Твердость по Бринелю. 
   Среди физических свойств металлов твердость и результативные данные испытания на растяжение (предел прочности, относительное удлинение и др.) являются самыми важными для практиков.

   К сожалению, многие ювелиры не принимают во внимание ценность исследования этих характеристик металлов и сплавов, зачастую полагаясь на свой опыт и чутье. Однако эти характеристики являются основными при выборе материалов для работы.
   Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление внедрению другого, более твердого тела. При определении твердости по методу Бринеля закаленный стальной шарик диаметром D вдавливается силой Р в испытуемый образец. При этом образуется отпечаток в виде сферической лунки, диаметр которой измеряется.
   Твердость по Бринелю определяется из следующего соотношения:
Диаметр вдавливаемого шарика выбирают в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца. Между диаметром шарика и диаметром отпечатка d выдерживается соотношение d=(0.2-0.7)D.
   При испытании цветных металлов часто используют шарик диаметром 10 мм, а нагрузку принимают равной 1000 кгс. При испытании очень мягких металлов применяют шарики диаметром 5 и 2,5 мм. Нагрузка в этом случае должна быть соответственно меньше.

   С помощью измерительного микроскопа определяется диаметр отпечатка d, а затем по диаметру вычисляется поверхность отпечатка.

   Особенно ясное представление об изменении свойств металла в процессе пластического деформирования дает испытание на растяжение. Этот вид испытания получил широкое распространение для всех видов металлов и сплавов. Испытание стандартных цилиндрических или плоских образцов производится на разрывных машинах.
   Образец закрепляют в захватах разрывной машины и затем нагружают постепенно увеличивающимся усилием. Перед началом испытания измеряют диаметр образца и вычисляют площадь поперечного сечения.
   Напряжение рассчитывается на 1 мм2 поперечного сечения образца. С увеличением нагрузки образец удлиняется, при этом одновременно уменьшается его поперечное сечение.
   Относительное удлинение представляет собой отношение абсолютного удлинения образца после разрыва к его начальной расчетной длине, выраженное в процентах,
   Когда напряжение достигает наибольшей величины, происходит разрыв образца и процесс растяжения прекращайся.
   На оси ординат диаграммы растижения (рис 1) нанесены величины напряжения о в кгс/мм2, а на оси абсцисс — абсолютное удлинение  е.

    Рис.1 Диаграмма растжения металлического образца

   Упругая деформация характеризуется тем, что она продолжается до тех пор, пока действу пока действует нагрузка; при снятии нагрузки удлинившийся образец снова возвращается в исходное состояние. На участке 0 — е1, упругой деформации кривая поднимается прямолинейно. Напряжение и притяжение на этом участке кривой пропорциональны. Если увеличить напряжение, то соответственно этому увеличится и относительное удлинение При снятии дополнительной нагрузки удлинений не будет (соответствовать первоначальному значению. Если нагрузку снять совсем, то удлинение будет равно нулю.
  При напряжении о, упругая деформация заканчивается. Это напряжение соответствует пределу упругости. Практически невозможно точно определить предел упругости, так как микрообъемы образца из-за посторонних включений неодинаково реагируют на нагрузку Поэтому за технический предел упругости принимается напряжение, которое вызывает удлинение образца на 0,01% от его исходной длины.

   Участок пластической деформации.

   Если образец подвергается большему нагружению и деформируется в области пластической деформации, то он будет сохранять удлинение и после прекращения действия нагрузки. Переход от упругой деформации к пластической осуществляется постепенно.

   Пластическая деформация образца начинается при напряжении, равном пределу упругости, и заканчивается при его разрыве. При испытании материала на растяжение за предел текучести принимают напряжение, которое вызывает остаточную деформацию в размере 0,2% от исходной длины. На участке пластической деформации образца удлинение увеличивается быстрее, чем нагрузка, и в результате кривая идет более полого, чем при упругой деформации. Если нагружу снять после того как образец пластически деформиро¬вался за пределом текучести, то пластическое удлинение сохранится, но упругая деформация должна исчезнуть.

Рис. 5. Сравнение величин относительных удлинений и пределов прочности важнейших металлов при растяжении

  При напряжении, называемом пределом прочности при разрыве, происходит разрушение образца.

    Величина предела прочности на разрыв не так важна, как значение предела прочности при растяжении. Напротив, абсолютное удлинение при разрыве, которым определяется общее удлинение образца, и относительное удлинение 6%, являются очень важными величинами.
   Если обобщить результаты испытаний, то можно сказать, что предел упругости равен величине напряжения, которое должно быть преодолено прежде, чем возникает пластическая деформация. Предел прочности при растяжении характеризует сопротивление металла пластической деформации, а относительное удлинение соответствует возможностям деформации. Между результатами испытания на растяжение и пробой на твердость существует тесная взаимосвязь: металлы большой твердости, как правило, обладают высокой прочностью, в то время как относительное удлинение их невелико.
   На рис 1 представлена сравнительная диаграмма значений относительных удлинений 6 в % (верхний горизонтальный ряд цифр) и пределов прочности о в кгс/мм2 (нижний ряд цифр в прямоугольниках) важнейших для ювелира металлов.

   На прочность металлов оказывая и влияние следующие факторы:
1) легирование — сплавление чистых металлов с легирующими компонентами повышает прочность металлов;
2) пластическая деформация — она приводит вначале к повышению прочности, которая затем с увеличением степени деформации резко снижается (когда достигнут предела текучести);
3) величина зерна—мелкозернистая структура придает металлу, более высокую прочность, чем крупнозернистая;
4) температура — с повышением температуры прочность понижается.

