Технологические основы производства длинномерных литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 204
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7638-4617-1
Артикул: 814586.01.99
Изложены результаты исследований по разработке технологий получения литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов с применением операций непрерывного литья, прокатки и волочения. На основе компьютерного и физического моделирования предложены рациональные режимы обработки новых сплавов драгоценных металлов и получены опытные партии изделий различного назначения с требуемым уровнем механических и эксплуатационных свойств.
Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженерно-технических работников, специализирующихся в области производства полуфабрикатов и изделий ювелирного и технического назначения из сплавов драгоценных металлов, а также может быть полезна студентам, обучающимся по направлению «Металлургия».
Технологические основы производства длинномерных литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов: обзор и анализ
Данная монография посвящена исследованию технологических основ производства длинномерных литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов, таких как золото, серебро, платина и палладий. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения конкурентоспособности отечественной ювелирной продукции, соответствующей современным требованиям безопасности и качества, а также потребностью в разработке новых сплавов и технологий их обработки для технического применения.
Современные тенденции и особенности производства
Авторы отмечают влияние мирового экономического кризиса на ювелирный рынок, приведшее к снижению спроса и изменению структуры потребления. Рассматривается рост спроса на изделия из серебра и белого золота, содержащего палладий, никель или платину, что обусловлено их более низкой стоимостью и эстетическими качествами. Подчеркивается важность соответствия отечественной продукции европейским нормам безопасности, в частности, директиве 76/769/ЕЕС, ограничивающей содержание никеля. Особое внимание уделяется производству ювелирных цепей, являющихся одним из основных видов продукции, требующих длинномерных полуфабрикатов.
Свойства драгоценных металлов и их сплавов
В работе представлены физико-механические свойства драгоценных металлов, включая золото, серебро, платину и палладий, а также влияние пластической деформации на их характеристики. Рассмотрены механические свойства сплавов на основе золота, серебра, платины и палладия, используемых в ювелирном производстве и для технических целей. Приведены данные о влиянии легирующих элементов на свойства сплавов, включая медь, серебро, никель, цинк, индий, рутений, родий и другие. Анализируются диаграммы состояния сплавов, позволяющие прогнозировать фазовый состав и свойства материалов.
Методология создания новых сплавов и технологические режимы обработки
Авторы описывают методологию создания новых сплавов, включающую патентный поиск, анализ фазового состава, выбор легирующих элементов, определение температуры кристаллизации, выбор способа литья и технологических параметров обработки. Представлены результаты исследований по разработке новых сплавов золота, серебра, палладия и платины. Рассмотрены особенности технологических схем производства длинномерных полуфабрикатов, включая литье, сортовую прокатку и волочение. Предложены рациональные режимы деформации для сортовой прокатки и волочения, учитывающие геометрические параметры очага деформации и конструктивные особенности оборудования. Разработаны методики расчета и программное обеспечение для моделирования и расчета деформационных режимов.
Результаты исследований и практическое применение
В монографии представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие эффективность разработанных технологических решений. Описаны результаты опытно-промышленной апробации новых сплавов и технологий, демонстрирующие повышение качества продукции и снижение затрат. Подчеркивается, что предложенные технологии позволяют получать проволоку ювелирного назначения с высокими эксплуатационными характеристиками, соответствующую требованиям производства ювелирных цепей. Рассмотрены вопросы влияния степени чистоты исходных материалов на механические свойства полуфабрикатов, а также влияние термообработки на структуру и свойства сплавов. Представлены результаты моделирования процесса волочения и анализа напряженно-деформированного состояния металла.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ЛИТЫХ И ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ Монография Красноярск СФУ 2022
Оглавление
2
УДК 671
ББК 85.125.440
Т384
А в т о р ы:
С. Б. Сидельников, Е. С. Лопатина, Н. Н. Довженко,
С. В. Беляев, И. Л. Константинов, Ю. Д. Дитковская,
О. С. Лебедева, Э. А. Рудницкий, О. О. Виноградов, В. А. Лопатин
Р е ц е н з е н т ы:
Ю. Н. Логинов, доктор технических наук, профессор кафедры обработки металлов давлением Уральского федерального университета;
М. А. Полякова, доктор технических наук, профессор кафедры технологий обработки материалов Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова
Т384 Технологические основы производства длинномерных литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов : монография / С. Б. Сидельников, Е. С. Лопатина,
Н. Н. Довженко [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – 204 с.
ISBN 978-5-7638-4617-1
Изложены результаты исследований по разработке технологий получения
литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов
с применением операций непрерывного литья, прокатки и волочения. На основе
компьютерного и физического моделирования предложены рациональные режимы обработки новых сплавов драгоценных металлов и получены опытные
партии изделий различного назначения с требуемым уровнем механических
и эксплуатационных свойств.
Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженернотехнических работников, специализирующихся в области производства полуфабрикатов и изделий ювелирного и технического назначения из сплавов драгоценных металлов, а также может быть полезна студентам, обучающимся по направлению «Металлургия».
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 671
ББК 85.125.440
ISBN 978-5-7638-4617-1 © Сибирский федеральный
университет, 2022
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................... 4 1. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ ............................................................ 7 1.1. Современные тенденции развития производства полуфабрикатов и изделий из сплавов драгоценных металлов ........................................................... 7 1.2. Свойства сплавов драгоценных металлов ................................................................ 13 1.3. Анализ диаграмм состояния сплавов на основе драгоценных металлов .............. 37 1.4. Методология создания новых сплавов на основе драгоценных металлов, предназначенных для получения литых и деформированных полуфабрикатов ...................................................................... 58 1.5. Общая технологическая схема получения длинномерных полуфабрикатов из сплавов драгоценных металлов .................... 67 1.6. Постановка задач исследования ................................................................................ 71 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА ............................... 74 2.1. Сплавы красного золота ювелирного назначения ................................................... 74 2.2. Сплавы белого золота ювелирного назначения ....................................................... 88 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СЕРЕБРА ............................ 104 3.1. Сплав серебра ювелирного назначения .................................................................. 104 3.2. Припойные сплавы серебра ..................................................................................... 110 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ ...................... 132 4.1. Сплавы палладия ювелирного назначения ............................................................. 132 4.2. Сплав палладия технического назначения ............................................................. 142 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ПЛАТИНЫ ........................ 170 5.1. Сплавы платины ювелирного назначения .............................................................. 170 5.2. Сплав платины технического назначения .............................................................. 179 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................... 188 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................... 190
Введение 4 ВВЕДЕНИЕ Производство литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов золота, платины, палладия, серебра и других драгоценных металлов в настоящее время обеспечивает различные виды промышленности и имеет огромное значение для мировой и отечественной экономики. Основными являются два вида продукции: ювелирного назначения для производства цепей, колец, браслетов и т. п. и технического назначения для изготовления катализаторных сеток, питателей, посуды, припоев и др. В этом многообразии изделий превалирующие позиции занимает изготовление длинномерных литых и деформированных полуфабрикатов из драгоценных металлов и их сплавов в виде прутков, проволоки, проката, труб и др. В качестве продукции технического назначения можно выделить каталитические системы для окисления аммиака в агрегатах получения азотной кислоты, которые представляет собой комбинацию катализаторных, улавливающих и разделительных сеток, изготавливаемых из проволоки сплавов палладия, платины и др. Их использование в качестве катализаторов рентабельно, так как нет других материалов, обладающих совокупностью каталитических свойств, химической устойчивостью, высокими температурами плавления и кипения. В качестве продукции ювелирного назначения из драгоценных металлов и их сплавов можно выделить ювелирные цепи, объем производства которых достаточно велик. Производство ювелирных изделий [1, 2] развито наиболее широко и обеспечивает ими российский и мировой рынки. При этом в связи со снижением объема экспорта особую актуальность приобретают задачи повышения качества ювелирной продукции отечественных производителей и ее соответствие зарубежным, в т. ч. европейским, требованиям к безопасности. Так, Директива Европейского сообщества 76/769/ЕЕС [3] запрещает производить и продавать ювелирные изделия и бижутерию, содержащие более 0,05 % никеля, что закрывает зарубежный рынок для отечественных производителей, продукция которых не соответствует этим требованиям и уступает в конкурентной борьбе из-за ее низкого качества. Статистические исследования показывают, что среди потребителей ювелирной продукции особой популярностью пользуются сплавы на основе золота, платины, палладия и серебра. Например, сплавы белого золота, содержащие никель, палладий или платину, серебро и цинк, имеют благо
