Изготовление ювелирных изделий — одно из древнейших ремесел в многовековой истории человечества. С незапамятных времен ювелирные изделия из золота, серебра и драгоценных камней являлись мерилом богатства и власти господствующих классов, символом эксплуатации и угнетения.
   В связи с ростом благосостояния народа потребность в высоко художественных ювелирных изделиях возрастает из года в год, расширяется их производство, а для этого необходимо, чтобы все ювелиры хорошо овладели теорией и практикой изготовления ювелирных изделий.
   Рассмотрены физические, химические и технологические свойства металлов и сплавов, применяемых при изготовлении ювелирных изделий, а также диаграммы состояния двойных и тройных сплавов драгоценных металлов. Вышеперечисленные данные очень важны для понимания поведения металлов, сплавов и химических веществ в процессе изготовления ювелирных изделий и совершенствования технологии их производств.
   Подробно изложены стадии технологического процесса изготовления ювелирных изделий, взвешивание, пробирный и химический анализы, плавка, литье обработка давлением, термообработка, обработка резанием, чеканка, травление, пайка, шлифование, полирование, чернение, серебрение, золочение, родироваиие и эмалирование.

   Даны описания конструкций и способов производства оправ для драгоценных камней различных типов, методы закрепки и раскрепки камней, конструкции и способы изготовления подвижных шарнирных замковых и других соединений.
   В целом материал изложен простым языком, достаточно подробно и доступно для широкого круга читателей, работающих в области ювелирного производства.
   Теоретики и практики, работающие в ювелирной промышленности, знают отрицательное влияние на их работу отсутствия всеобъемлющего учебника для ювелиров.
   Единство теории и практики в настоящее время совершенно необходимо, так как от ювелиров высокой квалификации требуется овладение как теоретическими знаниями, так и практическими навыками в изготовлении ювелирных изделий.

   При этом следует помнить о хороших традициях, присущих кустарям-ювелирам и той или иной ювелирной фабрике, тщательно сохраняя и оберегая их.
   Информация предназначена для инженерно-технических работников, учащихся специальных учебных заведений, молодых квалифицированных рабочих, мастеров, а также может быть использована в качестве руководящего материала для студентов вузов.
   При строжайшем соблюдении принципа научности максимально просто и доходчиво изложены основы теории, чтобы облегчить понимание материала практикам, не имеющим достаточно хорошей теоретической подготовки.

ЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НЕБЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

ОБЩИЙ ОБЗОР СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ

      Детальное изучение свойств и характеристик материалов, с которыми должен работать ювелир, необходимо для правильной и качественной их обработки. Только тот, кто всесторонне изучил и познал свойства и особенности применяемых материалов, будет в состоянии придать им правильную форму и красивый внешний вид в готовых украшениях
В производстве ювелирных изделий необходимо в первую очередь учитывать физические свойства металлов и сплавов, плотность, температуру плавления, тепловое расширение, теплопроводность, отражательную способность. Знание этих свойств позволяет правильно выбрать термические режимы литья, ковки, прокатки, пайки и других видов горячей обработки металлов.
   Важное значение при различных методах изготовления металлических деталей ювелирных украшений, оправ драгоценных камней, столовых приборов и посуды из сплавов благородных металлов имеют их основные механические свойства. К ним относятся: прочность, твердость, упругость, пластичность. Эти же свойства имеют первостепенное значение и при использовании ювелирных изделий в качестве украшений и предметов домашнего обихода. Учитывая эксплуатационные требования, предъявляемые к долго¬вечности этих изделий, ювелир может на основе детального знания механических свойств сплавов различной пробы обоснованно подойти к выбору наиболее рациональной в данном случае марки сплава.
   Не меньшую роль в технологии производства и в процессе потребления ювелирных изделий играют химические свойства как чистых металлов, так и их сплавов: стойкость к воздействию внешней среды — кислот, щелочей, газов, пресной и морской воды, оказывающих большее или меньшее агрессивное действие на металл колец, браслетов, кулонов, цепочек и других ювелирных украшений.
   И, наконец, особое место в характеристиках материалов зани¬мают технологические свойства. К ним относятся: жидкотекучесть, ликвация и усадка металлов при литье, ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием. Знание этих свойств особенно важно при выборе методов и режимов обработки ювелирных изделий.
   Ознакомление с металлическими материалами начинается с изучения их физико-химических свойств и основных положений металловедения науки о металлах, знание которых поможет установить, какие многосторонние практические выводы вытекают из этой науки. При этом станет ясным, что многие дефекты, возникающие при обработке металлов на практике из-за недопонимания их внутреннего строения и свойств, могут быть легко предупреждены.

