МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОЛОКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЮВЕЛИРНЫХ ЦЕПЕЙ ИЗ НОВОГО СПЛАВА ПАЛЛАДИЯ 850 ПРОБЫ

Разработка технологий производства длинномерных деформированных полуфабрикатов для ювелирных изделий из новых сплавов драгоценных металлов, отвечающих европейским требованиям, является актуальной задачей в условиях высокой конкуренции и изменения конъюнктуры на внутреннем и международном рынках. Одним из ключевых производителем ювелирных изделий в России является Красноярский завод цветных металлов им. В. Н. Гулидова (ОАО «Красцветмет»), а самым востребованным на рынке видом изделий являются ювелирные цепочки из драгоценных металлов и их сплавов. Исследования проводили для условий этого предприятия, используя типовую технологию для производства проволоки ювелирного назначения из сплавов на основе палладия и характеристики аналогичного оборудования для ее производства, установленного на этом заводе

Существующая схема технологии производства проволоки для ювелирных цепей включает в себя процессы литья, обработки металлов давлением, термообработки (рис. 1) и финишные операции

Рисунок 1 - Схема действующей технологии получения проволоки из сплавов палладия

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.24.1

Для этих изделий технологией предусмотрено на первом этапе получение из слитка кованого прутка размерами 15х15 мм, из которого затем на следующих этапах обработки производят длинномерные полуфабрикаты в виде прутков и проволоки с промежуточными отжигами. Сортовой прокаткой в два этапа за 8 и 37 проходов получают пруток сечением 1,05х1,05. А затем из него на волочильном стане со скольжением за 10 переходов изготавливают проволоку диаметром 0,3 мм. Данную проволоку планируется использовать для производства ювелирных цепей на действующем производстве ОАО «Красцветмет».

Анализ действующей технологии показал, что она имеет ряд недостатков связанных с неэффективным режимом обжатий, которые приводят к разрушению металла вследствие его быстрого упрочнения, увеличению энергосиловой загрузки оборудования. Это, в конечном счете, приводит к снижению качества продукции и увеличению ее стоимости, поэтому требуют совершенствования маршрутов обработки металла.

Таким образом, целью исследований было совершенствование технологии получения проволоки из сплавов палладия путем разработки режимов деформации для нового сплава палладия и их моделирования.

Первым этапом представленного исследования являлась разработка нового сплава на основе палладия 850 пробы

При проведении исследований применяли общепринятые методы металлографического анализа и теории обработки металлов давлением. Для определения механических свойств литых, кованых и прокатанных образцов измерения велись в соответствии с ГОСТ 1497-84

Для определения деформационных и силовых параметров операций обработки давлением использовали традиционные методики их расчета

Для расчета энергосиловых параметров операций сортовой прокатки и волочения использовали эмпирическую зависимость временного сопротивления σв от суммарной степени обжатия ε∑, полученную по результатам замеров механических свойств и имеющую вид:

Металлографический анализ структуры получаемых полуфабрикатов проводили на световом микроскопе Axio Observer.A1m, Carl Zeiss и растровом электронном сканирующем микроскопе «EVO 50», Carl Zeiss с энергодисперсионным микроанализатором Inca Energy 350.

В качестве оборудования для экспериментальных исследований процессов сортовой прокатки и волочения применяли сортопрокатный стан AF 200+180R и волочильный стан 10 NFS TRONIC фирмы «Марио ди Майо»

В результате проведенного анализа применяемых на заводе маршрутов (рис. 2) было выявлено, что при прокатке по причине неравномерного распределения обжатий (рис. 2, а) полуфабрикаты из сплавов на основе палладия проявляют высокую склонность к деформационному упрочнению, что ведет к повышению энергосиловой загрузки оборудования и вероятности возникновения брака в виде трещин при прокатке. Такое же неравномерное (скачкообразное) распределение обжатий при волочении (рис. 2, б) приводит к обрывам проволоки в тех переходах, где их значения максимальны (переходы 1, 5 и 10).

