Закалка

Когда говорят о закалке, многие представляют себе просто раскалённую деталь, которую окунают в воду или масло. Но на практике, особенно в нашем цеху ООО Цзиюань Юйбэй, всё куда тоньше и капризнее. Это не операция, а целый процесс принятия решений, где каждый шаг — компромисс между твёрдостью, вязкостью, остаточными напряжениями и итоговой геометрией поковки. Сейчас объясню, о чём речь.

Суть процесса и частые заблуждения

Главный миф — что закалка это финальный этап, который ?исправляет? всё. Ничего подобного. Если перед этим была нарушена технология ковки или, скажем, электрошлакового переплава, закалка только выявит дефекты: трещины, коробление, неоднородность структуры. У нас на производстве, где годовой объём — те самые 5000 тонн поковок, это видно невооружённым глазом. Приходится постоянно балансировать.

Второе заблуждение — о скорости охлаждения. Все знают, что нужно быстро охладить, чтобы получить мартенсит. Но ?быстро? — для массивной поковки вала и для тонкостенного фланца — это разные вещи. Мы используем масло, иногда полимерные растворы, а для некоторых сталей даже приходится экспериментировать со струйным охлаждением. Ключ в управлении фазовым превращением, а не в слепом следовании учебнику.

И третье — о температуре нагрева под закалку. Она зависит не только от марки стали, но и от конкретной печи. Наши электрические печи для улучшения, например, имеют свои зоны с неидеальной равномерностью. Поэтому термопары и пирометр — наши главные инструменты. Без них любая закалка превращается в лотерею с дорогим билетом — бракованной поковкой.

Оборудование и его ?характер?

У нас в цеху стоит несколько печей, и каждая имеет свой нрав. Та, что постарше, греет хорошо, но держит температуру с колебаниями градусов в двадцать, что для ответственных деталей критично. Поэтому для них мы используем более современную печь, которая шла в комплекте с гидравлическим прессом. Но и там есть нюанс — время выдержки.

Выдержка — это вообще отдельная тема. Формулы из справочников дают ориентир, но на практике, когда загружаешь несколько поковок разного сечения в одну печь, всё меняется. Толстая деталь прогреется не так, как тонкая. Приходится либо группировать изделия по массе, либо идти на риск и увеличивать время для всей садки, зная, что для некоторых это будет уже перегрев. Перегрев ведёт к росту зерна, а потом при закалке может проявиться хрупкость.

А ещё важно, как деталь загружена. Если положить её на поддон без прокладок, в местах контакта охлаждение будет хуже — возникнут мягкие пятна. Мы набили шишек, пока не выработали систему креплений и подвесов для разных типов поковок. Это мелочь, но она решает.

Реальная проблема: трещины и коробление

Самое болезненное — это когда после, казалось бы, успешной операции, при контроле твёрдости или на токарной обработке обнаруживаешь трещину. Сердце кровью обливается, ведь в детали уже вложены тонны металла, киловатты энергии и часы работы. Чаще всего причина — в слишком резком охлаждении или в конструктивных особенностях (резкие переходы сечения, острые углы).

Был случай с одной крупной поковкой из легированной стали. Закалили, вроде всё прошло. Но при отпуске (это уже следующая операция) пошла сетка трещин. Разбирались долго. Оказалось, виновата была не сама закалка, а предшествующий отжиг — его провели не до конца, остаточные напряжения от ковки сложились с термическими, и материал не выдержал. Пришлось пересматривать весь техпроцесс для этой группы изделий.

Коробление — другая головная боль. Особенно для длинных валов. Даже при симметричном нагреве и охлаждении его не всегда удаётся избежать. Потом эти детали идут на правку, а это дополнительные затраты и риск. Иногда выгоднее изначально закладывать припуск на правку, чем пытаться достичь идеала в печи. Это вопрос экономики производства.

Взаимосвязь с другими этапами

Закалка не живёт в вакууме. На неё напрямую влияет качество исходного слитка от электрошлакового переплава (ЭШП). Если в слитке есть неметаллические включения или ликвация, при нагреве они станут центрами напряжения. Наша ЭШП-печь даёт хороший чистый металл, но и за ней нужен глаз да глаз.

Ковка. Здесь важно, чтобы поковка была равномерно прокована, без внутренних разрывов. Наш пресс мощный, но оператору нужно правильно распределять обжатие. Непрогретая сердцевина при последующей закалке может себя проявить. И конечно, после ковки идёт отжиг — для снятия напряжений и подготовки структуры. Пропустишь отжиг или сделаешь его небрежно — жди проблем при закалке.

И после закалки — обязательный отпуск. Без него деталь хрупкая, как стекло. У нас есть цикл: закалка — немедленный отпуск. Иногда даже не вынимая из печи, просто меняем режим. Это снижает риск образования трещин при вылёживании. Подробнее о нашем подходе к полному циклу можно посмотреть на https://www.jyybdz.ru, где описаны все наши направления, от переплава до токарной обработки.

Контроль качества: не только твёрдомер

Конечно, первое, что проверяют после цеха термообработки — твёрдость по Бринеллю или Роквеллу. Но это лишь верхушка айсберга. Для ответственных деталей мы делаем выборочный контроль на макро- и микроструктуру. Шлифуем образец, травим, смотрим под микроскопом. Нужно увидеть мартенсит, убедиться, что нет троостита или, не дай бог, феррита по границам зёрен.

Бывает, твёрдость в норме, а структура неоднородная. Значит, где-то был недогрев или охлаждение прошло неравномерно. Такая деталь может не пройти по усталостной прочности. Поэтому мы постепенно внедряем более строгий контроль, особенно для изделий, которые идут на экспорт или в тяжёлое машиностроение.

И последнее — контроль на остаточные напряжения. Делаем его реже, но для особо сложных контуров — обязательно. Есть методы, например, с помощью рентгена или даже простукиванием (старый, но иногда работающий способ). Если напряжения высоки, может потребоваться дополнительный отпуск. Всё это — часть одной цепи, где закалка является центральным, но не единственным звеном. Наше предприятие, ООО Цзиюань Юйбэй, с его 30 специалистами как раз и построено на понимании этой взаимосвязи всех процессов — от переплава до финишной токарки.