Ювелірне виробництво плавлення металу
Плавимо метал
Частки одного або декількох металів, що надходять для плавки, завантажуються в спеціальні плавильні печі, під впливом високої температури доводяться до рідкої однорідної маси, яка відливається у форми для отримання злитків.
Матеріал, що надходить у плавку, називається шихтовим, абошихтою. Шихта може бути у вигляді чистих металів, бракованих зливків та виробів, брухту, обрізків, стружки та тирси та інших відходів ювелірного виробництва.
Шихтовий матеріал в залежності від ступеня та характеру забруднення піддається різній обробці.
Поворотні відходи від переробки дорогоцінних металів свого виробництва (литники, висікання, стружка, обрізки та ін.), що не викликають сумніву щодо змісту основних та легуючих компонентів, надходять у плавку без попередньої підготовки.
Відходи дорогоцінних металів (тирса, дрібні обрізки, стружка), забруднені в процесі роботи, проходять очисну обробку і тільки після цього надходять у плавку. Шихтові матеріали, забруднені шкідливими домішками (металами, що не відповідають складу сплаву; матеріалами, що негативно впливають на властивості сплаву, і т.д.), піддають попередньої плавці, а потім відправляють на афінажні заводи або на заводи вторинних дорогоцінних металів.
Очищення шихти. Відходи дорогоцінних металів, що повертаються від робочих (тирса, стружка, дрібні обрізки і т.д.), не можуть бути не забруднені. Очищувальною обробкою цих відходів займаються самі робітники. Зібране тирсу прожарюють у муфельній печі для видалення всіх згоряючих домішок (дерева, воску, щетини від щіток, паперового та іншого пилу). Остиглу шихту розпушують і ретельно промагнічують для вилучення сталевих домішок(тирса, уламків лобзикових пилок і свердел, окалини). Очищені таким чином відходи дорогоцінних металів можна вважати підготовленими до плавки. Для визначення зливка на придатність до подальшого використання.
Сплавляють для різних цілей - з'єднання частин одного металу в один злиток, приготування сплавів та припоїв (легкоплавких, легкотекучих сплавів), освіження сплаву і т.д.
Плавку дорогоцінних металів виробляють в індукційних печах із графітовим тиглем. Шихтовий матеріал завантажується в тигель (див. рис. а - графітовий тигель) - вогнетривка посудина плавильної печі, в якій розплавляють метал. Послідовність завантаження залежить від величини та стану шихти (великі шматки, зливки або дрібні обрізки, стружка і т.д.), складу та температурних характеристик компонентів, що входять до сплаву.
Порядок завантаження та плавки шихти. При плавці однорідного металу шихту можна завантажувати в тигель одночасно, якщо плавильна піч забезпечує швидке нагрівання шихти. В іншому випадку спочатку завантажують великі шматки або брикети, а в міру розплавлення додають дрібні обрізки та інші відходи. Розплав із золота нагрівають до 1200. 1250 °С, срібла - до 1100. 1150 °С.
При приготуванні потрійних золотосрібних сплавів спочатку завантажують золото і срібло, а потім в золотосрібний розплав - мідь. Нагрів розплаву проводиться: для сплаву 958 проби до 1180. 1240 ° С; 750-й - до 1180. 1200 ° С; 583-й – Ю80. 1200 ° С; 500-й – 1070. 1160 °С; для сплавів 375 проби до 1120. 1230 °С.
Завантаження золотонікелевомедного сплаву починають із золота. Після його розплавлення довантажують нікель та мідь. Тигель нагрівають на 150. 250° вище за температуру повного розплавлення.
При плавленні срібних сплавів завантаження тигля починають зі срібла та післяповного розплавлення завантажують мідь. Для сплавів срібла 875 проби і вище температура нагрівання 1090. П40°С.
Захисні покриви, флюси, розкислювачі. наступні захисні покриви: деревне вугілля, буру, борну кислоту, хлористий кальцій, натрій хлористий, хлористий калій, хлористий барій.
Флюси очищають розплави від небажаних компонентів, забруднень та домішок шляхом окислення та переведення оксидів у шлаки. У більшості випадків як флюси використовуються ті ж речовини, що і для захисних покривів.
Деревне вугілля може виконувати роль захисного покриву, так і флюсу. Для плавок дорогоцінних металів і сплавів найкращим вважається добре прожарене березове вугілля. Температура спалаху вугілля 250...300°С. Вугілля прожарюється без доступу повітря до вишнево-червоного кольору. Зберігається в сушильних шафах при температурі на 20...50° вище температури навколишнього середовища. Як захисний покрив може бути застосований при плавці срібла, срібно-мідних сплавів, золота та золотих сплавів без вмісту платини, металів платинової групи та нікелю.
Бура (плавлена) використовується як флюс і захисний покрив при плавці дорогоцінних металів. Має властивість добре відшлаковувати оксиди багатьох металів і шлакових включень. Розплавлена бура має гарну змочуваність. Перебуваючи в шихті, вона обволікає нерозчинні тугоплавкі включення та оксиди та піднімає їх на поверхню. Переплавлену, дрібновитовчену і прожарену при температурі 450 °С буру зберігають у сухому посуді з притертою пробкою. УЯк флюс і захисний покрив бура може застосовуватися для всіх дорогоцінних металів і сплавів, як самостійно, так і в поєднанні з іншими флюсами. Для кращого ковзання розплаву стінами бурою покривають робочу частину тигля.
Борна кислота (плавлена) використовується як флюс при плавленні золотих сплавів. Буру або борну кислоту засипають на дно прогрітого тигля до завантаження шихти, таким чином змочуючи частинки металу до їх окислення.
