Zastosowanie stali w jubilerstwie Pojęcie "stal" określa stop żelaza z węglem. Żelazo, obok aluminium, jest najczęściej występującym metalem ciężkim. Występuje głównie w formie związków chemicznych, rzadko w formie metalicznej - w tej postaci spotykane jest tylko żelazo pochodzenia kosmicznego, czyli meteoryty. Prawdopodobnie jądro Ziemi zbudowane jest właśnie z metalicznego żelaza. Najważniejsze rudy żelaza to magnetyt, hematyt, limonit i syderyt. Ciężar właściwy żelaza zbliżony jest do ciężaru właściwego miedzi czy cynku - wynosi 7,89g/cm3. Temperatura topnienia żelaza to 1528 C. Żelazo szczególnie dobrze tworzy stopy z węglem w stanie ciekłym - może rozpuścić do 6,6% węgla. Stopy te mają szczególne znaczenie dla tworzenia szerokiej gamy stopów technicznych o zróżnicowanych właściwościach. Doświadczenie kilku tysięcy lat pozwoliło na udoskonalenie i doprowadzenie do perfekcji wytopu różnych gatunków stali. Mieszkańcy północno-zachodniej Grecji nazywali ten stop mocny", odróżniając go w ten sposób od mniej wytrzymałego brązu. W języku celtyckim i germańskim stop ten nosił nazwę isarna", a później stahal", co w efekcie ukształtowało dzisiejszą nazwę stal". Najstarsze, odnalezione w egipskich grobowcach ozdoby z żelaza pochodzą z okresu około 4200-3800 p.n.e. Są to tzw. perły żelazne, powstałe z rozklepanych meteorytów żelaznych, zrolowanych i połączonych podobnymi elementami wykonanymi ze złota. Stal powstałą w drodze wytopu udało się otrzymać dopiero w latach 2650-2540 p.n.e. Technologia wytopu przy użyciu złotego piasku powodowała, że stal była droższa od miedzi i srebra. Mała twardość i wysoka cena sprawiły, że stal nie znalazła zastosowania do wyrobu przedmiotów codziennego użytku. Dopiero około 1 / 5
1580 roku p.n.e. odkryto, że można wytapiać stal z rudy przy użyciu węgla drzewnego. Właśnie taka, niskim kosztem otrzymana stal nadawała się do wyrobu przedmiotów codziennego użytku - przykładem może być sztylet Tutenchamona, uznawany za najstarszy odnaleziony przedmiot wykonany ze stali. Od tego momentu stal stawała się coraz bardziej popularna, a technologia jej wytopu była coraz bardziej udoskonalana - i tak aż do czasów nam współczesnych, kiedy stal, obok aluminium, jest stopem najbardziej rozpowszechnionym i wykorzystywanym. Według współczesnej klasyfikacji stale dzielimy na węglowe i stopowe, a zaliczenie stali do jednego lub drugiego gatunku jest ustalane na podstawie umownej zawartości poszczególnych składników stopowych. W zależności od zastosowania wyróżnia się stale: konstrukcyjne (węglowe i stopowe), narzędziowe (węglowe i stopowe) i stale o szczególnych własnościach (stopowe). W kręgu naszego zainteresowania znajduje się właśnie ten ostatni rodzaj - stal o szczególnych własnościach, potocznie określana jako stal szlachetna. Do tego rodzaju zalicza się szereg gatunków stali charakteryzujących się dużą czystością, co w wypadku stali oznacza zawartość fosforu i siarki poniżej 0,035%. Gatunki te wymagają bardziej restrykcyjnych warunków wytopu i bardziej skomplikowanej technologii obróbki, co warunkuje powstawanie jednorodnej struktury wolnej od mechanicznych i chemicznych zanieczyszczeń. Do wyrobu sztućców, artykułów gospodarstwa domowego i biżuterii stosuje się głównie stale nierdzewne i kwasoodporne, chromowe i chromo- wo-niklowe. Ostrza noży wykonywane są z gatunków zwanych twardymi, o zawartości węgla około 0,15%, w odróżnieniu od tak zwanych gatunków miękkich, o zawartości węgla około 0,07%. Wszystkie wyżej wymienione gatunki stali o zawartości chromu ponad 12% charakteryzują się ładnym srebrzystym kolorem, dają się dobrze