесей (дерева, воска, щетины от щеток, бумажной и другой пыли). Остывшую шихту разрыхляют и тщательно промагничивают для извлечения стальных примесей (опилок, обломков лобзиковых пилок и сверл, окалины). Очищенные таким образом отходы драгоценных металлов можно считать подготовленными к плавке. Сплавляют отходы для различных целей — соединения частей одного металла в слиток, приготовления сплавов и припоев (легкоплавких, легкотекучих сплавов), освежения сплава и т. д.
Плавка драгоценных металлов может производиться в тигельных электрических печах сопротивления с металлическими и неметаллическими нагревателями, в индукционных электрических печах без магнитопровода открытого и закрытого типов. Наиболее распространены тигельные электрические печи с неметаллическими нагревателями, которые обеспечивают быстрый нагрев и расплавление шихты, просты в эксплуатации. В качестве нагревателей в таких печах используют уголь, графит и криптол.
Шихтовый материал загружается в тигель (рис. 15) — огнеупорный сосуд плавильной печи, в котором расплавляют металл. Последовательность загрузки зависит от величины и состояния шихты, состава и температурных характеристик компонентов, входящих в сплав.

Порядок загрузки и плавки шихты. При плавке однородного металла шихту можно загружать в тигель одновременно, если плавильная печь обеспечивает быстрый нагрев шихты. В противном случае сначала загружают крупные куски или брикеты, а по мере их расплавления добавляют мелкие обрезки и другие отходы. Расплав из золота нагревают до 1200 — 1250°С, серебра — до 1100 — 1150°С, платины — 1920 — 1980°С, палладия — 1700 — 1750°С.
Для приготовления двойных золотосеребряных сплавов загрузку шихты начинают с серебра. Его загружают на дно тигля, а сверху засыпают золото, и плавку ведут одновременно, если куски шихты приблизительно одного размера. Если же величина шихтовых материалов различна, то загружают сначала крупные куски, а по мере их расплавления добавляют мелкие, серебряные или золотые. Температура нагрева расплава для золотых сплавов с содержанием до 30% Аg — 1200 — 1250°С, для сплава с содержанием 40 — 70% Аg — 1180 — 1240°С, для сплава с содержанием 80% Аg — 1170 — 1230°С.
При легировании золота медью (приготовление двойных золотомедных сплавов) плавку шихты начинают с золота. Сначала плавят слитки и крупные куски золота, а затем догружают мелочь. Медь загружают после того, как полностью расплавится золотая шихта. Для всех сплавов с содержанием меди в качестве медной лигатуры используют прокат марок не ниже М1. Расплав, содержащий до 2% Сu, нагревают до 1190 — 1250°С, 8,4% Сu — до 1180 — 1240°С, 42,7% Сu — до 1150 — 1230°С.
При приготовлении тройных золотосеребряномедных сплавов сначала загружают золото, после его расплавления — серебро, а затем в золотосеребряный расплав — медь. Расплав нагревают для сплава 958-й пробы до 1180 — 1240°С; 750-й пробы — до 1180 — 1200°С; 583-й — до 1080 — 1200°С; 500-й — до 1070 — 1160°С; для сплавов 375-й пробы — до 1120 — 1230°С.
При плавке шихтовых материалов для сплава «белое золото» (Аu—Pt—Аg), в состав которого входит любой тугоплавкий компонент, пользуются ступенчатым нагревом тигля. Загрузку шихты начинают с золота, затем добавляют серебро и после расплавления — медь. Доведя температуру расплава до 1120°С, загружают платину и увеличивают нагрев тигля до 1230 — 1300°С.
Загрузку простого золотоникелевомедного сплава начинают с золота. После его расплавления догружают никель и медь. Тигель нагревают на 150 — 250° выше температуры полного расплавления.
Для приготовления трехкомпонентного сплава «белое золото» (Аu—Pd—Pt) сначала загружают золото, после его расплавления температуру повышают до 1260 — 1280°С и небольшими порциями вводят платину, а при дальнейшем повышении температуры расплава (до 1620— 1680°С) постепенно вводят палладий.
