УДК 671/673ББК 85.12

С17

Оригинал-макет подготовлениздательством «Центр общечеловеческих ценностей»

Самодельное оборудование для изготовления юве-С17 лирных изделий. Печи. Вулканизаторы. Литейные

установки. Бензиновая горелка. Термопары: Спра-вочник/Сост. В.Б. Лившиц. — М.: ИздательствоОникс, 2006. ~ 32 с: ил. —- (В помощь домашнемумастеру).

ISBN 5-488-00487-4Литейное оборудование заводского изготовления для

индивидуального производства в домашних условияхпрактически не применяется. В нашей книге приводятсясведения, ознакомившись с которыми вы сможете изго-товить простейшее литейное оборудование и приспособ-ления для работы в домашних условиях.

УДК 671/673ББК 85.12

ISBN 5-488-00487-4 © Лившиц В.В., составление, 2006© ООО «Издательство Оникс»,

иллюстрации, оформление обложки, 2006

www.infanata.org

Часть 1. КАК САМОСТОЯТЕЛЬНО СОБРАТЬЛИТЕЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Плавильная и муфельная печи, вулканизатор, ин-жектор, литейные установки и другое оборудованиезаводского изготовления для индивидуального произ-водства в домашних условиях практически не приме-няются по причинам, связанным с дорогой ценой,большими габаритами, большой энергоемкостьюи пр. Поэтому мастера-ювелиры, работающие инди-видуально в домашних условиях, могут сами изгото-вить простейшее литейное оборудование и приспо-собления.

Самодельная электрическаяплавильная печь

Самодельная электрическая плавильная печь (рис. I)состоит из камеры, обогреваемой нихромовой спира-лью, и алундового тигля. Терморегулятор регулируеттемпературу до 1100-1150 °С.

Длина огнеупорной трубы составляет 250-300 мм,С обеих сторон трубы сверлятся по два замковых от-верстия для нихромовой проволоки (нагревателя).Длину проволоки вычисляют по формуле;

, где:- сопротивление проволоки, Ом;

S - сечение нихромовой проволоки, мм2;р - удельное электросопротивление нихрома,

(Ом *мм2)/м;L - длина проволоки, м.Удельное сопротивление нихрома =1,2 Ом*мм2)/м.Проволоку наматывают на алундовую трубу и об-

мазывают жидким стеклом. После его высыхания тру-бу с проволокой обматывают листовым или шнуро-вым асбестом.

Плавку золота в электрической печи проводят вграфитовом тигле, который устанавливают щипца-ми. Золото покрывают бурой. Следует помнить, чтоустановку в печь загруженного шихтой тигля осуще-ствляют, когда печь нагрета до температуры плавле-

ния шихты. Извлекают готовый расплав в тигле так-же щипцами и производят разливку металла по фор-мам.

Самодельные муфельные печи

Печь выполнена из муфеля, изготовленного из ог-неупорной глины, на который наматывается нихро-мовая проволока (рис. 2).

Основной частью печи является рабочая камераили муфель. Его выполняют из огнеупорной глины

(шамота или динаса), размером внутренней части250x200x200 мм и толщиной стенок 10 мм. Контур(раму) муфеля изготавливают из картона по его фор-ме, Глину наносят на внутреннюю часть коробки ипропитывают парафином. Толщина глиняного слоя10 мм. Из этой же глины лепят пластинку (затвор)для дверцы. После того как глиняные детали вылеп-лены, их помещают в духовку и досушивают в тече-ние двух часов при температуре 100 °С. Далее их из-

влекают из духовки и прокаливают при температуреоколо 900 °С. Затем глиняным деталям дают медлен-но остыть. Дверцу с помощью слесарного инстру-мента подгоняют к муфелю, чтобы она плотно вхо-дила глиняной плитой в муфель. На него наматыва-ют 18 м нихромовой проволоки диаметром 0,75 мм,находящуюся в кембрике из ПЭВ 0,8-0,9 мм, для то-го чтобы выдержать интервал между витками. Что-бы обмотка не раскручивалась, первый и последнийвиток временно скручивают. Затем провод снимаютс муфеля и удаляют ПЭВ-защиту, а металлическийпровод снова наматывают на муфель и замазываютглиной образовавшиеся зазоры. После того как гли-на высохнет, на имеющуюся сухую обмазку муфеля спроволокой наносят еще один глиняный слой толщи-ной 12-15 мм из глины, смешанной с порошком асбе-ста.