   При высокой прочности и высоком пределе текучести требуются и большие усилия для деформации Если относительное удлине¬ние невелико, то при прокатке, волочении, ковке, расплющивании, штамповке, гибке и других операциях металл может подвергаться лишь небольшим пластическим деформациям. У металла с высокой пластичностью относительное удлинение может быть более 30%. Резке и распиловке предшествует пластическая деформация до тех пор, пока частицы металла не распадутся. Чем ниже прочность металла, тем меньшая сила необходима для разделения его частиц.

   Прочность и относительное удлинение металла, из которого необходимо изготовить кольцо, должны быть настолько высоки, чтобы можно было легко сгибать, ковать и вытягивать отдельные части кольца при его изготовлении Металл для оправы должен иметь по возможности высокое относительное удлинение, чтобы можно было легко закрепить в ней камень Разумеется, твердость и сопротивление износу при этом не должны быть малыми, иначе камень может выпасть из оправы.
   Материалы для цепочек должны обладать высокой прочностью и твердостью для уменьшения износа звеньев. Кроме того, материал должен быть достаточно пластичным, чтобы звенья цепочки легко гнулись при ее изготовлении Величины твердости, относительного удлинения и предела прочности важнейших сплавов благородных металлов могут быть взяты из диаграмм механических свойств этих сплавов, приведенных ниже.

   Между этими понятиями необходимо делать четкое различие. Температура характе¬ризует степень нагрева тела, измеряется термометром или пирометром и выражается в градусах Цельсия (°С) или в градусах Кельвина (К).
   Количество теплоты характеризует количество тепловой энергии, содержащейся в теле или потребной для повыше¬ния его температуры. Единицей измерения количества теплоты является калория (1 кат — 4,1868 11дж), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 г воды на 1 градус С в интервале температур от 14,5 до 15,5° С.

   Килокалория (1 ккал) выражает количество теплоты, которое необходимо для нагрева 1 кг воды на 1° С.

   Если сообщить 1 кг золота количество теплоты, равное 1 ккал, то его температура повысится почти на 30° С, расход тепла на нагрев также понизится.

   Это различие в потребности тепла для нагрева 1 кг воды и золота объясняется их разной удельной теплоемкостью.

Тепловое расширение

   Известно, что каждый металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Это свойство является общим для всех металлов, но изменения размеров при изменении температуры у разных металлов различны. Для их определения необходимо знать коэффициент линей¬ного теплового расширении, который характеризует увеличение размера образца длиной в 1 м при нагревании на 1°С У платинового образца это удлинение составляет всего лишь 0,0000089 м.
   Тепловое расширение следует учитывать при изготовлении ювелирных изделий. Так, например, в пластинах, спаянных из золота и серебра, вследствие различия их коэффициентов теплового расширения возникают напряжения в паяном шве при изменении температуры. При пайке ювелирных изделий из сплавов серебра скрепленные мягкой стальной проволокой детали зачастую смещаются, так как коэффициенты теплового расширения этих металлов сильно отличаются по величине.
   Известно, что коэффициент теплового расширения стекла очень мал - примерно такой же, как у платины. Поэтому для того чтобы эмаль держалась на металле, в нее вводят специальные добавки, повышающие коэффициент теплового расширения. Тем не менее на золоте и сплавах железа эмаль держится прочнее, чем на серебре.

  Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, выраженное в ккал, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1 градус С.
Каждому металлу свойственна определенная удельная теплоемкость.  
   Зная удельную теплоемкость, можно легко вычислить количество теплоты, необходимое для нагрева металла от комнатной температуры для температуры плавления. Так как удельная теплоемкость при повышении температуры несколько изменяется, то для расчетов используют ее среднее значение. На рис 2 в виде диаграммы представлено общее количество теплоты в ккал, необходимое для расплавления 1 кг различных металлов. Заштрихованная область обозначает расход тепла для нагрева от комнатной температуры до температуры плавления, а светлая область — скрытую теплоту плавления.
   Для расплавления золота требуется относительно небольшое количество тепла, в то время как для меди, несмотря на небольшую разницу в температуре плавления (не больше 20° С), необходимо тройное количество тепла, а для серебра требуется даже больше тепла, чем для золота, хотя оно имеет более низкую температуру плавления. Отсюда следует, что в плавильной установке, в которой уже расплавилось чистое золото, еще останется большое количество нерасплавленной меди.

Олово

   Даже незначительное количество олова снижает температуру плавления сплава. Чистое серебро может растворить в себе до 19% олова, однако при этом сплав получается более тусклым, мягким и пластичным, чем сплав Ag—Сu. Если в сплаве Ag—Сu содержание олова превысит 9%, то образуется хрупкое соединение Cu₄Sn. Так как олово при плавлении окисляется,  хрупкость сплава возрастает из-за образования SnOa.

Алюминий

   От 4 до 5% аллюмнния растворяется в твердом сплавах и почти не влияет на его структуру и свойства. Однако при более высоком содержании алюминия образуется хрупкое соедииние Ag3Al. При отжиге и плавке образуется также соединение Аl₂О₃, которое, располагаясь по границам зерен, делает сплав хрупким и ломким.

Цинк и кадмий

   Так как температуры кипения цинка и кадмия невелики, то при добавке их в расплав сплавов серебра следует соблюдать особую осторожность. Оба эти металла являются важнейшими присадками для получе¬ния припоев, снижающими их температуру плавления, поэтому следует остановиться на них более подробно.

Ag—Zn

   Несмотря на то что в твердом состоянии серебро растворяет в себе до 20% цинка, содержание его в серебре при добавлении в сплав цинка и кадмия не должно превышать 14%. В этом случае сплавы не тускнеют на воздухе, имеют хорошие пластичность и полируемость.

Ag—Cd

   Эти сплавы также устойчивы на воздухе и имеют хорошую обрабатываемость. Серебро может растворить в себе до 30% кадмия.