1、第2节 贵金属材料的塑性加工工艺及性能w一、金属塑性成形的实质及方式w1、概念w在外力作用下使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。w大多数有色金属及其合金都具有一定塑性，可以在热态或冷态下进行塑性成形。2、主要方式w轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压w （1）轧制w 使金属坯料通过两个旋转轧辊之间的间隙而产生塑性变形，生产各种型材、管材、板材等w（2）挤压w使金属坯料从挤压模孔挤出而成型位各种型材、管材、零件等w 挤压的方法有：w a）正挤压w b）反挤压w c）复合挤压w d）径向挤压w（3）锻造w将金属坯料置于上下砧或锻模内，用冲击力或压力使金属成型为各
2、种型材和锻件等w 锻造的种类有：w a）自由锻w b）模锻w c）胎模锻w（4）冲压w 利用冲模将金属板料切离或变形为各种冲压件w锻造及冲压示意图w（5）拉拔w将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成型为各种线材、薄壁管材、特殊截面型材等w二、金属压力加工的特点及应用w1、特点w与铸造相比w（1）优点 w a）力学性能高w 内部缺陷被压合w 晶粒显著细化w )生产率高w（2）缺点w a)形状不能太复杂w b)坯料塑性要好金属的塑性变形金属的塑性变形w一、金属塑性成型的实质一、金属塑性成型的实质w塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不破坏的能力。w 金属变形过程：w a）金属材料在外力作用下发生弹性变
3、形w b）当外力超过一定值后产生塑性变形w c）外力继续加大，发生断裂w 金属塑性变形的实质：w a）晶粒内部滑移和孪生w b）晶间滑移和晶粒转动1、单晶体的塑性变形w（1）单晶体滑移w晶体的一部分相对另一部分沿一定晶面（滑移面）和这个晶面上的一定晶向（滑移方向）产生相对移动的现象。w a）坯料在拉伸时受力分析：w 正应力晶粒弹性伸长拉断w 切应力晶粒扭曲滑移w b）一般规律：w 滑移面：原子排列最紧密的面w 滑移方向：原子排列最紧密的方向w理论上，整体刚性滑移滑移困难w实际上，位错移动滑移容易w（2）孪生w 晶体在外体作用下，一部分沿着一定晶面（孪生面）产生一定角度的切变。w 当滑移困难时(
4、位错塞积），出现孪生变形w 塑性变形过程：滑移 孪生滑移孪生.二、多晶体的塑性变形w工业中实际使用的金属大多是多晶体。w1、多晶体的特征：w a）晶体形状和大小不等w b）相邻晶粒的位向不同w c）多晶体内存在大量晶界w2、实际塑性变形：w a）各个晶粒内部滑移和孪生的总和，构成整体塑性变形。w b）各个晶粒间的变形，是产生内应力和开裂的原因。三、塑性变形后金属的组织和性能w1、加工硬化w金属经过塑性变形后，强度和硬度上升，而塑性和韧性下降的现象w a）晶格扭曲w b）晶粒破碎w2、回复w随着温度的上升，原子热运动加剧，晶格扭曲被消除，内应力明显下降的现象。w a）晶格扭曲消除w b）内应力明
5、显下降w 回复只能部分消除加工硬化w3、再结晶w温度上升到金属熔化温度的0.4-0.5倍时，开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工硬化完全消除。w（1）再结晶过程w a）原子热振动加剧w b）以某些质点为核心重结晶w c）加工硬化全部消除w（2）再结晶温度，是金属经大量塑性变形后开始再结晶的最低温度。w T再=（0.4-0.5）T熔w（3）影响再结晶后晶粒大小的因素：w a）变形程度w 很小时不发生再结晶w 2-8%晶粒特别粗大临界变形程度w 大于临界变形程度，随变形程度增加，晶粒显著细化w b）再结晶后状态w 金属在高温下停留，晶粒长大，力学性能变差 四、冷变形和热变形w1、冷变形w
6、 变形温度低于再结晶温度w （1）生产方法：冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔等w （2）特点：w a）位错密度上升显著加工硬化w 强度、硬度上升w 韧、塑性下降w b）尺寸精度高、表面质量好w2、热变形w 变形温度高于再结晶温度w （1）生产方式：热锻、热轧、热挤压w （2）坯料原始组织特征：晶粒粗大、组织不均匀、有气孔、缩松、微裂纹、非金属夹杂物等缺陷w （3）热变形后的组织特征：w a）加工硬化和再结晶同时发生w b）冶金缺陷得到改善或消除w c）最终得到细小的等轴晶w d）组织致密，力学性能显著提高 金属的可锻性w可锻性是金属经受塑性成型的难易程度，塑性好、变形抗力小，金属的可锻性就好w1、金