Готовый нагревательный элемент вставляют в ме-таллический кожух и крепят к нему дверцу с помощьюпетель. Свободное пространство между нагреватель-ным элементом и корпусом печи забивают асбестом.Для установки термопары в задней части кожуха печиделают отверстие диаметром 10 мм. Печь потребляет220 В переменного тока.

Конструкцию печи для небольших опок можноизменить. При этом будет изготовлена вертикаль-ная печь с конусным муфелем (рис. 3). Для ее изго-товления потребуется бытовая плитка. Корпус печиизготавливают из стального листа толщиной 0,5-0,9 мм. Муфель чашкообразной формы делают из ог-неупорной глины по технологии, описанной выше.Пространство между муфелем и кожухом также за-полняют асбестовой крошкой. Обращают вниманиена плотное прижатие муфеля к электроплитке.

Самодельные вулканизаторы

Для изготовления первого вулканизатора необхо-дим ручной пресс, электроутюг с регулятором темпера-туры, металлическая плита (пластина), в которуювмонтирован нагреватель электроутюга. На плитупресса устанавливают электроутюг гладильной плос-костью вверх, как показано на рис. 4. Резиновую пресс-форму, выполненную из сырой резины, накрываютдюралюминиевым или стальным листом толщиной

2-3 мм и зажимают верхней подвижной траверсой руч-ного пресса. Установку температуры осуществляюттерморегулятором, установленном на утюге. Терморе-гулятор предварительно градуируется при помощиХА термопары или термометра.

В качестве второго вулканизатора можно использо-вать простейшую струбцину (рис. 5), изготовленнуюиз кусочка швеллера, болта и гвоздя. Вулканизацион-ную пресс-форму в раме, зажатую струбциной совме-стно с плитами, помещают в нагретую муфельнуюпечь, где установлен регулятор температуры.

Самодельная центробежнаялитейная установка

Простейшая центробежная установка показана нарис. 6. Ее можно изготовить самостоятельно. Для это-го, через деревянную ручку пропускают металличес-кий стержень толщиной около 5-7 мм. К стержню при-креплено коромысло длиной 250-300 мм, изготовлен-ное из проволоки диаметром 4 мм, с кольцами на кон-цах проволоки.

Подставка для опок изготавливается из стальноголиста. Ее можно сделать из подходящей консервнойбанки. К бортику подставки прикрепляют скобу вы-сотой 11-12 см. Верх скобы делают из витого кольцаили выступа. Скобу соединяют с коромыслом с помо-

Рис. 6. Простейшая литейная центробежная установка

щью карабина. При изготовлении простейшей уста-новки-центрифуги металлический стержень можно за-менить прочной цепочкой из любого сплава илипрочной веревкой.

Простейшую литейную центробежную установкуможно еще упростить, применив ручную центрифугу(см. рис. 7).

Самодельная вакуумнаялитейная установка

Самодельная вакуумная литейная установка про-стейшей конструкции показана на рис. 8. Она состоитиз рабочей камеры, ресивера, опоки, резиновой про-кладки, заслонки ручки. Для лучшего заполненияформы после расплавления металла при работающемнасосе открывают заслонку, убирают горелку и к ли-тейной чаше прижимают крышку с влажным асбес-том.

Самодельная бензиновая горелка

Простейшая самодельная бензиновая горелкапоказана на рис. 9. Ее несложно изготовить самосто-ятельно. Она состоит из ножного насоса-лягушки,двух резиновых трубок, стеклянной банки с широкимгорлышком и резиновой широкой пробки, двух ме-таллических или стеклянных трубок диаметром 4 мм,изогнутых под прямым углом, пистолета инжекцион-ного типа и стержня-ручки с газораспределительнымустройством. Все детали собираются, как показано нарис. 9. Бензиновые пары, смешанные с воздухом, со-здают факел голубого цвета температурой 1150 °С.

Самодельные хромель-алюмелеваяи платино-платинородиевая термопары

Для измерения температуры жидкого расплава, атакже температуры в печах используют термопары.В печах используют хромель-алюмелевую термопа-ру, поскольку она достаточно точно измеряет темпе-ратуру до 1000 °С, для измерения температуры до1200 °С применяют платино-платинородиевую тер-мопару. Хромель-алюмелевая термопара состоит издвух проволок. Хромелевая проволока имеет следу-ющий химический состав: на 90% никеля приходится10% хрома. Состав алюмеля: 2% алюминия, 1% крем-ния, 0,5% кобальта, 2% марганца и 94,5% никеля.В состав платино-платинородиевой термопары вхо-дят две проволоки: платиновая имеет 100% платины,а платинородиевая проволока имеет 90% платины и10% родия.