polerować i wypolerowane są całkowicie odporne na korozję. Nie są jednak odporne na działanie większości soli, kwasów mineralnych i organicznych, np. kwasów owocowych. Stale te nie dają się hartować, tak więc podwyższenie twardości może nastąpić tylko w wyniku obróbki plastycznej - przez walcowanie, ciągnienie, wytłaczanie. Mimo wymienionych wad do wyrobu biżuterii, sztućców i zastawy stołowej używana jest głównie prostsza w obróbce stal nierdzewna, a tylko w wyjątkowych wypadkach można użyć któregoś z licznych gatunków stali kwasoodpornych, żaroodpornych lub żarowytrzymałych, są to bowiem stale trudne w obróbce tak skrawaniem, jak i termicznej. W dzisiejszym złotnictwie do wyrobu biżuterii, sztućców i przedmiotów korpusowych używa się praktycznie tylko dwóch gatunków stali nierdzewnych - - według norm DIN są to stale o symbolach X7Cu14 i X12CuNi188. Polskie oznaczenie tych stali to: 1H13, 2H13, 2H14, 3H14, OH18N9, 1H18N9. Polska Norma zawiera więcej gatunków w zależności od rodzaju obróbki i zastosowania gotowego wyrobu. Jest to norma PN-71 H6020. Warto dodać, że w złotnictwie stal znajduje dwojakie zastosowanie - jako obrabiany materiał 2 / 5
oraz jako surowiec do wyrobu narzędzi, służących jego obróbce. W zegarkach i biżuterii Obok biżuterii ze stali spotykamy dziś często stalowe koperty i bransolety zegarków, można mówić już nawet o klasycznym połączeniu stal-złoto. Niektóre modele zegarków z najwyższej półki, jak Rolex, Jaeger-Le-Coul- tre, Audemars Piguet wykonane są ze stali kwasoodpornej z elementami z 18-karatowego złota. Biżuteria stalowa, podobnie jak wyżej wymienione zegarki, znajduje odbiorców w grupie ludzi, których stać na zakup złota lub platyny - dzieje się tak dlatego, że zalety stali przy zastosowaniu w biżuterii przewyższają niekiedy zalety złota czy platyny. Niezaprzeczalną wadą stali jest natomiast fakt, że zawartość niklu i chromu dyskwalifikuje ten materiał dla osób mających alergię na te metale, jednak w tym przypadku podobnie jest ze stopami niklowymi złota i srebra. Wielu znanych projektantów i producentów zagranicznych wykonuje biżuterię ze stali - są to na przykład Gunter Wermekes z Niemiec, który łączy stal z brylantami czy C.F. Dau, łączący stal z tytanem, złotem, srebrem, palladem, platyną czy aluminium. Wśród krajowych projektantów należałoby wymienić Jacka Byczewskiego, który srebro i złoto łączy ze stalą. Również wśród biżuterii projektowanej i wykonywanej przeze mnie są przedmioty ze stali. Wiele firm produkuje biżuterię ze stali przy użyciu obrabiarek CNC - są to przedmioty od początku do końca wykonane za pomocą obrabiarek sterowanych komputerem. Przykładem tu może być szwajcarska firma Atelier Aepero. Niestety, w zwykłej pracowni złotniczej trudno jest stworzyć warunki, które zapewniłyby taką obróbkę stali, aby materiał ten nie był narażony na niebezpieczeństwo utraty właściwości przez nieprawidłową obróbkę, a błędy w obróbce stali nierdzewnej mogą doprowadzić do nieodwracalnych zmian w strukturze stopu. Najczęściej popełnianym błędem jest lutowanie na węglu drzewnym i nadmierne przegrzewanie, co prowadzi do nawęglenia i utlenienia niektórych składników stopu, przez co traci on swe pierwotne właściwości. Zasady obróbki stali Oto kilka wskazówek, dotyczących zasad prawidłowego obchodzenia się z tym materiałem: 1. Obróbka plastyczna Do obróbki przez walcowanie czy ciągnienie należy używać narzędzi z wysokogatunkowej stali lub, jak w przypadku ciągnienia, spieków i diamentu. Jako środek smarny najlepsze są tlenek ołowiu lub grafit z wodą. Dopuszczalne jest wyżarzanie, ale musi ono przebiegać szybko i, jeśli to możliwe, za pomocą palników wodoro- -tlenowych lub elektrycznie. Po wyżarzeniu materiał należy schłodzić w wodzie lub za pomocą sprężonego powietrza 2. Stal tzw. szlachetną można też odlewać - odlewanie takiej stali możliwe jest w odlewarkach 3 / 5
