【word】 饰用18K玫瑰金工艺性能的研究
饰用18K玫瑰金工艺性能的研究
2011年第12期/第32卷黄金
GoLD
饰用18K玫瑰金工艺性能的研究
袁军平,王昶,申柯娅,陈令霞,马春宇,陈绍兴,黄宇亨
(广州番禺职业技术学院珠宝学院)
摘要:针对传统75Au25Cu玫瑰金经常出现的冷h-r_性能和铸造性能差等问
,设计配制了多
元合金化饰用18K玫瑰金,并对该合金的工艺性能进行了研究.研究结果
明,试验合金的熔化
温度范围窄,充填性能好,有助于获得致密度较高,表面质量好的铸件;冷加工硬化水平较低,硬化
速率平缓,有利于进行冷变形加工,镶嵌宝石等操作.合金在377.4,406.2cI=会发生有序化转变,
在铸造,热处理等冷却过程中,要以较快的速度通过此温度区间,避免发生有序化转变;合金适合的
中间退火
为700—750?保温后炉冷到450oC淬水;对于小型饰品,为便于生产,可以采用火焰
加热到650—700?保温后空冷.
关键词:首饰;18K;玫瑰金;工艺性能
中图分类号:TG146.31文献标志码:A文章编号:1001—1277(2011)12—0007—04
在饰品用金合金系列中,玫瑰红金因其色泽华丽
典雅,成为风行于当今国际首饰行业的潮流时
尚【lI2.作为饰品用玫瑰红金,除应满足颜色和抗变
色性能外,合金具有良好的工艺性能是其能否应用于
生产实践的前提.针对传统75Au25Cu玫瑰金在生
产和使用过程中经常出现脆性断裂,表面缩松,氧化
夹杂等问题,研制了多元合金化的饰用18K玫瑰金,
并对该合金的工艺性能进行了研究.
l’试样成分与制备
1.1试验材料成分选择
选择Au,cu,Ag,zn,si,ce等元素进行多元合金化.
1)Au:为保证18K金的成色要求,选择Au质量
分数在75.0%一75.5%.
2)Cu:Cu是强化金的有效元素,也是合金获得
红色的基础;Cu含量越高,颜色越红;但是,Cu含
量过高时,合金的亮度降低,在铸造时容易产生氧化
夹杂,铸造性能不好,而且容易在铸造后冷却及后续
加工过程中产生有序化转变使合金变脆HJ.选择Cu
质量分数在22.0%,23.0%.
3)Ag:性质与金有许多相似之处,能与金形成完
全固溶体,有利于改善合金的冶金性能和工艺操作
性,并有利于改善金铜合金中因有序化转变对力学性
能带来的不利影响J.由于Ag对合金颜色有漂白
作用,因此含量不可过高.选择Ag质量分数在
1.0%一2.0%.
4)zn:可降低合金熔点,提高了充型能力,改善
铸造性能,减少产品的表面粗糙度,减少金属液与铸
型的反应,有利于获得更光亮的铸态表面,并提高合
金的光亮度和抗晦暗变色能力.但是,如果zn含
量过高时,易降低合金的韧塑性,并易引起热裂,夹杂
等缺陷.选择zn质量分数在0.5%一1.5%.
5)Si:可以提高充型能力,减少合金与铸型的反
应,有利于铸态表面更光亮,表面粗糙度降低,是K
金材料中一个优良的脱氧剂.但是,sj含量高时,会
使晶粒非常粗大,并且容易在晶界上形成低熔点脆性
相,引起合金脆化,恶化加工性能J.选择sj质量
分数在0.01%,0.02%.
6)ce:ce是常用的稀土元素,在金合金中可起到
净化金属液,改善合金的冶金性能,细化晶粒,改善合
金的韧塑性,提高再结晶温度,增强合金的热稳定性
等作用J.但是,ce在金合金中的固溶度有限;当含
量过高时,容易产生偏聚,形成硬质点而影响表面抛
光性能,因此选择Ce质量分数在0.03%一0.1%.
综上所述,18K玫瑰红金的化学成分设计见
表1.
表118K玫瑰红金的化学成分配比%
1.2试样制备
以纯金,纯铜,纯锌,纯银,纯硅,纯铈为原材料,
为有利于合金的成分,温度均匀化,减少铸造过程中
收稿日期:201I一07—29
基金项目:广州市教育局科研项目(08C013);广州市教育系统首批建设创新学术团队项目(穗教科(20o9)11号)
作者简介:袁军平(1969一),男,江西新余人,教授级高级
师,主要从事金属材料研究;广州市番禺区市良路1342号,广州番禺职业技术学院
珠宝学院,511483
黄金
的损耗,先熔制中间合金,再根据成色要求用纯金和
中间合金配制所需的18K金.采用石膏型熔模铸造
方法制备试样,金属液浇注温度取熔点之上100oC,
石膏型温度为620?,浇注真空度在一0.08MPa.浇
注后静置8min,然后水爆清除铸粉,冲水清理.