При приготовлении серебряномедных сплавов с преобладающим количеством серебра 916, 875, 800, 750-й проб загрузку тигля начинают с серебра. Затем в расплав серебра загружают медь. Расплав нагревают для сплавов 916 и 875-й проб до 1090 — 1140°С; 800 и 750-й проб — до 1080 — 1130°С,
Для приготовления золотых припоев (Аu—Аg—Сu—Zn), как и для всех золотых припоев, в шихту вводят раскислители, назначение которых — восстановить окислы окисленных компонентов до металлов. Загрузку шихты начинают с золота, по мере его расплавления загружают серебро, а затем медь. Цинк вводят в последнюю очередь, причем подогретым до 150°С. Расплав нагревают до припоев: 583-й пробы — до 940 — 1000°С; 500-й — до 890 — 950° С; 875-й пробы — до 930 — 990°С.
Загрузка шихты четырехкомпонентного золотого припоя (Аu—Аg—Сu—Cd) с содержанием кадмия производится аналогично предыдущей. Только вместо цинка вводят кадмий. Расплав нагревается для припоев 750-й пробы до 920 — 980°С; 583-й с содержанием 10,2% Cd — до 910 — 970°С; 583-й с содержанием 11,5% Cd и 500-й — до 880 — 940°С; 583-й пробы с содержанием 8,4% Cd — до 920 — 980°С.
Загрузку сплавов для составления золотых припоев (Аг—Ап—Сг—Zn—Cd), содержащих цинк и кадмий, производят в следующем порядке. Сначала загружают золото, затем серебро, потом в расплав — медь и после тщательного перемешивания вводят цинк, а за 1 — 3 мин до отливки — кадмий. Кадмий, как и цинк, вводят подогретым до 150°С. Температура расплава для припоев: 750-й пробы с содержанием 6,9% Cd, 1,5% Zn — 960 — 1020°С; 750-й с содержанием 5% Cd, 0,8% Zn — 980 — 1040° С; 583-й с содержанием 10% Cd, 2,5% Zn — 860 — 920°С; 583-й с содержанием 2,5% Cd, 1,7% Zn — 970 — 1030°С; 500-й пробы — 900 — 960°С.
Шихту для приготовления золотых припоев белого цвета (Аu—Аg—Pd—Сu— Zn) загружают в следующем порядке: сначала золото и серебро, потом в расплав догружают медь, затем палладий, а за 1 — 3 мин до отливки — цинк.
Шихту серебряномедных припоев загружают аналогично серебряным сплавам.
Плавку драгоценных металлов нужно проводить с соблюдением всех условий инструкции о сокращении безвозвратных потерь драгоценных металлов. Потери при плавке можно разделить на две категории: потери со шлаками защитных покровов и флюсов; потери, связанные с летучестью металлов (металлургический угар). Металлургический угар существенно меняется при изменении температурного режима. Например, золото при минимальной температуре плавления (1063°С) угарает на 0,0004%, при перегреве на 400°С — на 0,018%, а при большем перегреве расплава угар возрастает еще резче.
В целях понижения потерь драгоценного металла ряд предприятий освоил применение промежуточных лигатур при плавке драгоценных металлов. Этот процесс позволяет плавить металлы без перегрева. Сущность процесса сводится к тому, что тугоплавкие металлы, вводимые в сплав, предварительно сплавляют с менее тугоплавкими. Например, палладий с серебром. А металлы легкоплавкие — с более тугоплавкими; например, цинк с серебром или медью и т. д. Таким образом температуру плавления этих компонентов усредняют и облегчают тем самым введение их в расплав, так как не нужно создавать специального температурного режима плавки.
Защитные покровы, флюсы, раскислители. При плавке драгоценных металлов и сплавов для предохранения расплавов от окисления, насыщения кислородом и другими газами из окружающей среды, а также для верхней теплоизоляции расплавов (для сокращения расходов тепла на плавку) применяются защитные покровы. Ими могут быть: древесный уголь, бура, борная кислота, хлористый кальций, хлористый натрий, хлористый калий, хлористый барий.
Флюсы очищают расплавы от нежелательных компонентов, загрязнений и примесей путем окисления и перевода окислов в шлаки. В большинстве случаев в качестве флюсов используются те же вещества, что и для защитных покровов.
Раскислители восстанавливают окисленные компоненты расплава до металлов для повышения их жидкотекучести и качества отливаемых слитков. Для драгоценных сплавов раскислителями являются цинк, фосфористая медь и марганцовокислый калий.
