СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ ИЗ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF MANUFACTURE OF BIMETALLIC WIRE FROM PRECIOUS METALS

Изобретение относится к обработке металлов давлением, конкретно к изготовлению длинномерных биметаллических полуфабрикатов ювелирного назначения из драгоценных металлов, и металлургии сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий.
Известен способ изготовления биметаллического проката драгоценных металлов (Патент РФ №2460616 от 10.09.2012), в соответствии с которым исходные полосы из сплава золота ЗлСрМ 585-80 и полосу припоя ПЗл 585 прокатывают, соединяют пайкой и вновь прокатывают. Полученную заготовку методом безокислительной диффузионной пайки соединяют с полосой серебряного сплава СрМ 925 и деформируют до получения заданной толщины. Он не требует приобретения дополнительного специального технологического оборудования, за счет двухцветного и двухслойного проката расширяет ассортимент ювелирных изделий и снижает их стоимость в сравнении с золотыми.
Однако этот способ пригоден только для получения плоских полуфабрикатов для дальнейших операций выпиливания, штамповки, чеканки, выдавливания и т.п.; требует проведения нескольких операций пайки и отжига, что увеличивает трудоемкость производства.
Известен способ изготовления биметаллической проволоки (Патент РФ №2214311 от 20.10.2013), который включает деформацию медной проволоки до получения U-образного профиля, на дно которого укладывается стальной проволочный сердечник, соединение кромок оболочки и окончательную пластическую деформацию до неразъемного соединения металлов. Данный способ в части назначения не полностью совпадает с предлагаемым решением, но из уровня техники не были выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, поэтому он взят за прототип.
Однако этот способ значительно ограничивает номенклатуру выпускаемой проволоки, поскольку существует ограничение толщины оболочки, а для изменения значений толщины оболочки необходима полная замена рабочего инструмента. Кроме того, материалы стального сердечника и золотой оболочки обладают различными прочностными и пластическими свойствами, что приводит к образованию дефектов при обработке полуфабриката, а именно неплотному соединению оболочки и сердечника, что приводит к обрыву проволоки при последующей обработке.
В качестве материала для изготовления ювелирных изделий известен сплав на основе золота (Патент JP №4058101 от 05.03.2008), содержащий мас. %: олово 0,5-5,0; медь 14,5-36,5; серебро 0-8,0; золото - остальное, и в качестве альтернативы содержит индий 0,5-6,0; медь 14,0-36,5; серебро 0-8,0; олово 0-4,0; дополнительно 0,5 по крайней мере одного из компонентов: иридий, рений и рутений. Он позволяет устранить недостатки использования никеля, палладия или марганца, обеспечить цветность розового золота.
Однако данный сплав не подходит для изготовления полуфабрикатов, подвергающихся значительной пластической деформации, что затрудняет его применение для ювелирного производства. Кроме того, применение индия и рения удорожает стоимость изделий из этого сплава. Применение рутения из-за его плохой растворимости в золоте требует поиска способа введения его в расплав, обеспечивающего равномерное распределение по объему изделия.
Известен сплав на основе золота (Патент ЕР №1266974 от 18.12.2002), содержащий мас. %: золото не менее 51,0; иридий не более 0,1; германий не более 2,0; медь не более 45,0. Сплав может содержать мас. %: серебро не более 34,0; никель не более 20,0 и цинк не более 12,0, а также не более 0,4 мас. % одного из элементов группы: рутений, рений и платина. Такой состав позволяет получить хорошую жидкотекучесть сплава при литье заготовки для полуфабриката и обеспечить необходимую ковкость, прочностные характеристики.
Однако ограниченная растворимость рутения в золоте при изготовлении ювелирных изделий из данного сплава также может привести к браку по причине образования крупных включений в микроструктуре заготовки, что затрудняет его обработку. Введение платины и достаточно большого количества серебра в сплав удорожает изделия, добавка цинка может вызвать неоднородность цветности, а никель не рекомендуется использовать в качестве легирующих добавок для получения ювелирных изделий, так как длительный контакт с кожей человека может вызывать стойкую аллергическую реакцию.
Основной задачей изобретения является разработка способа изготовления биметаллической проволоки из драгоценных металлов, обеспечивающего высокое качество ювелирных изделий.
Достигается это тем, что в способе изготовления биметаллической проволоки из драгоценных металлов, содержащей сердечник и оболочку, включающем прокатку биметаллического полуфабриката, в качестве сердечника используют серебряный пруток, а в качестве оболочки - ленту из сплава на основе золота 585 пробы, содержащего серебро, медь и иридий и дополнительно родий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
золото - 58,0-59,0;
серебро - 7,5-8,5;
иридий - 0,001-0,05;
родий - 0,001-0,1;
медь – остальное,
полученную прокаткой ленту сворачивают вокруг сердечника при условии соотношения площадей поперечного сечения сердечника и тела полуфабриката 0,27-2,6, затем заготовку подвергают сортовой прокатке без предварительного подогрева для последующего волочения.