Введение 5 родный цвет и блеск и благодаря сходству с дорогостоящими сплавами палладия и платины меньшую стоимость. Вместе с тем растет спрос на изделия из серебра как драгоценного металла, имеющего наименьшую стоимость. В связи с этим целесообразным является разработка новых сплавов на основе драгоценных металлов, соответствующих нормативным документам ЕС, и внедрение их в производство. Однако для этого необходимо проводить комплексные исследования, связанные с разработкой новых энергоэффективных технологических режимов производства литых и деформированных полуфабрикатов из этих сплавов; при этом их особенностью является использование имеющегося на специализированных металлургических предприятиях действующего литейного, прокатного и волочильного оборудования. Такими предприятиями, обеспечивающими львиную долю потребности отечественного рынка по продажам ювелирных изделий, является Красноярский завод цветных металлов имени В. Н. Гулидова (ОАО «Красцветмет») и Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов. Анализ существующей технологии производства длинномерных деформированных полуфабрикатов, применяемых на этих предприятиях, показал, что она обладает рядом недостатков, снижающих качество продукции, увеличивающих ее стоимость и затраты на производство. Кроме того, до сих пор для изготовления ювелирных изделий используются сплавы драгоценных металлов, содержащие в своем составе никель, кадмий и другие вредные элементы. Поэтому создание новых ювелирных сплавов и совершенствование технологий их обработки, а также проектирование технологических процессов и инструмента с применением методов математического и физического моделирования и специализированного программного обеспечения, является актуальной задачей. Материалы данной монографии включают результаты комплексных исследований, проводимых в течение 20 лет учеными института цветных металлов и материаловедения Сибирского федерального университета. Актуальность этих исследований подчеркивается тем, что они велись в рамках программы программ Министерства образования и науки РФ по таким проектам, как «Разработка новых сплавов и припоев на основе драгоценных металлов и технологий производства из них слитков, полуфабрикатов и ювелирных изделий», «Исследование закономерностей формирования фазового состава и структуры новых сплавов многокомпонентных систем из драгоценных металлов и изучение их свойств», «Создание новых сплавов драгоценных металлов с повышенными эксплуатационными характеристиками и исследование их свойств», «Исследование реологических характеристик деформированных полуфабрикатов из сплавов цветных металлов с использованием новых технологий совмещенной обработки
Введение 6 и модифицирования». Практическую и научную ценность представляют исследования, проведенные совместно с ОАО «Красцветмет» по темам «Разработка технологии изготовления золотого ювелирного сплава красного цвета 585-й пробы и проволоки из него для производства цепей», «Разработка технологии изготовления золотого ювелирного сплава белого цвета 585-й пробы, не содержащего никель, и проволоки для изготовления цепей», «Разработка технологии получения ювелирных палладиевых сплавов 850-й пробы», «Разработка технологии получения ювелирных палладиевых припоев 850-й пробы», «Разработка технологии изготовления слитков готовой продукции из платины и палладия», «Разработка состава и технологии получения серебряного припоя типа ПСр40, не содержащего кадмий», грантам КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» и грантам Сибирского федерального университета.
1.1. Современные тенденции развития производства полуфабрикатов и изделий из сплавов драгоценных… 7 1. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ 1.1. Современные тенденции развития производства полуфабрикатов и изделий из сплавов драгоценных металлов Несмотря на относительную стабильность мирового рынка производства изделий из драгоценных металлов и их сплавов, экономический кризис 2014–2015 гг. оказал значительное влияние на его состояние. С 2015 г. наблюдается ежегодный рост объемов производства, при этом в 2017 г. объем продаж ювелирных изделий в России достиг пятилетнего максимума [4]. Особенностью ювелирного рынка по сравнению с другими предметами роскоши всегда являлась зависимость от цен на сырье (драгоценные металлы и камни) и моды. Также драгоценные металлы (золото, серебро, платина и палладий) давно нашли применение в качестве твердой валюты для инвестирования, поэтому цены на них реагируют на изменение мировой экономики, как курс валют или цены на нефть. Говоря о ювелирных изделиях массового производства, следует учитывать, что в отличие от «штучных», уникальных украшений одну из наиболее значимых ролей играет покупательская способность населения. Следует выделить еще один фактор, оказывающий влияние на состояние ювелирного рынка: поскольку ювелирные изделия изготавливаются из драгоценных металлов и их сплавов, а также драгоценных и полудрагоценных камней, то их производство и обращение контролируется законодательством В 2015 г. на пике мирового кризиса спрос на ювелирные изделия в валютном эквиваленте сократился на 40 % и достиг уровня 14-летней давности, и тенденция к падению потребления сохранилась в дальнейшем (рис. 1.1). В России спрос на ювелирные изделия, например, из золота к 2015 г. сократился на 43 % по сравнению с 2014 г., достигнув самого низкого уровня за 10 лет.
