Термообработка.

Что такое хорошо и что такое плохо.
Как правило, покупая нож, типичный клиент обязательно задаст два вопроса:
1. Из какой стали нож?
2. Какая твердость?
То есть, даже неспециалист где-то в глубине своей души понимает, что железки бывают разные и обработать их можно по разному. Последнее, правда, очевидно не всем.
Очень часто можно увидеть на форумах высказывания типа "Я вот купил нож из 95Х18 - полное гумно, об колбасу крошится, на масле тупится". И тут же - "Да ты гонишь, я своим трех кабанов разобрал и хоть бы хны". Вообще, степень удовлетворенности ножом пользователя - вопрос крайне многогранный, но он включает в себя и сталь и ее ТО. Которая может быть разной. Иногда сильно....
Так что же такое термообработка и с чем ее едят?
Ну, уже из названия понятно, что этим термином описывается множество методов обработки материалов, основанных на изменении их структуры (и, соответственно, свойств) под влиянием температур. Часто в применении к готовому изделию все это часто называют "закалкой", хотя собственно закалка является лишь одним из этапов. Иногда, приплетая сюда еще и горячую деформацию, все это называют ТМО (термомеханическая обработка), что в большинстве случаев в корне неверно. Обычно термообработка включает в себя несколько этапов (иногда - несколько десятков). Все они имеют разные цели и разные режимы. Путаницы добавляет еще и то, что в теории термической обработки и на практике довольно часто отдельные процессы имеют разные названия в зависимости от цели и места в технологическом цикле. Вдаваться в дебри не будем, нам скорее важны основные этапы и их режимы с точки зрения влияния на конечный результат.
Думаю, что будет проще разобрать это на примере типичной технологии производства клинков (с указанием основных технологических процессов), применяемой подавляющим большинством российских (да и мировых тоже) производителей. Рассмотрим типичную схему, применяемую мастерами-частниками и мелкосерийным производителем.
(ковка)
1. Нормализация (иногда + высокий отпуск)
(вырезание бланков)
2. Отжиг или ТЦО.
3. Закалка из МКО
4. Высокий отпуск
5. Закалка
6. Криообработка
7. Результирующий отпуск
(Черновое шлифование)
8. Отпуск после шлифования
(чистовое шлифование и доводка)
В случае, если производится обработка резанием, могут быть дополнительные отпуски (или отжиги).
Рассмотрим влияние отдельных этапов на свойства и качество изделий.
1. Нормализация (иногда + высокий отпуск) - позволяет привести структуру стали "к общему знаменателю" от которого можно плясать дальше, снять напряжения, измельчить зерно, в отдельных случаях убрать карбидную сетку или получить необходимую для обработки твердость. Осуществляется в виде нагрева до температур выше температуры фазовых превращений (часто до температур, вызывающих заметное растворение карбидов) и охлаждения на спокойном воздухе. Многие стали при этом способны подкаливаться и получать высокую твердость - в этом случае добавляют высокий отпуск.
2. Отжиг или ТЦО – Позволяет измельчить зерно, снизить твердость до минимальных значений (для обработки резанием или холодной деформации), снять остаточные напряжения. Осуществляется нагревом до температур немного выше температур фазовых превращений (в отдельных случаях – в межкритическую область) и медленным охлаждением до температур окончания перлитного распада. Часто отжиг выгодно заменять термоциклической обработкой – многократным повторением циклов нагрева-охлаждения до температур соответственно выше/ниже температур фазовых превращений. Такая обработка позволяет в заметно большей степени измельчить зерно и в результате получить заметно лучшие мех. характеристики.
3. Закалка из МКО. Позволяет значительно уменьшить поводки и коробление деталей, благодаря закрытию микропор в отдельных случаях несколько повышает твердость и мех. характеристики сталей. Выполняется как “мягкая” закалка из межкритической области, как правило, охлаждением в масле.
4. Высокий отпуск (с точки зрения теории ТО – докритический отжиг) – снимает напряжения после мех. обработки, подготавливает структуру стали к закалке, в отдельных случаях снижает твердость стали до минимальных значений.
5. Закалка – Основной этап ТО. Заключается в нагреве до температур, выше температур фазовых превращений и как правило, вызывающих заметное растворение карбидов, создающих требуемое насыщение твердого раствора углеродом и легирующими элементами и быстром охлаждении (со скоростью выше критической), фиксирующих этот пересыщенный твердый раствор.
6. Криообработка – охлаждение изделия до низких температур (как правило -78 – 196С). Преследует целью возможно более полное превращение остаточного аустенита, что увеличивает твердость, стойкость к смятию и уменьшает риск превращения аустенита при эксплуатации, но может снижать вязкость.
7. Результирующий отпуск – формирует окончательные свойства клинка. Обычно осушествляют нагревом до относительно невысоких температур (иногда средних температур). При закалке на вторичную твердость обычно используется многократный нагрев до температур активного дисперсионного твердения и преврашения остаточного аустенита.
8. Отпуск после шлифования – снимает шлифовочные напряжения и иногда стабилизирует образовавшийся при шлифовании аустенит.
Не все этапы не всегда необходимы, некоторые могут частично или полностью заменять друг друга – все зависит от стали и технологического цикла. В случае покупки полуфабрикатов заметная часть ТО уже сделана на предприятии – изготовителе.
Обычно этапы ТО делят на предварительную и результирующую ТО. Результирующая ТО формирует свойства готового изделия (как правило, это все, начиная с последней высокотемпературной ступени - закалки), задача ПТО – обеспечить необходимые технологические свойства и подготовить структуру к результирующей ТО.