7、属的本质w （1）化学成分w a）纯金属比合金的可锻性好w b）含合金元素少的合金比多的好w （2）组织w a）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好w b）晶粒细化组织比粗大好2、变形条件w（1）加热温度w a）滑移力减小w b）再结晶过程加速w c）多相状态向单相转变w 因此，加热温度高，可锻性好w但是，温度过高，会引起过烧或过热。过烧会破坏晶粒间的连接，过热会使晶粒过分长大w 始锻温度：锻造温度的上限w 终锻温度：锻造温度的下限w（2）变形速度w 金属材料在单位时间内的变形程度w a）变形速度不大时，回复和再结晶来不及消除加工硬化，可锻性下降w b）变形速度大于一定值后，由于塑性变形的热效应
8、使材料温度升高，回复和再结晶充分，可锻性提高贵金属的锤锻工艺及性能 w金属的锤锻加工性能与合金的化学成分及组织存在密切关系，主要取决于晶体结构、合金化程度、合金相组成物的性能、形态、大小及分布，杂质元素的种类和含量，以及晶粒大小等因素。w两相合金比单相固溶体合金的塑性变形能力差，模锻w模锻是利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。按所用设备不同可分为锤上模锻、压力机上模锻、平锻机上模锻和旋转压力机上模锻等。1、模锻的特点w（1）优点w a）锻件形状复杂，尺寸精确，表面光洁；w b）加工余量小，节约材料和工时；w c）锻造流线分布符合外形结构，力学性能高；w d）生产效率高。w（2）缺点w a）
9、模具费用高，生产周期长；w b）锻件重量小，首饰的模具冲压w首饰的体积较小，形状复杂，使用模冲的方法加工，可节约大量时间，提高产出率，降低单件模具的综合成本。不仅如此，贵金属材料良好的延展性使得模冲在首饰制造中的应用面日渐增加。w由于变形应力的作用，模冲还使本来偏软的贵金属材料变得坚硬，强度、亮度和耐磨性大大提高，首饰的使用寿命明显延长。w首饰的冲压适应于某些结构复杂但外型比较对称或没有曲面相交盲区的款式。w模冲自然离不开模具，所以模具的设计十分重要，需要考虑贵金属板材的塑性、拉伸-压缩极限以及模具组合和工作方式等因素，此外，模具本身的材质、制作和热处理等需要较高的技术知识和技巧，也需要较高的
10、制造条件（如数控机床等）。贵金属材料的拉拔、轧制工艺及性能w贵金属材料的化学成分、组织、杂质含量以及处理工艺对贵金属板材的制作工艺和性能有很大影响。w随着变形度的增加，横向性能由于纤维组织的形成而急剧下降，容易在后期的处理中出现裂纹。w因此要避免单次大于7580的大变形拉拔或轧制加工过程 贵金属合金材料的切削工艺及性能w使用车床、铣床或其它刀具、刃具对贵金属材料或合金进行铲、切、削等称为切削加工。贵金属材料切削加工的难易程度称为该材料的切削加工性能。w从合金的组织来说，纯金属及单相合金故溶体的切削性能不如多相合金好，因为单相合金塑性、韧性好，不易断屑，对刀具磨损大。车花（铣花）工艺车花（铣花）
11、工艺w车花是利用不同花样刀口的金刚石或合金铣刀，在高速旋转时在饰品表面铣出闪亮的条痕并组成各种花纹的一种首饰机械加工工艺。w由于这样的花纹闪烁如镜，经车花处理的饰品被称为“闪光”饰品。这种工艺常用于K金等硬度较高的饰品上,也用于足金、素银和素铂金等不镶嵌的饰品的表面处理。錾花工艺錾花工艺(錾工錾工)w錾花工艺是用锤子击打形状各异的錾刀，在饰品表面上形成凸凹不一、深浅有致、或光或毛的线条和纹样的一种金属变形工艺。中国传统的首饰制作中也经常使用錾花工艺，用于需要表现不同材质和肌理的工艺品和首饰上。錾花工艺用錾、抢等方法雕刻图案花纹，图案花纹有深有浅，富有艺术感染力。錾花工艺需要非常精细准确的刀法，
12、我国的錾花工匠基本集中在江南一带。我国目前使用錾花工艺较多的主要集中于少数民族地区，以云南、西藏、内蒙和新疆最多。抢花（雕金）工艺抢花（雕金）工艺w抢花工艺与錾花工艺的原理相同，区别在于抢花是用不同形状刀头的雕刀，通过手掌的推动在金属表面雕刻出各种线条和花纹，表面被铲掉的金属部分光芒闪烁，所雕线条自由流畅，常见于国外的高档首饰，国内的这类饰品较为少见。w抢花（雕金）工艺由于需要高超的手工技术，所以用这种方法制作的首饰更显手工技艺的珍贵。轧花工艺轧花工艺w轧花工艺常用于首饰的批量生产中。由于饰品的花纹有一定的规律性，因此可以在钢模板上用手工或机械加工出所需的花纹，再利用冲压机再金属上冲压出花纹，