试样形状有圆棒形,平板形和筛网形.其中,圆
棒形试样尺寸为5mmX60mm,用于检测密度和
加工性能;平板形试样尺寸为30mm×20mmX
2.5mm,用于检测晶粒度,气孔倾向,颜色及抗变色
性能;筛网形试样尺寸为45mmX35mm,筛条截面
尺寸为0.6mmX0.6mm,用于评定流动性.
2试验方法
采用I-IJ一1型差热分析仪检测试验合金的热物性
参数,用体视显微镜观察铸造平板样品的表面质量,并
用MFr一4000多功能材料表面性能测试仪检测其表
面粗糙度,用静水密度法检测圆棒样品的致密度.
从试棒上截取高4mm的若干小段,放入可程序
控温的电阻炉中,分别在550?,600?,650oC,
700oC,750?,800oC保温30min,并采用炉冷,空
冷,炉冷到450oC淬水3种冷却方式,对比在不同退
火温度和冷却方式下的硬度变化情况.选取在700c【=
保温30min后随炉冷却到450?淬水的试样进行轧压
试验,测定合金的加工硬化特点.
3试验结果及分析
3.1差热分析结果
试验合金的差热分析曲线见图1,差热分析特征
值见表2.
图1试验合金的差热分析曲线
表2试验18K玫瑰金的差热分析特征值
注:为开始相变的温度,为相变50%的温度,Tm为达到相变
点的峰值,为外推终止的温度.
由图1和表2可以看出,试验合金在升温过程
中,出现了两个明显的峰值,分别代表合金产生了相
应的内在变化.A峰表明合金在此阶段发生了固态
相变,实际上就是逆有序化转变,从低温的有序化组
织转变成无序的完全固溶体,此温度区间为377.4,
406.2oC.由于有序化转变既会引起合金的强化,也
会增加其脆性,因此在生产制作时,尤其在合金的铸
造冷却或退火冷却过程中,需要在略高于此温度时使
合金快速冷却,避免发生有序化转变.B峰代表合金
在此阶段发生熔化;熔化温度范围为905.1,
917.7oC,间隔不到13?.这个窄结晶间隔有利于
获得良好的铸造流动性和致密的组织.
3.2铸造试验结果
铸造后试样形状完整,轮廓清晰,筛网的充填率
达到100%.平板试样的表面粗糙度曲线见图2,平
均粗糙度Ra为1.04m,这表明铸件表面很光滑.
将平板试样进行抛光,在体视显微镜下观察,可以看
到试样的抛光面质量良好,没有出现明显的气孑L,缩
松,砂眼等缺陷.这表明合金具有良好的流动性和充
填性能,这对于精细的首饰件铸造是很重要的.
,.入…..,
.
0.51.02Avr4.55
.
行程/衄
图2铸造平板试样的表面粗糙度曲线
从圆棒试样截取一小段,用水密度法测量其铸态
初始密度,再将其轧压50%后检测轧压态密度,结果
见表3.从表3可以看出,轧压前后密度变化不大.
这说明铸件的致密度较好,内部缩松少.
表3试验合金的铸态和轧压态密度
由于试验合金中添加了少量的锌和微量的硅,
铈,这些元素是氧活性元素,在熔炼过程中优先与氧,
硫元素结合,形成比较致密的保护膜,或者形成高
熔点的稀土氧化物,净化了金属液,夹杂物减少,金属
流动性能改善,有利于获得好的铸造质量.
3.3冷/jn-r试验结果
圆柱试样的冷加工曲线见图3.对该曲线进行
地84O4?
里,...
2011年第12期/第32卷
回归分析,其方程为Y=一186.9x+260.84x+
156.57,相关系数为0.9838.
加工率,%
图3试验合金的加工硬化曲线
首饰生产中经常需要对合金进行轧压,冲压,油
压等操作,要求合金的硬度不宜过高,合金的加工硬
化速度要慢一些,否则容易产生裂纹.在镶嵌宝石
时,加工硬化速率高也容易导致镶嵌过程中发生金属
崩裂.从图3可以看出,试验合金的总体加工硬化水
平较低,除初始阶段加工硬化速率稍高外,随着冷加
工的进一步进行,合金硬化速率趋于平缓,这种硬化
特点有利于首饰加工.
