термическая обработка стали хвг

Когда говорят про термическую обработку стали хвг, в справочниках всё расписано чётко: температура закалки, отпуск, твёрдость на выходе. Но в цеху, когда перед тобой реальная поковка, а не учебный образец, эти цифры часто оказываются лишь отправной точкой. Многие, особенно те, кто только начинает работать с этим инструментальным стальным сплавом, думают, что главное — строго выдержать режим. А на деле, куда важнее понять, что было с заготовкой до печи и что от неё ждут после. Вот об этих практических деталях, которые редко пишут в учебниках, и хочется порассуждать.

Что скрывается за аббревиатурой ХВГ и почему её так ?капризно? греть

ХВГ — это сталь легированная, вольфрамом, хромом, ну и марганцем, понятное дело. Состав, в принципе, предсказуем для инструментальных сталей. Но капризность её при термообработке связана как раз с этим самым вольфрамом. Он-то и даёт красностойкость, но и усложняет процесс превращения аустенита. Если греть недостаточно или неравномерно, карбиды вольфрама просто не успеют как следует раствориться в аустените. В итоге после закалки получим недогрев, и твёрдость будет ниже расчётной, а износостойкость — та вообще ?просядет?. Я сам на этом попадался, когда пробовал ускорить цикл для мелкой партии ножевых заготовок. Сэкономил полчаса на выдержке — потерял в качестве.

Причём важно не просто достичь температуры, скажем, тех же °C для закалки, а обеспечить равномерный прогрев по всему сечению. Особенно для поковок покрупнее. У нас на производстве, в ООО Цзиюань Юйбэй, где есть и ковка, и своё термическое отделение, с этим сталкиваемся постоянно. Поковка в 500-700 кг — это не проволока, её в печи нужно уложить с умом, с учётом циркуляции газов. Иначе одна сторона будет соответствовать режиму, а в сердцевине — тот самый недогрев.

Ещё один момент, который часто упускают из виду — состояние поверхности перед нагревом. Окалина, глубокие рисочки от ковки или резки — всё это точки для потенциального обезуглероживания или даже перегрева локального. Перед тем как отправить в печь, особенно электрическую для улучшения, заготовку нужно как следует зачистить. Это кажется мелочью, но на итоговой стойкости инструмента сказывается сильно.

Отжиг перед обработкой: не формальность, а необходимость

Перед любой механической обработкой, да и перед финальной закалкой, сталь ХВГ требует правильного отжига. Цель — не просто снизить твёрдость для точения или фрезеровки, а получить зерно помельче и однородную структуру. Если структура после ковки останется неоднородной (а так часто бывает при неправильных режимах охлаждения поковки), то все последующие термоциклы эту неоднородность только усугубят.

В нашем арсенале на тяжёлом литейно-кузнечном производстве как раз есть печи для отжига. Опытным путём пришли к тому, что для ХВГ лучше работает изотермический отжиг. Нагрели до 860-880°C, выдержали, а потом относительно быстро охладили до 720-740°C и выдержали уже там, дав завершиться распаду аустенита. После такого режима обрабатываемость на токарных станках, тех же горизонтальных, которые у нас в цеху стоят, значительно лучше. Стружка идёт ровная, ломаная, резец не ?воет?.

Был у нас случай с партией заготовок для штампов холодной высадки. Пришли поковки из другого цеха, вроде бы твёрдость по паспорту в норме. Но токарь стал жаловаться на быстрый износ резца. Посмотрели микроструктуру — обнаружили остаточный наклёп и крупное зерно в отдельных зонах. Видимо, после ковки заготовки остывали слишком медленно или неравномерно. Пришлось делать полный переотжиг по своему режиму. Только после этого механическая обработка пошла как по маслу. Вот вам и важность предварительной термической обработки.

Закалка: тонкости нагрева и выбор среды

Собственно, закалка — самый ответственный этап. Температурный интервал, как я уже упоминал, высокий. Контроль здесь должен быть идеальным. Мы используем электрические печи с точной регулировкой и записью температурного графика. Перегрев для ХВГ очень опасен — зерно быстро растёт, и сталь становится хрупкой. Недостаточная выдержка — и карбиды не растворятся. Нужно найти баланс.

Часто спорят про среду охлаждения. Масло или воздух? Для ХВГ, из-за наличия вольфрама, прокаливаемость у неё повышена. Многие детали небольшого и среднего сечения (до 40-50 мм) вполне можно закаливать на воздухе. Это снижает риск коробления и трещин по сравнению с резким охлаждением в масле. Но здесь тоже не всё просто. ?На воздухе? — не значит просто вытащить из печи и на пол положить. Нужен спокойный, равномерный обдув без сквозняков. Иначе из-за разной скорости охлаждения с разных сторон внутренние напряжения будут колоссальными.

