Плавка металла — это фундаментальный навык, которым должен владеть каждый ювелир. И не столь принципиально переплавляете ли вы «лом» (шихту) в «бульку», производите ли процесс литья, заливая металл в опоку или же проводите эксперименты со сплавами – вам необходимо знать все тонкости и нюансы такого важного процесса.
Освоение искусства плавки открывает двери бесконечным творческим возможностям.
Шихта - это материал, поступающий в плавку, называется шихтовым, или шихтой. Шихта может быть в виде чистых металлов, бракованных слитков и изделий, лома, обрезков, стружки, опилок и других отходов ювелирного производства. Шихтовый материал в зависимости от степени и характера загрязнения подвергается различной обработке.
В этой статье мы попытались дать краткие рекомендации с упором на «начинающих» и рассказать об основах плавки металлов, показать все аспекты этого увлекательнейшего процесса от необходимых инструментов и ТБ до приемов и техник.
Для плавки металлов понадобятся:
Тигли:
Как гласит одна ювелирная пословица - «хорошим мастером становятся с горелкой в руке». Основа профессии ювелира– умение работать с драгоценными металлами и сплавами, ведь большинство работ требуют навыков отлива украшений или их корректировки. Для таких задач потребуется хороший тигель — это емкость для расплавления материалов.
Драгоценные сплавы – материалы, к которым предъявляются повышенные требования. Количество примесей в их составе должно быть минимальным, а контрольные образцы проходят тщательную проверку. Именно поэтому для плавки используют емкости, которые не способствуют загрязнению сплава при нагреве и не допускают оксидации металлов. Такая тара должна быть и удобной в работе, ведь бывает и такое, что ювелиру приходится заниматься плавкой до нескольких десятков раз в день.
В таблице представлены материалы тиглей, которые могут использоваться в ювелирном деле:
Кроме материала изготовления, при выборе тигля для ювелирной мастерской нужно обратить внимание на следующее:
- Объем – важный параметр, от которого зависит частота использования тары. Например, для крупных мастерских следует выбирать большие тигли, а вот для частных – лучше остановиться на меньшем объеме.
- Дополнительные параметры – наличие ручек, слива, особенности формы для удобства отлива. Все перечисленное можно оценить по фото и ознакомившись с техническими характеристиками
Горелки:
Ювелирные горелки бывают газовые и бензиновые (бывают еще водородные и т.д. но это уже тема отдельного разговора). Горелка — это та часть, где происходит горение и откуда выходит пламя.
Горит там смесь топлива с кислородом, при этом, у бензиновых горелок составление горючей смеси происходит вне горелки - в горелку подаётся готовая бензинвоздушная смесь нужного состава, у газовых горелок смешение горючего газа (пропан, бутан) и кислорода происходит непосредственно в самой горелке.
Ювелирные плавильные печи:
Предназначены для плавления золота, серебра и других драгоценных металлов, и сплавов.
Некоторые типы ювелирных плавильных печей:
- Индукционные. Используют электромагнитные поля для вращения катушки и создания тепла. Могут применяться для плавки любых других цветных металлов, температура перегрева которых перед разливкой не превышает 1400 градусов.
- Печи сопротивления. Используют электрическую катушку для нагрева металлических тиглей. Подходят для плавления таких металлов, как золото, серебро, медь и латунь.
- Дуговые печи. Используют высоковольтные электрические дуги для плавления металлов. Подходят для небольших количеств металла или исследовательских образцов.
- Вакуумные печи. Позволяют надёжно плавить сплавы в вакууме. Часто используются для титана, циркония и других реактивных металлов.
При выборе ювелирной плавильной печи важно учитывать такие характеристики, как плавильная ёмкость, мощность, тип источника питания и функции безопасности.
Щипцы для тиглей:
Инструмент для удержания и фиксации тиглей или чашеобразных емкостей, который используют для плавления золота, серебра и других ценных металлов в процессе производства ювелирных изделий.
Некоторые особенности таких щипцов:
- изготовлены из высокопрочных материалов, обеспечивающих надёжный и мощный захват;
- обладают термостойкостью, что позволяет им работать в высокотемпературных печах без деформации и повреждений;
- подходят для тиглей и чашеобразных контейнеров различных размеров.
