Ковать

Когда говорят ?ковать?, многие представляют кузнеца у наковальни. Это, конечно, основа, но в промышленных масштабах всё иначе. Моё понимание пришло с годами, через ошибки и наблюдения на производстве, таком как у ООО Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство. Там ковка — это не ремесло, а точная инженерная дисциплина, где каждый удар пресса — это расчёт.

От слитка к заготовке: где начинается ковка

Всё начинается не с пресса. Сначала — электрошлаковый переплав. Если исходный материал плох, хоть сто раз его куй — трещины пойдут. У нас на площадке стоит электропечь для ЭШП, и мы гоняем слитки на макроструктуру перед тем, как отправить в печь. Бывало, экономили на этом этапе — потом вся партия в брак. Ковка тут уже не поможет.

Нагрев — отдельная история. Недостаточно просто раскалить до белого каления. Нужна равномерность по всему сечению, особенно для крупных поковок. В наших газовых печах иногда возникали холодные зоны из-за износа футеровки. Заготовка снаружи готова, а внутри — нет. Если начать ковать такую, сердцевина не продеформируется, останутся внутренние напряжения. Потом при механической обработке или в работе детали это аукнется.

И вот первый удар. Наш гидравлический пресс в 2000 тонн не бьёт, а давит. Медленно, с огромным усилием. Первая обжатие — критично. Нужно ?раздавить? литую структуру, превратить её в волокнистую. Если скорость или степень обжатия малы, структура не перестроится. Получится поковка, которая по бумагам прошла ковку, а по сути — слегка обработанный слик. Мы такой косяк ловили на изделиях для валов: при ультразвуковом контроле видна неоднородность.

Технология обжатий: искусство деформации

Существует куча схем: осадка, протяжка, раздача. Выбор зависит от конечной формы. Для длинных валов мы используем протяжку. Казалось бы, всё просто: поворачивай и обжимай. Но если не соблюдать градус поворота между проходами, возникает дефект ?спиральная полосчатость?. Металл как бы закручивается внутри. Визуально не увидишь, но прочность падает.

Температурный режим ковки — это постоянный баланс. Перегрел металл — пошла пережог, зерно растёт, свойства теряются. Недогрел — сопротивление деформации взлетает, можно и пресс перегрузить, и трещины пойти. У нас на прессе оператор со стажем буквально по цвету металла и звуку пресса определяет момент для следующего прохода. Это не по мануалу научишь.

Особенно сложно с легированными сталями. Возьмём, к примеру, какую-нибудь 40ХН2МА. У неё узкий интервал ковочных температур. Опустился ниже — и всё, дальше только трещины. Приходится постоянно мониторить пирометром и иногда даже делать выдержки для выравнивания температуры. Это время, это деньги, но иначе — гарантированный брак.

Оборудование и его капризы

Гидравлический пресс — сердце цеха. Но его работа зависит от десятка систем: гидравлика, управление, направляющие. Была у нас история, когда начал ?подтекать? главный цилиндр. Давление падало, пресс не дожимал. Вроде мелочь, но из-за этого несколько поковок вышли с недодеформацией в середине. Пришлось пускать их под браковку, а это десятки тонн металла. Теперь техосмотр по графику — святое.

Штамповка — это отдельный вид ковки. Тут уже не свободная деформация, а заполнение полости штампа. Проблема в точном расчёте усадки и штамповочных уклонов. Делали как-то фланец по старому чертежу. Отковали, вроде сел в штамп. После термообработки и обработки на станке оказалось, что размеры ?ушли? из-за неправильно учтённого коэффициента расширения. Пришлось пересматривать весь техпроцесс для этой детали.

Инструмент — расходник, но от него многое зависит. Бойки, подкладные инструменты. Если на их рабочей поверхности выбоины или они неправильно подобраны по радиусу, на поковке останутся вмятины, зажимы. Потом эти дефекты приходится ?заваривать? дополнительным металлом при дальнейшей осадке, что не всегда эффективно. Мы сейчас перешли на инструмент со сменными накладками из более износостойкой стали — экономия в долгосрочной перспективе.

Что происходит после пресса

Многие думают, что отковал — и готово. Нет. Отжиг — обязательный этап. Нужно снять внутренние напряжения, которые неизбежно возникают при неравномерном охлаждении после деформации. У нас в цеху стоит печь для отжига. Если деталь сложной формы, её нужно уложить в печь особым образом, иначе при нагреве её может ?повести?. Однажды из-за спешки недодержали крупную поковку в печи. При токарной обработке её ?отпустило?, и она изогнулась, став непригодной для дальнейшей работы.

Термическая обработка — улучшение. Это уже не ковка, но прямой её результат. Задача — получить нужную твёрдость, вязкость. Наши электрические печи для улучшения позволяют точно выдерживать режим. Но тут тоже есть нюанс: если при ковке была неоднородная деформация, то при закалке деталь может треснуть, так как напряжения распределены неравномерно. Поэтому технолог всегда смотрит карту ковки перед тем, как назначить режим термообработки.

И только потом — механическая обработка. Токарные станки снимают припуск, обнажая внутреннюю структуру. Это момент истины. По стружке, по поведению резца опытный мастер видит, хорошо ли был откован металл. Ровная, сыпучая стружка — хороший признак. Если же резец ?прыгает?, стружка рваная — возможно, внутри остались неразрушенные литые зерна или пустоты. Значит, где-то на этапе ковки была ошибка.

Мысли вслух о качестве и масштабах

Годовой объём в 5000 тонн, как у нашей компании, — это не просто цифра. Это тысячи технологических циклов, каждый из которых должен быть под контролем. С тридцатью человеками в штате каждый на счету. Оператор пресса, нагревальщик, термист — все звенья одной цепи. Пропустил дефект на одном этапе — он проявится на другом, и цена ошибки растёт как снежный ком.

Иногда смотрю на готовую поковку, которая прошла весь путь от ЭШП до токарного станка, и думаю: ковать — это в каком-то смысле воспитывать металл. Придать ему форму, направление волокон, нужные свойства. Это не мгновенный акт, а длительный процесс, требующий внимания к деталям. И самое сложное — это не выполнить операцию, а предусмотреть, как она отразится на всех последующих.

Поэтому для меня ?ковать? — это системное действие. Это не только физическая деформация под прессом. Это целый комплекс: подготовка материала, точный нагрев, выверенная деформация по правильной схеме, последующая термообработка. Упустишь что-то одно — и всё. Металл не обманешь. Он либо получит нужную структуру и будет служить годами, либо скроет в себе дефект, который рано или поздно выйдет наружу. В этом и заключается вся суть.