Термопары изготавливаются следующим образом.Спаивают две проволоки из хромеля и алюмеля. По-лучается источник тока. Если нагреть спай термопа-ры, то пойдет электрический ток. Этот ток покажетгальванометр, к которому будут подсоединены неспа-янные (свободные) концы термопары (рис. 10).

После сборки термопары по схеме (рис. 11), уста-навливают регулятор ЛАТРа в нулевое положение.Повернув ручку ЛАТРа на несколько секунд, подаютток. В месте контакта двух проводов появляется ша-

Рис. 10. Принцип работы термопары

рик расплавленного металла. Это место называетсяспай термопары. После получения спая присоединяемсвободные концы к гальванометру, отградуированно-му в мВ. Необходимая температура соответствует по-казаниям, приведенным в табл. 1.

Примечание: 1) термоэдс — термоэлектродвижущая сила вмилливольтах (мВ); 2) платино-платинородиевой термопаройтемпературу до 800°С не измеряют из-за плохой наглядности нашкале гальванометра и из-за экономических соображений. Длятемпературы более 1200°С применяют термопару иридиеворо-диевую-иридиеворутениевую.

Следует помнить, что во избежание замыкания, про-волоки термопар должны быть вставлены либо в фар-форовые бусы {рис. 12), либо помещены в ПВЭ трубки.

Согласно табл. 1 можно отградуировать шкалугальванометра одновременно и в милливольтах и гра-дусах Цельсия. Пример градуировки термопары ХАдан на рис. 13.

Часть 2. Свойства металлов

Металлы - это поликристаллические тела, которые со-стоят из большого числа маленьких кристаллов - зерен,которые различно ориентированы друг к другу. Величи-на зерен достигает см. Наиболее характерныесвойства металлов объясняются наличием в них легкопо-движных общих электронов проводимости. Поэтому, ес-ли к концам металлического провода приложить раз-ность потенциалов, то коллективизированные электроныначнут давление в одном направлении - потечет электри-ческий ток.

Если металл отшлифовать или отполировать, то он бу-дет иметь вид однородной металлической массы. Однакоэто явление кажущееся, так как при внимательном рас-смотрении, даже без помощи увеличения или при неболь-шом увеличении от 10 до 30 раз его строение - структураметалла. Это - микроструктура в отличие от микрострук-туры, которая изучается при помощи отполированныхпротравленных шлифов с помощью поляризационныхмикроскопов при увеличении от 40 до 2000 раз. Как былоуже отмечено при меньшем увеличении, при рассмотре-нии макроструктуры применяют бинокулярные лупы.

Строение металлов

Все металлы относят к кристаллическим телам, по-скольку они состоят из большого количества отдельныхзерен, плотно прилегающих друг к другу и прочно связан-ных между собой силами сцепления.

Образование кристаллов происходит во время остыва-ния и затвердевания жидких металлов (кристаллизации).Этот процесс можно рассматривать так: при охлаждениижидкого металла начинается образование центров крис-таллизации, в которых атомы металла располагаются вопределенном порядке, образуя кристалл, имеющий фор-му куба, призмы, октаэдра и др. Однако в процессе крис-

таллизации возникает много центров кристаллизациии полнограничных кристаллов не образуется или образу-ется незначительно, так как соседние кристаллы мешаютдруг другу развиваться правильно, поэтому кристаллиза-ция происходит несвободно. В результате нарушенияочертания кристаллов получают искаженную геомет-рию - их углы закругляются, сдавливаются и поэтому об-разовавшиеся зерна (кристаллиты) имеют неправильнуюформу.

Если увеличить скорость охлаждения металлов,больше возникнет центров кристаллизации, тем мень-ше будут их размеры. И наоборот, чем медленнее ос-тывает металл, например при кристаллизации в пес-чано-глинистых формах, тем зерна будут крупнее - донескольких сантиметров. Известен исторический слу-чай, когда был отлит большой стальной слиток с рас-ширением кверху. В его верхней части, где металл за-стывал медленно в последнюю очередь (в центре уса-дочной раковины), был обнаружен кристалл длинойоколо 300 мм. Его обнаружил один из учениковД.К. Чернова, которому этот кристалл и был подарен.Чернов первый подробно описал ход кристаллизациислитка, и описанный кристалл вошел в историю ме-таллургии под именем «кристалла Чернова».

