термическая обработка выполняется

Вот это словосочетание — ?термическая обработка выполняется? — в документах встречаешь постоянно. Часто его воспринимают как формальность, этап, который просто должен быть. Но на деле, это точка, где либо рождаются свойства металла, либо закладывается брак. Многие, особенно те, кто далёк от цеха, думают: ?Ну, нагрели, выдержали, охладили — что тут сложного??. Сложность — в деталях, которые не впишешь в короткую строку техкарты. Именно здесь решается, будет ли поковка держать удар или расколется, как стекло.

От теории к печи: где кроется разрыв

В учебниках графики превращений выглядят безупречно. Аустенит, перлит, мартенсит — всё чётко по температуре и времени. Но когда стоишь у печи, скажем, у той же электрической печи для улучшения, что у нас в цеху, понимаешь, что теория не учитывает массу вещей. Допустим, загружаем партию валов из 42ХМ. График говорит: нагрев до 850°C. А если загрузка плотная? Если термопары показывают 850 наверху, то в центре садки — может быть 820, а то и меньше. И вот уже термическая обработка выполняется с неизвестным градиентом. Результат? Неравномерная твёрдость по сечению. Потом на токарном станке резец ведёт себя непредсказуемо.

У нас на производстве, в ООО ?Цзиюань Юйбэй?, с этим столкнулись на реальном заказе — нужны были валы для дробильного оборудования. Заказчик требовал твёрдость 285-321 HB по всей длине. Сделали по ?книжному? режиму — получили разброс от 270 до 340. Пришлось разбираться. Оказалось, что стандартные корзины для загрузки не обеспечивали равномерный прогрев. Пришлось экспериментировать с раскладкой заготовок, вводить ступенчатый нагрев. Это тот самый момент, когда понимаешь, что фраза ?термическая обработка выполняется? должна подразумевать не слепое следование инструкции, а постоянный контроль и адаптацию.

Или взять отжиг после ковки на нашем гидравлическом прессе. Цель — снять внутренние напряжения. Кажется, что проще простого. Но если поторопиться и загрузить в печь деталь, которая остыла неравномерно, можно получить обратный эффект — напряжения только возрастут. Видел такое на крупных поковках, когда из-за спешки не дали им ?отлежаться? до равномерной температуры. Потом при механической обработке деталь ведёт — размеры не держатся.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) и последующий нагрев: тонкая связка

Многие упускают из виду, что качество термической обработки закладывается ещё на этапе получения слитка. Наше направление электрошлакового переплава — это не изолированный процесс. Полученный металл чище, структура однороднее. Но это не панацея. Если слиток ЭШП потом неправильно прокатать или отковать, создав неоптимальную деформированную структуру, то даже идеально проведённая закалка и отпуск не дадут нужного комплекса свойств. Это как строить дом на кривом фундаменте.

Был случай с поковкой из стали 35ХНМ, полученной из нашего же эшп-слитка. Механические требования были высокие. Всё сделали, казалось бы, правильно. Но после закалки и отпуска ударная вязкость оказалась ниже порога. Стали копать. Вспомнили, что при ковке температура конца деформации была чуть ниже рекомендуемой. Вроде мелочь. Но именно это привело к тому, что исходная структура перед нагревом под закалку была неидеальной. Пришлось вводить дополнительную нормализацию перед финишной термообработкой. Только тогда деталь ?попала? в норму. Подробнее о нашем подходе к таким комплексным задачам можно узнать на сайте ООО Цзиюань Юйбэй, где мы описываем свои возможности.

Отсюда вывод: нельзя рассматривать термичку как отдельный цех. Это звено в цепочке. Технолог, который её назначает, должен чётко представлять себе всю предысторию металла: как его выплавили, как ковали, как охлаждали. Иначе это стрельба вслепую.

Оборудование: его возможности и ограничения

У нас в парке есть разные печи — и для отжига, и для улучшения. Каждая со своим характером. Та, что постарше, может иметь ?мёртвые зоны? по температуре. Новые — получше с точностью. Но даже на новой печи нельзя слепо доверять показаниям контроллера. Обязательно нужны проверочные замеры эталонными термопарами, а ещё лучше — контрольными образцами-свидетелями, заложенными в садку. Это золотое правило, которое выучиваешь после первого серьёзного косяка.