  Химический элемент, символ Аи, имеет порядковый номер 79, атомный вес 197,0, основную валентность III, плотность 19,3 г/см³, температуру плавления 1063⁰ С, температуру кипения 2970° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 18—20 ктс/мм².
   Золото — металл красивого желтого цвета, тонколистовое (сусальное) золото имеет зеленоватый оттенок. Золото с трудом образует химические соединения, оно химически устойчиво на воздухе, в воде и в кислотах, за исключением царской водки (в последней золото растворяется с образованием золотохлористоводородной кислоты). Оно взаимодействует также со свободными ионами хлора, цианидами калия и натрия, бромом и некоторыми другими химикатами, не имеющими применения в производстве ювелирных изделий.
   Золото имеет высокую отражательную способность и хорошо полируется; оно обладает высокой пластичностью и прокатывается в листы толщиной до 0,0001 мм. Тепло- и электропроводность золота ниже, чем у меди. Удельная теплоемкость его сравни¬тельно невелика. Из-за невысокой твердости и прочности золото используют в ювелирном деле в виде сплавов с другими металлами и в очень редких случаях в чистом виде.
   Серебро.

   Химический элемент, символ Ag, имеет порядковый номер 47, атомный вес 107,88, валентность I, II, плотность 10,5 г/см³, температуру правления 960,5° С, кипения 2210° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 25 кгс/мм².

   Серебро — металл белого цвета, практически не изменяющийся под действием кислорода воздуха при комнатной температуре, однако нз-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ag₂S. Серебро устойчиво в воде, но растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислоте. С царской водкой оно образует нерастворимый хлорид серебра AgCl. Как и золото, серебро взаимодействует щелочными растворами цианидов.
   Серебро хорошо полируется, имеет высокую отражательную способность; оно обладает хорошей ковкостью и самой высокой из всех металлов тепло- и электропроводностью Чтобы повысить твердость и прочность серебра, его используют в сплавах с другими металлами. При изготовлении ювелирных украшении серебро в чистом виде применяют сравнительно редко.

   Химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78, атомный вес 195,23, валентность II, IV, плотность 21.45 г/см³, температуру плавления 1773.5° С, температуру кипения 4410° С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии около 50 кгс/мм3.
   Металл имеет бело-серую окраску, схожую по цвету со cталыо, и практически нерастворим ни в воде, ни в кислотах, за исключением горячей царской водки, при взаимодействии с которой образуется платинохлористоводородная кислота. Платина весьма пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. Наряду с палладием и иридием она имеет очень низкую тепло- и электропроводность, низкую удельную теплоемкость и с трудом вступает в химические соединении. Платина в чистом виде очень мягка, поэтому ее легируют иридием, родием и другими металлами. Для изготовления ювелирных изделий в сплав, кроме этих компонентов, добавляют еще и медь.
   Металлы платиновой группы (иридий, палладий, родний)  химическом отношении настолько схожи с платиной, что разделение их затруднительно.

Иридий.

  Химический элемент, символ Ir, имеет порядковый номер 77, атомный вес 193,1, основную валентность III, плотность 22,5 г/см³, температуру плавления 2454° С, температуру кипения 5300⁰ С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 172 кгс/мм². Из-за большой твердости и высокой температуры плавления иридий с трудом поддается обработке. Относительное удлинение при растяжении составляет лишь 2%. При высоких температурах металл можно обрабатывать давлением. При небольшой добавке иридия к платине значительно повышается ее твердость.

   Химический элемент, символ Pd, имеет порядковый номер 46, атомный вес 106,4, основную валентность 11, плотность 12,0 г/см³, температуру плавления 1554,5° С, температуру кипения 4000⁰ С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 52 кгс/мм².
   Палладий имеет более светлую окраску, чем платина, он химически устойчив на воздухе и в воде, растворяется в горячей, слегка разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата палладия. При температурах от 400 до 850° С палладий покрывается светло-фиолетовым окисным слоем, который исчезает при более высоких температурах. Благодаря хорошей обрабатываемости, низкой температуре плавления и относительной дешевизне, он чаще других метал нов платиновой группы используется в ювелирных изделиях. Как тегирующий металл палладий улучшает свойства платины, осветляет ее окраску, а также способствует отбеливанию сплава при получении так называемого белого золота.

Родий.

   Химический элемент, символ Rh, имеет порядковый номер 45, атомный вес 102,91, основную валентность 111, плотность 12,4 г/см³, температуру плавления 1966° С, температуру кипения 4500⁰ С, твердость по Бринелю 101 кгс/мм².
   По цвету родий сходен с платиной, не вступает во взаимодействие с кипящими кислотами и смесями кислот, но растворяется в щелочных растворах цианидов; абсолютно не окисляется на воздухе и в воде, хорошо поддается горячей обработке давлением.

