CC BY
47
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 621.777:669.231.7
Довженко Н.Н., Свдельников С.Б., Биронг B.C., РудницкийЭ.А.,
Столяров А.В., Усков И.В., Лопатина Е.С., Ходю ков Б.П.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЕССЕРЕБРЯНЫХ ПАЛЛАДИЕВЫХ СПЛАВОВ
При производстве ювелирных изделий из палладиевых сплавов (цепочки, серьги, колье, броши и т.п.) достаточно широко используются деформированные полуфабрикаты в ввде проволоки [1, 2]. Предыдущие исследования [3] показали, что серебросодержащие сплавы палладия 850 пригодны для изготовления ювелирных из -делий и полуфабрикатов методами микролигья, штамповки, сортовой прокатки и волочения. Од -нако при производстве ювелирных цепочек, когда сварка звеньев производится путем аргонодуговой сварки с высокими температурами нагрева металла в очаге сварки, их использование приводит к образованию дефектов в виде пор, что ведет к раскрытию сварного шва и разрушению цепочки. Кардинальным решением в этом случае для получения качественных сварных цепочек из палладиевых сплавов, на наш взгляд, является путь изменения химического состава сплавов за счет исключения из состава сплава серебра как легирующего компонента [3].
Для подтверждения данного предположения были проведены исследования, заключающиеся в разработке новых составов бессеребряных сплавов, отладке технологической схемы производства из них проволоки и получения цепочек со сваркой звеньев с применением аргонодуговой сварки
При промышленном опробовании сплава первого состава, содержащего медь и хром в количестве 15% (по массе), было выявлено образование микротрещин на поверхности заготовки при дос-тижении степени деформации 62%. Дальнейшая деформация до прутка сечением 1,05^1,05 мм (степень деформации 92%) приводила к «залечиванию » микротрещин. Однако при дальнейшей термической обработке после рекристаллизацион-ного отжига, на этапе охлаждения прутка, произошло его разрушение, что связано с охрупчива-нием сплава при использовании такого легирующего компонента, как хром.
* В работе принимали участие НА. Грищенко, И.С. Гоголь, О.О. Виноградов, О.В. Бабушкин.
Положительные результаты получены на сплаве второго состава с суммарным содержанием золота и меди в количестве 15% (по массе). Технология получения проволоки из этого сплава не -сколько отличалась от технологии, применявшейся для сплавов, содержащих серебро. Так, литье осуществлялось в горизонтальную, водоохлаждаемую медную изложницу высотой 60 мм. После удаления из центральной части усадочной раковины слиток разделяли на три части для последующей ковки. Перед ковкой слиток подвергали гомо-генизациоиному отжигу при температуре 900°С в течение 30 мин, а затем обрабатывали путем протяжки по схеме квадрат-прямоугольник-квадрат за несколько переходов. Протяжку исходного слитка осуществляли на пневматическом молоте с массой падающих частей 150 кг. По мере уменьшения поперечного сечения заготовки переходили на молот с массой падающих частей 80 кг. Величина общего укова составила 9.
Дальнейшую холодную деформацию проводили по разработанной ранее технологии [3], которая включала сортовую прокатку заготовки с размера 15x15 мм до размера 1,05^1,05 мм и волочение до конечного диаметра проволоки 0,3 мм. Полученный в результате сортовой прокатки пруток сече -нием 1,05x1,05 мм подвергали рекристаллизаци-онному отжигу, график режима которого пред -ставлен на рис. 1. Защитная атмосфера обеспечивалась подачей аргона со скоростью 25 л/ч.
С целью изучения механических свойств экспериментального сплава по ходу волочения от -бирали образцы проволоки со степенью деформации 42, 65, 82, 89 и 94°%. Кривые зависимости временного сопротивления разрыву и относительного удлинения от суммарной степени деформации представлены на рис. 2 и 3.
Полученные данные были аппроксимированы зависимостью с помощью программного обеспе -чения Microsoft Excel, при этом величина достоверности аппроксимации составила R2 = 0,9986, а формула имела ввд
ав = 0,001s* - 0,2411s| + 21,057ss + 395,31.
Разработка технологии производства ювелирных изделий... ДовженкоН.Н, Сидельников С.Б., БиронтВ.С. идр.
Анализ полученных зависимостей показал, что экспериментальный сплав характеризуется достаточно высокими пластическими (удлинение до 36%) и прочностными (временное сопротивление разрыву до 750 МПа) свойствами. В процессе волочения упрочнение металла вдет достаточно интенсивно , однако при этом деформация до 94% возможна без применения промежуточных отжигов. Для последующего цепевязания требовался
Рис. 1. Температурно-временной режим термической обработки прутка сечением 1,05x1,05 мм
800 3 700
г 600
5 500
^ 400 | 300 ^ 200 100 0
0 20 40 60 80
Суммарная степень деформации - £, %
Рис. 2. Временное сопротивление разрыву экспериментального сплава палладия при растяжении в зависимости от степени холодной деформации
100
в
и
5
О
о
в
О
0 20 40 60 80 100
Суммарная степеньдефэрмации - е,%
Рис. 3. Относительное удлинение экспериментального сплава палладия при растяжении в зависимости от степени холодной деформации
отжиг, который осуществлялся в непрерывной печи с атмосферой аргона. Параметры отжига являлись предметом исследований и варьировались в пределах: температура 750-800°С, подача аргона 250, 1000 л/ч, скорость протяжки оставалась неиз-меной у=35 м/мин. Цепевязание проводили по ре -жимам, указанным в таблице. Здесь же приведены варианты технологии отжига проволоки, использованной для цепевязания.