Чистые металлы (медь, цинк) образуют во времякристаллизации зерна шестигранной формы. Сплавыс железной основой, углеродистая и легированная ста-ли с большим интервалом затвердевания кристалли-зуются в дендритообразной форме, иногда столбча-той структуры. Независимо от формы кристаллов,шестигранной или столбчатой (дендритной), первич-ные кристаллы производят впечатление зерна, хоро-шо видимого на поверхности металла. В изломе мо-жет быть крупное или мелкое «зерно». Крупность егозависит от условий кристаллизации, скорости, време-ни и других факторов, которые изложены выше.

Свойства металлов и сплавов делятся на физические,механические, технологические и химические.

Физические свойства

Цвет и блеск. Эти свойства определяют внешний видметалла и являются важными для художественных изде-лий. Этими свойствами характеризуются художественно-эстетические достоинства металлов как материалов, изкоторых получаются произведения искусства. Каждыйметалл или сплав обладает определенным цветом. Одна-ко большинство из них имеет однообразную гамму серо-вато-белых, серебристых тонов иногда более теплых,иногда более холодных. Исключение составляют сплавызолота, имеющие насыщенный желтый цвет, и медь, име-ющая оранжево-красный цвет. Добавка этих металлов всплавы придает последним желтые и красные оттенки.Меняются цвета сплавов и в зависимости от химическогосостава. Особенно сильное изменение цветов наблюдает-ся в сплавах медь-никель и медь-цинк.

Система Cu-Ni представляет интерес для художествен-ного материаловедения, так как основой таких сплавовявляются мельхиоры и нейзильберы. При введении в этисплавы никеля также меняется цветовая гамма сплавов,поскольку меняется длина волны отраженного света. Присодержании никеля от 25 до 30 % относительный коэффи-циент отражения выравнивается для всех длин волн.Сплавы теряют цветовую окраску и становятся серыми.Нужно отметить следующую закономерность, что чемболее пологий график зависимости относительно коэф-фициента отражения от длины волны, тем ближе цвет ме-талла к серому, так как одинаково отражаются все цвета.При содержании 10 % никеля сплав имеет четко выражен-ную границу поглощения гр, соответствующую красно-му цвету. На спектральных диаграммах этих сплавов вид-но, что при увеличении содержания никеля от 10 до 25 %суммарная яркость красного и желтого цветов уменьша-ется на 10 %. При рассмотрении цветовых характеристиклатуней (сплавов меди с цинком) следует обратить внима-ние на цветовые характеристики при разном процентномсодержании цинка. В табл. 2 приведены цвета разныхсплавов латуни с измененным химическим составом.

Плотность. По плотности все металлы разделяютсяна легкие и тяжелые. Легкие имеют массу до 3 кг/см3, а тя-желые - от б и выше.

Температура плавления металлов и сплавов нахо-дятся в пределах от 160 (сплавов Вуда) до 3380 °С (вольф-рам). Ртуть при комнатной температуре находится в жид-ком состоянии, поскольку у нее температура плавления -39 °С.

Сплавы с температурой плавления менее 700 °С назы-ваются легкоплавкими, а превышающие 900 °С - туго-плавкие.

В табл. 3 приведены цвета наиболее распространен-ных в художественной промышленности металлов на ос-нове золота, серебра, меди и ее сплавов, а также хрома,никеля, чугуна и алюминия.

В табл. 4 приводится температура плавления некото-рых металлов, применяемых при изготовлении художест-венных изделий.

Нетрудно разделить металлы и сплавы на легкоплав-кие и тугоплавкие. Следует отметить, что легкоплавкиесплавы и мягкие припои изготавливаются из легкоплав-ких металлов.

Механические свойства

Механические свойства металлов играют важнуюроль в производстве художественных изделий. Например,прочность или временное сопротивление при разрыве.Это свойство показывает, какие нагрузки выдерживаетизделие не разрушаясь. Для его получения изготавливаютобразец, имеющий галтели с обоих концов. Его разрыва-ют на разрывной машине.

Упругость или предел текучести (МПа). Упру-гость тоже измеряется на образцах, предназначенных дляизучения прочности на том же оборудовании. Однако на-грузка при растяжении снимается в момент увеличениядлины образца без приложения нагрузки, в области упру-гой деформации. При снятии нагрузки образец возвра-щается в первоначальное положение. Однако остаетсяприращение длины. Оно не должно превышать 0,02%

первоначальной длины (для художественных изде-лий). Остаточное приращение длины - остаточноеудлинение. Это свойство важно при глубокой вы-тяжке металлического изделия или при штамповкеи других видах обработки металлов давлением.Наибольшей вытяжкой обладает хромоникелеваясталь, цветные сплавы на алюминиевой и меднойосновах, а также золото и серебро. Они имеют до-статочно большое остаточное удлинение.

