第8章首飾貴金屬材料的加工及性能

1、第8章 首飾貴金屬材料的加工工藝及性能第1節(jié) 貴金屬飾品的鑄造工藝 及性能將金屬或其合金加熱溶化后澆注到與首飾或零件的形態(tài)、尺寸相對應的鑄型空腔內，待其冷卻凝固，以獲得首飾或其零件毛坯的生產方法，稱為鑄造（或澆鑄）。流動性、縮松及熱裂傾向是決定貴金屬飾品鑄造工藝性能的三個關鍵問題1.合金澆鑄的流動性貴金屬或合金材料在進行澆鑄成型過程中，液態(tài)金屬充填型腔的流動能力稱為澆鑄流動性。共晶體共晶體：一種液相在恒溫下同時結晶出兩種固相的反應叫做共晶反應。所生成的兩相混合物叫共晶體。n柱狀晶：在合金系中，結晶溫度間隔小的合金，在結晶過程中液相與固相的成分差別較小，結晶時形成柱狀晶，由模壁向模腔內均勻長大。

2、形成柱狀晶，流動性增大n樹枝晶：結晶溫度間隔較大時，液相與固相成分差別大，晶體呈樹枝狀朝散熱的相反方向長大，使未冷凝的液體流動受阻，故影響合金的流動性。合金的結晶溫度間隔越大，液、固相之間的成分差別越大，樹枝晶就越嚴重，對未凝固的金屬溶液流動的阻礙也就越大，因而流動性越低。 縮松：樹枝最后結晶的液體，其凝固收縮產生的空隙得不到金屬溶液的補縮，形成細小孔洞，即為縮松流動性對縮松的影響：n合金的結晶溫度間隔越大，流動性越低，縮松傾向也就越大n純金屬及共晶成分的合金，在固定溫度下結晶（結晶溫度間隔等于零），故流動性最高，縮松傾向也最低對流動性的影響因素：n化學成分（最重要）n澆鑄溫度n充型壓力n鑄型

3、的充填條件2鑄件的凝固與收縮（1）凝固鑄件的凝固指合金從液態(tài)至固態(tài)的轉變n逐層凝固n糊狀凝固n中間凝固鑄件的凝固方式主要決定于合金的結晶溫度和鑄件的溫度梯度（2）鑄造合金的收縮鑄造合金從澆鑄、凝固直至冷卻到室溫的過程，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為收縮。n液態(tài)收縮n凝固收縮n固態(tài)收縮合金的總收縮為上述三個階段收縮的總和。常用單位體積收縮量（即體積收縮率）來表示，合金的對于鑄件尺寸上的收縮常用單位長度的收縮量（即線收縮率）來表示。對于鉑、金、銀等貴金屬的收縮量在6%-10%左右（3）鑄件的凝固與收縮n鑄件的收縮主要存在兩個問題: 縮孔與縮松金屬在凝固過程中，由于體積收縮，而又未能及時得到溶液的補足

4、，在最后凝固的部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類n縮孔縮孔 集中在鑄件最后凝固的部位，常呈倒圓錐形，容積較大的孔洞稱為縮孔。n出現(xiàn)在鑄件上部或鑄件最后凝固的部位，多呈錐形、內表面粗糙，一般隱藏在鑄件的內部 n結晶溫度范圍窄的鑄造合金傾向于逐層凝固，容易形成縮孔。 n縮松縮松 縮松是指鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬或合金的補縮形成分散和細小的縮孔,稱為縮松或疏松n 形成縮松的基本原因雖然和形成縮孔的原因相同，但是形成的條件卻不同，它主要出現(xiàn)在結晶溫度范圍寬的合金中。 鑄件越厚，凝固收縮越大，澆鑄溫度越高，縮孔越大逐層凝固時，縮孔傾向大，縮松傾向小糊狀凝固時，縮孔傾

5、向小，縮松傾向大（4）縮孔、縮松的防止 縮孔、縮松的存在將嚴重降低首飾鑄件的強度和韌性以及抗氧化、抗腐蝕性能，并嚴重影響首飾拋光工藝，直接影響首飾的外觀質量。n使用硬膜（金屬模）鑄造n結晶溶液外加壓力（壓力下結晶）n使鑄件實現(xiàn)“順序凝固”3.鑄件裂紋n 鑄件在固態(tài)收縮的過程中，由于各部分冷卻速度不同，將引起不均衡收縮，不均衡收縮產生的應力稱為鑄造熱應力。鑄造熱應力是鑄件產生變形和裂紋的主要原因。 根據(jù)鑄件產生裂紋的時間和過程，將鑄件裂紋分為熱裂和冷裂 冷裂：在鑄件完全凝固后，進行冷卻過程中出現(xiàn)的裂紋稱為冷裂 熱裂：鑄件在完全凝固以前出現(xiàn)的裂紋稱為熱裂4 .鑄件中的氣孔氣孔是氣體在鑄件中形成的孔

