Изготовление поковок

Когда слышишь ?изготовление поковок?, многие представляют себе кузнеца у наковальни. Но в промышленных масштабах, особенно когда речь о ответственных деталях для энергетики или тяжелого машиностроения, всё куда сложнее. Основная ошибка — считать, что главное здесь сила пресса. Нет, ключ — в контроле структуры металла на каждом этапе.

От слитка до заготовки: где кроются первые проблемы

Всё начинается с материала. Мы в ООО Шаньси Чжунли Фланцы много работаем с легированными сталями, и первая головная боль — исходный слиток. Казалось бы, купил по ГОСТу и всё. Но нет. Неоднородность химического состава по сечению — это норма, с которой нужно уметь работать. Если неверно рассчитать режим осадки при изготовлении поковок, внутренние несплошности не завариваются, а наоборот, растягиваются. Получался брак уже на старте.

Помню случай с поковкой вала для турбины. Материал — сталь 25Х1М1Ф. Слиток вроде бы качественный, но после ковки на гидропрессе ультразвуковой контроль показал расслоение в сердечнике. Пришлось разбираться. Оказалось, температура начала ковки была чуть завышена, пошли процессы перегрева. Металл стал более пластичным, но внутренние дефекты не ?зажались?, а пошли в рост. Пришлось переплавлять всю партию. Дорогой урок.

Поэтому сейчас мы уделяем огромное внимание подготовительному этапу. Не просто ?нагреть до 1200°C?, а построить точный температурный профиль с учетом конкретной марки сплава и массы заготовки. Иногда выгоднее сделать несколько перегревов с промежуточными осадками, чтобы улучшить внутреннюю структуру, даже если это удлиняет цикл.

Ковка или штамповка? Выбор, который определяет всё

Это вечный вопрос. Свободная ковка на прессе даёт больше гибкости для штучных, крупногабаритных изделий. Например, те же фланцы для АЭС нестандартных размеров. Но когда нужна серия одинаковых деталей, скажем, поковки дисков для компрессоров, без штампов не обойтись.

Штамповка, конечно, даёт лучшее использование материала и более точные формы. Но здесь своя засада — проектирование самого штампа. Если допуск в чертеже поковки ±2 мм, то штамп нужно делать с умом, учитывая усадку при охлаждении для каждого сплава. Для нержавеющей стали 12Х18Н10Т и для жаропрочного сплава ЭИ415 усадка будет разной. Ошибешься на полпроцента — и вся партия в брак.

Мы на сайте sxzl.ru пишем, что специализируемся на поковках из различных сплавов. Так вот, это не просто список материалов в каталоге. Это означает, что для каждой новой марки у нас в цеху есть отработанная карта технологических процессов: свои температуры, свои скорости деформации, свои режимы охлаждения. Без этого — просто металлолом получится, а не деталь.

История с ?простым? фланцем

Как-то был заказ на крупную партию фланцев из стали 09Г2С для нефтепровода. Казалось, рутинная работа. Применили стандартный режим для углеродистых сталей. Но после механической обработки на некоторых фланцах пошли микротрещины по торцу. Стали анализировать. Выяснилось, что в этой партии стали было чуть повышенное содержание серы, что при стандартном режиме охлаждения на воздухе привело к красноломкости. Пришлось вводить ступенчатое охлаждение — сначала в бункере до определенной температуры, потом на воздухе. Проблема ушла. Теперь этот случай — часть нашего внутреннего техрегламента.

Термичка: где рождаются свойства металла

После ковки заготовка — это ещё не поковка. Это полуфабрикат с неравномерной, часто крупнозернистой структурой и остаточными напряжениями. Без правильной термической обработки — нормализации, закалки и отпуска — никакие паспортные механические свойства не обеспечить.

Самое сложное здесь — для массивных поковок. Прогреть центробежку весом в несколько тонн равномерно до 850-900°C — та ещё задача. Если где-то будет перепад, при закалке возникнут такие напряжения, что поковка может лопнуть сама по себе, просто остывая. У нас был инцидент с ротором. Дорогостоящая заготовка, почти готовая. Трещина после отпуска. Видели бы вы лица мастеров... Причина — слишком быстрое нагревание. Металл ?не успевал? прогреваться изнутри, внешние слои уже расширились, а сердцевина — нет.

Теперь для крупногабаритных вещей мы используем компьютерное моделирование нагрева. Не панацея, но сильно снижает риски. Программа на основе введенных параметров (материал, геометрия, масса) строит график, сколько времени греть на какой ступени. Живого опыта это не заменяет, но хорошее подспорье.

Контроль: доверяй, но проверяй

Можно идеально отковать и грамотно термообработать, но без контроля — всё впустую. Ультразвуковой контроль (УЗК) — наш главный инструмент. Им ?просвечивается? вся толща металла на предмет внутренних дефектов. Но и тут есть нюансы.

Например, для аустенитных сталей классический УЗК менее эффективен из-за крупного зерна, которое рассеивает сигнал. Приходится использовать специальные низкочастотные преобразователи или даже рентген. Это удорожает процесс, но иначе нельзя. Мы как высокотехнологичное предприятие не можем себе позволить поставлять поковки с непроверенным сердечником, особенно для критических применений.

Механические испытания — отдельная песня. От каждой плавки, от каждой поковочной группы мы берем образцы-свидетели. Их тянут на разрывной машине, бьют по Шарпи, смотрят структуру под микроскопом. Бывает, что по УЗК всё чисто, а образец показывает низкую ударную вязкость. Значит, где-то в цикле была ошибка, возможно, при отпуске недодержали. И это повод проверить всю партию.

Вместо заключения: мысль вслух о будущем поковки

Сейчас много говорят о аддитивных технологиях, мол, скоро всё будут печатать. Для мелких сложных деталей — возможно. Но когда нужна монолитная, однородная структура металла, работающая под нагрузкой в агрессивной среде десятилетиями, — изготовление поковок никуда не денется. Поковка — это цельная история, от кристаллической решетки до готового изделия.

Наша задача, как производителя, — не просто продать тонну металла определенной формы. А обеспечить, чтобы каждая молекула в этой тонне была на своем месте и выполняла свою функцию. Это и есть та самая ?высокая технология?, которая скрыта за простым, на первый взгляд, словом ?поковка?. Это ежедневная работа с тысячей параметров, постоянный анализ и готовность учиться даже на своих ошибках. Как в той истории с фланцем. Главное — чтобы эти ошибки не уходили к заказчику.

Вот, собственно, и всё, о чём хотелось сказать. Технология живая, она постоянно развивается. И если кому-то наши наработки интересны — всегда можно зайти на sxzl.ru, посмотреть, что и как мы делаем. Не для рекламы, а просто для обмена опытом. В этом деле без него — никуда.