Пластичность (обозначается d или у для круглыхобразцов) - величина обратная временному сопротивле-нию. Пластичность - это свойство металла изменять своюформу под действием приложения силы, без образованиятрещин и разрывов. Пластичный металл сохраняет полу-ченную форму после снятия нагрузки.

Как мы раньше отмечали, высокая пластичность на-блюдается на ряде цветных (сплавы на основе меди, алю-миния, магния и т. д.) и драгоценных металлов (золото,серебро, платина).

Твердость - свойство металлов сопротивляться про-никновению в них другого тела. Если прибор вдавливаетв испытуемый образец (закаленный стальной) шарик, тов металле остается лунка, которая после измерениядиаметра и глубины соответствует определеннойтвердости материала. С помощью таблиц эта вели-чина информирует о твердости в безразмерной ве-личине. Этот метод называется измерением твердо-сти по Бринеллю. Так, для свинца твердость по Бри-неллю соответствует 4, цинка - 30, алюминия - 20, ме-ди - 35, малоуглеродистой стали -100, хромоникеля - 269.

Если в узел, содержащий вдавливаемое тело (инден-тер), вставить алмазную пирамиду или стальной шарикопределенной твердости, то по разности глубины отпе-чатка между глубиной отпечатка стандартной нагрузкиравной 10 кг и заданной получаем число твердости, кото-рое указывается на шкале прибора. Этот способ называ-ется - измерение твердости по Роквеллу, а рабочий узелприбора, в котором заключены шарик или алмазная пи-рамида - индикатор.

В ювелирном производстве применяют способ Шора.Особенно часто этот способ используют при определениитвердости драгоценных камней. Прибор, определяющийтвердость по методу Шора царапаньем, называется скле-роскоп. При этом на испытуемый металл бросают шарикс определенной высоты. Твердость металла определяетсявысотой, на которую отскакивает боек (падающий пред-мет). Этот способ удобен тем, что он относится к способунеразрушающего контроля и может применяться к гото-вым художественным изделиям. Однако есть другой ме-тод определения твердости - метод царапания. Из табли-цы по определению твердости царапанием видно, что са-

мым твердым телом является алмаз, его твердость равна10. Смысл метода заключается в следующем: если при ца-рапании на испытуемом материале остается царапина(способ используется в основном для определения твердо-сти ювелирных камней), то, следовательно, он мягче того,которым наносится царапина; если же следов не остается,то испытуемый материал тверже того, которым царапа-ют. Этот способ царапания очень относителен, но, тем неменее, ювелиры им пользуются, например, при закрепкекамня в кольце и пр. Таблица твердости основныхминералов, используемых в ювелирных работах,приведена выше (табл. 5).

Выносливость - свойство металлов выдерживать неразрушаясь большое количество переменных нагрузок,особенно в зависимости от температурных условий. На-пример, некоторые металлы в связи с полиморфизмом наморозе становятся хрупкими, а иногда вообще могут пре-вратиться в порошок (оловянная чума). Так как явлениевыносливости еще мало изучено, то в настоящее времяследует принять к сведению, что ряд металлов могут от-носиться к хладостойким, нехладостойким и хрупким. Кпервым относят некоторые стали, сплавы на основе цин-ка; ко вторым - медные и алюминиевые сплавы; к треть-им -- чугун (серый). Временное сопротивление , пределтекучести , твердость НВ относят к служебным свой-ствам.

Технологические свойства

При изготовлении художественных изделий оченьважными считаются такие технологические свойства, ко-торые придают способность ряду металлов обрабаты-ваться без затруднений, включая литье, ковкость, спекае-мость, свариваемость, обрабатываемость, резание, окис-ление и пр.

К литейным свойствам относится ряд свойств. Такиекак жидкотекучесть, жидкоподвижность, стойкость к га-

зонасыщению, трещинообразованию, усадке и ликвации(неоднородность по химическому составу).

Однако жидкотекучесть, пожалуй, самое существен-ное из перечисленных, поскольку оно информирует рабо-тающего: можно ли получить изделие литьем, при какойтемпературе следует заливать металл и каким способомследует отливать его.

