Термическая обработка сталей чугунов и алюминиевых сплавов

Вот смотрю на этот термин — и сразу всплывают десятки случаев, когда теория расходилась с практикой в цеху. Многие до сих пор считают, что термическая обработка сталей — это просто ?нагрел-подержал-охладил?, но чугуны, например, могут преподносить сюрпризы из-за графита, а алюминиевые сплавы и вовсе требуют другого подхода к скорости охлаждения. Помню, как на одном из заказов для ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? пришлось пересматривать режимы для кованого алюминиевого профиля — вроде бы стандартный АМг6, но после старения проявилась хрупкость, которую не предскажешь по диаграмме.

Особенности работы со сталями: от теории к цеху

Стандартные стали вроде 40Х или У8 — казалось бы, всё изучено. Но вот нюанс: при закалке часто игнорируют влияние скорости нагрева. Я не раз видел, как пережог в печи с вытяжкой приводил к обезуглероживанию поверхности — и потом деталь шла под пресс. В ООО ?Сучжоу Ляньсинь? с этим столкнулись при обработке прутков из медно-железных сплавов — там пришлось корректировать атмосферу печи, чтобы сохранить состав.

Отжиг — отдельная тема. Многие гонятся за скоростью, но для низкоуглеродистых сталей избыточный отжиг может ухудшить штампуемость. Проверял на лентах из никеля: если переборщить с температурой, потом при гибке появляются трещины. Это особенно критично для металлических профилей нестандартной формы, где пластичность ключевая.

Закалка в масле против воды — вечный спор. Для сталей с 0.3% углерода вода часто даёт трещины, но если деталь массивная, масло может не ?пробить? сечение. Как-то раз для вала из стали 45 пришлось экспериментировать с полимерными средами — и всё равно появились микротрещины у шеек. Вывод: без пробных образцов не обойтись, даже если технология отработана годами.

Чугуны: когда графит всё меняет

Серый чугун СЧ20 — вроде бы простой материал, но его термическая обработка требует учёта формы графита. Если отжигать без контроля, пластинчатый графит может вызвать внутренние напряжения, которые проявятся при механической обработке. На практике это вылилось в брак партии крышек для насосов — после токарной обработки пошли трещины по границам зёрен.

Закалка чугунов — редкость, но для высокопрочного ВЧ70 пробовали изотермический отпуск. Проблема в том, что матрица из феррита не всегда равномерно прогревается, и твёрдость ?пляшет? на 10–15 HB. Пришлось дорабатывать режим с индукционным нагревом, чтобы стабилизировать свойства.

А вот отжиг для снятия напряжений после литья — тут часто экономят время, но для ответственных деталей, как те же композитные медно-алюминиевые заготовки, лучше выдерживать полный цикл. Иначе при шлифовке коробит, и геометрия летит.

Алюминиевые сплавы: тонкости старения и закалки

С алюминием, особенно сплавами типа Д16 или АК6, главная ошибка — неконтролируемая скорость охлаждения после закалки. Если медлить с переносом в воду, упрочняющие фазы не успеют зафиксироваться. На своём опыте убедился: даже 15–20 секунд задержки снижают предел прочности на 10–15%. Для алюминиевых листов, которые потом идут на гибку, это критично.

Искусственное старение — тут много зависит от химии сплава. Для АМг5 с добавками меди перестаривание приводит к хрупкости, а для АК8М3, наоборот, недодержка не даёт пика твёрдости. В ООО ?Сучжоу Ляньсинь? при работе с титано-медными композитами сталкивались с похожим — фазы выделяются неравномерно, если не выдержать точный температурный профиль.

Ещё момент: алюминиевые сплавы чувствительны к нагреву в соляных ваннах. Если не следить за чистотой среды, появляются пятна коррозии, которые потом не убрать даже полировкой. Пришлось как-то переделывать партию труб из алюминиевого сплава — из-за загрязнённой соли на поверхности остались раковины.

Связь с современными материалами: примеры из практики

Работая с бериллиевой бронзой, понял, что её термическая обработка напоминает алюминиевые сплавы — тоже требуется быстрое охлаждение после закалки. Но если для алюминия вода приемлема, то для бронзы BrB2 лучше использовать воздух, иначе коробление неизбежно. Это важно для лент, где геометрия должна быть идеальной.

Титановые сплавы, например ВТ6, — отдельная история. Их отжиг в вакууме требует точного контроля кислорода, иначе образуется альфированный слой. Как-то пришлось браковать партию прутков из-за синего побежалости — печь дала сбой, и температура ушла выше 850°C. Для ООО ?Сучжоу Ляньсинь? это стало уроком: теперь все вакуумные печи оснащены дублирующими датчиками.

Медно-никель-кремниевые сплавы типа MNZh5-1 — их часто перегревают при отжиге, думая, что медь прощает ошибки. Но при 600°C начинается рост зёрен, и электропроводность падает. Проверяли на лентах для электротехники — пришлось снижать температуру и увеличивать время, чтобы сохранить свойства.

Ошибки и находки: что не пишут в стандартах

Самая частая ошибка — игнорирование предварительной механической обработки. Например, для сталей после штамповки остаточные напряжения могут привести к короблению при закалке. С алюминиевыми сплавами то же самое: если не сделать нормализацию перед старением, деталь поведёт. На примере обработки профилей для авиакомпонентов убедился — без промежуточного отжига геометрия не выдерживается.

Ещё момент: контроль среды. В цеху с высокой влажностью алюминиевые сплавы после закалки могут покрываться водородными пузырями. Как-то потеряли партию листов из-за этого — пришлось внедрять сушильные шкафы рядом с закалочными ёмкостями.

И последнее: для композитных материалов, как медно-алюминиевые слои, термическая обработка должна учитывать разницу в коэффициентах расширения. Пробовали разные режимы — оптимальным оказался ступенчатый нагрев с выдержкой на 300°C, чтобы снизить внутренние напряжения. Без этого при эксплуатации появлялись расслоения, особенно в местах сварных швов.