Abstract
The jewelry industry has been searching for sterling silver with high hardness values as it is believed by the industry to have direct effect on scratch resistance as well as improved mechanical properties such as “spring” property. Even though the direct relationship between hardness and how springy the jewelry articles are could not be linked. However it is a conventional wisdom of goldsmith to observe the usual trend for alloys with higher hardness to be more elastic. Moreover it is a common and cheap test to apply to a jewelry article. Therefore it is common find jewelry manufacturers to discuss and compare hardness values. The current commercial alloys could reach 140–170 HV after careful heat treatments and/or mechanical treatments. In our research, we focused on a systematic alloy development study of ultra-hard silver alloy systems. These systems could reach high hardness values in as-cast state without subsequent post-processing treatments. The complex system comprises of silver content in the range of 80.0–92.5 wt.- % with supersaturated matrix. Twenty-two alloying element candidates and fifteen supersaturated ternary and quaternary compositions were investigated. Vickers hardness tests were performed on prototyped alloy ingots. X-ray diffraction analysis was used to measure the lattice distortion as well as to identify second or third phases in the alloys, if they existed. Metallography and electron microscopes were used to identify the microstructures. Seven developed alloy systems were presented in this paper as the investigation led to the discovery of a quaternary ductile alloy system with the hardness value of 142 HV as cast. The microstructure of the quaternary alloy was mostly single phase and these preliminary results suggested the alloy could be a good candidate for jewelry application.
Kurzfassung
Die Schmuckindustrie sucht nach Sterling Silber mit hoher Härte, da von der Industrie angenommen wird, dass dies eine direkte Auswirkung auf die Kratzfestigkeit sowie auf verbesserte mechanische Eigenschaften, wie die Federeigenschaft, hat. Dies ist sogar der Fall, obwohl ein direktes Verhältnis zwischen Härte und den Federeigenschaften nicht hergestellt werden kann. Es besteht allerdings ein konventionelles Wissen der Goldschmiede dahingehend, dass ein üblicher Trend beobachtet wird, dem zufolge Legierungen mit höherer Härte sich entsprechend elastischer verhalten. Darüber hinaus ist dies ein üblicher und billiger Test, der an jedem Schmuckartikel durchgeführt werden kann. Es ist daher unter Schmuckverarbeitern üblich, die Härte der Legierungen zu diskutieren und zu vergleichen. Die derzeitigen kommerziellen Legierungen können 140 bis 170 HV nach sorgfältigen Wärmebehandlungen und/oder mechanischer Bearbeitung erreichen. In den diesem Beitrag zugrunde liegenden Forschungsarbeiten wurde sich auf eine systematische Legierungsentwicklung konzentriert und es wurden ultraharte Silberlegierungen untersucht. Diese Legierungssysteme können hohe Härtewerte im Gußzustand ohne nachfolgende Wärmebehandlung erreichen. Im komplexen Legierungssystem hat eine Silberkonzentration von 92,5 wt.- % in der übersättigten Matrix. Zweiundzwanzig Kandiadten als Legierungselemente und fünfzehn übersättigte tertiäre und quaternäre Zusammensetzungen wurden untersucht. Mit den Legierungsprototypen wurden Vickers-Härteprüfungen durchgeführt. Zudem wurde Röntgendiffraktometrie eingesetzt, um die Gitteraufweitung sowie die zweiten und dritten Phasen in den Legierungen zu identifizieren, wenn sie denn existierten. Metallografie und Elektronenmikroskopie wurden eingesetzt, um die Gefüge zu bestimmen. In dem vorliegenden Beitrag werden sieben Legierungssysteme präsentiert, zumal die Untersuchung zur Entdeckung eines zähen quaternären Legierungssystems führte, dass im Gußzustand eine Härte von 142 HV aufweist. Die Mikrostruktur dieser quaternären Legierung ist überwiegend einphasig und diese ersten Ergebnisse zeigen, dass die Legierung ein guter Kandidat für Schmuckanwendungen ist.
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