Жидкотекучесть - это свойство металла заполнятьформу, а жидкоподвижность - это способность нетолько заполнять форму, но и способность заливать тон-кий рельеф поверхности формы, например, черты лица,складки одежды, тончайший орнамент какого-либо укра-шения и пр. Жидкотекучесть зависит от многих факто-ров: температуры плавления, температуры формы, вязко-сти, химического состава, диаграммы состояния и пр. Всеэти величины можно рассчитать и использовать произ-водственный опыт. Мы не будем сейчас останавливатьсяна подробностях литейного дела, отметим только, что хо-рошей жидкотекучестью обладают чугуны и силумины,бронзы, олово, а также магниевые и литиевые сплавы.Есть сплавы, которые обладают низкой жидкотекучес-тью (иногда их неправильно относят к густоплавким). Кним относятся: медь, чистое серебро, сталь, легированнаярядом элементов, и др.

Остановимся еще на одном важном в литейном поня-тии, как усадка. Металлы в жидком состоянии занимаютбольший объем, чем закристаллизовавшийся, и поэтому,если металл переходит из жидкого в твердое состояние, торезко уменьшается. Отсюда, чтобы получить отливкублизкую по конфигурации к готовому изделию, необхо-димо модель изделия изготавливать больше отливки навеличину усадки. Величина усадки у каждого металларазлична. Например, усадка олова при литье в песчано-глинистой смеси равна 0,2-0,3 %, серого чугуна 1,1-1,2 %,силумина столько же, фосфористая бронза дает усадку1,3-1,4 %, алюминиевая бронза 1,4-1,5 %, томпак 2-2,1 %,нейзильбер 2-2,1 %, художественная бронза 1,5 %, стальот углеродистой до легированной меняет свой объем и

усадку при переходе в твердое состояние от 0,8 до 2,5 %и т. д. Таким образом, зная величину усадки (она бываетеще свободная и затрудненная), можно определить насколько больше следует изготовить форму, чтобы полу-чить отливку с определенной точностью размеров.

Ковкость - это свойство металлов изменять и удер-живать полученную форму не разрушаясь под действиемприложения давления или ударов. Ковкость зависит отпластичности, степени нагрева, величины деформирую-щего усилия, наличия примесей и пр. Сплавы и металлымогут коваться как в холодном, так и в нагретом состоя-нии. В последнем случае из раскаленного железа изготав-ливаются изделия самой различной сложности.

Свариваемость - это способность сплавов соеди-няться в одно целое путем нагрева и расплавления двухили нескольких заготовок (изделий) без помощи припоя.При сваривании сталей следует помнить, что увеличениепроцента углерода в сталях ухудшает свариваемость.Сварка бывает встык, внахлест, аграно-дуговая, лазернаяи др. Все эти виды в данном разделе не будут рассматри-ваться, поскольку раздел носит обзорный характер.

Спекаемость - это способность образовывать метал-локерамику. Этим способом в настоящее время получаютзаготовки, которые в ряде случаев не уступают литымили кованым (метод порошковой металлургии). В изго-товлении художественных изделий этот способ употреб-ляется очень редко, поскольку измельчение в порошок,смешивание и запрессовка в специальные формы оченьдороги, а последующий нагрев до высоких температурпроизводится в специальной водородной (обезокисли-тельной) атмосфере, что требует большой исполнитель-ной и технической дисциплины. Этот процесс целесооб-разно рассматривать не при изготовлении самих художе-ственных изделий, а при получении особо твердых спла-вов - победита и др. при изготовлении режущего инстру-мента.

Обрабатываемость резанием - это способностьметаллов обрабатываться на металлообрабатывающих

станках, а также полироваться и шлифоваться. Хорошообрабатываются резанием бронзы, латуни, некоторыемарки сталей, алюминия и чугуна. Особенно плохо обра-батываются изделия из чистой меди, свинца и его спла-вов.

Химические свойства

Основными свойствами являются растворение иокисление, а также свойство металлов растворяться вщелочах, кислотах, царской водке. Различают поверх-ностное растворение слоя металла и полное растворе-ние металла с переходом его в раствор. К первомуслучаю следует отнести травление в кислотах для по-лучения чистой поверхности или узора (например, дляпоследующего эмалирования, нанесения гальваничес-ких покрытий и пр.) и полного растворения (напри-мер, цинка в соляной кислоте при изготовлении флю-са или пайки), растворения чистого серебра в азотнойкислоте при приготовлении азотнокислого серебра.