При выборке защитных покровов, флюсов и раскислителей необходимо учитывать характер их взаимодействия с расплавами и отдельными компонентами расплавов. Например, древесный уголь, один из лучших защитных покровов для серебра и его сплавов, непригоден для платины, так как платина, металлы платиновой группы и никель, а также сплавы с содержанием этих металлов при плавке подвержены науглероживанию. Недопустимо применение угля совместно с калиевой селитрой и поташом, так как эти флюсы при нагревании в присутствии углерода образуют взрывоопасные соединения.
Древесный уголь может выполнять роль как защитного покрова, так и флюса. Для плавки небольшого количества драгоценного металла лучшим считается хорошо прокаленный березовый уголь. Температура вспышки угля 250 — 300°С. Уголь прокаливается без доступа воздуха до вишнево-красного цвета. Хранится в сушильных шкафах при температуре на 20 — 25°С выше температуры окружающей среды. В качестве защитного покрова может быть применен при плавке серебра, серебряномедных сплавов, золота и золотых сплавов без содержания платины, металлов платиновой группы и никеля.
Бура (плавленая) используется в качестве флюса и защитного покрова при плавке драгоценных металлов. Обладает свойством хорошо отшлаковывать окислы многих металлов и шлаковых включений. Расплавленная бура обладает хорошей смачиваемостью. Находясь в шихте, она обволакивает нерастворимые тугоплавкие включения и окислы и поднимает их на поверхность. Переплавленную, мелкоистолченную или прокаленную при температуре 450°С буру хранят в сухой посуде с притертой пробкой. В качестве защитного покрова бура может применяться для всех драгоценных металлов и сплавов как самостоятельно, так и в сочетании с другими флюсами. Для лучшего скольжения расплава по стенкам бурой покрывают рабочую часть тигля. Перед загрузкой шихту тщательно пересыпают бурой из расчета 1 % буры от массы всей шихты, что способствует лучшему соединению частиц шихты.
Смесь поташа с бурой (1:1 по массе) применяют как флюс при очистительных плавках. Смесь должна быть прокалена. Флюс вводится порциями. При загрязнении шихты нежелательными металлами применяют смесь буры с калиевой или натриевой селитрой.
При плавке драгоценных сплавов с селитрой можно повысить пробу сплава до 20 ед. При плавке с селитрой шихту нагревают под покровом буры до температуры отливки и в расплав вводят селитру двумя-тремя приемами.
Другие флюсы — хлористый кальций, хлористый барий, хлористый натрий, хлористый калий — также применяются при очистительных плавках. Свойства и действие флюсов однотипны. Температура плавления 772 — 925°С. Образуют хорошие защитные покровы для сплавов с температурой плавления до 1300°С. Как и бура, хлористый кальций, хлористый барий, хлористый натрий или хлористый калий применяются в переплавленном, измельченном и прокаленном виде.
Лучший раскислитель для драгоценных сплавов — цинк. Его вводят из расчета 0,05 — 0,1 % от массы шихты. Как раскислитель используют и фосфористую медь. Однако в шихту ряда сплавов, особенно с содержанием меди, можно добавлять не более 0,05% (от массы всей шихты) фосфористой меди, потому что избыток фосфора вызывает красноломкость сплавов.
Процесс плавки. Перед загрузкой шихты в тигель следует проверить исправность плавильной системы и подготовить для отливки слитка изложницы. Тигель перед загрузкой в него металла прогревают до 1000°С и тщательно осматривают. В тиглях, прочность которых вызывает сомнения, плавить воспрещается. Рабочую часть прогретого тигля посыпают бурой, а при необходимости дополнительного защитного покрова часть ее кладут на дно тигля. Затем в тигель загружают шихту и задают нужную температуру. После расплавления шихты вводят оставшуюся часть флюса и расплав тщательно перемешивают. Не понижая температуры нагрева, расплаву дают отстояться, чтобы флюс отшлаковал ненужные окислы и примеси. За несколько секунд до отливки в расплав вводят раскислитель. В расплавы припоев и сплавов, содержащих цинк, раскислитель не вводится в связи с достаточным количеством компонентов, выполняющих роль раскислителя. Изложницы, нагретые до 100°С для удаления следов влаги, натирают технологической смазкой и устанавливают для отливки. После этого расплав наливают через сливной желоб тигля в изложницы и после полной кристаллизации и выдержки слиток извлекают.
