термическая обработка твердого сплава

Когда говорят про термическую обработку твердого сплава, многие сразу представляют себе стандартный цикл: нагрев, выдержка, закалка. Но на практике, особенно с нашими заготовками для тяжелого машиностроения, все упирается в детали, которые в учебниках часто опускают. Основная ошибка — считать, что раз сплав твердый, то и режимы можно ?давать? жестко. На самом деле, тут как раз нужна осторожность и понимание, что именно ты хочешь получить от детали после нашей ковки и токарки.

От теории к цеху: где начинаются реальные проблемы

Взять, к примеру, наши поковки после гидравлического пресса. Геометрия сложная, массивные сечения. Если сразу после ковки, не проведя правильно отжиг, пустить заготовку на термическую обработку для повышения твердости, велик риск появления трещин или коробления. Мы на этом ?обожглись? несколько лет назад с партией валов. Казалось бы, все по регламенту: довели до нужной температуры в печи, выдержали. Но не учли внутренние напряжения от предыдущей операции ковки. Результат — брак.

Сейчас мы всегда после ковки, особенно ответственных деталей, делаем нормализацию или высокий отпуск в наших печах для отжига. Это снимает основное напряжение. И только потом планируем финишную термообработку. Это не просто лишний шаг — это обязательное условие для сохранения и геометрии, и структуры. Кстати, на сайте ООО Цзиюань Юйбэй в разделе о направлениях деятельности это правильно отмечено: отжиг и термическая обработка идут как отдельные, но связанные этапы. В жизни так и есть.

Еще один нюанс — нагрев. Не все печи, даже современные, обеспечивают идеально равномерный прогрев массивной поковки. Разница в температуре между поверхностью и сердцевиной в несколько десятков градусов на этапе нагрева под закалку может свести на нет все усилия. Приходится эмпирически подбирать скорости нагрева для разных типоразмеров. Иногда лучше подержать подольше на более низкой температуре для выравнивания, чем быстро ?загнать? до аустенитизации.

Выбор среды и последующий отпуск: от чего зависит стойкость инструмента

Среда охлаждения — это отдельная большая тема. Для твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, кобальта часто используют масло, реже — солевые ванны или даже воздух. Но вот что важно: выбор зависит не только от марки сплава, но и от конфигурации детали. Тонкая кромка режущего инструмента и массивное тело державки из одной и той же заготовки будут остывать с разной скоростью, что ведет к разной степени превращений.

Мы, работая с поковками для тяжелого машиностроения, часто имеем дело с крупногабаритными деталями. Резкое охлаждение в масле для них — высокий риск. Поэтому для многих наших изделий после операций улучшения мы применяем изотермическую закалку или охлаждение в горячих средах с последующим медленным остыванием. Это позволяет получить высокую твердость без чрезмерных напряжений.

А вот отпуск — это вообще искусство. Многие недооценивают его роль, проводят ?для галочки?. На самом деле, именно правильно проведенный многократный отпуск в электрических печах для улучшения фиксирует структуру, снимает остаточные напряжения от закалки и предотвращает самопроизвольное изменение размеров детали в процессе эксплуатации. Температура и время отпуска подбираются так, чтобы максимально выделить вторичные карбиды и упрочить связку. Пропустишь этот этап — и вся предыдущая термическая обработка может пойти насмарку, ресурс детали упадет в разы.

Контроль качества: не доверяй, а проверяй

Без контроля все разговоры о правильных режимах — пустой звук. У нас после каждой значимой партии, прошедшей термообработку, обязательно выборочно проверяют твердость не только на поверхности, но и в разрезе, на разных глубинах. Особенно это критично для деталей, которые потом будут нести ударные нагрузки.

Структурный анализ под микроскопом — тоже не роскошь, а необходимость. Бывали случаи, когда по паспорту режим выдержан, твердость в норме, а под микроскопом видна перегретая структура, крупные зерна. Такой материал будет иметь пониженную ударную вязкость. Для поковок, которые мы поставляем, например, для горно-шахтного оборудования, это недопустимо.

Поэтому в нашей компании, при нашем масштабе в 5000 тонн поковок в год, контроль на этапе термической обработки встроен в процесс. Это позволяет вовремя скорректировать параметры в печах, если что-то пошло не так, и не допустить брак до конечной механической обработки на горизонтальных токарных станках.

Оборудование и его капризы

Говоря о практике, нельзя не упомянуть оборудование. Электропечи для электрошлакового переплава дают хорошую чистую исходную заготовку, что уже половина успеха для последующей термообработки. Но сами нагревательные и отжигательные печи требуют внимания. Графитовые нагреватели стареют, термопары могут ?врать?, атмосфера в печи (если работаем не в вакууме) может окислять поверхность.

Приходится постоянно вести журналы, сверять фактические температурные профили с заданными. Иногда печь ?проседает? по температуре в одной зоне — это сразу видно по неравномерности свойств готовой детали. Регулярная калибровка и обслуживание — это не расходы, а инвестиции в стабильность качества термической обработки твердого сплава.

Кстати, про атмосферу. Для некоторых марок сплавов даже незначительное обезуглероживание поверхности в печи при высоком нагреве — это катастрофа. Поверхностный слой теряет твердость и износостойкость. Поэтому для критичных изделий мы рассматриваем варианты с защитными атмосферами или упаковкой в контейнеры.

Вместо заключения: мысль по ходу дела

Так что, возвращаясь к началу. Термическая обработка — это не отдельная операция в вакууме. Это звено в цепочке: качественная исходная заготовка (у нас это продукт ЭШП и ковки) -> правильный предварительный отжиг -> точно контролируемый нагрев и охлаждение -> обязательный полноценный отпуск -> тщательный контроль. Выпадение или халатное выполнение любого этапа ставит под удар всю работу.

В условиях нашего производства, где направления от электрошлакового переплава до токарной обработки сомкнуты в одном цикле, это особенно очевидно. Термообработка — это тот процесс, который связывает металлургическое качество заготовки с ее конечными механическими свойствами. Делать ее ?как-нибудь? или строго по шаблону, без учета конкретной детали и ее истории обработки, — значит, заранее соглашаться на неоптимальный результат.

Опыт, в том числе и негативный, как с теми валами, — лучший учитель. Он заставляет не просто следовать инструкции, а понимать, что происходит в металле на каждом этапе. И тогда даже такая, казалось бы, рутинная операция, как нагрев и охлаждение, становится осмысленной работой, от которой напрямую зависит, выдержит ли деталь в экскаваторе или прокатном стане. А это, в конечном счете, и есть наша главная задача.