Окисление — это способность металлов соединятьсяс кислородом и образовывать окислы металлов. Обычноповерхность металлов покрыта тонким слоем окислов(окисной пленкой). Скорость образования такой пленкина поверхности различных металлов неодинакова, на-пример, магний и алюминий окисляются особенно быст-ро, а бронза и латунь значительно медленнее. Изделия издрагоценных металлов совсем не окисляются, особенновысокопробные сплавы. Окислению способствует нагрев,который ускоряет окисление во много раз. В этом случаена поверхности образуется окалина. Окисление бронзо-вой поверхности в присутствии атмосферных осадков наповерхности изделия дает патину, которая поверхностьскульптуры или монумента делает черной и украшает его.

Окисная пленка не только украшает изделие (патина),но и предотвращает дальнейшее его разрушение. Так,пленка А12О3 на поверхности алюминиевого изделия со-храняет его от дальнейшего окисления.

Если же при нагреве железно-стальных изделийих долго выдерживать при повышенной температу-ре при постоянном доступе воздуха, то изделие мо-жет полностью перейти в окалину.

Окисление нежелательно при пайке и сварке алюмини-евых изделий, так как пленка А12О3 препятствует сопри-косновению припоя с чистой поверхностью металла. Не-желательно окисление при термообработке стальных из-делий, где присутствие воздуха способствуетобразованию окалины.

Коррозия художественных изделий

Различают химический и электрохимический тилыкоррозии.

Химическая коррозия определяется окислением,причем окислением даже в сухом воздухе. В этих услови-ях на поверхности металлоизделия появляется окиснаяпленка. При нагреве коррозия усиливается. Окалина нараскаленной поверхности металла - химическая корро-зия.

Электрохимическая коррозия образуется из-за фи-зико-химической неоднородности металлов в присутст-вии жидкости, которая проводит электричество.

Оба типа коррозии практически не разграничивают,так как в воздухе всегда имеются пары, которые легкоконденсируются на поверхности изделия, и одна корро-зия (химическая) переходит в другую (электрохимичес-кую). Для того чтобы началась электрохимическая кор-розия, необходимо наличие двух разнообразных метал-лов, контакт между ними, присутствие электролита.

В связи с тем, что в воде всегда растворены соли, кис-лоты или щелочи, то электролит подвергается диссоциа-ции, т. е. идет распад на ионы, несущие положительные иотрицательные заряды. Установлено, что все металлы об-ладают химической активностью, которая характеризу-ется электродным потенциалом, измеренным относитель-но водорода (потенциал Н2 = 0).

Приводим электрический ряд напряжений металлов,наиболее часто употребляемых в художественной про-мышленности: К, Na, Mg, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ко, Sn. Pb,Sb, Ag, Hg, Au.

Каждые два металла дают гальваническую пару, приэтом сила у них тем больше, чем дальше в раду электро-химических напряжений они стоят друг от друга. Этопроисходит потому, что ЭДС = разности потенциаловобоих металлов. Например, если взять Сu и Fe, у которыхпотенциалы равны 0,34 и 0,44 соответственно, то их раз-ность [0,34 - (- 0,44)] будет равна 0,78, а пары железо ицинк (- 0,76) будут равны соответственно [0,32 (- 0,44 - (-0,76)]. Следовательно, коррозия между Си и Fe будет про-текать интенсивнее, чем между Сu и Zn примерно в 2 ра-за. Причем, в первом случае разрушится железо, а во вто-ром - цинк.

Тот металл, который в паре имеет меньший элек-тронный потенциал, называется анодом (он и под-вергается коррозии), а обладающий большим по-тенциалом - катодом, т. е. в первом случае Fe -анод, а во втором случае Zn - анод. Кроме разностипотенциалов интенсивность коррозии увеличивает-ся от повышения температуры и концентрацииэлектролита. Коррозия замедляется благодаря по-ляризации электролитов (скопление ионов анодно-го потенциала вблизи анода). Скопление ионованодного потенциала затрудняет доступ электроли-та к аноду и ослабляет его растворение. Это умень-шает его ЭДС и замедляет коррозию. Существуетравномерная местная интеркристаллическая и рас-трескивающая коррозия.

Равномерная коррозия возникает в случае, когда по-тенциалы зерен металла разнятся между собой или ониОдинаковы. Этот вид коррозии происходит на поверхно-сти образца, т. е. разрушает поверхность металла, и кор-розия не происходит внутри образца. Примером можетпослужить образование А12О3 на алюминиевом образце.