Средства индивидуальной защиты при плавке металла и ТБ:
Для обеспечения личной безопасности обязательно наличие защитных очков, термостойких перчаток и огнестойкого фартука. Плавка металлов – один из наиболее опасных процессов, при котором несоблюдение безопасности труда может вызвать серьезные травмы.
Выполнять плавку можно только на полностью исправном и налаженном оборудовании. Вся плавильная оснастка должна быть заранее подготовлена и разложена на удобных для работы участках.
Плавку следует проводить в защитных очках и с предельной осторожностью. Загружать шихту в нагретый тигель нужно при помощи специального жестяного совочка, размеры которого позволяют безопасно провести операцию.
Помешивание расплава и снятие шлака осуществляют специальной графитовой или кварцевой мешалкой, длина которой обеспечивает удобство работы и надежную защиту рук от ожогов.
Важно: особой осторожности требует разлив металла в изложницы. Кроме того, что необходим навык, надо убедиться в правильности установки изложницы и степени смазки ее.
Лишняя смазка может вызвать разбрызгивание сплава. Плавильщик обязан работать в защитном фартуке из кожи, брезента или войлока. «Выброс» слитков из изложниц и охлаждение их производят в рукавицах.
Ювелирные изложницы (ингусы):
Это металлические формы, в которые заливают расплавленный металл для получения заготовок определённого размера и формы. Нерабочая стенка изложницы делается выше, она служит «экраном», направляющим расплав в паз. Размеры изложниц и толщина их стенок зависят от размеров слитка.
Некоторые виды ювелирных изложниц:
- Стандартные для слитков. Используются для создания слитков стандартной формы и размера. Подходят для работы с золотом, серебром и платиной.
- Регулируемые. Позволяют менять размеры и объём заливаемого металла. Подходят для создания заготовок под различные изделия и экспериментальной работы.
- Для проволоки и пластин. Специальные формы для получения металлической проволоки или пластин. Используются для создания заготовок, которые затем можно прокатывать и вытягивать.
- Графитовые. Обладают высокой термостойкостью и химической инертностью. Идеальны для работы с драгоценными металлами, так как не вступают в реакцию с расплавом и сохраняют чистоту сплава.
При выборе изложницы учитывают тип и объём металла, форму и размер заготовок, материал. Стандартные модели ювелирных изложниц выполняются из стали или чугуна, иногда с защитным покрытием.
Флюсы для ювелирной плавки металла:
Это вещества, которые добавляют в расплавленную массу для очистки и защиты металла или химические соединение, предотвращающие окисление и загрязнение расплавленного металла примесями.
Некоторые виды флюсов и их свойства:
- Бура. Важнейший флюс, который облегчает процесс плавки. Расплавленная бура образует на стенках тигля глазурь, предохраняет расплав от доступа кислорода и растворяет окислы металлов.
- Сода. Применяется в ювелирном деле как флюс при восстановительной плавке. При температуре 850 °С она плавится и образует с окислами металлов карбонаты, которые поднимаются на поверхность в виде шлаков. Нитрат калия (калиевая селитра). Извлекает небольшие загрязнения из чистого золота, окисляя неблагородные металлы. Однако нитраты не рекомендуются для промышленного применения, так как выделяют в атмосферу пары.
- Смеси флюсов. Применяются для повышения эффективности действия отдельных компонентов, а также для снижения температуры плавления флюсов. Все флюсы и добавки должны вноситься в сплав в минимально необходимых количествах.
Пошаговый процесс плавки ювелирных изделий
Подготовьте свое рабочее место: работайте в хорошо проветриваемом помещении с огнестойкой поверхностью. Перед началом работы подготовьте все инструменты и средства личной защиты.
- Меры предосторожности. Нужно надеть защитное снаряжение, например термостойкие перчатки, защитные очки и термостойкий фартук. Работать следует в хорошо проветриваемом помещении или использовать вытяжной шкаф.
