В последнее время наблюдается повышенный интерес к комбинации высокотемпературной закалки и последующего низкотемпературного отпуска. Изначально казалось, что это просто ?модный? тренд, способ повысить прочность и износостойкость изделий из определенных сталей. Но, по опыту, дело гораздо сложнее, чем просто добавление этапа термической обработки. Многие начинающие предприятия в этой области, на мой взгляд, часто упускают из виду тонкости выбора параметров закалки и отпуска, что приводит к разочаровывающим результатам. Попробую поделиться тем, что мы вынесли из наших собственных экспериментов, и, возможно, это поможет избежать некоторых ошибок.
Прежде чем погружаться в детали, нужно четко понимать, что мы подразумеваем. Под высокотемпературной закалкой обычно понимают процесс охлаждения детали из нагретого до определенной температуры состояния, чтобы получить желаемую структуру – например, мартенсит или другие высокопрочные фазы. Температуры здесь могут варьироваться в широких пределах, от 800°C до 1200°C, в зависимости от марки стали. Важно, что эта закалка часто выполняется для достижения высокой твердости и, как следствие, повышенной износостойкости. А вот низкотемпературный отпуск – это, в свою очередь, процесс нагрева закаленной детали до относительно невысокой температуры (обычно до 200°C - 600°C) и выдержки при ней. Цель отпуска – снизить внутренние напряжения, стабилизировать структуру и немного повысить пластичность, сохранив при этом большую часть твердости.
Мы работаем с разными стальными марками – от обычной углеродистой до легированных и нержавеющих. Поэтому подходы к термической обработке, безусловно, различаются. Но общая идея, как я вижу, остаётся прежней: добиться оптимального баланса между прочностью, твердостью и пластичностью, исходя из конкретных требований к конечному продукту.
Первым делом, конечно, стоит говорить о параметрах закалки. Температура закалки – это, безусловно, ключевой параметр, определяющий конечную микроструктуру. Слишком низкая температура закалки может привести к образованию неполного мартенсита или других нежелательных фаз, что снижает прочность. Слишком высокая – может привести к износу и уменьшению твердости. Но, опять же, все зависит от стали. Например, в случае с высоколегированными сталями, подбор оптимальной температуры закалки становится еще более сложным, поскольку в них содержится множество элементов, влияющих на процесс кристаллизации. У нас, например, однажды, перегрев стального сродни 40Х стали при закалке привел к частичному сохранению аустенита, и как следствие, к снижению необходимой твердости и увеличению вероятности трещинообразования.
Также важно правильно подобрать среду охлаждения. Вода – самый распространенный вариант, но при работе с некоторыми сталями, она может вызывать образование трещин из-за высокой скорости охлаждения. В таких случаях лучше использовать масло или воздух. И, конечно, необходимо учитывать толщину детали – более толстые детали охлаждаются медленнее и требуют более щадящих режимов. Мы часто используем кислотоноение для сталей, для которых нужна особенно высокая точность и гладкость поверхности после термической обработки. Это может значительно повысить стоимость, но в некоторых случаях это оправдывается.
Теперь перейдем к низкотемпературному отпуску. Здесь тоже есть свои нюансы. Слишком низкая температура отпуска не даст желаемого эффекта – внутренние напряжения не снизятся, а пластичность не возрастет. Слишком высокая – может привести к снижению твердости и прочности. В большинстве случаев, оптимальная температура отпуска находится в диапазоне 200-600°C. Время выдержки также варьируется в зависимости от толщины детали и требуемой степени снятия напряжений. Обычно, для деталей толщиной до 10 мм достаточно 30-60 минут, а для более толстых – несколько часов.
Нам, например, приходится часто отпускать детали, которые подвергаются последующей механической обработке. Это необходимо для предотвращения возникновения напряжений, которые могут привести к раскалыванию или деформации при фрезеровании или токарной обработке. Мы применяем как традиционный отпуск в печи, так и индукционный отпуск, что позволяет ускорить процесс и снизить риск деформации детали. Индукционный отпуск особенно хорош для деталей сложной формы.
В качестве примера могу привести процесс термической обработки стальных валок, которые мы производим для предприятий горнодобывающей отрасли. Эти валки должны обладать высокой износостойкостью и твердостью, но при этом не должны быть слишком хрупкими. Для этого мы используем высокотемпературную закалку до температуры 900-950°C с последующим быстрым охлаждением в воде. Затем, после нескольких дней выдержки, проводим низкотемпературный отпуск при температуре 450°C в течение 4-6 часов. Такой подход позволяет нам добиться оптимального сочетания твердости, износостойкости и пластичности валок. Мы постоянно мониторим процесс термической обработки с помощью рентгенографии и ультразвукового контроля, чтобы убедиться в отсутствии трещин и дефектов.
При неудачной попытке, когда валки выходили слишком хрупкими, мы выяснили, что недостаточное время отпуска или слишком высокая температура отпуска приводят к сохранению значительной части внутреннее напряжений, что приводит к образованию микротрещин при эксплуатации. В таких случаях, мы тщательно пересматриваем параметры термической обработки, уделяя особое внимание времени выдержки и температуре отпуска.
В заключение хочу сказать, что высокотемпературное закаливание и низкотемпературный отпуск – это не просто термические процессы, а комплексная задача, требующая глубоких знаний и опыта. Нельзя просто взять и выбрать какие-то стандартные параметры, нужно учитывать множество факторов – марку стали, геометрию детали, требуемые свойства. Наш опыт показывает, что непрерывное совершенствование процессов термической обработки, постоянный мониторинг и анализ результатов – это ключ к успешному производству изделий из стали с заданными свойствами. Компания ООО Таньшаньский металлургическо-кузнечный завод Иньбэй, как производитель, объединяющий в одном комплексе резку заготовок, ковку, термообработку и механическую обработку, постоянно работает над оптимизацией этих процессов, используя современные методы контроля и анализа.