Местная коррозия наблюдается в случае разных по-

тенциалов у зерен. В случае местной коррозии поверх-ность изделия (если на него попадает вода) становитсякак бы моноэлектродным элементом, в котором ряд зе-рен служит анодами, а ряд других катодами. Примеромможет служить латунь. В ней пара зерен может образо-вать гальванопару и сплав может быть подвергнут корро-зии, т. е. разрушению и растворению. Процесс идетвнутрь образца, поскольку появляются новые пустоты.Эта коррозия опасна.

Интеркристаллическая коррозия - наиболее опасныйвид коррозии. Она образуется, когда зерна образца име-ют неодинаковый потенциал. Например, грани зеренимеют меньший потенциал, чем внутри зерна. Подразу-мевается периферийная часть образца. Этот вид корро-зии встречается в хромоникелевых сталях при нарушенииих изготовления и при неправильной термической обра-ботке.

Растрескивающаяся коррозия возникает в деформиро-ванных металлах в результате образования гальванопарынагартованными или ненагартованными участками. Онистановятся анодами и разрушаются. Кроме того, в образ-цах, подвергнутых деформации, возникают напряжения,которые, действуя вместе с коррозией, создают трещиныи разрывы. Например, при клепаных соединениях, за-клепки всегда деформированы. Они и служат анодами,создавая электрохимическую коррозию. В результате ихдействия на соединяемые узлы происходит разрушение.

Для защиты художественных изделий от коррозии (ар-хитектурных сооружений, памятников, изделий, подвер-гаемых реставрации, и пр.) применяют: рациональноеконструирование; устранение возможности коррозии припроизводстве, транспортировке и хранении; технологиче-ские методы защиты.

Первая зашита сводится к подбору металла с близки-ми потенциалами; к применению прокладок между дета-лями из металлов с различными электродными потенциа-лами; к конструированию таких форм, в которых не за-держивается влага.

Вторая защита сводится к соблюдению технологии ли-тья в момент очистки изделия от формовочной смеси,сушки и очистки отливок.

В механических цехах - в правильном подборе охлаж-дающих эмульсий или смазок. В сварочных участках - вочистке изделий от флюсов (после сварки), поскольку по-следние имеют кислую реакцию и разъедают металлы.В принципе любое паяное или сварное соединение - этогальванопара и поэтому наличие следов флюса здесь не-избежно.

Лучше всего противостоят коррозии шлифованныеили полированные поверхности, поэтому нужно тща-тельно следить, чтобы не было царапин, трещин и другихдефектов.

При транспортировке и хранении художественные из-делия следует смазывать защитными составами - смазка-ми, имеющими нейтральную реакцию, и транспортиров-ку изделий следует производить в водонепроницаемой та-ре.

Технологические методы защиты сводятся к:тщательной художественной отделке, например, из-

готавливать материалы из не просто углеродистых ста-лей, а из хромоникелевых;

• легированию;• оксидированию - искусственному образованию (хи-

мический прием) стойких пленок, защищающих изделияот коррозии;

• нанесению металлических покрытий - хроми-рованию, никелированию, золочению и пр.;

• нанесению на изделия неметаллических покрытий.Эти покрытия изолируют металлические изделия отвнешней среды и тем самым препятствуют возникнове-нию и развитию коррозии.

СОДЕРЖАНИЕ

Часть 1. Как самостоятельно собратьлитейное оборудование 3

Самодельная электрическая плавильная печь .3Самодельные муфельные печи. 5Самодельные вулканизаторы 7Самодельная центробежная литейная установка .8Самодельная вакуумная литейная установка 10Самодельная бензиновая горелка , 10Самодельные хромель-алюмелеваяи платино-платинородиевая термопары 11

Часть 2. Свойства металлов 16Строение металлов 16Физические свойства 18Механические свойства 20Технологические свойства 23Химические свойства 26Коррозия художественных изделий 27

www.infanata.orgЭлектронная версия данной книги создана исключительно дляознакомления только на локальном компьютере! Скачав файл, выберёте на себя полную ответственность за его дальнейшееиспользование и распространение. Начиная загрузку, выподтверждаете своё согласие с данными утверждениями!Реализация данной электронной книги в любых интернет-магазинах,и на CD (DVD) дисках с целью получения прибыли, незаконна изапрещена! По вопросам приобретения печатной или электроннойверсии данной книги обращайтесь непосредственно к законнымиздателям, их представителям, либо в соответствующиеорганизации торговли!www.infanata.org