Увеличивает твердость изделия в 3-4 раза.
Необходимость этой процедуры возникает тогда, когда нужно, чтобы металлический предмет без усилий разрезал стекло.
Случается, что потребность закалить инструмент из металла появляется из-за того, что он либо не закален до нужной степени, либо, наоборот, в его закалке переусердствовали.
В первом случае металлические предметы, например сверла, заминаются, во втором – буквально крошится.
Проверить еще в магазине, как хорошо закален инструмент из металла, вряд ли получится.
Хотя возможность такой проверки существует. Надо взять напильник и провести им по краю режущего предмета – ножа или топора.
То, что напильник пристает и липнет к металлу, означает, что изделие мало закаливали.
При этом его край будет слишком мягким и податливым.
Если напильник отходит от предмета с легкостью и будто гладит его, а рука во время нажатия не ощущает никаких неровных мест, то на лицо перекал изделия.
Если в ваших руках все-таки оказалось оборудование из металла, которое нуждается в дополнительной закалке, то ничего страшного.
Закалить нож можно и своими руками, даже не прибегая сложным технологиям, то есть в домашних условиях.
Единственное, что нужно помнить: запрещено закаливать малоуглеродистые стали.
А вот увеличить прочность углеродистых и инструментальных сталей вполне вероятно.
Проще говоря, технология закаливания представляет собой два действия – нагревание образца до высокой температуры и его охлаждение.
Только не стоит предполагать, что все элементарно, ведь группы металлов отличаются своеобразной структурой и характеристиками.
Термическая обработка металла своими руками оправдана, если:
существует острая потребность упрочнить материал, например, «усилить» режущие края кухонной утвари или инструментов, вроде стамески или зубила;
нужно повысить пластичность предмета, что делает проще работу с металлом, например, процесс горячей ковки.
Цена профессиональной закалки 1 кг составляет 100-200 рублей. А закалка мелких деталей обойдется дешевле. Цена на эту услугу колеблется от 6 до 20 рублей.
Если закаливать оборудование в домашних условиях, то важно знать некоторые тонкости этого процесса.
Нагрев требует равномерности, он должен проходить без появления на предмете черных или синих пятен. Ни в коем случае нельзя нагревать образец до крайнего показателя.
То, что изделие разогревается правильно, подскажет окрашивание его в яркий красный цвет.
Для закалки металлического предмета типа сверла подходит такое оборудование, как электропечь или термо печь, а также паяльная лампа и большой костер.
Что более подходит – печь, электропечь или открытый огонь, зависит от того, какой температуры требует обрабатываемый вид металла.
Когда нужно закалить не всю поверхность металлического предмета, а лишь определенное место, применяется струйная закалка. Она предполагает, что струя холодной воды направляется на объект точечно.
Методика охлаждения сверла, отвертки, зубила или обжимки может быть разной. Ее можно осуществить в несколько ступеней, можно разово и резко или постепенно. Все зависит от вида металла.
Если планируется проводить операцию с одним охладителем, то подготавливается специальное оборудование, вроде ведра или бочки. Для этого подойдет даже ванна.
Этот способ охлаждения идеален для изделий, сделанных из стали углеродистой или легированной.
Когда для понижения температуры предмета из металла нужна двухступенчатая схема охлаждения, применяют две разные среды. Это процедура обеспечивает и отпуск металла.
Так, вначале сверла или дисковые детали охлаждают водой, затем – маслом, которое может быть машинным или минеральным.
Охлаждение с помощью масла осуществляется во вторую очередь, так как есть риск его воспламенения из-за высокой температуры.
Температурные режимы и другие показатели закалки отражает приведенная ниже таблица.
Закалка стали на открытом огне
Закалить металл возможно и в домашних условиях. Для легкого и полезного процесса закаливания надо развести костер и приготовить две большие тары. В огне должно быть много раскаленных углей.
В одну емкость наливается дизельное или моторное масло, в другую – чистая вода, лучше из колодца. Следует предварительно подготовить инструмент, которым надо будет держать раскаленное до пределов изделие.
Желательно найти кузнечные клещи, но если их нет среди инструментов, можно вооружиться чем-нибудь другим, похожим на клещи.
Когда предварительные работы сделаны, металлические сверла или другие предметы кладут в самый центр пламени, то есть на горячие угли.
Угольки насыщенного белого цвета раскаленнее остальных. За процессом закалки важно смотреть – пламя должно быть малиновым, а не белым. Если огонь будет окрашен в последний цвет, то есть угроза перегрева и даже сгорания металла.
Необходимо, чтобы цвет распределялся по всей площади костра равномерным образом. На кромке изделия, которое подвергается закалке, не должны появляться черные пятна.
А если металл местами синеет, то это свидетельствует о том, что материал чересчур размягчился и стал излишне пластичен. Этого ни при каких обстоятельствах допускать нельзя.
Поэтому процесс требует повышенной внимательности, ведь можно перестараться и раскалить лезвие топора добела.
