Технические требования к чертежу закалка: полный справочник

[locolizator]

Когда речь идет о закалке металла, чертёж — это не просто документ, а инструкция для получения нужных свойств детали. От того, насколько точно указаны параметры на чертеже, зависит, будет ли деталь служить долго или выйдет из строя преждевременно. Правильно оформленный чертеж исключает ошибки на производстве и гарантирует повторяемость результата партию за партией.

Закалка — это термическая обработка, при которой металл нагревают до критических температур, а потом быстро охлаждают. Это преобразует внутреннюю структуру материала, делая его значительно тверже и прочнее. Но чтобы добиться нужного результата, технолог и мастер должны точно понимать, что требуется от детали. Именно для этого на чертеж наносят специальные обозначения и параметры закалки.

Основные параметры закалки на чертеже

Каждый параметр закалки играет роль в формировании свойств детали. Если один из них отклонится от нормы, может измениться твёрдость, возникнуть внутренние напряжения или деформация. Поэтому технолог должен указать все критические значения, чтобы производство могло их контролировать.

Температура нагрева — это первое, что указывают на чертеже. Она зависит от марки стали и её состава. Для различных марок стали температура нагрева колеблется в диапазоне от 800 до 1300 градусов Цельсия. Обычно указывают температуру на 30–50 градусов выше критической точки Ас3 или Ас1, в зависимости от содержания углерода. Ошибка в температуре приводит к тому, что структура металла не преобразуется так, как нужно.

Прямо связана с температурой выдержка при нагреве — время, в течение которого деталь находится при нужной температуре. Это необходимо, чтобы температура выравнялась по всему сечению детали. Для каждого сечения мастера рассчитывают время выдержки, обычно используя формулу 60–65 секунд на миллиметр диаметра детали. Если выдержка окажется короче, то внутренние слои не прогреются достаточно.

Среда охлаждения определяет скорость, с которой будет охлаждаться деталь. Чем быстрее охлаждение, тем больше образуется твёрдого мартенсита, а значит, выше твёрдость. На чертеже указывают, в чём охлаждать: в масле, воде, на воздухе или в специальных растворах. Каждая среда имеет свои рекомендации по температуре. Например, при использовании керосина для закалки металлов температура в ванне не должна превышать 38 градусов Цельсия.

Не менее важна глубина упрочнённого слоя для поверхностной закалки. Этот параметр показывает, насколько глубоко в деталь должна проникнуть повышенная твёрдость. При индукционной закалке это значение контролируется скоростью сканирования индуктора и расстоянием между индуктором и деталью.

Что обязательно должно быть на чертеже

Технолог должен указать на чертеже не только цифры, но и дополнительные сведения, которые помогут производству понять требования.

• Марка стали и её состав — без этого невозможно определить критические температуры. Разные стали требуют разные режимы.
• Требуемая твёрдость в HRC (единица твёрдости по Роквеллу) — это целевой показатель. Обычно твёрдость после закалки составляет 60–65 HRC, но для некоторых деталей может быть и ниже.
• Диапазон температуры нагрева — не одна точка, а допуск. Например, 850–880 градусов. Это позволяет производству иметь небольшой запас на погрешность приборов.
• Время выдержки — часто указывают в минутах или в зависимости от толщины сечения.
• Вид охлаждения и его параметры — температура среды, давление при распылении (если используется спрей), расход охлаждающей жидкости.
• Требуемая глубина упрочнения — для поверхностной закалки критична. Указывается в миллиметрах.
• Допускаемая деформация — линейные размеры могут измениться при закалке, и это нужно предусмотреть.

Виды закалки и их обозначение

Закалка на чертеже может быть обозначена по-разному в зависимости от способа. Каждый вид требует своих параметров.

Полная закалка даёт максимальную твёрдость. Деталь нагревают до критической температуры по всему объёму и затем быстро охлаждают. Это применяют, когда нужна максимальная износостойкость, например, для режущих инструментов или зубчатых колёс. На чертеже обычно указывают одну температуру нагрева и одну среду охлаждения.

Поверхностная закалка упрочняет только верхний слой детали. Сердцевина остаётся относительно мягкой и вязкой, что помогает детали лучше переносить ударные нагрузки. Применяют для валов, шпинделей, кулачков. На чертеже обязательно указывают глубину упрочнения (обычно 0,5–2 мм) и глубину закалки (может быть глубже упрочнения).

Ступенчатая закалка — более сложный процесс. Деталь сначала охлаждают в горячей среде (соль, щёлочь) до точки начала образования мартенсита, выравнивают температуру, а потом медленнее охлаждают на воздухе. Это уменьшает внутренние напряжения и деформацию. На чертеже указывают две среды охлаждения и две температуры.

Изотермическая закалка используется для легированных сталей, когда нужна максимальная стабильность свойств. Деталь охлаждают в горячей среде до одной температуры и выдерживают там, пока структура полностью не превратится в бейнит. Это занимает больше времени, но результат более предсказуем.

Отпуск: вторая фаза термообработки

Отпуск часто указывают на том же чертеже, где обозначена закалка. Это отдельная операция термической обработки, которая идёт сразу после закалки, не позже чем через 2 часа. Закалённая сталь содержит внутренние напряжения и остаточный аустенит, который нестабилен. Отпуск решает эту проблему.

Отпуск состоит в нагреве детали до температур ниже критических (150–650 градусов, в зависимости от требуемых свойств) с последующим медленным охлаждением. На чертеже обычно указывают температуру отпуска и время выдержки. Если требуется максимальная твёрдость, отпуск проводят при низких температурах (150–250 градусов). Если нужна большая вязкость и ударная стойкость, температуру отпуска повышают (450–550 градусов).