Биметаллическая проволока изготовлялась из прутка серебряного сердечника (сплав СрМ 925) и оболочки из предлогаемого сплава на основе золота 585 пробы. Полученную методом холодной прокатки ленту из предлагаемого сплава золота толщиной 0,33-0,50 мм сворачивали вокруг серебряного сердечника - прутка диаметром 2,5-8,2 мм. Это обеспечивает снижение стоимости изделия при высоком уровне механических и эксплуатационных свойств получаемой проволоки, а также снижает риск отслоения оболочки от сердечника проволоки в процессе обработки. Таким образом, соотношение площадей поперечного сечения сердечника и тела полуфабриката составляет 0,27-2,6. Биметаллическая заготовка подвергалась холодной (без предварительного нагрева заготовки) сортовой прокатке и последующему волочению до конечного диаметра проволоки для производства ювелирных цепей.
Содержание золота в сплаве обусловлено требованием обеспечения пробности и соответствует стандартной 585 пробе по ГОСТ 30 649-99. Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки. - Москва: Стандартинформ, 2000.
Серебро в пределах 7,5-8,5 мас. % повышает пластичность сплава, мягкость, ковкость и его коррозионную стойкость при литье. Медь обеспечивает красный цвет сплава и повышенное сопротивление разрыву.
Иридий в качестве модифицирующей добавки измельчает микроструктуру и ускоряет гомогенизацию сплава за счет высокой протяженности границ дендритных зерен и увеличения скорости диффузионных процессов. Содержание иридия в заявленных пределах способствует повышению прочности и твердости сплава. С увеличением содержания модификатора при кристаллизации сплава увеличивается количество центров кристаллизации. Оптимальным является содержание иридия 0,03 мас. %, поскольку в структуре сплава уже частично сформировано зеренное строение и при дальнейшей пластической деформации реализующиеся процессы динамической рекристаллизации сопровождаются гомогенизацией - выравниванием по химическому составу. Установлено, что в этом случае проведение гомогенизационного отжига не требуется. На рис. 1 представлена структура металла в литом состоянии, не модифицированного иридием, и на рис. 2 - сплава, содержащего 0,03% мас. иридия. Превышение содержания иридия 0,05 мас. % не приводит к повышению эффекта модифицирования, однако повышает температуру плавления сплава и удорожает его за счет высокой стоимости компонента.
Родий использовался в качестве модифицирующей добавки, в заявленных пределах позволяющей повысить пластичность сплава и получить равномерную мелкозернистую структуру и однородные свойства по длине и сечению литой заготовки.
Сплав был получен прямым сплавлением основных компонентов в печи непрерывного литья в защитной атмосфере (пламя горелки) с отливкой полосы. Модифицирующие добавки вводились в расплав в соответствии с известными способами модифицирования сплавов на основе золота. Родий, предварительно осажденный из электролита гальваническим способом на серебро, вводился в расплав в виде лигатуры Ag-Rh с содержанием родия в количестве 0,001 до 0,01 мас. % непосредственно перед кристаллизацией (Патент РФ №2507284 от 20.02.2014). Иридий вводился в виде расплава Cu-Ir. Состав сплава контролировался с помощью количественного химического анализа.
В таблицах 1 и 2 приведены составы заявляемого и известного сплавов, а также физико-механические свойства проволоки, изготовленной из известного сплава с применением известной технологии (со стальным сердечником), и биметаллической проволоки с оболочкой из предложенного сплава, произведенной выше предложенным способом (серебряный сердечник).
Предложенный способ изготовления проволоки обеспечивает повышение уровня механических свойств и их равномерное распределение по длине изделия, а также качество ювелирных изделий в виде цепочек. Способ позволяет достичь более высоких механических свойств проволоки, а именно повышенные пластичность и твердость.
Заявляемый способ для изготовления биметаллической проволоки из драгоценных металлов по сравнению с известными характеризуется плотным прилеганием оболочки к сердечнику, большей технологичностью биметаллического полуфабриката, повышением прочностных и пластических свойств проволоки, снижением вероятности возникновения обрывов в процессе волочения и расслоения золотой оболочки при вязке полотна цепи в связи с большей однородностью механических свойств по длине изделия. Таким образом, повышаются качество, механические и эксплуатационные характеристики готовой продукции, снижается себестоимость ее производства вследствие уменьшения вероятности возникновения брака.