   Химический элемент, символ Hg, имеет порядковый номер 80, атомный вес 200,61, валентность 1, 11, плотность 13,55 г/см³, температуру плавления 38,83° С, температуру кипения 356,95⁰ С.
   Ртуть — металл светло-серебристого цвета, находящийся в жидком состоянии при нормальной температуре, стойкий на воздухе и обладающий сильным блеском При нагревании металла образуется окись ртути, диссоциирующая при температуре свыше 400" С. Так как ртуть при комнатной температуре выделяет ядовитые пары, то хранить ее необходимо только в закрытых емкостях. Ртуть взаимодействует со слабо разбавленной азотной кислотой с образованием нитрата и с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата. С соляной кислотой ртуть не взаимодействует. Для повышения температуры плавления в нее добавляют золото, серебро и другие металлы. Полученные таким образом амальгамы при комнатной температуре тверды. Ювелиры используют ртуть для получения золотой и серебряной амальгам при горячем золочении и серебрении.

Медь.

   Химический элемент, символ Си, имеет порядковый номер 29, атомный вес 63,54, основную валентность II, плотность 8,9 г/см³, температуру плавления 1083° С, температуру кипения 2600 С, твердость по Бринелю в отожженном состоянии 35 кгс/мм².
   Медь — единственный металл, имеющий красноватый цвет. На воздухе, в присутствии углекислого газа, она покрывается пленкой зеленого цвета (патиной), гидроокисным карбонатом меди. При нагреве на поверхности металла образуется черный налет окиси меди. Медь растворяется: в азотной кислоте, образуя нитрат; в серной кислоте, образуя сульфат; в разбавленной соляной кислоте, образуя хлорид меди, а при взаимодействии ее с уксусной кислотой обра¬тится основной ацетат меди — ядовитая ярь-медянка.
   Медь прекрасно обрабатывается давлением и обладает хорошим блеском и высокой полируемостью, однако блеск ее довольно быстро исчезает. Медь - лучший проводник тепла и электрического тока после серебра и имеет очень высокую удельную теплоемкость. Чистая медь редко применяется для изготовления украшений, но иногда находит применение при изготовлении шаблонов для опытных образцов изделий. Медь часто используется как присадочный материал.

   Технические сплавы меди с цинком желтого цвета, содержащие свыше 50% Сu, называются латунями. Сложные легированные латуни содержат кроме цинка и другие элементы — свинец, олово, аллюминий, марганец, никель. В ювелирном деле латунь, обладающую высокой пластичностью, используют при изготовлении посуды и украшений. Латунь, содержащая 10% цинка, известна под названием «томпак». Она имеет желтоватый цвет и по свойствам близка к меди «Томпак» используют для изготовления ювелирных изделий с последующим нанесением на них защитных покрытий.

   Бронза

   В ювелирной промышленности используются оловян¬ные бронзы (сплавы системы медь—олово) благодаря их высоким литейным свойствам (жидкотекучести, малой усадке), а также прочности, стойкости против коррозии и красивому желтоватому цвету. Наибольшее распространение имеют сплавы меди с содер¬жанием 5—10% олова. Сплав с 5% олова называется монетной или медальной бронзой, сплав с 10% олова — пушечной бронзой (из него раньше отливались пушки).

   Нейзильбер

   Сплав на основе меди, содержащий 13,5—16,5% никеля и 18—20% цинка Сплав имеет высокие твердость, упругость и хорошую коррозионную стойкость В ювелирном деле используется для изготовления игл, булавок, пружин и посеребренных столовых приборов.

   Химический элемент, символ Zn, имеет порядковый номер 30, атомный вес 65,38, валентность II, плотность 7,13 г/см³, температуру плавления 419,46° С, температуру кипения 906° С, твердость по Бринелю 30—35 кгс/мм².
   Цинк — металл голубовато-белого цвета, медленно покрываю¬щийся на воздухе плотным серым защитным слоем, состоящим из карбоната цинка и окиси цинка, вследствие чего блеск металла исчезает. При нагреве на воздухе цинк, сгорая, превращается в белый порошок — окись цинка ZnO, светящийся в темноте зеленоватым светом При комнатной температуре он довольно хрупок; при температурах 110—150° С хорошо поддается обработке давлением, а при температуре выше 200⁰ С становится настолько хрупким, что его можно распылять. Цинк хорошо растворяется в разбавленных кислотах. Он используется в качестве присадки в сплавах благородных металлов.

Кадмий.

