термическая обработка плесени

Когда слышишь ?термическая обработка плесени?, многие сразу представляют себе банальный прогрев металлической оснастки для сушки. Это, пожалуй, самое распространённое и опасное упрощение. На деле, если говорить о формообразующем инструменте для ковки или литья, речь идёт о сложном цикле, цель которого — не удалить влагу, а снять внутренние напряжения, скорректировать структуру стали после механической обработки и, что критично, обеспечить устойчивость к термическим ударам в процессе эксплуатации. Плесень, особенно для крупных поковок, — это дорогостоящий инструмент, чей ресурс напрямую зависит от того, как с ней обращались после фрезеровки. И здесь часто кроется подводный камень: казалось бы, провёл отжиг — и готово. Но не всё так линейно.

Где рождаются напряжения и почему стандартный отжиг не панацея

Возьмём, к примеру, крупную штамповочную плиту для нашего гидравлического пресса. Её вырезали из массивной заготовки, затем фрезеровали ручьи — объём съёма металла колоссальный. Сталь буквально ?ведёт?, её внутренний баланс нарушен. Если сразу пустить такую плиту в работу, под нагрузкой в несколько сотен тонн, риск появления трещин по границам зёрен возрастает в разы. Первая мысль — отправить в печь на термическую обработку.

Но вот нюанс: классический высокий отпуск или отжиг, который хорош для самой поковки, для инструментальной стали плесени может оказаться недостаточным. Важно не просто выдержать при температуре, но и обеспечить максимально равномерный, управляемый нагрев по всему сечению, особенно если конфигурация сложная, с резкими перепадами толщин. У нас были случаи, когда после, казалось бы, корректного по режиму отжига, при первом же нагреве под заготовку в рабочей печи, на поверхности ручья проявлялась сетка мелких трещин. Причина — локальные перегревы при финальной механической обработке создали зоны с мартенситной структурой, которые стандартный цикл не успел полностью нормализовать.

Поэтому мы пришли к необходимости предварительного, так называемого ?отпускного? низкотемпературного прогрева даже перед чистовой обработкой на станках. Это добавляет этап, но спасает от сюрпризов. Кстати, это одна из причин, почему в ООО ?Цзиюань Юйбэй? отдельно выделены печи для улучшения и для термической обработки оснастки — режимы и требования к точности поддержания температуры там серьёзно отличаются.

Оборудование и ?мёртвые? зоны: практические наблюдения

Всё упирается в возможности печи. Наша камерная электрическая печь для отжига — рабочая лошадка, но у неё есть особенность — неравномерность поля температур у загрузочной двери. Для поковок это часто некритично, а для массивной плиты плесени, которая занимает почти весь объём, разница в 20-30°C по длине может свести на нет весь эффект. Пришлось разработать свои, ?кустарные? методики контроля — устанавливать дополнительные термопары не по стандарту (на корпус печи), а непосредственно на саму оснастку в нескольких точках, через технологические отверстия. Данные с них потом анализируем, чтобы корректировать положение заготовки в камере.

Ещё один момент — скорость охлаждения. С поковкой всё понятно: часто требуется ускоренное охлаждение в масле или на воздухе для получения нужной твёрдости. С плесенью же, после высокотемпературного отпуска или нормализации, охлаждение должно быть максимально медленным, желательно вместе с печью. Резкий перепад — это новые напряжения. Мы даже экспериментировали с засыпкой песка или установкой теплоизолирующих экранов вокруг оснастки в печи, чтобы сгладить градиент. Результат был положительным, но процесс стал слишком трудоёмким для серийного применения. Оставили эту практику только для особо сложных и дорогих штампов.

Про электрошлаковый переплав и исходное качество стали

Здесь стоит сделать отступление и вспомнить наше ключевое преимущество — собственную заготовку, полученную методом электрошлакового переплава (ЭШП). Качество термической обработки плесени начинается не в печи, а ещё в слитке. Сталь ЭШП имеет минимальную ликвацию, однородную плотную структуру. Это значит, что при последующем нагреве под ковку самой поковки и, что важно, при нагреве самой плесени в процессе работы, тепловое расширение будет более предсказуемым, без локальных ?вспучиваний?. Плесень, сделанная из такой стали, изначально менее склонна к короблению и растрескиванию. Это не реклама, а факт, подтверждённый сравнением ресурса: оснастка из нашей ЭШП-стали служит на 15-20% дольше при работе с абразивными сплавами.