Суміш поташу з бурою (1:1 масою) застосовують як флюс при очисних плавках. Суміш має бути прожарена. Флюс вводять порціями. При забрудненні шихти небажаними металами застосовують суміш бури з калієвою чи натрієвою селітрами.
При плавці дорогоцінних сплавів із селітрою можна підвищити пробу сплаву до 20 од. При плавці з селітрою шихту нагрівають під покривом бури до температури виливки і розплав двома-трьома прийомами вводять селітру.
Інші флюси – хлористий кальцій, хлористий барій, хлористий натрій, хлористий калій – також застосовують при очисних плавках. Властивості та дія флюсів однотипні. Температура плавлення 772. 925°С. Утворюють захисні покриви для сплавів з температурою плавлення до 1300°С. Хлористий кальцій, хлористий барій, хлористий натрій або хлористий калій, як і буру, застосовують у переплавленому, подрібненому та прожареному вигляді.
Найкращий розкислювач для золотих сплавів – цинк. Його вводять із розрахунку 0,05. 0,1% від маси шихти. Для срібних сплавів використовують фосфористу мідь.
Процес плавки. Перед завантаженням шихти в тигель слід перевірити справність плавильної системи та підготувати для виливки зливка виливниці. Тигель перед завантаженням у нього металу прогрівають, на дно прогрітого тигля засипають флюс із розрахунку 1% від масишихти. Потім тигель завантажують шихту і задають потрібну температуру. Після розплавлення шихти розплав покривають невеликою кількістю свіжого флюсу та перемішують. Не знижуючи температури нагрівання, розплаву дають відстоятися, щоб флюс відшлакував непотрібні оксиди та домішки, вводять розкислювач. Розплави припоїв і сплавів, що містять цинк, розкислювач не вводиться у зв'язку з достатньою кількістю компонентів, що виконують роль розкислювача. Виливниці, нагріті до 100°З видалення слідів вологи, натирають технологічним мастилом і встановлюють для виливки. Після цього розплав відливають через зливний жолоб тигля у виливниці, і після повної кристалізації та витримки злиток вилучають.
На підприємствах, обладнаних плавильними комплексами, плавку та виливок виробляють у відцентрових або вакуумних установках. В умовах майстерень, не обладнаних плавильними печами, шихту нагрівають газополум'яним пальником. Плавку проводять у спеціальних тигельках (плошках), розрахованих для маси металу не більше 30 г. Плошки виготовляють із сумішей на основі вогнетривкої глини, каоліну, графіту, шамоту. З цією ж метою можна використовувати шамотну цеглу або шматок деревного вугілля, обмазаного вогнетривкою глиною. Використовують також миски з кварцового скла. Але найдоступнішою в будь-яких умовах є миска, виготовлена з азбестового картону завтовшки 6. 8 мм. Обрізаний за розміром картон зволожують і надають йому форму легкого прогину (поглиблення не повинно перевищувати 6. 7 мм, щоб не створити ефект відбитого полум'я), сушать і перед плавкою поливають бурою. Азбестовий тигельок витримує 3. 4 плавки. Проте всі ці тигельки недовговічні, бура, що застигає, відшаровує глиняну обмазку, а кварцовий тигельок відразу після виливки різко охолоджують у воді, інакше, бура, остигаючи, розриває поверхнюкварц.
Зливки трикомпонентних сплавів «золото - мідь - срібло» при охолодженні нижче 450 °С зберігають початкову кубічну гранецентровану решітку та властивості твердого розчину, тому зливки необхідно різко охолоджувати. Це надає їм м'якість та пластичність.
Перелічені олії рекомендуються для виливки злитків зі срібла, золота та припоїв. Якщо мастило роблять безпосередньо перед виливком, то перед використанням масло обов'язково зневоднюють кип'ятінням на водяній бані при ПЗ. 120 °С протягом 2 год. Мастило наносять тонким шаром на робочу поверхню виливниці, підігрітої до температури не більше 100 °С. Бджолиний віск - одна з найкращих мастил. Використовується в тих же випадках, що й олії. Наноситься на робочу поверхню виливниці, нагрітої до 50...70°С. Водна емульсія меленої крейди застосовується при відливанні високотемпературних металів та сплавів – золота, платини, паладію. Після нанесення шару емульсії на робочу поверхню виливниці, нагрітої до 150...200°С, її ретельно просушують до повного видалення вологи. Просушену виливницю рекомендується прожарювати при температурі 550°С, тоді виливниця витримує понад 100 заливок. Роблять це заздалегідь, так щоб на момент виливки виливниця мала робочу температуру 150...200°С.
Плавка та виливок металів - один з найбільш небезпечних процесів, при якому недотримання безпеки праці може спричинити серйозні травми. Виконувати плавку можна лише на повністю справному та налагодженому обладнанні. Вся плавильна оснастка повинна бути заздалегідь підготовлена та розкладена на зручних для роботи ділянках. Плавку слід проводити у захисних окулярах та з граничною обережністю. Завантажувати шихту в нагрітий тигель потрібно за допомогою спеціального бляшаного совочка, розміри якого дозволяютьбезпечно провести операцію. Помішування розплаву та зняття шлаку здійснюють спеціальною графітовою або кварцовою мішалкою, довжина якої забезпечує зручність роботи та надійний захист рук від опіків. Особливої обережності вимагає розлив металу на виливниці. Крім того, що необхідна навичка, треба переконатися в правильності встановлення виливниці та ступеня змащення її. Зайве мастило може спричинити розбризкування сплаву. Плавильник зобов'язаний працювати в захисному фартуху зі шкіри, брезента або повсті. Викид злитків з виливниць та охолодження їх виробляють у рукавицях.