1. Особенности развития и производства длинномерных полуфабрикатов и изделий из сплавов… 8 С 2016 г. наметилась положительная динамика изменения спроса на российском рынке, и в 2017 г. был зафиксирован рост отечественного рынка в натуральном выражении более чем на 10 % [5]. Рис. 1.1. Динамика спроса на ювелирные изделия из золота в России и в мире в 2012–2016 гг.: 1 – в мире; 2 – в России Мировая экономическая обстановка повлияла и на динамику объемов экспорта и импорта ювелирной продукции (рис. 1.2), которые к 2015 г. значительно сократились. Рис. 1.2. Динамика экспорта и импорта ювелирных изделий в России: 1 – импорт; 2 – экспорт Это создало благоприятную обстановку для отечественных производителей на внутреннем рынке, снизив конкуренцию с зарубежными поставщиками за счет сокращения доли их присутствия на рынке и повышения стоимости их продукции из-за колебаний курсов валют и снижения курса рубля. 1 2 Спрос, т
1.1. Современные тенденции развития производства полуфабрикатов и изделий из сплавов драгоценных… 9 В дальнейшем ситуация начала стабилизироваться, но если до 2015 г. объем экспорта превышал импорт, то после пика кризиса наблюдалась обратная картина. По данным Пробирной палаты к 2018 г. объем импорта ювелирных изделий уже в 4,5 раза превысил объем экспорта [6]. Объем экспорта уменьшился всего на 0,23 %, а объем импорта уже приближается к уровню 2014 г. Однако есть основания считать, что стабилизация ситуации на ювелирном рынке носит временный характер из-за напряженной политической и экономической обстановки в Европе и США, а также их влияния на котировки цен на драгоценные металлы, что сказывается и на стоимости изделий из них. В связи с этим особое значение для отечественных производителей приобретает повышение конкурентоспособности их продукции при выходе на международный рынок. Соотношение долей производства и импорта ювелирных изделий на отечественном рынке свидетельствует о том, что в настоящее время ситуация выравнивается. В 2018 г. (рис. 1.3) достигнут докризисный уровень производства ювелирных изделий из золота и серебра [7]. Так, в 2014–2015 гг. производство ювелирных изделий из серебра повысилось на 10–15 % [8], то есть этим изделиям отдается предпочтение. а б Рис. 1.3. Динамика соотношения ювелирных изделий российского и импортного производства на отечественном рынке: а – из золота; б – из серебра; 1 – производство; 2 – импорт Изменению спроса способствует целый ряд причин. Так, принятие в ЕС решений об ограничениях на выхлопы автомобилей в 2000 г. [9] стимулировало значительное повышение спроса в промышленности и котировок на палладий, используемый в автомобильных катализаторах вместо дорогостоящей платины. Это вызвало рост цен на этот металл более чем на
1. Особенности развития и производства длинномерных полуфабрикатов и изделий из сплавов… 10 60 %, и по прогнозам эта тенденция сохранится до 2020–2024 гг. В связи с этим на ювелирном рынке возрос спрос на более дешевое серебро и золото, особенно белое, благодаря сходству с дорогими платиной и палладием. Превышение объемов импорта говорит о низкой конкурентоспособности отечественной продукции и снижении спроса на нее на мировом рынке. Здесь нужно учитывать следующие особенности отечественного рынка: ● рынок был сформирован крупными «историческими» производителями, использующими репутацию и традиции ювелирных заводов и фабрик советских времен в дизайне украшений; ● медленная динамика развития рынка; ● ювелирные украшения не воспринимаются как уникальные предметы роскоши, а качественная и дорогая бижутерия не считается адекватной их заменой. В случае экспорта весомым сдерживающим фактором является законодательство страны, являющейся рынком сбыта, регламентирующее химический состав материалов, устанавливающее пошлины, а значит, и влияющее на цену продукции, и т. д. В первую очередь это нормы безопасности для здоровья человека и экологии. Так как Директива Европейского сообщества 76/769/ЕЕС [3] запрещает производить и продавать ювелирные изделия и бижутерию, содержащие более 0,05 % никеля, или изделия, контакт с которыми приведет к тому, что 1 см2 кожи человека будет соприкасаться с 0,05 мг никеля в течение недели [3]. Никель, контактируя с органическими веществами, вступает в стойкие соединения, которые вызывают аллергическую реакцию у 15 % женщин и 5 % мужчин. Эта норма в первую очередь касается сплавов белого золота, которым белый благородный цвет придают палладий, платина и никель. Лидерами-экспортерами ювелирных изделий России в 2018 г. являлись Казахстан, Киргизия, Беларусь, Эстония, Гонконг и Германия, тогда как значительный объем экспортируемой продукции до кризиса поставлялся в Италию, Швейцарию и другие страны ЕС [8]. В связи с этим актуально соответствие отечественной продукции зарубежным, в т. ч. и европейским нормам безопасности. Что касается спроса на отдельные виды ювелирной продукции, наиболее постоянным спросом пользуются обручальные кольца, цепи и браслеты-цепи. Это объясняется и постоянной потребностью в этих изделиях потребителей, например, в обручальных кольцах и цепях для нательных крестиков, и меньшей их подверженностью моде и повышенному колебанию цен за счет отсутствия вставок из драгоценных и полудрагоценных камней. Одним из основных производителем ювелирных изделий в России является Красноярский завод цветных металлов им. В. Н. Гулидова (ОАО