odśrodkowych czy próżniowych, z tym że należy stosować inne masy formierskie i inne parametry odlewu (do odlewania najlepiej przystosowane są stopy protetyczne). Problemem może okazać się topienie - łukiem elektrycznym lub w piecu indukcyjnym 3. Przy lutowaniu stali należy używać lutów srebrnych lub przeznaczonych do białego złota, ponieważ posiadają one lepsze właściwości dyfuzyjne i powstała spoina jest bardziej odporna mechanicznie. Fugi powinny być jak najmniejsze, ponieważ napięcie powierzchniowe sprawia, że lut nie wypełni szerokiej fugi, a ewentualna obróbka mechaniczna spowoduje wyszlifowanie lub wypolerowanie fug, i w efekcie powstaną skazy podobne do zarysowań. Miejsce lutowania i jego okolice należy zabezpieczyć pastą lutowniczą (gotową pastą, mieszanką boraksu z kwasem bornym lub mieszanką boraksu z salmia- kiem). Przy lutowaniu przedmiotów korpusowych trzeba zabezpieczać większe powierzchnie, aby uniknąć przegrzania i wypaczenia. Niektóre gatunki stali nierdzewnej dają się świetnie spawać, niestety spawanie stali wymaga specjalnych warunków i urządzeń. Przy seryjnej produkcji zegarków, biżuterii czy artykułów gospodarstwa domowego najlepiej sprawdza się metoda zgrzewania punktowego. Po spawaniu, w celu usunięcia naprężeń, gotowe elementy należy wygrzać. Tutaj należy przestrzegać wskazówek i zaleceń producenta stali 4. Wytrawianie i bejcowanie. Jeżeli konieczne jest tylko usunięcie resztek lutówki, wystarczy zwykła bejca. Normalnie do tego gatunku stali stosuje się mieszaninę kwasów - 3 części HCL (kwas solny), 1 część H2SO4 (kwas siarkowy) i 1 część HNO3 (kwas azotowy) 5. Szlifowanie i polerowanie wykonuje się podobnie jak przy innych metalach, z tym, że polerowanie należy przeprowadzać w dwóch etapach: pierwszy za pomocą skórzanych lub filcowych tarcz i zielonej pasty; drugi etap to polerowanie na tarczach wełnianych przy użyciu pasty białej lub błękitnej. Możliwe, choć nie zawsze efektywne, jest też polerowanie elektrolityczne 6. Obróbka galwaniczna jest możliwa po naniesieniu na powierzchnię stali warstwy pośredniej z mosiądzu lub miedzi 7. Stal jest jednym z najlepszych podłoży do emalii 4 / 5
8. Inkrustacja stali metalami szlachetnymi po uprzednim wytrawieniu lub rytowaniu. Nie jest to nowa technologia, w okresie średniowiecza z powodzeniem była stosowana przez Wikingów; 9. Obróbka skrawaniem stali wymaga siły i cierpliwości. Podobnie jak przy ciągnieniu, przy piłowaniu możemy posłużyć się smarowidłem grafitowym. Narzędzia skrawające powinny być ostre i z dobrej stali. Obróbka mechaniczna, czyli wiercenie i toczenie musi się odbywać przy niskich szybkościach skrawania i z dobrym odprowadzeniem ciepła za pomocą chłodziwa. Przy przestrzeganiu podstawowych zasad obróbki, tworzenie ze stali biżuterii lub innych przedmiotów może być tylko przyjemnością, a ich użytkownicy mogą być pewni, że mają do czynienia z przedmiotami o dużej trwałości. Ich wartość będzie zależała tylko i wyłącznie od tego, czy projektantowi udało się stworzyć przedmiot o ponadczasowych walorach estetycznych. Pamiętajmy, że ozdoby z żelaza noszono już 6000 lat temu, a więc posiadanie dobrze zaprojektowanej i wykonanej biżuterii ze stali jest dziś postrzegane tak, jak posiadanie takowej ze złota czy platyny. Na koniec - pamiętajmy, że ozdoby z że laza noszono już 6000 lat temu! Źródło: "Sztuka Złotnicza" 1/(00)5 5 / 5