3.4热处理试验结果
试验合金分别在550?,600oC,650?,700oC,
750oC,800?保温30rain后,以3种不同的冷却方
式冷却,包括随炉冷却到室温,随炉冷却到450?淬
水以及连同陶瓷托盘一起出炉并空冷到室温.不同
中间退火工艺下的合金硬度见图4.
茧
Iil}
加热温度/?
图4不同中间退火工艺下的合金硬度
从图4可以看出,经过不同的中间退火工艺,合
金硬度有较大差别.在妒冷条件下的硬度始终保持
很高的水平;采用炉冷到450?淬水的方式,硬度得
以大幅降低.这两种处理方式的处理温度超过
650oC后,随着处理温度升高,硬度都略有降低.采
用空冷的方式硬度变化呈现不一样的规律,当加热温
度低于700?时,硬度相对较低,高于此温度后,硬度
出现了快速提高.
从前面的差热分析可知,合金在约377.4—
406.2clC之间会发生有序化转变.有序化转变涉及
原子迁移的过程,需要在转变温度区间停留相当的时
间才能发生…J.采用炉冷方式时,虽然试样内部基
本不产生热应力,但是在缓慢冷却过程中有充分的时
间让原子迁移,从而会发生较充分的有序化转变,导
致各种温度下的退火硬度都较高.试样采用炉冷到
450?后淬水冷却的处理方式,既可以减少高温下直
接淬水产生大的热应力,又可以使试样以较快的速度
通过敏感温度区间,避免产生有序化转变,因而这种
处理方式下的退火硬度较低.采用空冷方式时,硬度
变化与前两者方式有一定差别;当处理温度低时,热
处理应力低,有序化转变作用也有限,硬度相对低一
些;当处理温度较高时,热应力与有序化转变的综合
作用使合金硬度出现较快提高.
在金相显微镜下观察试样在各种热处理状态下
的金相组织,发现在700?和750oC处理,晶粒度没
有发生明显变化,但是在800?处理时出现了比较明
显的晶粒长大情况.这对于合金的力学性能,表面质
量和耐蚀性能都是不利的,因此试验合金退火时加热
温度不宜超过800oC.
结合前面退火工艺的硬度检测,可以确定合金适
宜的退火制度为700,750oC保温30min后,炉冷到
450淬水.对于常规的首饰件,由于其尺寸一般比
较细小,为缩短生产周期,可以采用火焰加热到650—
700oC,保持数分钟后空冷的处理工艺,它可以满足
退火软化的需要.
4结论
1)试验合金的熔化温度范围窄,充填性能好,有
助获得致密度较高,表面质量好的铸件.
2)试验合金的冷加工硬化水平较低,硬化速率
平缓,有利于进行冷变形加工,镶嵌宝石等操作.
3)试验合金在377.4—406.2oC会发生有序化转
变,在铸造,热处理等冷却过程中要以较快的速度通
过此温度区间,避免发生有序化转变,导致材料脆性.
4)试验合金适合的中间退火制度为700,750?
保温后,炉冷到450?后淬水.对于小型饰品,为便于
生产,可以采用火焰加热到650-700?保温后空冷.
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Researchontechnologicalpropertiesof18Krosygoldforjewelry
YuanJunping,WangChang,ShenKeya,ChenLingxia,MaChunyu,ChenShaoxing,HuangYuheng
(JewelryInstituteofGuangzhouPanyuPolytechinc)
Abstract:Sincetraditional75Au25Curosygoldhadpoorcoldworkingperformanceandcastability,thispaper
designedandpreparedanew18Krosygoldforjewelryaccordingtomulti—el
ementsalloyingprinciple,andstudiedits
technologicalproperties.Theresultsshowedthealloyhadnarrowmeltingtemperaturerangeandexcellentfillingper-
formance,whichwashelpfultoimprovethecompactnessandsurfacequalityofthecasting;thecoldworkingharden—
inglevelwasrelativelylowandgentle,whichwasinfavoroftheoperationssuchascoldworkingandstone—setting.
Therewasanorderingtransitionbetween377.4—406.2oC,thealloyshouldp
assthroughthistemperaturerangeata
highcoolingratetoavoidsuchtransitionduringcastingorheattreatment.The
papersuggestedthatthesuitableinter-
750oCfo mediateannealingtechnologyforthetestalloywaskeepingat700—
rsometime,thencoolinginfurnacetill
450qcandfinallywaterquenching;tofacilitateproductionforfinejewelry,it
wasallowedtoheatworkpiecewith
flameandkeepat650—700oCforsometimeandthenaircooling.
Keywords:jewelry;18Krosygold;technologicalproperties
(编辑:赵玉娥)
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《黄金》杂志参展2011中国国际矿业大会
本刊讯:2011中国国际矿业大会于2011年11月6日一8日在天津
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.
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来源:黄金杂志社张继武,戴台鹏供稿