СПЛАВ КРАСНОГО ЦВЕТА НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА 585 ПРОБЫ
ASSAY 585 GOLD-BASED ALLOY OF RED COLOUR

Настоящее изобретение относится к области металлургии сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий. Сплав имеет насыщенный цвет «русского красного» золота, обладает повышенным комплексом механических свойств и мелкозернистой структурой.
Известен сплав на основе золота (а.с. №1585364, МПК С22С 5/02. Сплав на основе золота / Кондаков Е.Н. Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт ювелирной промышленности Ленинградского производственного объединения «Русские самоцветы», опубл. 15.08.90, бюл. №30), содержащий, мас.%: золото 58,0-59,0; серебро 9,0-11,5; марганец 2,0-3,5; дополнительно содержит цинк 3,0-4,0; медь - остальное. Данный сплав обладает высокими механическими свойствами, а именно повышенной пластичностью в литом состоянии, однако при использовании его для получения литых заготовок методом непрерывного литья возникает неравномерность свойств по длине, так как легирующие элементы, входящие в состав сплава, не обеспечивают мелкозернистую структуру от начала до конца длинномерного слитка. Это приводит к разности механических свойств и структуры металла при последующих операциях обработки металлов давлением (сортовой прокатке и волочении), что ведет к обрывам при волочении и браку проволоки при изготовлении ювелирных цепочек на цепевязальных автоматах.
Наиболее близким к изобретению является сплав на основе золота красного цвета 585 пробы (Патент РФ №2391425, С22С 5/02, 18.02.2009), содержащий, мас.%: 58,0-58,6 золота, 4,0-6,0 серебра, 1,0-2,9 цинка, 0,01-0,4 рутения, остальное - медь.
Данный сплав принят в качестве прототипа. Сплав-прототип в заявленном интервале концентраций компонентов обеспечивает повышение уровня механических свойств и равномерное распределение их по длине слитка. Однако он в полной мере не отвечает требованиям, предъявляемым к структуре деформированных полуфабрикатов, которые получают с ужесточением режимов их обработки. Примером является получение проволоки тонких сечений для производства ювелирных изделий, где крупнозернистая структура полуфабрикатов может привести к обрывам (браку) при волочении с применением повышенных коэффициентов вытяжки.
Основной задачей изобретения является создание нового сплава на основе золота 585 пробы красного цвета, имеющего повышенный уровень потребительских и механических свойств за счет формирования мелкозернистой структуры полуфабрикатов, их равномерного распределения по длине заготовки, расширяющих область применения сплава при изготовлении ювелирных изделий.
Для решения поставленной задачи предложенный сплав на основе золота, содержащий серебро и медь, дополнительно содержит рутений при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
золото - 58,5-59,0;
серебро - 7,5-8,5;
рутений - 0,4-0,5;
медь - остальное.
Содержание золота в сплаве обусловлено требованием обеспечения пробности, т.е. при изготовлении из сплава готовой ювелирной продукции последнее должно соответствовать стандартной 585 пробе (ГОСТ 30649-99).
Общим для известного и заявляемого сплавов на основе золота 585 пробы является присутствие в составе сплава серебра, рутения и меди. Отличие от сплава-прототипа заключается в увеличении массовой доли серебра и рутения в сплаве при одновременном снижении содержания меди.
Медь обеспечивает повышение сопротивления разрыву и необходимый красный цвет.
Серебро в пределах 7,5-8,5 мас.% повышает пластичность сплава, мягкость, ковкость и его коррозионную стойкость при литье.
Рутений является модифицирующей добавкой, позволяющей получать мелкозернистую структуру, при этом повышается пластичность сплава и идет выравнивание свойств по длине литой заготовки. При содержании рутения в заявляемых пределах наблюдается дисперсное строение дендритных ячеек по всему сечению слитка и повышается эффект модифицирования, обеспечивающий получение большего количества центров кристаллизации и, как следствие, мелкозернистой структуры. При содержании Ru<0,4% этот эффект снижается пропорционально массовой доле модификатора в сплаве, а при содержании Ru>0,5% из-за снижения его растворимости в золоте в структуре полуфабрикатов наблюдаются фрагменты нерастворившегося рутения, при этом эффект модифицирования снижается.
Заявляемый сплав, таким образом, по сравнению с известными имеет более равномерную мелкозернистую структуру и повышенный уровень механических свойств и обладает более высокими технологичными свойствами, что позволяет использовать его в производстве ювелирных изделий методами литья и обработки металлов давлением.
Сплав был получен следующим образом. Сплавление серебра с цинком осуществлялось в защитной атмосфере (аргон), далее вводилось 80% расчетного количества меди и грануляция расплава в воду. Оставшееся количество меди с модификатором сплавлялось аналогично и подвергалось грануляции. Далее следовало прямое сплавление расчетного количества золота и лигатур в защитной атмосфере, непрерывное литье.
Для изучения механических свойств сплава анализировались образцы в литом и деформированном состоянии. Временное сопротивление разрыву определяли на деформированных образцах с помощью разрывной машины LFM 20 kN. Структуру образцов сплава на всех этапах термической и механической обработки анализировали с помощью металлографических методов исследования, а твердость измеряли посредством цифрового микротвердомера DM8 по Виккерсу.
Для сравнения в табл.1, 2 приведены составы заявляемого и известного сплавов и физико-механические свойства образцов.
Таблица 1
Составы заявляемого и известного сплавов
№
Сплав
Химический состав сплава, массовая доля компонента, %
Аи
Ag
Сu
Zn
Ru
1
Известный
58,5
5,0
33,5
2,9
0,1
2
Заявляемый
58,5
8,5
32,6