Для ответственных инструментов, типа протяжек или сложных фрез, мы иногда идём на ступенчатую закалку в соляных ваннах. Это дороже и сложнее, но даёт минимальное коробление. Особенно если геометрия изделия асимметричная. После электрошлакового переплава, который у нас тоже есть в линии (ООО Цзиюань Юйбэй как раз располагает ЭШП печью), сталь получается чистой, неметаллических включений мало. Такой материал меньше склонен к образованию трещин при закалке, но это не отменяет необходимости тщательного контроля процесса.

Отпуск: где ?рождается? итоговая твёрдость и вязкость

После закалки в структуре мартенсит, высоконапряжённый и хрупкий. Без отпуска инструмент долго не проживёт. Для ХВГ обычно применяют многократный (2-3 раза) отпуск. Температура — в районе 560-580°C. Важный нюанс: после первого отпуска в остаточном аустените, который не превратился при закалке, происходят процессы, и он при охлаждении может снова перейти в мартенсит. Поэтому и нужен второй, а иногда и третий отпуск — чтобы стабилизировать структуру, снять новые напряжения.

Контролируем мы результат не только по твёрдости (она должна быть в районе 64-66 HRc после такого отпуска), но и по микроструктуре. Нужно увидеть мелкоигольчатый мартенсит отпуска и равномерно распределённые карбиды. Если карбиды собрались в цепочки по границам зерна — это плохой признак, говорит либо о перегреве при закалке, либо о недостаточном обжатии при ковке. С такой структурой инструмент может выкрошиться при первой же ударной нагрузке.

Направление деятельности ?улучшение?, которое указано в описании нашей компании, — это по сути и есть комплекс операций закалки и высокого отпуска для достижения оптимального сочетания прочности и вязкости. Для стали ХВГ этот этап критически важен. Можно получить высокую твёрдость и после однократного отпуска, но стойкость инструмента будет ниже. Экономия на времени отпуска — прямая дорога к возврату брака от клиента.

Практические ловушки и как их обходить

В теории всё гладко, но на практике постоянно что-то вылезает. Например, коробление длинномерных изделий, типа валов или направляющих. Даже при закалке на воздухе. Тут помогает не только правильная укладка в печи (желательно вертикальная), но и технологические утолщения на заготовке, которые потом срезаются. Или предварительная термообработка — стабилизирующий отжиг при температуре чуть ниже точки превращения.

Ещё одна частая проблема — обезуглероживание поверхности в печах с окислительной атмосферой. Потеря углерода на глубину даже 0.2 мм резко снижает твёрдость поверхностного слоя после закалки. Для борьбы с этим либо используют защитные атмосферы в печах (что не всегда доступно), либо закладывают припуск на последующую шлифовку, который гарантированно снимет этот мягкий слой. В условиях нашего производства с годовым объёмом в 5000 тонн поковок такие технологические припуски просчитываются заранее.

И конечно, человеческий фактор. График в печи можно выставить идеальный, но если оператор, торопясь, загрузит холодную заготовку в печь, уже разогретую до 1200°C, или наоборот, передержит готовую деталь перед закалочным баком, — режим будет нарушен. Поэтому так важны не только инструкции, но и понимание оператором сути процессов. Объясняешь людям, что происходит внутри стали при нагреве и охлаждении, — и они уже иначе относятся к своей работе, меньше ошибок по невнимательности.

Вместо заключения: мысль по итогам опыта

Так что, термическая обработка стали хвг — это не алхимия, но и не слепое следование ГОСТу. Это постоянный анализ: какая была исходная заготовка (кованая, катанка, после ЭШП), какую геометрию имеет деталь, какие нагрузки она будет нести в работе. Без этого анализа даже самое современное оборудование, те же гидравлические прессы или точные печи, не даст гарантированного результата.

Работая в ООО Цзиюань Юйбэй и сталкиваясь с разными заказами — от простых ножей до сложных штамповочных инструментов, — понимаешь, что каждый раз это немного новая задача. Общие принципы одни, но нюансы меняются. И главный навык — это умение ?прочитать? сталь по ходу дела, по её поведению в печи, по виду излома контрольного образца, по звуку при обработке. Этому в институтах не учат, только в цеху, рядом с печью и прессом.

Поэтому, когда меня спрашивают про оптимальный режим для ХВГ, я всегда уточняю: ?А для чего именно??. И начинаю разговор не с таблиц, а с вопросов об условиях будущей работы инструмента. Потому что конечная цель всей этой сложной цепочки — ковки, отжига, токарки, закалки и отпуска — не просто выдать деталь с определённой твёрдостью, а сделать инструмент, который будет долго и надёжно работать в руках у конечного пользователя. Вот ради этого и стоит вникать во все эти, казалось бы, сухие технологические детали.