Например, работая над улучшением (упрочняющей термообработкой) деталей из хромомолибденовых сталей, мы всегда закладываем несколько пробников. После обработки их ломаем и смотрим на излом, проверяем твёрдость в сердцевине. Часто бывает, что печь отработала штатно, а в крупной поковке из-за низкой прокаливаемости сердцевинные свойства недотягивают. И тогда фраза ?термическая обработка выполняется? должна быть дополнена: ?…но требуемая глубина прокала не достигнута, нужна смена стали или модификация режима?. Это и есть профессиональное суждение.

Особняком стоит подготовка — очистка деталей от окалины, масел. Казалось бы, ерунда. Но слой масла на поверхности при нагреве в печи с воздушной атмосферой может привести к локальному обезуглероживанию или, что хуже, к неравномерному нагреву и даже короблению. Приходилось исправлять брак на токарном станке из-за такого пустяка — резец снимал мягкий поверхностный слой, а под ним оказывалась твёрдая структура, инструмент быстро выходил из строя.

Человеческий фактор и передача опыта

Самое сложное в том, чтобы термическая обработка выполнялась стабильно, — это не оборудование, а люди. Оператор, который ?на глазок? определяет цвет каления, технолог, который списывает режим со старой карты, не вникая в специфику новой детали, — вот главные риски. У нас в компании, с её 30 сотрудниками, это особенно актуально. Опыт накапливается медленно, а упустить его легко.

Поэтому мы стараемся вести простые, но наглядные журналы по критичным партиям. Не просто: ?Деталь №ХХХ, закалка 860°C?. А с пометками: ?Партия 5 шт., загружена в левую камеру, уложена на поддоны с зазором. Отбор пробника из центра садки. Результат по твёрдости — 302 HB (норма). При последующей токарке вибрации не наблюдалось?. Такие записи бесценны. Они превращают абстрактный процесс в набор конкретных, повторяемых действий.

Частая ошибка — экономия на выдержке. Особенно при отпуске для снятия напряжений. Ну подумаешь, выдержать не 4 часа, а 3. Деталь большая, печь нужна для следующей партии. Но именно за эту недостающую час-полтора идёт полноценное превращение остаточного аустенита и снятие пиковых напряжений. Потом эта ?экономия? вылезает в виде трещин при эксплуатации или при последующей механике. Убеждался на собственном горьком опыте.

Взаимодействие с последующими операциями

Термист должен думать на шаг вперёд — что будет с деталью после его печи. Например, если после закалки и низкого отпуска планируется сложная токарная обработка на наших горизонтальных станках, то важно обеспечить не просто высокую твёрдость, а ещё и хорошую обрабатываемость. Иногда есть смысл чуть поднять температуру отпуска, слегка пожертвовав предел прочности, но зато резко повысив стойкость инструмента и снизив риски коробления при точении.

Или обратная ситуация: деталь после термической обработки идёт на шлифовку. Если в поверхностном слое остались растягивающие напряжения (такое бывает при неправильном охлаждении), при шлифовке могут пойти трещины. Технолог по термообработке должен это предусмотреть и выбрать такой режим закалки и отпуска, который минимизирует такие риски, возможно, применяя изотермическую выдержку или ступенчатое охлаждение.

Вот и получается, что наше производство — это не набор разрозненных участков (ЭШП, ковка, токарка, термообработка), а единый организм. Успех конечной поковки весом в несколько тонн зависит от того, насколько слаженно работают все звенья. И термообработка здесь — не просто этап, а ключевой трансформатор свойств материала. Когда пишешь в отчёте ?термическая обработка выполняется?, за этими словами должен стоять целый комплекс продуманных решений, наблюдений и, зачастую, исправленных ошибок. Именно это и отличает формальное выполнение технологии от ответственного производства, на которое, как указано в описании нашей компании, мы и ориентируемся, работая с годовым объёмом в 5000 тонн поковок.