- Подготовка оборудования. Необходимо установить плавильное оборудование (горелку или плавильную печку) в безопасном и устойчивом месте. Под зону плавления нужно поместить огнестойкую поверхность, например керамическую плитку или металлический поднос.
- Очищение металла (шихты). Нужно убедиться, что металл/сплав и не содержит примесей или загрязнений. С поверхности металла удаляют грязь, масла и другие посторонние вещества до плавки. (можно еще «пройтись» неодимовым магнитом во избежание попадания металлических частиц в расплав).
- Подготовка тигля. Тигель должен быть чистым и свободным от мусора и загрязнений. Если используется новый тигель, рекомендуется постепенно его нагревать, чтобы удалить влагу, а также «пробурить» - т.е. взять сухую буру поместить ее в новый тигель и обжечь тигель с бурой до равномерного покрытия расплавленной бурой внутренней поверхности тигеля.
- Взвешивание и добавление шихты. Металл (шихту), который нужно расплавить, взвешивают на точных весах и помещают в тигель. Нельзя перегружать тигель, так как это может привести к разливу расплава или затруднениям в достижении нужной температуры плавления.
- Нагрев тигля. Тигель с металлом(шихтой) помещают нагревают горелкой - постепенно увеличивают температуру, чтобы достичь температуры плавления металла. Начните с низкого нагрева и постепенно увеличивайте его, пока металл не достигнет точки плавления. Например: серебро: ~1763°F (961°C); золото: ~1948°F (1064°C); платина: ~ 3215°F (1768°C)(или же если плавка осуществляется в плавильной печи плавно повышая температуру плавления – некоторые печи оснащены автоматическими термопарами. Помните, что всегда нужно следовать инструкциям производителя по эксплуатации печи).
- Наблюдение за процессом плавления. По мере повышения температуры металл начнёт плавиться и образовывать «зеркало» расплава. Нужно использовать подходящий инструмент, например щипцы или графитовый стержень, чтобы осторожно перемешать расплав, обеспечивая тем самым равномерный нагрев.
- Удаление примесей. Во время процесса плавки примеси или нежелательные материалы могут подняться на поверхность расплава. Нужно использовать скимминг или графитовый стержень (или титановую палочку), чтобы аккуратно удалить с поверхности любые загрязнения.
- Заливка расплавленного металла. После того как металл полностью расплавится и все примеси будут удалены, можно приступить к заливке или отливке расплава в нужную форму изложницу (ингус).
- Охлаждение и затвердение. После заливки расплава нужно дать ему остыть и затвердеть. Время охлаждения зависит от размера и толщины. Нельзя трогать и перемещать расплав, пока оно полностью не затвердеет. Дать остыть расплаву можно естественным способом либо в воде (в данном случае стоит помнить, что быстрое охлаждение в воде делает металл «грубее» и «тверже»). Исключение составляет ситуация, когда вы плавите металл в тигле в бесформенную «бульку» и вам нужно извлечь ее из тигля до того, как «булька» «прилипнет намертво» к тиглю и положить ее на медь – фрагмент медного листа, или пластину для более скорого остывания.
Распространенные проблемы процесса плавки и пути их решения
- Проблема: Поверхность металла становится тусклой или шероховатой.
Решение: используйте флюс и обеспечьте чистоту рабочего места, чтобы свести к минимуму воздействие кислорода. - Проблема: металл плавится неравномерно, что приводит к неоднородностям.
Решение: равномерно прогревайте, избегая перегрева отдельных участков. - Проблема: в охлажденном металле образуются крошечные отверстия.
Решение: убедитесь, что металл тщательно прогрет и в процессе розлива в форму – льется плавно, для того чтобы минимизировать количество оставшегося воздуха.
Плавка металла — это не просто технический процесс, это определенная форма искусства и творческий навык мастера, который позволяет ювелирам превращать «сырье» в потрясающие творения.
Инвестируя в правильные инструменты, постоянно практикуя процесс плавки и уделяя первостепенное внимание безопасности, вы повышаете свою эффективность и мастерство.
Авторы материала: Дмитрий Татауров и Алексей Туев.