Режимы: не по учебнику, а по ситуации

В литературе полно таблиц: сталь 5ХНМ, температура отпуска 500-520°C, выдержка 2 часа на 25 мм сечения. Следуешь им — и получаешь нестабильный результат. Почему? Потому что не учитывается предыстория металла. Например, если механическая обработка велась с интенсивным съёмом стружки и обильным охлаждением эмульсией, поверхностный слой мог получить ?прижог? — микроструктурные изменения. Стандартный режим его не исправит.

Мы выработали правило: перед назначением основного цикла обязательно делаем пробу на твёрдость в нескольких точках, особенно в зонах, которые при обработке испытывали наибольшее давление режущего инструмента. Если видим аномально высокие значения, вводим дополнительную ступень низкотемпературного отпуска (250-300°C) перед основным высоким. Это помогает ?отпустить? эти зоны без риска снижения общей прочности тела плесени. Это не по ГОСТу, это — из практики поломок.

Кстати, о твёрдости. Для ковочного инструмента важен баланс. Слишком твёрдая плесень будет хрупкой, слишком мягкая — быстро изотрётся. После всей термической обработки мы выходим на твёрдость в диапазоне 38-42 HRC для большинства сталей. И здесь финальный контроль — это не просто замер в одной точке, а построение карты твёрдости по всей рабочей поверхности. Только так можно быть уверенным в отсутствии ?мягких пятен?, которые приведут к продавливанию.

Неудачи, которые учат

Был у нас заказ на комплект штампов для поковки ответственного вала. Плесени сделали, провели, как нам казалось, полный цикл обработки, включая финальный отпуск. При обкатке на прессе, после двадцатой поковки, в самом глубоком ручье по радиусу пошла продольная трещина. Разбор показал: виноват не режим нагрева или охлаждения, а геометрия. В том самом радиусе конструктивно получилась резкая концентрация напряжений, которую не снял даже тщательный отжиг. Пришлось переделывать — не только проводить повторную термическую обработку с ещё более медленным охлаждением, но и вносить изменения в чертёж, увеличивая радиус. С тех пор технологи и конструкторы у нас работают в тесной связке: прежде чем резать металл, совместно оценивают все потенциально опасные участки с точки зрения последующей термообработки.

Ещё один урок связан с пассивацией или антиокислительным покрытием. Часто после обработки плесень покрывают тонким слоем для защиты от коррозии при хранении. Мы как-то нанесли его ДО финального низкотемпературного отпуска. Оказалось, что покрытие, спекаясь, создало поверхностную плёнку, которая помешала равномерному выходу остаточных газов из металла, вызвав микрорасслоения. Теперь строгое правило: любое защитное покрытие — только после завершения ВСЕХ термических операций.

Вместо заключения: непрерывный процесс, а не этап

Таким образом, термическая обработка плесени — это не разовая операция в цепочке ?мехобработка — закалка — готово?. Это, скорее, философия работы с инструментом, которая пронизывает весь процесс его создания и эксплуатации. Она начинается с выбора качественной стали (где наш ЭШП даёт фору), продолжается через промежуточные отпуски для снятия напряжений после грубой мехобработки, выходит на основной цикл в печи с жёстким контролем температурных полей и завершается финальным контролем структуры и твёрдости.

Для нас на производстве это означает, что печь для отжига — такой же важный участок, как и пресс или токарный станок с ЧПУ. Без грамотной термообработки даже идеально выфрезерованная плесень не проживёт и половины своего ресурса, а стоимость простоя из-за выхода из строя оснастки многократно превышает затраты на правильный, вдумчивый температурный цикл. Это не теория, а ежедневная практика, которая определяет надёжность всего технологического процесса, от электрошлакового переплава на https://www.jyybdz.ru до финальной поковки.