Испытания звенев цепочек производили на механическом динамометре высокой точности модели А/71. Длина рабочей зоны образца 50 мм. Испытанию подвергались не менее трех образцов , полученных по одному режиму. Результаты испытаний также сведены в таблицу.
Анализ результатов испытаний на разрыв цепочек, полученных из отожженной проволоки при температуре 800°С с удельным расходом аргона 250 л/ч, показал неудовлетворительные результа-ты. Недостаточное количество аргона не позволяет полностью исключить окислительную среду в рабочем пространстве печи, что может приводить к насыщению кислородом поверхностных слоев проволоки. Взаимодействие с кислородом при аргонодуговой сварке не дает качественного провара звена, что приводит к снижению прочностных и пластических характеристик исследуемых цепочек. Варьирование режимов аргонодуговой сварки на проволоке, отожженной при данных условиях, практически не влияет на стабильность сварных
Номер образ- ца Режим отжига проволоки Режим сварки цепочки Результаты испытаний цепочки
Расход аргона при отжиге, л/ч Темпе- ратура отжига, °С Время, мс Сила тока, мА Сила раз- рыва, Н Удлинение, мм
1 250 800 2,5 145 48 20
2 48 19
3 58 17
4 250 800 2,0 236 42 30
5 52 27
6 42 29
7 1000 800 2,5 145 62 40
8 64 39
9 70 43
10 1000 800 2,0 236 68 41
11 72 44
12 60 40
13 1000 750 2,5 145 68 42
14 52 28
15 68 42
16 1000 750 2,0 236 60 40
17 64 38
18 72 45
а б
Рис. 4. Внешний вид сварного соединения образцов цепочек, полученных с применением различных режимов сварки (а - образец 7; б - образец 11), х120
соединений от звена к звену. Так, сила разрыва провязанной цепи лежит в пределах 50 Н, удлине-ние цепочки незначительное и меняется от 17 до 30 м. Разрыв звеньев цепочки происходит без утонения концов сварного шва, звено разрушается по кромкам сварного шва (так называемое «хрупкое разрушение »).
Увеличение расхода аргона до 1000 л/ч при отжиге проволоки обеспечивает инертность атмосферы печи, что, в свою очередь, положительно сказывается на качестве сварных соединений при аргонодуговой сварке цепочки. Экспериментальные данные показывают увеличение силы разрыва цепочки, которые лежат выше требуемого значения в 60 Н для цепочек, полученных из проволоки диаметром 0,3 мм. Удлинение цепочки также растет, что говорит о пластичном разрушении звеньев цепи, т.е. происходит посте -пенное утонение (проволоки) на концах сварного шва до момента его разрушения.
Сниже ние температуры отжига проволоки до 750°С может негативно отразиться на результате аргонодуговой сварки, о чем сввдетельствуют экспериментальные данные (образец № 14). Для внедрения в производство можно рекомендовать следующие режимы отжига проволоки, идущей
на цепевязание методом аргонодуговой сварки: температура 800°С, подача аргона - 1000 л/ч, скорость протяжки у=35 м/мин
Проведенные металлографические исследования сварных соединений, на примерах образцов № 10 и 17 (рис. 4), показали, что пористость зон сварки полностью не исключается, однако степень поражения порами сварного соединения принципиально уменьшилась по сравнению с цепочками, изготовленными из сплавов, содержащих серебро [3].
Остаточная пористость уже не оказывает катастрофического влияния на прочностные характеристики готовых изделий, при этом разрывное усилие звеньев цепочки, изготовленной из проволоки экспериментального сплава, удовлетворяет предъявляемым техническим условиям.
Таким образом, в результате проведенной работы экспериментально исследованы технологические режимы получения проволоки из бессе-ребряных палладиевых сплавов 850 пробы, изучены прочностные и пластические свойства хо-лоднодеформированных полуфабрикатов, полученных из этих сплавов, и даны рекомендации по выбору режимов аргонодуговой сварки при производстве из них ювелирных цепочек.
Библиографический список
1. Разработка новых составов и технологий плазтинеской обработки сплавов на основе палладия / Н.Н. Довженко, B.C. Биронг, С. Б. Сццельниковидр. // Мсделироважеи развитие процессов ОМД: Межвуз. сб. науч. трудов. Магнитогорск, 2007. С. 263-266.
2. Материаловедение. Металловедение палладия и его сплавов: Учеб. пособие / B.C. Биронт, Н.Н. Довженко, С.Н. Мамонов, И.В. Тихов, Б.П. Ходюков. Красноярск: ГУЦМиЗ, 2007. 152 с.
3. Особенности получения и обработки ювелирных сплавов на основе палладия / Н.Н. Довженко, С.Б. Сидельников, B.C. Биронт , ЭА. Руднщкий, Б.П. Хсдюков, А.В. Столяров // ВестнжМГТУ им. Г.И. Носова. 2008. № 1. С. 63-68.
