Термообработка металла на заказ:
режимы, оборудование, твёрдость и цены

Отжиг и нормализация

Подготовительные операции, про которые вспоминают уже после того, как деталь повело на станке. Прокат, поковка и особенно сварная конструкция несут внутренние напряжения: снимаете слой металла, баланс нарушается, деталь уходит из плоскости и размера.

• Полный отжиг: нагрев выше критической точки, длительная выдержка, медленное охлаждение с печью. Сталь мягкая и хорошо режется, НВ 150-200.
• Низкий отжиг для снятия напряжений: 550-650 °C с остыванием в печи. Структуру почти не меняет, убирает напряжения после черновой и сварки. Самая полезная операция для корпусов и плит.
• Нормализация: нагрев выше критической точки, охлаждение на спокойном воздухе. Измельчает зерно, выравнивает структуру после ковки и проката.
• Отжиг на зернистый перлит: для инструментальных и высокоуглеродистых сталей перед механообработкой, иначе их тяжело резать.

Правило для точных деталей: черновая обработка, отжиг для снятия напряжений, чистовая, термообработка, шлифовка. Пропускать промежуточный отжиг можно только на коротких жёстких деталях простой формы.

Закалка ТВЧ и где она выгоднее

Закалка токами высокой частоты греет только поверхность: индуктор наводит вихревые токи, которые за секунды поднимают температуру слоя, а спреер тут же его охлаждает. Сердцевина остаётся в исходном улучшенном состоянии.

ТВЧ выгоднее объёмной закалки в трёх случаях. Первый: твёрдость нужна только на рабочей поверхности, а сердцевина должна гасить удар. Второй: деталь длинная и тонкая, объёмная закалка её скрутит. Третий: калить надо зону, а не деталь целиком.

• Зубья шестерён и звёздочек: закалка по контуру зуба или по впадине, сердцевина вязкая. Типичное решение для шестерён на заказ из 40Х.
• Шейки валов под подшипники и уплотнения: слой 1,5-2,5 мм, 50-55 HRC, тело вала без изменений.
• Оси и пальцы: поверхность на износ, тело на изгиб и срез, подробнее про изготовление осей и пальцев.
• Направляющие, кулачки, копиры, штоки: закалка дорожки, по которой идёт контакт.
• Резьбовые участки не калим: резьба под ТВЧ трескается по впадине, оставляем сырой или прикрываем.

Минус у ТВЧ один: под каждую геометрию нужен свой индуктор. На единичную деталь это иногда дороже объёмной закалки, а на партии от 20-30 штук окупается сразу. Поэтому на расчёте всегда спрашиваем количество.

Цементация и нитроцементация

В малоуглеродистой стали калить нечего: без углерода мартенсит не образуется. Тогда углерод добавляют в поверхность извне. Это цементация: длительная выдержка при 900-950 °C в науглероживающей среде, после неё закалка и низкий отпуск.

• Стали под цементацию: 20, 20Х, 18ХГТ, 12ХН3А, 20ХГНМ. Сталь 45 и 40Х не цементируют, углерода в них достаточно.
• Глубина слоя обычно 0,6-1,2 мм, при нужде до 1,8 мм. Слой растёт примерно на 0,1 мм за час выдержки, поэтому глубокая цементация долгая и дорогая.
• Твёрдость: поверхность 56-62 HRC, сердцевина 30-40 HRC. Снаружи деталь сопротивляется износу, внутри держит изгиб и удар.
• Защита зон: что цементировать нельзя, закрываем обмазкой или оставляем припуск и срезаем слой после. Резьбу и посадки под прессовку обычно защищают.
• Нитроцементация: насыщение углеродом и азотом сразу, при 840-870 °C. Температура ниже, поводки меньше, слой 0,2-0,8 мм, и быстрее. Хороший вариант для мелких деталей и серий.

Цементированные детали обязательно шлифуют после термички: слой тонкий, а поводки есть, снимать надо ровно столько, сколько заложено в припуск. Подробнее про шлифовальные работы.

Какие стали под что берут

Самая частая ошибка в заявке: «нужна деталь на 55 HRC». Дальше выясняется, что деталь из стали 20, где такой твёрдости без цементации не будет. Марка стали определяет, какая термообработка возможна, а какая нет.

Ориентир. Твёрдость на всём сечении и деталь небольшая: 45 или У8. Прочность и вязкость на крупном сечении: 40Х и 40ХН на улучшение. Твёрдый слой при вязкой сердцевине: сталь 20 на цементацию или 40Х на ТВЧ. Твёрдость без поводок на готовой точной детали: 38Х2МЮА на азотирование.

Если марка в чертеже не проставлена, а требование по твёрдости есть, подберём сталь сами и согласуем. Когда деталь надо ещё и изготовить с нуля, смотрите изготовление деталей на заказ.

Контроль твёрдости и протокол

Без замера твёрдости термообработка непроверяема. Мерим по Роквеллу шкала C для закалённых сталей, по Бринеллю для отожжённых и улучшенных, по Виккерсу для тонких азотированных слоёв.

• Подготовка места замера: зачищаем площадку от окалины. Замер по окалине или по кривой поверхности даёт заниженные значения.
• Число точек: минимум три на детали, разброс между ними показывает равномерность прогрева. Для ТВЧ меряем в закалённой зоне и рядом с границей.
• Глубина слоя при цементации и ТВЧ проверяется на образце-свидетеле из той же стали, который идёт в садке с деталями: его режут и смотрят слой.
• Выборка на партии: каждая десятая деталь плюс первая и последняя из садки. Ответственные меряем поштучно.
• Тонкостенные и крупные детали меряем переносным твердомером на месте, стационарный их не возьмёт.

В протоколе: номер заказа, обозначение детали и чертежа, марка стали, вид и режим обработки, среда охлаждения, температура отпуска, точки замера с координатами, полученные значения, требование чертежа и вывод. Выдаём на партию или на деталь, в бумажном и электронном виде.

Сроки, цены и что прислать для расчёта

Термообработка считается по весу садки и виду обработки, а не по числу деталей. Печь греется одинаково и под одну деталь, и под пятьдесят: на партии цена за килограмм падает, на единичной работает минимальная сумма заказа.

Минимальная сумма заказа 3 000 ₽. На партиях от 50 кг цена за килограмм ниже примерно на треть, от 200 кг считаем индивидуально: там уже собирается отдельная садка под одну марку и один режим. Шлифовка после термички отдельно, от 900 ₽ за деталь. Отвечаем на заявку в течение двух часов.

Что прислать для расчёта: чертёж или эскиз с габаритами, марку стали, твёрдость с диапазоном и шкалой, глубину слоя для цементации и ТВЧ, зоны обработки, количество деталей и общий вес, состояние на входе (чистовой размер или с припуском). Если чертежа нет, хватит фото детали с линейкой и описания, где и как она работает: режим подберём по условиям работы.

Производства в Москве, Казани и Набережных Челнах, отправка транспортными компаниями по России. Телефон +7 (953) 491-07-51, почта katanametall@yandex.ru.