Рисунок 2 - Изменение обжатий по проходам для действующего режима прокатки прутков из сплавов палладия размером 10,5х10,5 мм из заготовки размером 15х15 мм (а) и по действующему режиму при волочении проволоки (б) для ювелирных сплавов палладия

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.24.3

На основании проведенного анализа действующей технологии с использованием программы PROVOL

[10]

предложено перераспределить единичные обжатия на первом этапе сортовой прокатки прутков в этих проходах и за 8 проходов получать пруток размерами 9,0х9,0 мм (табл. 2). Результаты расчета параметров процесса прокатки на сортовых станах по предложенному режиму обжатий силы прокатки показали, что ограничения по допустимой силе прокатки для применяемого оборудования выполняются во всех проходах.

Для подтверждения полученных результатов проведено компьютерное моделирование режимов сортовой прокатки прутка из исследуемого сплава палладия, которое проводили в программе DEFORM-3D

Модель включала построенные в среде SolidWorks

На рис. 4 представлена визуализация напряженно-деформированного состояния заготовки при прокатке в различных проходах. Анализ значений критерия разрушения Кокрофта-Латама по поверхности и в сечениях заготовки в рассматриваемых проходах позволяет заключить, что металл обладает достаточным запасом пластичности на большей части маршрута без использования промежуточной термообработки. Как видно из гистограмм, после 2-го прохода средняя степень поврежденности металла не превышает 0,14, к окончанию 5-го возрастает до 0,32, а на 8-м — до 0,53.

Рисунок 3 - Общий вид модели сортовой прокатки прутков из сплава палладия 850 пробы: 

а – объекты модели в сборке в SolidWorks; б – модель процесса прокатки заготовки с конечно-элементной сеткой в DEFORM-3D

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.24.5

Последние проходы прокатки характеризуются локальными зонами концентрации напряжений на формируемых калибрами гранях прутка, что приводит к возрастанию значения критерия Кокрофта-Латама до значений, превышающих среднее. Это отражено на правой части гистограммы и оранжево-красным зонам на заготовке. Возникновение зон со степенью разрушения выше 0,8 свидетельствует о вероятности разрушения металла в их окрестности при дальнейшей деформации.

Данные моделирования согласуются с известными представлениями о концентрации напряжений в металле при сортовой прокатке, и, поскольку в исследуемом процессе суммарная доля значений критерия Кокрофта-Латама, находящихся в «зоне риска», не превышает 1,5% по объему заготовки, в рамках моделирования этой величиной можно пренебречь как статистически незначимой. Умеренная в целом расчетная степень поврежденности металла на протяжении всего маршрута прокатки, определенная по критерию Кокрофта-Латтама свидетельствует о рациональном выборе режима обжатий.

Рисунок 4 - Визуализация распределения напряжений и критерия разрушения Кокрофта-Латама по поверхности раската при прокатке: 

а – 2 проход; б – 5 проход; в – 8 проход

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.24.6

Анализ результатов исследований выявил высокую склонность полуфабрикатов из исследуемого сплава к деформационному упрочнению, при этом расчет силы прокатки для такого режима обжатий (см. табл. 2) показал, что загрузка оборудования удовлетворяет допустимым значениям этой величины для применяемых сортопрокатных станов.

Также с применением разработанной компьютерной модели процесса волочения

На рис. 5 представлено полученное моделированием распределение критерия Кокрофта-Латама для волочения проволоки различного диаметра из нового сплава палладия. Видно, что на первых переходах, когда пластичность металла достаточно высока, значения этого критерия достаточно низкие и не превышают 0,5, а на последнем переходе значения 0,75. Это дает возможность считать, что предложенное распределение обжатий при волочении (см. табл. 3) не приводит к обрывам проволоки, что было подтверждено результатами последующих экспериментальных исследований.