13、剪下后与其它部件焊接在一起，成为完整的首饰。w由于轧花工艺属于对金属表面的塑性加工，因此加工出来的首饰表面经过塑性变形，表面坚硬耐磨，光亮持久，不易倒光；但是由于钢模的复杂程度和花色变化需要较高的成本，因此轧花工艺适应市场多种消费风格的能力有待提高。喷砂、拉丝工喷砂、拉丝工艺w喷砂是在高压气体的作用下用石英砂在饰品表面形成亚光效果的一种工艺。w拉丝则是用金刚砂压在饰品表面、或利用高速旋转的硬钢丝刷沿饰品表面作定向运动，从而形成细微的金属条纹的一种工艺（注：这里的拉丝工艺和“压力加工工艺”中讲述的“拉丝”、“压片”是不同的）。贵金属材料的焊接材料及性能w第一节第一节 焊接基础焊接基础w一、焊接的
14、实质一、焊接的实质w焊接是指两个或两个以上的零件（同种或异种材料），通过局部加热或加压达到原子间的结合，造成永久性连接的工艺过程。w具体措施：w（1）加压用以破坏结合面上的氧化模或其它吸附层，并是接触面发生塑性变形，以扩大接触面。在变形足够时，也可直接形成原子间结合，得到牢固接头。w（2）加热对连接处进行局部加热，使之达到塑性或熔化状态，激励并加强原子的能量，从而通过扩散、结晶和再结晶的形成与发展，以获得牢固接头。二、焊接方法分类二、焊接方法分类w一般都根据热源的性质、形成接头的状态及是否采用加压来划分。w1、熔化焊w熔化焊是将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。它包括气焊、电弧焊
15、、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝热焊等。w2、压焊w压焊是通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成焊接的方法。它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻焊等。w3、钎焊w钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加热温度高于钎料低于母材熔点的情况下，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。它包括硬钎焊、软钎焊等。三、焊接的特点三、焊接的特点w1、节约金属材料，产品密封性好w2、以小拼大，化复杂为简单w3、便于制造双金属结构w缺点是焊缝处的力学性能有所降低，个别焊接方法的焊接质量检验仍有困难。激光點焊w激光点焊是利用高能量的激光脉
16、冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定的熔池。激光点焊可以将相同或不同的材料焊接在一起。激光点焊的优点是：热影响区小，焊接深度大，工件变形小。首饰焊接材料w焊接使用的金属材料包括金、银、铂族金属、铜、锌、镉、锡、铅、镍等贵金属和非贵金属材料。w焊接材料（也称为焊药）通常属于合金，要求与被焊接材料色泽相同（相近），具备与被焊材料相近的强度和塑性，在熔融状态下具有充分的亲和性、流动性和浸润性，在熔化状态下不会产生过多的氧化物和沉渣，冷却后没有过多的气孔、缩孔和变色现象，在焊接过程中不会产生过多的有毒物质。焊料的选用原则w（1）选择与母材化学
17、成分相同或相近的焊条w（2）选择与母材等强度的焊条w（3）根据结构的使用条件选择焊条药皮的类型 硼砂的应用w硼砂为无色半透明晶体或白色结晶粉末，无臭无味，比重1.73。在60时失去8分子结晶水，在320时失去全部结晶水，在空气中风化。w五水物Na2B4O75H2O的比重1.815，在120时失去结晶水。无水物的比重2.367，熔点741，沸点1575(同时分解)，稍溶于水，较易溶于热水，微溶于乙醇。水溶液呈碱性反应，熔融时成无色玻璃状物质。w硼砂在首饰焊接中的使用一是为了加强焊料的流动性，二是为了产生还原性气体环绕在焊料周围，防止空气中氧气的侵入，预防氧化。电镀工艺电镀工艺w电镀工艺是一种应用
18、广泛、为大众所熟知的表面加工工艺，它实际属于一种化学表面处理工艺。w国际市场上，电镀工艺常用于对18K以下含量的K金首饰的表面处理，镀层的颜色有很多，如黑色、浅蓝、酱色、紫色、橙红、粉红、金黄、橙黄等单色电镀和多种颜色的套色电镀，镀层的表面形状也有光亮、纹理（有规律和无规律）、亚光（喷砂）、蚀痕等，以适合不同消费者的消费口味。w我国民族传统偏爱金黄的纯金色，因此国内企业生产的纯金饰品在表面压亮后，有时还要电镀，这样可以使饰品的色泽、亮度更为理想（镀液中含有光亮剂）。w对于K金饰品，由于18K偏白，14K偏红，厂家为迎合国内顾客的喜好镀以纯金色。这样也容易造成一些误解，因为这些饰品使用一段时间后
