CN101928898A - 一种提高高纯金的硬度和强度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：A)将市售的高纯金块放在高纯高强高密度石墨坩埚内，置于真空熔炼炉中，在真空度为10-3Pa级高真空条件下加热至高纯金块熔化后，在真空熔炼炉中缓慢冷却至室温，得到高纯金母材原始工件；B)将高纯金原始工件放在模具内，在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能使原始工件产生快速压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。同现有技术比较，本发明的优点是：1)不改变高纯金的纯度；2)方法简单，设备便宜，采用液氮和重力落锤实现高纯金的低温快速变形，提高了高纯金的硬度和强度；3)本方法也适用于提高纯金，千足金，足金，以及不同纯度K金和金合金的强度和硬度。

Description

一种提高高纯金的硬度和强度的方法
技术领域
本发明涉及一种金属的快速压缩形变加工方法，特别涉及一种提高高纯金的硬度和强度的方法。
背景技术
提高金属材料的硬度和强度的方法之一是细化晶粒。金属材料细化晶粒可以采用多种技术加以实现，例如合金化，热处理，亚微米粉体或者纳米粉体的压结和烧结，以及强烈形变等技术。这些方法在钢铁材料中应用很广泛，近年随着纳米技术的发展，采用多种纳米技术将多种金属材料进行晶粒细化，提高其硬度和强度。关于金属铜晶粒细化的研究和专利比较多，下面给出部分文献和专利。Valiev〔文献1：Valiev.R.Z，Journal of Materials Research(材料研究杂志)，2002，17：5〕提出采用简单的室温等通道挤压强烈形变方法将铜的晶粒细化至100纳米，将铜的屈服强度提高至380MPa；K.Han等人〔文献2：Han K，Walsh RP，Ishmaku A，Philosophical Magazine A(哲学杂志A)，2004；84：3705〕在液氮低温下拉拔铜块材，将铜的室温抗拉强度提高至563MPa；中国专利CN200510047555.2提出在30℃至-200℃温度范围内，采用动态高速变形技术，对铜块材进行多次压缩变形，每次变形量ε＝Ln(H0/H)在0.1～0.6范围，当总变形量ε大于1.8时，铜的室温屈服强度大幅提高至768MPa。
提高高纯金的硬度和强度的传统方法是添加银、铜、钛等元素，得到不同纯度的金合金，结果是降低了金材料中金的含量，即降低了金的纯度，例如，纯金：金含量为99.99％，或以上；千足金：金含量为99.9％；足金：金含量为99.0％；22K金：金含量为91.7％；18K金：金含量为75.0％；等等。中国专利CN98113521.8提出通过添加重量不超过千分之九十九的合金元素提高纯金的硬度和强度，用于制造纯度达到百分之九十九的高强高硬足金首饰。
纯度在99.99％以上的高纯金在全世界被广泛应用于制造戒指和手镯等首饰，金币，钟表外壳，以及金菩萨等工艺品，不仅外观保持高纯金的金光灿灿本色，而且具有保值和升值功能。另外，高纯金被广泛应用于齿科构件，出于健康和安全性的考虑，要求金齿科构件的金纯度越高越好，但是由于高纯金的自身硬度非常低，用牙齿都能咬出痕迹，不耐磨损，很容易损坏，很难制造出精美耐用的产品，因此提高高纯金的硬度和强度具有广泛的应用价值，至今未见保持纯度不变的条件下提高高纯金硬度和强度方面的报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种不改变纯度为99.999％的高纯金的纯度而提高其硬度和强度的方法，克服高纯金的硬度偏低，很难制造出精美耐用的高纯金首饰，钟表，金币，工艺品，以及高纯金齿科构件等产品的缺陷。
一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：将市售的高纯金块样品放在高纯高强高密度石墨坩埚内，置于真空熔炼炉中，在真空度为10-3Pa级高真空条件下加热至高纯金块熔化后，在真空熔炼炉中缓慢冷却至室温，得到圆柱体状高纯金原始工件；然后，将高纯金原始工件放在模具内，在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能令原始工件产生压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。
一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：将市售的高纯金块样品，按预先设计的形状加工成原始工件，将原始工件放在模具内，在-196℃液氮温度条件下，采用重力落锤落下的动能令工件产生压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。
一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：按照产品设计要求的形状和重量从黄金市场购买高纯金块原始工件，在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能令高纯金原始工件产生快速压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。