В мастерских, не оборудованных плавильными печами, шихту нагревают пламенем бензинового или газового паяльного аппарата. Плавка шихты ведется в тигельках, изготовленных из смесей на основе огнеупорной глины, каолина, графита, шамота. В этих же целях используют шамотный кирпич и кусок древесного угля, обмазанного огнеупорной глиной. Вместимость тигельков рассчитана до 30 г расплава. Перед употреблением рабочую часть их глазуруют бурой. Отливаются расплавы и изложницы соответствующих размеров.
Слитки трехкомпонентных сплавов золото—медь—серебро при охлаждении ниже 450°С сохраняют первоначальную кубическую гранецентрированную решетку и свойства твердого раствора, поэтому слитки необходимо подвергать резкому охлаждению. Это придает им мягкость и пластичность.
Для отливки слитков драгоценных металлов используют чугунные и стальные изложницы (рис. 16). Изложница, или ингус, представляет собой металлический брусок с выфрезерованным пазом по форме будущего слитка. Нерабочая стенка изложницы делается выше, она служит экраном, направляющим расплав в паз. Размеры изложницы и толщина их стенок зависят от размеров слитка. Изложницы для горизонтальной отливки делают сплошными. Они могут иметь несколько ячеек. Для вертикальной отливки изготовляют разъемные изложницы с заливной воронкой с торца. Изложницы рекомендуется делать из серого гематитового чугуна с малым содержанием примесей серы и фосфора или низкосортных сталей (как правило, разъемные).

Для использования новые изложницы прокаливают до температуры 500 — 550°С, а перед отливкой нагревают до соответствующей температуры и смазывают технологическими смазками. Роль технологических смазок — обеспечить хорошее качество отливаемых слитков, т. е. хорошее растекание расплава по ячейке, препятствовать образованию раковин и наплывов и пригоранию расплава к стенкам изложницы. В качестве смазок употребляют: льняное, конопляное, подсолнечное, веретенное и машинное масла, пчелиный воск и водную эмульсию молотого мела.
Перечисленные масла рекомендуются для отливки слитков из серебра, золота и припоев. Перед использованием масло обязательно обезвоживают кипячением на водяной бане при 110 — 120°С в течение 2 ч. Смазку наносят тонким ровным слоем на рабочую поверхность изложницы, подогретой до температуры не более 100°С.
Пчелиный воск — одна из лучших, но дорогих смазок. Используется в тех же случаях, что и масла. Наносится на рабочую поверхность изложницы, нагретой до 50 — 70°С, равномерным натиранием.
Водная эмульсия молотого мела применяется при отливке высокотемпературных металлов и сплавов — золота, платины, палладия. После нанесения слоя эмульсии на рабочую поверхность изложницы, нагретой до 150 — 200°С, ее тщательно просушивают до полного удаления влаги. Просушенную изложницу рекомендуется прокаливать при температуре 550°С, тогда изложница выдерживает более 100 заливок. Делают это заранее, так чтобы к моменту отливки изложница имела рабочую температуру 150 — 200°С.
Плавка и отливка металлов — один из наиболее опасных процессов, при котором несоблюдение правил безопасности труда может вызвать серьезные травмы. Выполнять плавку можно только на полностью исправном и налаженном оборудовании. Вся плавильная оснастка должна быть заранее подготовлена и разложена на удобных для работы участках. Плавку следует проводить в защитных очках и с предельной осторожностью. Загружать шихту в нагретый тигель нужно с помощью специального жестяного совочка, размеры которого позволяют безопасно провести операцию. Для помешивания расплава и снятия шлака служит специальная графитовая или кварцевая мешалка, длина которой обеспечивает удобство работы и надежную защиту рук от ожогов. Особая осторожность требуется при разливе металла в изложницы. Кроме того, что необходим навык, надо убедиться в правильности установки изложницы и степени ее смазки. Лишняя смазка может вызвать разбрызгивание металла. Участок стола для отливки должен иметь бортик на случай разбрызгивания сплава. Плавильщик обязан работать в защитном фартуке из кожи, брезента или войлока. Выбрасывать слитки из изложниц и охлаждать их следует в рукавицах.


предыдущая страница оглавление следующая страница