Например, типичный режим может быть таким: закалка при 870 градусах в масле, затем отпуск при 180–240 градусах для максимальной твёрдости или при 450–500 градусах для баланса твёрдости и вязкости.

Контроль и документирование

Само указание параметров на чертеже — это только половина дела. Важно, чтобы производство смогло эти параметры контролировать и документировать результаты.

Измерение твёрдости проводят после закалки и отпуска, обычно методом Роквелла (HRC). На чертеже указывают допуск твёрдости, например, 58–62 HRC. Мастер должен замерить несколько точек на детали, чтобы убедиться, что твёрдость равномерна по всей поверхности.

Глубина упрочнения контролируют методом поперечного шлифования и измерения отпечатка твёрдости на разных глубинах. Это особенно важно при поверхностной закалке. Если глубина не совпадает с указанной на чертеже, деталь может оказаться браком.

Размеры и форма после закалки могут измениться на 0,1–0,5 мм в зависимости от сложности геометрии и размера детали. На чертеже указывают допуски, учитывая эту деформацию. Иногда после закалки требуется шлифование или финишная обработка.

Документирование — это обязательный шаг. На производстве ведут карты-протоколы закалки, где указывают:

• Дату и время проведения закалки
• Фактические температуры нагрева и охлаждения
• Время выдержки
• Результаты измерения твёрдости и глубины упрочнения
• ФИО оператора
• Номер партии деталей

Это требуется для отслеживания качества и при необходимости анализа брака. Если деталь не прошла закалку правильно, можно вернуться к документам и понять, что пошло не так.

Практические примеры обозначений

На реальном чертеже закалка может быть обозначена по-разному, в зависимости от стандартов предприятия. Вот несколько примеров, которые встречаются на практике.

Что указывают	Пример	Расшифровка
Марка стали и режим	20Х13 AISI 420, 980–1066°C в масле	Мартенситная нержавеющая сталь, нагрев в диапазоне 980–1066°C, охлаждение в масле
Режим с отпуском	Закалка 870°C, отпуск 180–240°C	Нагрев до 870°C, охлаждение в масло, затем отпуск при 180–240°C
Поверхностная закалка	Поверхностная закалка, глубина 0,8–1,2 мм	Индукционная закалка верхнего слоя на глубину 0,8–1,2 мм
Полная твёрдость	Твёрдость 58–62 HRC	Закалённая деталь должна иметь твёрдость в указанном диапазоне

Эти обозначения дают производству понять, какой способ закалки нужен и какой результат ожидается.

Распространённые ошибки при указании требований

Когда технолог заполняет чертеж, он может допустить ошибки, которые затем усложняют работу на производстве или приводят к браку.

• Неполные данные о марке стали — если не указан состав или стандарт (ГОСТ, DIN), производство может использовать не ту сталь. Это критично, потому что разные марки имеют разные критические температуры.
• Слишком узкий диапазон температур — если указать 850–855°C вместо 850–870°C, то производство не сможет работать из-за строгих ограничений. Допуск должен быть реальным, не менее ±20°C.
• Отсутствие информации о среде охлаждения — если просто написано «в масло», то непонятно, какое масло и при какой температуре. Закалочное масло должно иметь температуру вспышки выше 170°C, а при закалке не нагреваться выше 180°C.
• Забывают про время выдержки — без указания времени выдержки деталь может оказаться непрогретой внутри. Особенно это касается крупногабаритных деталей.
• Не указана допускаемая деформация — после закалки деталь может «вести», и если на чертеже нет допуска на линейные размеры и прямолинейность, деталь забракуют из-за геометрии, хотя по твёрдости она в норме.
• Нет требований по контролю — на чертеже не указано, сколько точек нужно измерить твёрдость, на какой глубине проверить упрочнение. Производство может измерить только одну точку и пропустить брак.

На что ещё нужно обратить внимание

Технические требования к чертежу закалки не ограничиваются только температурами и средами. Есть ещё несколько моментов, которые влияют на качество и безопасность процесса.

Безопасность при закалке — это не только требование инструкций, но и ответственность технолога. На чертеже или в прилагаемом документе нужно указать, какие опасные факторы присутствуют: высокие температуры, электромагнитное излучение (при индукционной закалке), пожаробезопасность закалочного масла, вентиляция помещения. Например, закалочное масло должно иметь температуру вспышки выше 170°C, а сама ванна не должна перегреваться выше 180°C.

Повторяемость и сериность — если это серийное производство, то на чертеже нужно указать, по каким параметрам будут программировать оборудование. Современные индукционные установки работают с памятью программ и ЧПУ, позволяя задать до 15 разных зон с разными параметрами. Всё это должно быть задокументировано в технических условиях или рецептах программы.

Холодная обработка — если после закалки требуется холодная обработка (криогенная обработка при минус 70–196 градусах), это нужно указать. Такая обработка проводится не позже чем через 2 часа после закалки и помогает снизить остаточный аустенит, повышая стабильность размеров детали.

Шлифование или финишная обработка — после закалки часто требуется доработка поверхности для достижения нужной шероховатости или точности. Если это требуется, то на чертеже должны быть указаны размеры и допуски для финишной детали, а технолог должен разобраться, сколько припуска оставить под эту обработку.

О чём ещё подумать при разработке требований

Когда вы пишете требования к закалке для своего производства, стоит учесть, что не все параметры одинаково важны для разных деталей. Одна деталь критична по твёрдости, другая — по деформации, третья — по ударной стойкости. Правильный выбор вида закалки, температуры и среды охлаждения — это результат анализа эксплуатационных требований и опыта. Не забывайте также про технико-хозяйственные аспекты: энергозатраты, время цикла, стоимость закалочного масла и охлаждающих жидкостей. Иногда небольшой компромисс в параметрах закалки может дать значительную экономию без ущерба для функциональности детали.