19、，表面的纯金色镀层被磨损，露出了K金的本色，顾客就会认为饰品是假的或有质量问题。不过这种现象在国外市场很少发生，可能还有民族习惯的因素在起作用。因此K金饰品最好不电镀，如果需要电镀则应该提高表面镀层的耐磨性，如采用合金电镀既能保证足金色，又能提高耐磨性；也可以采用表面镀保护膜的方法进行处理。可见技术是提高饰品质量的决定因素。w电镀金饰品成色印记为KGP或KP，市场上常有利用消费者对成色标记不熟悉的弱点以镀金饰品冒充K金饰品的情况发生。电镀w简单来说，电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使导电体例如金属的表面沉积一金属或合金层。w电镀为一种电解过程，提供镀层金属的金属片作用有如阳极
20、，电解液通常为镀着金属的离子溶液，被镀物作用则有如阴极。阳极与阴极间输入电压后，吸引电解液中的金属离子游至阴极，还原后即镀着其上。同时阳极的金属再溶解，提供电解液更多的金属离子。某些情况下使用不溶性阳极，电镀时需添加新群电解液补充镀着金属离子。w电镀一般泛指以电解还原反应在物体上镀一层膜。其目前使用种类有：一般电镀法(electroplating)、复合电镀(composite plating)、合金电镀(alloy plating)、局部电镀(selective plating)、笔镀(pen plating)等等。由于电镀表面具有保护兼装饰效用；故广被应用。也有少部分的电镀提供其它特性，诸
21、如高导电性、高度光反射性或降低毒性，w最常使用的电镀金属为镍、铬、锡、铜及首饰工业常用的金、银、钯、铑等。黄金电铸技术w黄金电铸技术是利用金盐溶解于电镀液中，通过电流分离出金离子吸附于模具上而形成空心黄金产品。用电铸技术生产黄金产品，与传统的黄金铸造工艺比较有较大的好处，其不但用金少(一般为传统铸造工艺的三分之一重量)，而且铸造的产品线条生动、形象突出、细节分明，复制精确达99以上，最适合于铸造各种中国传统摆件。一般现在市场上普遍用于制作首饰、摆件、以及十二生肖和“福、禄、寿”人橡等，深受消费者欢迎。发展历史w60年代及70年代期间，欧美的黄金生产南及化学药水供应商如英高克（ENGLHARD)
22、和迪古沙(DEGUSSA)开始进行电铸技术及应用研究；70年代至80年代，9K、14K及18K的电铸产品在欧美开始流行并受到欢迎。由于欧美消费者对足金产品不及对K金产品那么喜爱，故足金电铸产品在欧美不大流行，技术亦没有进一步发展。在70年代，英高克曾用电铸技术为查理斯王子制造足金王冠。w90年代初期。香港生产力促进局鉴于香港人喜爱购头足金产品相信足金电铸有助提高香港的珠宝首饰的制作质量和花式品种，提高香港产品的竞争力。什始着手研究有关技术。研究成功后，于l994年香港珠宝商开始生产制作。在产品推出初期。由于手工费比传统工艺手工费贵二至二倍市场初期不大接受，但随着工艺的不断成熟及允善，以及费用下
23、降和社会要求的提高，足金电铸摆件市场占有率已日益提高，发展至现时巳基本淘汰厂传统购铸造产品。制造技术简介w K金及足金电铸技术类似电镀原理。但镀层比它厚数百倍，并采用传统的失腊铸造方法。K金电铸技术主要采用中性或碱性、高含量游离氰化物镀液：如以三元金属方法铸造，则主要以金、铜、镉作为金属原料，此方法是操作容易，但须高温：如以二元金属方法铸造，则主要以余、银作为主要原料。此方法操作困难，不太稳定，但好处是可在较低温度下进行。而足金电铸则以单元金属黄金用中性的低氰比物镀液。此方法是操作容易但由于全部用足金及镀液含金量高，故投资较大。w电铸技术的另一个程序是电铸模具，该模只是以蜡或其他低温金属物体做成模具或一次性消耗品。市场前景w现时足金电铸摆什市场，主要集中在亚洲区持别是华人地区如香港及台湾。香港每年的销售由最初的600公斤加至现时w的2000公斤，香港越来越多人将电镑摆件作为礼物送人，因其物有所值且美观大方，但由于香港市场发展已久市场竞争激烈，现已日益饱和。w 后起之秀台湾市场不断地发展，由于其人口较多。市民更热衷以电铸摆件送礼。相信其销售量将会远远超过香港，达到诲年3000公斤以上。内地市场在近几年年来开始起步，现正处于摸索及推广时期每年的销售量增长惊人，市场潜力将无可限量