Рисунок 5 - Распределение критерия Кокрофта-Латама при многократном волочении проволоки из нового сплава палладия: 

а – диаметр 0,9 мм; б – диаметр 0,30 мм

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.24.8

Полученные модели позволили оценить формоизменение металла в процессе обработки, напряженно-деформированной состояние и энергосиловые параметры, а результаты моделирования учитывали при выборе параметров технологического процесса и инструмента.

Для проверки их адекватности были проведены экспериментальные исследования технологии получения деформированных полуфабрикатов из сплава палладия 850 пробы в лабораторных условиях по разработанным режимам обжатий на сортопрокатном стане AF 200+180R и волочильном стане 10 NFS TRONIC фирмы «Марио ди Майо»

Металлографические исследования структуры металла в литом состоянии показали, что она характеризуется дендритным строением твердого раствора, обусловленным условиями неравновесной кристаллизации, и наличием химической неоднородности.

При пластической деформации ветви дендритных кристаллов вытягиваются вместе с междендритными пространствами (рис. 6). Химическая неоднородность при этом полностью не устраняется, а в заготовках сохраняется неоднородное распределение серебра и связанного с ним кислорода. То есть по мере роста степени пластической деформации постепенно формируется волокнистое строение. Одинаковый характер структурных изменений при увеличении степени пластической деформации подтверждается снимками микроструктуры прутков и проволоки различного размера (см. рис. 5).

В результате проведенных исследований путем сортовой прокатки и волочения получили опытные партии прутков и проволоки из нового сплава палладия 850 пробы и путем испытаний на разрыв определили механические свойства металла при различных степенях суммарного обжатия.

Рисунок 6 - Микроструктура деформированных полуфабрикатов из нового сплава палладия: 

а – 2,2х2,2 мм; б - 1,8х1,8 мм; в – диаметр 1,0 мм

Примечание: ×200

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.24.9

В табл. 4 представлены расчетные и экспериментальные значения временного сопротивления и погрешность оценки точности расчетов, которая не превышает 10%.

Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что в литом состоянии сплав палладия, содержащий в своем составе до 13% серебра, до 2,5% золота и модифицированный родием до 0,5%, имеет высокие значения временного сопротивления порядка 437 МПа (см. табл. 4).

При сортовой прокатке с увеличением степени суммарной деформации до 90% происходит деформационного упрочнение металла и прочностные характеристики сплава повышаются до значений порядка 777,8 МПа, а пластические снижаются до 3%. Это соответствует общим представлениям и закономерностям теории обработки металлов давлением

Таким образом, анализ механических свойств деформированных полуфабрикатов из нового сплава палладия, содержащий в качестве легирующих компонентов серебро и золото, и модифицированного родием, показал, что обработка данного сплава характеризуется высокой технологичностью и запасом пластичности. Это позволяет получать качественные деформированные полуфабрикаты в виде прутков и проволоки при больших суммарных обжатиях без образования трещин и обрывов.

Экспериментальные исследования процесса волочения проволоки из прутка с размером стороны x=1,0 мм из исследуемого сплава проводили в лабораторных условиях на десятикратном волочильном стане 10 NFS TRONIC по режиму, представленному в табл. 3.

После волочения прутков, полученных на втором этапе сортовой прокатки, механические свойства проволоки по переходам для исследуемых сплавов изменяются в соответствии с известными закономерностями: прочностные характеристики из-за наклепа металла растут до значений порядка 800 кН, а пластические падают до значений порядка 2,5% .

Таким образом, для нового сплава палладия 850 пробы проведены комплексные экспериментальные исследования, которые подтвердили адекватность разработанных компьютерных моделей, дали возможность определить уровень механических свойств полуфабрикатов на всех этапах обработки и исследовать их структуру. Результаты исследований рекомендуется использовать для разработки рациональных технологических режимов сортовой прокатки и волочения проволоки из нового сплава палладия 850 пробы ювелирного назначения, предназначенной для изготовления ювелирных цепочек.