压缩应变率的计算公式为：ε＝Ln(H0/H)，式中ε为总压缩应变量，H0为原始工件压缩形变前的厚度，H为原始工件压缩形变后的厚度，调整落锤重量，落锤下落高度，落锤下落数次，获得不同的总压缩应变量ε的高纯金块体，即得到不同硬度和强度的高纯金块体。
同现有技术比较，本发明的优点是：1)不改变高纯金的纯度；2)方法简单，设备便宜，采用液氮温度下重力落锤实现高纯金的低温快速变形，调整落锤重量，落锤下落高度，以及落锤下落次数，即能得到不同的硬度和强度的高纯金块体；3)本方法也适用于提高纯金，千足金，足金，以及不同纯度K金和金合金的强度和硬度。
附图说明
图1为采用本发明方法制成的高硬高强高纯金的室温拉伸曲线，横坐标为延伸率％，纵坐标为拉伸应力MPa。
图2为采用本发明方法制成的高硬高强高纯金的室温压缩曲线，横坐标为压缩应变率ε，纵坐标为压缩应力MPa。
具体实施方式
实施例1：
一种提高高纯金的硬度和强度的方法，将184.82克从中国黄金店购买的纯度为99.999％的高纯金纪念币上取下的样品，放在内径为20毫米的高纯高强高密度石墨坩埚内，置于真空熔炼炉中，在真空度为2.6×10-3Pa的高真空条件下，加热至高纯金块体熔化后，在真空熔炼炉中缓慢冷却至室温，得到直径为20毫米，长度为31.16毫米的圆柱体状高纯金原始工件。由于金与碳不共溶，高纯金块体在高纯高强高密度石墨坩埚内熔化不会降低原始工件的纯度。原始工件经过清洗后在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能令原始工件快速压缩形变，经过一次落锤快速压缩形变，得到高度为6.9毫米，直径为42.5毫米的高纯金圆块状产品。压缩应变率ε＝Ln(H0/H)＝1.51。经检测，圆块状产品的显微硬度为84.3，原始工件的显微硬度为42.3。上述结果表明，经过低温快速压缩形变处理后，高纯金的硬度提高了一倍。从高硬高强高纯金圆块产品上制备厚度为6.9毫米，标距为6毫米，标距截面积为17.2平方毫米的拉伸试样，拉伸试验结果表明：高硬高强高纯金的抗拉强度为242MPa，与抗拉强度对应的延伸率达到58％，断裂时的延伸率达到80％，见图1，显示很好的拉伸延展性；又从高硬高强高纯金圆块产品上制备直径为4毫米，高度为6.9毫米的压缩试样，压缩试验结果表明：高硬高强高纯金的压缩屈服强度为226MPa，压缩应变率ε达到1.4时，压缩样品边缘没有出现裂纹，显示很好的压缩延展性，见图2。
实施例2：
一种提高高纯金的硬度和强度的方法，从中国黄金店市场购买的纯度为99.999％的高纯金产品上加工直径为4毫米，长度为12毫米的圆柱体状高纯金原始工件，然后在-196℃液氮温度条件下用重力落锤落下的动能令原始工件快速压缩形变，经过一次落锤快速压缩形变，得到高度为1.96毫米，直径为9.90毫米的圆块状产品，压缩应变率ε＝Ln(H0/H)＝1.81。经检测，高纯金圆块状产品的显微硬度为91.5，原始工件的显微硬度为42.3。上述结果表明：经过低温快速强形变处理后，高纯金的硬度提高了1.16倍。
实施例3：
一种提高高纯金的硬度和强度的方法，从中国黄金市场购买纯度为99.999％的高纯金圆柱体状原始工件，其直径为3毫米，长度为9毫米，然后在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能令原始工件快速压缩形变，经过一次落锤快速压缩形变，得到高度为1.28毫米，直径为7.95毫米的圆块状产品。压缩应变率ε＝Ln(H0/H)＝1.95。经检测，高纯金圆块状产品的显微硬度为99.3，原始工件的显微硬度为41.2。上述结果表明：经过低温快速强形变处理后，高纯金的硬度提高了1.41倍。

Claims (3)

1.一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：
A)将市售的高纯金块样品放在按照预先设计形状和重量的高纯高强高密度石墨坩埚内，置于真空熔炼炉中，在真空度为10-3Pa级高真空条件下加热至高纯金块熔化后，在真空熔炼炉中缓慢冷却至室温，得到高纯金原始工件；
B)将原始工件放在按照预先设计形状的模具内，在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能令原始工件产生快速压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。
2.一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：
A)将市售的高纯金块样品按照设计形状加工成原始工件；
B)将原始工件放在模具内，在-196℃液氮温度条件下，采用重力落锤落下的动能令原始工件产生快速压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。
3.一种提高高纯金的硬度和强度的方法，其特征在于采用以下步骤：
按照产品设计要求的形状和重量从黄金市场购买高纯金原始工件，将原始工件放在模具内，在-196℃液氮温度条件下采用重力落锤落下的动能令原始工件产生快速压缩形变，获得高硬高强高纯金块体。
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