   Химический элемент, символ Cd, имеет порядковый номер 48, атомный вес 112,41, валентность II, плотность 8,65 г/см³, температуру плавления 320,9⁰ С, температуру кипения 765° С, твердость по Бринелю 16 кгс/мм².
   Кадмий — металл белого цвета, по своим свойствам сходный с цинком На воздухе покрывается защитной окисной пленкой серого цвета, поэтому полированная блестящая поверхность его быстро тускнеет. Сгорая, кадмий превращается в порошок коричневого цвета — окись кадмия CdO. Пластичность металла хорошая. Добавка кадмия снижает температуру плавления твердых припоев, при введении его в сплавы серебро—медь их пластичность повышается.

   Химический элемент, символ Sn, имеет порядковый номер 50, атомный вес 118,7, валентность III, IV, плотность 7,298 г/см³, температуру плавления 213,9° С, температуру кипения 2362⁰ С, твердость по Бринелю 5 кгс/мм².
   Олово имеет серебристо-белый цвет и обладает хорошей пластичностью, на воздухе постепенно покрывается защитным окисным споем. При сгорании образуется белый порошок — окись олова, используемый в качестве полирующего средства. При температуре ниже 13,5° С происходит аллотропическое превращение в результате чего металл превращается в серый порошок («оловянная чума»).

   Растворяясь в соляной кислоте, олово образует хлорид, при взаимодействии его с концентрированной азотной кислотой образуется оловянная кислота — серый порошок, растворимый в разведенной азотной кислоте. Олово является важнейшим составным компонентом мягких легкоплавких припоев.

Свинец.

   Химический элемент, символ Рl, имеет порядковый номер 82, атомный вес 207,21, основную валентность II, плотность 11,34 г/см³, температуру плавления 327,4° С, температуру кипения 1740° С, твердость по Бринелю 4 кгс/мм3.
   Свинец имеет голубовато-белую окраску, на воздухе покрывается тускло-серым налетом окиси свинца. В воде на его поверхности образуется толстый слой, состоящий из карбоната свинца и сульфата свинца который защищает металл от дальнейшей коррозии.

   Окисный клон свинца стоек также в серной и соляной кислотах. Свинец растворяется только в азотной кислоте с образованием нитрата, а также вступает в реакцию со слабой уксусной кислотой. Свинец — мягкий и высокопластичный металл. Пары свинца и его сплавов ядовиты и могут привести к параличу дыхательных путей. Ювелиры используют свинец для купелирования и как присадку для получения мягких припоев.

   Железо имеет голубовато-белый цвет и на сухом воздухе довольно устойчиво. Однако из-за наличия во влажном воздухе паров воды и кислорода железо покрывается коричневым слоем ржавчины состоящим из водосодержащего окисла железа.
Вследствие пористой структуры этого слоя процесс коррозии продолжается до тех пор, пока весь металл не превратится в ржавчину      Коррозия происходит и в воде, содержащей кислород. При нагреве металла на воздухе свыше 650° С образуется хрупкий черный слой окиси железа, так называемой окалины. Железо растворяется в соляной кислоте до хлорида; в концентрированной серной и азотной кислотах оно покрывается защитным слоем, который предохраняет его от дальнейшего разъедания.
   Вследствие высокой температуры плавления и легкой окисляемости железо редко используется в ювелирном деле.

Чугун

   Сплавы железа с углеродом, содержащие свыше 2% С, а также примеси кремния, марганца, фосфора и серы относятся к чугунам.

   Чугун является продуктом доменного металлургического процесса. Во время плавки восстановленное из руды железо насыщается углеродом и другими примесями, сопутствующими руде, топливу и флюсам, что отражается на его свойствах. При содержании в чугуне от 3,0 до 5,0% углерода повышается его твердость и прочность, но уменьшается пластичность и снижается температура плавления; повышение содержания кремния от 0,3 до 2,5% благоприятствует графитизации н улучшению литейных свойств чугуна; присутствие 0,5—6% марганца способствует образованию карбида железа, повышению твердости и прочности чугуна; примесь 0,08—2,2% фосфора делает его жидкотекучим, твердым и хрупким, а вредная примесь 0,03—0,12% серы способствует ухудшению жидкотекучести чугуна и появлению красноломкости.
   Серый чугун, в котором углерод выделяется в виде пластинчатых включений графита, получают при медленном охлаждении.

   Этому процессу способствует наличие кремния. Поверхность излома выглядит мелкозернистой и имеет серый цвет. Серый чугун мягок и хрупок, он является исходным продуктом для получения чугунного литья.
   Если углерод в чугуне находится в связанном состоянии в виде карбида железа Fe₃C, то такой чугун называется белым. Поверхность излома белого чугуна блестящая, белого цвета. Белый чугун тверд и хрупок, он является исходным продуктом для получения стали.