6、洞。最常見的缺陷。造成的廢品占廢品總數(shù)的40%以上氣體來源： （1）溶解于貴金屬中的氣體 （2）石膏模具中部分易揮發(fā)的物質在高溫氣化產生的氣體 （3）在澆鑄過程中模腔中的氣體進入鑄件5 .離心鑄造工藝將液態(tài)合金澆注入高速旋轉的鑄型中，使金屬合金在離心力的作用下充填鑄型并結晶，這種鑄造方式叫離心鑄造。 立式離心鑄造 臥式離心鑄造n鑄造的定義鑄造的定義 將金屬或其合金加熱熔化后澆鑄到與首飾或其零件的形態(tài)、尺寸相對應的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得首飾或其零件毛坯的生產方法，稱為鑄造或者澆鑄。 這種方法可以一次性鑄造許多飾品，生產效率極高，而且可以制造形狀復雜，特別是具有復雜內腔的飾品，鑄件的大小

7、幾乎不受限制；n鑄造工藝的意義：鑄造工藝的意義： 鑄造對于首飾行業(yè)來說，具有非常重要的意義。首先，鑄造是一種工藝手段，它與其它金屬工藝如雕金、鍛金、琺瑯等一樣，具有自身獨有的工藝特性和藝術效果。 細分起來鑄造工藝還由于所用輔助材料的區(qū)別，還各有不同的工藝特色，如陶范鑄造能做出渾厚凝重的雕塑；成本低廉而又拙中見巧的砂形鑄造，可用于一些即興的工藝品；失蠟法鑄造的主要特點卻是細致精巧，最適于精細首飾制作。另外，失蠟法最重要的一點是，我們可以利用蠟的媒介轉換和可塑性強的特點，做出許多直接對金屬加工所做不出來的效果，具有極強的表現(xiàn)力。 首飾可以通過多種鑄造工藝快速、準確地進行復制。在具體應用中可以根據(jù)自

8、己作品特點選擇不同的鑄造方法，以取得不同的藝術效果。 另外，精密鑄造機械的出現(xiàn)，使得首飾的大批量生產成為可能，可以節(jié)省原材料和時間，提高勞動效率并降低勞動成本，這就大大提高了生產效益，這也是首飾鑄造的最大意義所在。n失蠟澆鑄的步驟：“蠟板”-“銀版”-“蠟版”-“金屬版”1）選擇模型（通常是以銀、銅等金屬來作為原版）；（原版的生產可以直接起金屬版，也可以先制作一個蠟版）2）在金屬模型外包裹上壓膜生膠，硫化后形成橡膠模。我們稱為“壓膠膜”。3）用注蠟機熔化蠟料，注入膠膜制成蠟版；4）在蠟模上設計“水口”，并將蠟模種到蠟底座上，這個過程叫做“種蠟樹”；5）放入專用的模套（鋼鑄筒）內。6）注入耐火鑄

9、粉漿液，并去除其中）注入耐火鑄粉漿液，并去除其中的空氣，我們稱之為的空氣，我們稱之為“灌漿灌漿”和和“抽抽真空真空”；7）干燥，使其凝固；8）烘干，脫蠟（失蠟），焙燒；9）選擇金屬或者合金材料，并計算、稱出要使 用的金屬的重量；10）熔化金屬或合金；11）對焙燒鑄模進行澆鑄（澆鑄方法有：真空加壓澆鑄，吸索澆鑄，回旋真空加壓澆鑄，離心澆鑄，真空離心澆鑄等）；1212）將鑄模放入冷水冷卻后，取出鑄件；）將鑄模放入冷水冷卻后，取出鑄件；n與鑄造成敗相關的因素與鑄造成敗相關的因素1）熔模蠟料的配制對造型和所鑄形體的質量有很大影響。2）鑄造用金屬液化狀態(tài)時的流動性很重要。3）鑄造型腔的設計對鑄造的成敗有

10、關鍵作用。4）鑄造者的經(jīng)驗（如對鑄造技術、機械與工藝的把握）對鑄造效果也至關重要。“一個蠟板一個蠟板”-“一個銀版一個銀版”-“N-“N個蠟版?zhèn)€蠟版”-“N-“N個金屬版?zhèn)€金屬版”“一個蠟板的故事”起版起 版手工起版電腦起版“蠟蠟 雕雕”“J-cad”“J-cad”，“ “J-cam”J-cam”手工雕蠟版的具體工藝流程： 看單開料粗胚細胚撈底開鑲口修理 電腦雕蠟 JCAD建模，犀牛建模遞減式快速成型設備的典型代表是日本的JWX-10型雕蠟機 熔融沉積法（FDM） 光固化法（SLA） 紅色的樹脂硬度較高，適合于直接壓模，黃色的樹脂熔點相對低，適合于直接倒模。 “一個蠟板” “一個銀版”n水口棒