Когда металлическое оборудование прокалится в огне, его пора убирать из очага высокой температуры.
Раскаленный предмет нужно опускать в тару с маслом много раз с частотой в 3 секунды, пошагово увеличивая этот промежуток времени.
Медлить с этими действиями нельзя, нужно проделать операции по закалке металлической кромки скоро и резко.
При работе своими руками элемент стоит окунать в тару с жидкостью до того момента, как цвет лишится своей насыщенности и яркости.
На этом этапе не забывайте об осторожности, так масляные капельки на ноже или топоре могут вспыхнуть, очутившись в воде.
Как правильно и неправильно погружать разные детали, в том числе сверла и дисковые фрезы воду, отражает таблица:
Очень часто возникает необходимость закалить сверла. Тонкие длинные элементы не рекомендуется опускать в воду плашмя, иначе нижний слой металла, охлаждаемый первым, сожмется.
Сверла следует опускать в жидкость более толстым концом.
Если соблюдать все правила и предосторожности, то закалка своими руками не покажется сложной и опасной процедурой. Она принесет должный гарантированный эффект.
Но порой в домашних условиях приходится закалять стальное оборудование или расплавлять цветной металл. Для таких операций необходима крайне высокая температура, 700-900 градусов.
А разогреть металлические предметы до такого показателя способна только муфельная печь или электропечь. Муфельную печь можно сделать самому. Электропечь в домашних условиях сделать вряд ли получится.
Как изготовить камеру для закаливания металла?
Самодельная муфельная печь сегодня просто необходима в домашнем хозяйстве. Она позволяет без лишних действий подвергнуть изделие термообработке.
Чтобы изготовить печь своими руками, понадобится огнеупорная глина, которую используют для покрытия котлов. Из этого материала создают камеру толщиной не более 1 см.
А ее размеры должны вписываться в следующие параметры длины, высоты и ширины – 210*105*75 мм.
Вылепляя муфельную печь своими руками, надо иметь заранее сделанную из картона форму. Ее лучше пропитать парафином, чтобы она не прилипала.
Глина намазывается на форму с изнаночной стороны, потому что так она не даст во время сушки сильной усадки. Когда глина затвердеет, то самостоятельно отойдет от граней формы.
Эта же огнеупорная глина послужит материалом для изготовления дверки печи. Затем самодельная муфельная печь в виде двух деталей должна просохнуть на открытом воздухе.
Затем ее до конца просушивают в печи при стоградусной температуре.
Потом дверку и камеру обжигают, мало-помалу увеличивая температуру до 900 градусов. Затем эти детали должны постепенно остынуть в самой печи.
Потом дверцу присоединяют к печи, осторожно действуя напильником и шлифуя поверхность шкуркой.
На камеру нужно намотать 18 метров нихромовой проволоки. Ее толщина должна быть 0,75 мм. Первый и последний витки скручивают.
Чтобы не было риска возникновения замыкания, расстояния между витками проволоки намазывают глиной. На подсохший слой глины намазывается еще один слой толщиной около 12 см.
Изготовленная своими руками самодельная муфельная печь помещается в каркас из металла размером 270*200*180 мм.
Чтобы корпус собирался легко, его целесообразнее сделать с двумя съемными крышками, которые фиксируются винтами.
К крышке впереди на петлю прикрепляют дверцу, она должна открываться по горизонтали. На данную дверку посредством болтов и прокладок необходимо установить деталь из керамики.
Оставшиеся зазоры снова залепляют глиной, а края проволоки убирают на заднюю крышку каркаса.
Затем готовится разъем и стандартный шнур с вилкой. Все отверстия между элементами для нагревания и каркасом нужно заполнить крошкой асбеста.
Чтобы установить термопару и иметь возможность следить за процессом нагревания, в камере желательно сделать две дырочки.
Первую – диаметром 1 см, вторую – 2 см. К этим отверстиям нужно прикрепить закрывающиеся металлические шторки.
Самодельная конструкция печи весит 10 кг и может в течение часа раскаляться до 950 градусов.
Ее наличие облегчает процесс закалки сверла, напильника, матрицы и многих других изделий из металла. Как самодельная печка закаливает металлическое оборудование, показано на видео.
Хотя муфельное оборудование, закаляющее металл, не единственный вариант. Термообработку может выполнить камерное и пламенное оборудование, электропечь, термопечь, а также печи-ванны.
Во всяком случае, сделать прибор для закалки самостоятельно выгоднее, чем покупать его. Например, средняя цена муфельной печи – 40 тысяч.
Электропечь используется для закалки металла при температуре около 1300 градусов и стоит электропечь гораздо дороже.
Термообработка металлов - это один из основных способов улучшения их механических и физико-химических характеристик: твердости, прочности и других.
Одним из видов термообработки является закалка. Она успешно применялась человеком кустарным способом еще с давних времен. В Средневековье этот способ термической обработки использовали, чтобы улучшить прочность и твердость металлических предметов быта: топоров, серпов, пил, ножей, а также боевого оружия в виде копий, сабель и других.