Естественно, именно результирующая ТО наиболее сильно влияет на “базовые” свойства стали, но именно ПТО часто позволяет “выжать” из стали максимум того, на что она способна.
Естественно – бесплатных пирожных не бывает. С усложнением ТО растут трудозатраты, загрузка оборудования и т.д. Что неизбежно приводит к росту цены изделий. Часто многократному. Поэтому будет излишне оптимистично искать бриллианты среди ширпотреба. С другой стороны, попытки выжать максимум могут привести к таким затратам, что изделие приобретает статус “эксклюзива” с соответствующей ценой. Надо где то остановится. Где именно – каждый производитель решает для себя сам. Точнее – там, где останавливается его целевой покупатель.
Рассмотрим основные варианты.
1. Сковал, нагрел в горне до ярко-оранжевого, сунул в масло. Подержал над углями 5 минут - насяльнике, все… В данном случае рассчитывать хотя бы на средний для данной стали результат довольно оптимистично. При огромном опыте возможно все…
2. Отдал “какому то термисту” с оборонного завода. Что и как тот с железкой делал – тайна сия есть велика… Результат – от полного отстоя до очень неплохо, правда с заметным преобладанием первого. Кадры решают все.
3. Есть печка, есть “даташит”, есть полоска буржуйской стали. Знаний и понимания чего и как - нет. Если особо сильно не косячить, то вполне вероятно получить неплохой результат. Особенно с современными сталями – они, как правило, достаточно толерантны к ошибкам.
4. То же + минимальные представления о том что, куда и зачем. Как правило, при накоплении и осмыслении собственного и чужого опыта и личной ответственности возможно получение стабильно хороших результатов.
5. Имеются четкие представления о предмете и/или огромный личный опыт. Плюс заинтересованность в результате и личная ответственность. Это предпосылки к получению стабильных результатов заметно выше среднего. Авторские схемы ТО часто позволяют выжать из сталей заметно больше того, чего от них ждут.
6. Клинки – чемпионы требуют еще и некоторой доли удачи.
Рассмотрим основные ошибки при ТО и их влияние на качество изделия.
1. Недостаточная твердость – как правило, следствие недогрева при закалке (редко - перегрева) или излишне высокого отпуска. В умеренных формах встречается на недорогих ножах как компенсатор излишне упрощенной ТО.
2. Избыточная твердость и хрупкость “Перекал”. А вот тут все сложнее. Часто речь идет не о высокой твердости, а о перегреве при закалке (или непроведенной ПТО), когда сталь получает слишком крупное зерно. Собственно, твердость не является единственным показателем качества ТО – к одной и той же твердости можно придти разными путями и с разным результатом. Так что утверждения типа “Нож выше 58HRc хрупкий как стекло” надо воспринимать со здравым скепсисом.
3. Обезуглероженный слой. При отсутствии защитных атмосфер/покрытий или вакуумного оборудования присутствует практически всегда. При травлении как правило выглядит заметно светлее фона. При правильном планировании техпроцесса этот слой удаляется, но в отдельных случаях (например, при закалке тонко сведенной заготовки или выполнения ножа со “стамесочной” заточкой без удаления обезуглероженного слоя) он может выходить на РК, с самыми печальными последствиями для последней. Иногда он может стать причиной ошибок при определении твердости – там она будет заметно меньше чем на теле клинка и РК.
4. Трещины. Могут появиться на разных этапах производства, наиболее часто при ковке, закалке или шлифовании. Являются безусловным неисправимым браком. Продажа такого клинка (за исключением ОЧЕНЬ редких случаев на многослойных клинках или дамасках) – прямое указание на отношение производителя к делу. Хреновое отношение.
5. Поводки и коробления. На длинномере они практически неизбежны, на коротком клинке допустимы до определенной степени.
В заключение несколько реальных историй о разных ножеделах.
1. Проводя закалку кузнец А свинчивает несколько десятков заготовок шпильками, кидает в печь, идет пить водку. Через несколько ЧАСОВ возвращается, кидает “бутерброд” в бак с маслом, идет пить водку. Отпуска не делает – а зачем, там и так 58…
2. Кузнец Б в течение многих лет калит Х12МФ с температур на 50 градусов выше оптимальных. На резонный вопрос о причинах – “А я всегда так делаю, люди не жалуются”.
3. Энтузиаст В решил провести криообработку путем закалки раскаленной до 1175 заготовки в жидком азоте. На предложение сначала найти значение теплоты испарения для жидкого азота через два дня задумчиво высказал “бля”.
4. Кузнец Г калит каждую заготовку по разному. При этом сам их не испытывает и отзывы систематически не собирает. Ищет человек…
5. Мастер Д при закалке КАЖДОГО клинка помимо авторской ТО и проверки на твердость всегда контролирует излом – на всякий случай. Вот это – заявка на ответственное отношение к делу, что проявляется и в других вопросах и находит отражение в цене изделий.
Так что, выбирая ТО вы выбираете ПРОИЗВОДИТЕЛЯ. У разных мастеров могут быть разные взгляды на ТО, но ответственный и уважающий себя и потребителя lпроизводитель никогда не выпустит в продажу изделие со свойствами ниже некоторого минимума. А в случае брака (чего не бывает) приложит максимум усилий к разрешению ситуации.
Помогу подобрать нож +7(909)-999-60-11