11、要與鑄件最厚的并很少有裝飾細節(jié)的位置相連。n此外，水口棒要盡可能的短，以免在鑄造過程中過快冷卻。澆鑄口留得粗些可以避免過早凝固，這一點很重要。因為一般來說，凝固最早出現(xiàn)在末端，向水口的根部逐漸發(fā)展。再說，較粗的澆口，還會在金屬收縮時，提供一定的余量，將收縮率及砂眼發(fā)生率降到最低。n澆口要做得筆直，以利于金屬熔液快速流入型腔。水口棒:水口棒的主要作用是保證蠟液失出和澆鑄時液體金屬流通順暢，是模澆道系統(tǒng)的最后一個分支。n澆鑄較復雜的造型，有時要做分叉的澆口，特別是粗細變化很多的設計。確認水口與蠟型牢固連接。接合的地方要圍得粗些，以便金屬熔液流動順暢。n銀版（金屬首版） 制作膠模首先要有首版（也稱頭

12、版）。通常的首版是用銀精制而成的。n壓膠膜n開膠膜n注蠟（唧蠟）n修整蠟?！耙粋€銀版”“N個蠟版”n壓膠膜壓膠膜1）劃分型線：劃分型線：用油性筆沿著版形邊緣劃出分型線，作為切開膠模的上下模分型位置，分型線位置的確定，以易于取模為原則。2）填膠填膠：采取塞、纏、補的方式將首版上的空隙位、凹位和鑲石位等填滿。3）壓模硫化壓模硫化：首先預熱，再放入已裝壓好生膠的壓?？?，旋緊手柄使加熱板壓緊壓?？?。 加工膠模常見的問題及對策分析表n開膠模：開膠模： 在首飾工廠中是一項要求很高的技術，因為開膠模的好壞直接影響蠟模以及金屬毛坯的質量，而且還直接影響膠模的壽命。技術高超的開模師傅開出的膠模，在注蠟后基本沒有

13、變形、斷裂、披風的現(xiàn)象，基本不需要修蠟、焊蠟，能夠節(jié)省大量修整工時，得到較高的生產效率。將壓模好的膠模割開，取出首版，并按樣版的形狀復雜程度，將膠模分成若干部分，使膠模在注蠟后能順利將蠟模取出。 四腳定位法：四腳定位法：開出的膠模有四個腳相互吻合固定，四腳之間的部分有采用直線切割的，也有采用曲線切割的。n注蠟（唧蠟）注蠟（唧蠟） 唧蠟是通過唧蠟機把蠟熔化后用氣壓注入膠模中，現(xiàn)常用的設備都是真空唧蠟機。 脫模劑 溫度壓力調節(jié) 注蠟操作取蠟件操作n修整蠟模修整蠟模 一般而言，注蠟后取出的蠟模都會或多或少地存在一些問題，如飛邊、多重邊、斷爪、肉眼可見的砂眼、部分或整體結構變形、小孔不通、花頭線條不清

14、晰、花頭搭邊等等。對于飛邊、多重邊、花頭不清晰、花頭搭邊等缺陷可以用手術刀片修光；對于砂眼、斷爪可以用焊蠟器進行焊補；小孔不通的可以用焊針穿透；對于蠟模的變形可以在4050的熱水中進行校正. 另外，對于手寸不同的戒指，如果等到執(zhí)模時再改指圈，無疑既費工又費料。所以一般的生產企業(yè)都是在修蠟模時直接改指圈。改指圈使用焊蠟器非常方便，焊好后用刀片修整一下焊縫即可?！癗個蠟版”“N個金屬版”n種蠟樹種蠟樹 n石膏粉漿的制作石膏粉漿的制作n烘焙石膏烘焙石膏n鑄造鑄造n石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯 n種蠟樹種蠟樹：將制作好的蠟模按照一定的順序，用焊蠟器沿圓周方向依次分層地焊接在一根

15、蠟棒上，使最終得到一棵形狀酷似大樹的蠟樹，再將蠟樹進行灌石膏等工序。n石膏粉漿的制作石膏粉漿的制作 將蠟樹連底盤一起套上不銹鋼筒（鋼鈴），在鋼鈴外面上包裹單面膠紙（膠紙最后應該高出鋼鈴上沿20cm左右）備用。2）灌石膏：抽真空后的石膏漿馬上沿鋼鈴的內壁緩緩注入，切忌將石膏漿直接倒在蠟樹上，直至石膏漿沒過蠟樹約1cm，立即進行第二次抽真空。抽真空2分鐘完畢，自然放置612小時進行以保證石膏的凝固。 1）拌石膏漿：按鋼鈴的具體容積備好相應重量的石膏粉和水（若無蒸餾水，自來水也可），一般石膏粉和水的比例為22.5：1（這時的石膏漿比重約為2），可以根據(jù)氣候的干濕、冷暖，以及鑄模的大小、復雜程度進行調