0,4
3
Заявляемый
58,5
7,5
33,5

0,5
Таблица 2
Свойства заявляемого и известного сплавов
№
Сплав
Микротвердость HV, кг/мм<sup>2</sup>
Временное сопротивление разрыву,  МПа
1
Известный
197
920
2
Заявляемый
181
980
3
Заявляемый
170
950
На рисунках 1 и 2 представлены структуры металла в литом состоянии известного и заявляемого сплавов соответственно. Заявляемый сплав по сравнению с известным, благодаря оптимальному сочетанию в сплаве компонентов в указанном количественном соотношении, обладает более мелкой и равномерной структурой и высоким уровнем механических свойств. Для сравнения на рисунке 5 представлена структура металла в литом состоянии при содержании Ru 0,6%. Видно, что в структуре сплава, модифицированного Ru>0,5%, выявились грубые включения нерастворившегося рутения в объеме металла, что отрицательно сказывается на свойствах и качестве получаемых полуфабрикатов и изделий из них. Это связано с тем, что рутений не успел раствориться при приготовлении сплава, так как он ограниченно растворяется не только в твердом, но и в жидком состоянии. Для исключения образования таких включений существует ограничение по содержанию рутения в составе золотого сплава 585 пробы, массовая доля которого не должна превышать 0,5%.
На рисунках 3 и 4 представлены структуры заявляемого сплава в деформированном состоянии, полученные в процессе сортовой прокатки и волочения с различной степенью деформации. Видно, что деформация металла (рис.3) со степенью 41% (сортовая прокатка) мало изменяет литую структуру заявляемого сплавов (рис.2), наблюдается лишь некоторое искривление дендритных кристаллов сплава. Увеличение степени деформации до 99% (волочение) приводит к вытягиванию кристаллов в направлении деформации и образованию волокнистой структуры (рис.4). При этом мелкозернистая структура наблюдается по всему сечению деформированной заготовки, независимо от места отбора образцов.
Концентрация рутения в заявленном пределе обеспечивает повышение прочностных характеристик при небольшом снижении микротвердости сплава (табл.2). Деформированные полуфабрикаты из заявляемого сплава по сравнению с известным обладают не только более равномерной мелкозернистой структурой по всей длине, но и характеризуются повышенным уровнем прочностных свойств, что положительно сказывается на качестве готовой ювелирной продукции и подтверждает эффективность модифицирования рутением в пределах 0,4-0,5%.
Предлагаемый сплав обладает всем комплексом потребительских и технологических свойств для изготовления ювелирных изделий методами литья и обработки давлением, обеспечивает получение мелкозернистой структуры, повышенного уровня механических свойств и их распределения по длине литых и деформированных полуфабрикатов, что значительно расширяет область применения нового сплава.
Таким образом, применение заявляемого сплава по сравнению с известными позволяет не только повысить технологические свойства сплава и использовать его в производстве ювелирных изделий методами литья и обработки металлов давлением, но и уменьшить величину зерна в полуфабрикатах, что дает возможность применять режимы их обработки с использованием повышенных степеней деформации.