16、整，水溫在2025之間比較適宜。先將水放入攪拌容器中，開動攪拌器，逐步放入石膏粉，攪拌10分鐘左右，即可進行第一次抽真空（12分鐘）。n烘焙石膏烘焙石膏 石膏模的烘焙是保證澆鑄正常進行的重要工序。一般而言，18K金的鑄模烘焙時間為612小時，鉑金的鑄模烘焙時間為1220小時。烘焙的作用主要有：脫蠟、干燥和澆鑄保溫。以18K金的烘焙為例，脫蠟溫度為0350，保溫時間2小時；干燥溫度為350700，保溫時間23小時；澆鑄保溫溫度為600500，保溫時間12小時。一般的烘焙過程是：首先將電阻爐預熱到起始溫度，將石膏模水口向下放入爐中，以便使蠟液流出蒸發(fā)；在起始溫區(qū)恒溫1小時后，再以12小時的間隔逐步

17、升/降溫和恒溫。注意升溫（或降溫）速度應該保持在100200/小時，否則升溫過快容易形成石膏模的裂紋，嚴重的可能造成石膏模損壞或報廢，升溫過慢又容易造成遺蠟或石膏模干燥不徹底，影響鑄件的質量。石膏模的烘焙時間主要取決于金樹的大小和復雜程度，可以根據(jù)具體情況進行調整。n鑄造鑄造 石膏模的烘焙接近尾聲時，開始熔化已配好的金并保持熔融狀態(tài)。待石膏模保溫完畢，將金水從水口注入，完成澆鑄。 常見的兩種澆鑄方式是真空吸鑄機吸鑄和真空感應離心澆鑄機澆鑄。 離心澆注離心澆注 ：若干鑄型放射狀地安置在中心澆道的四周，全部鑄型繞中心澆口旋轉，利用離心力改善充填和補縮的鑄造方法。 真空吸鑄真空吸鑄：利用負壓將熔融金

18、屬吸入鑄型（結晶器）的鑄造方法。 合金鑄造時常見問題n石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯 澆鑄后的石膏模處于高溫狀態(tài)，從澆鑄機中取出后自然放置1030分鐘，再放入冷水中進行炸洗。 石膏由于收縮作用炸裂后，取出金樹，用鋼刷刷去大塊的石膏，放入30的氫氟酸中浸泡10分鐘，再夾出，沖洗；用高壓清洗噴槍噴洗金樹，除去剩余的石膏，直至金樹表面干凈。 將金樹上的首飾沿水口底 部剪下，晾干，稱重即可交付 入庫或進行下道工序。n蠟鑲蠟鑲 蠟鑲是首飾工藝技術人員在長期的生產實踐中逐步總結和創(chuàng)新的結果。 蠟鑲是依照失蠟鑄造常規(guī)工藝流程的基本原則進行的，其創(chuàng)新點在于：它在起銀版時就將寶石鑲嵌到鑲口

19、上，壓膠模后就會在膠模上留下寶石和鑲口的形狀，注蠟之前將選好的寶石緊密嵌入膠模對應位置，再合上膠模進行注蠟。這樣，注出的蠟模就已經(jīng)鑲嵌好了寶石，再直接進行澆鑄就可以得到鑲好寶石的金屬模了。 蠟鑲并不適用于所有狀況。它應該至少具備兩個前提一、所鑲的寶石可耐受金水注入時的高溫；如鉆石、紅寶石、藍寶石、石榴石、橄欖石、立方氧化鋯等。二、鑲嵌的寶石較多，且常規(guī)鑲嵌方法較復雜。蠟鑲通常多用于多粒鉆石的槽鑲、釘鑲和包鑲，有時也可用于單?；?3粒鉆石的爪鑲、槽鑲、釘鑲和包鑲。 在批量生產方式中，蠟鑲可大大縮短鑲嵌工時，對提高生產效率具有非常顯著的功效。這一工藝方法尤其適合制造那些采用復雜鑲嵌方法的首飾款式。第2節(jié) 貴金屬材料的錘鍛工藝 及性能 塑性好壞：伸長率及斷面收縮率的大小反應了材料的塑性好壞 變形抗力：抗拉強度b屈服強度s反映了變形抗力屈強比（ b /s ）：表征材料變形