И сейчас используют такой способ улучшения характеристик металла, не только в промышленных масштабах, но и в домашних условиях, в основном для закалки металлических предметов быта.
Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.
Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.
Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.
После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.
Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.
При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.
Особенности закалки стали
Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.
Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.
Виды закаливания сталей
В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.
Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.
Охлаждающая среда
Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.
Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.
Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.
Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).
Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду. Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к. зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.
Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.
Различают следующие способы охлаждения:
- С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
- Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
- Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
- Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.
Температурный режим
Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.
Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!
Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.
Как закалить металл в домашних условиях
Пользуясь элементарными знаниями, можно провести закалку стали в домашних условиях. Нагревание металла обычно проводят с помощью костра, муфельных электропечей или горелок с использованием газа.
Закалка топора на костре и в печи
Если требуется придать дополнительную прочность бытовым инструментам, например, сделать топор более прочным, то самый простой способ его закалки можно провести в домашних условиях.
На топорах при изготовлении ставится клеймо, по которому можно узнать марку стали. Мы рассмотрим процесс закалки на примере инструментальной стали У7.
Выполнять технологию нужно с соблюдением следующих правил:
1. Отжиг . Перед обработкой затупить острую кромку лезвия и поместить топор в горящую кирпичную печь для нагрева. За процедурой термообработки нужно внимательно следить, чтобы не допустить перегрева (допустимый нагрев 720-780°C). Более продвинутые мастера температуру узнают по цвету каления.
А новички, температуру могут узнать с помощью магнита. Если магнит перестал приставать к металлу, значит топор нагрелся свыше 768°C (цвет красно-бордовый) и пришло время охлаждения.
Кочергой придвинуть раскаленный топор к дверце печи, жар убрать вглубь, закрыть дверцу и задвижку, оставить нагретый металл в печи на 10 часов. Пусть топор постепенно остывает с печкой.
2. Закалка стали . Нагреть топор на костре, буржуйке или печи до темно-красного цвета — температура 800-830°C (магнит перестал магнитится, подождать ещё 2-3 минуты).
Закалка выполняется в подогретой воде (30°C) и масле. Опустить лезвие топора в воду на 3-4 см, интенсивно двигая его.
3. Отпуск лезвия топора . Отпуск уменьшает хрупкость стали и снимает внутренне напряжение. Зачистить металл наждаком, чтобы лучше различать цвета пебежалости.
Выдержать топор в течение 1 часа в духовке, при температуре 270-320°C. После выдержки, достать и остудить на воздухе.
Видео: термообработка топора в домашних условиях, три стадии: отжиг, закалка, отпуск.
Закаливание ножа
Самостоятельно для закалки металлов целесообразно использовать печи. Для предметов быта в виде ножей, топоров, и других, наиболее подходящими являются муфельные печи небольшого размера. В них можно достичь температуры закалки намного выше, чем на костре и проще добиться равномерного прогрева металла.
Такую печь можно изготовить самостоятельно. В интернете можно найти множество простых вариантов ее конструкции. В таких печах можно разогреть металлическое изделие до 700-900°C.
Рассмотрим, как закалить нож из нержавейки в домашних условиях, используя муфельную электропечь. Для охлаждения вместо воды или масла используется расплавленный сургуч (можно достать в воинской части).
Термическая обработка металла проводится на протяжении многих веков. Она позволяет существенно повысить эксплуатационные свойства материала, изменить некоторые свойства. Закалка - разновидность термической обработки. Еще до появления огнестрельного оружия клинки усиливались закаливанием используемого металла при их изготовлении. Сегодня в домашних условиях можно закалить болт, топор, зубило, клинок, проволоку и многие другие изделия. Стоит рассмотреть подробнее, в домашних условиях, и какие при этом могут возникнуть сложности.
Суть закалки металлических изделий
Для того чтобы правильно закалять железо и другие металлы, следует рассмотреть суть этого процесса.
К особенностям этой разновидности термообработки можно отнести следующее:
- Закаливать - это значит, нагревать материал до температуры, которая может изменить структуру. У металлов структура представлена кристаллической решеткой.
- Процесс предусматривает также охлаждение материала, для чего может использоваться масло или вода.
Целью подобной термической обработки является увеличение твердости структуры стали или другого сплава.
С закалкой также связан процесс, получивший название отпуск. Он проводится для того, чтобы снизить хрупкость структуры после термической обработки. Отпуск проводится при более низкой температуре, а на охлаждение уходит намного больше времени. Важность этого процесса велика, иначе в структуре могут образовываться серьезные дефекты.
Следует учитывать, что не все металлы подходят для подобной термической обработки. Очень часто проводится улучшение физико-механических качеств конструкционных сталей, к примеру, стали 45, а также некоторых легированных сплавов (65Г, У7Х).
Алюминий и многие другие цветные сплавы подвергаются термической обработке, при которой кристаллическая решетка остается неизменной. Это можно достичь путем нагрева до невысоких температур с последующим быстрым охлаждение в различной среде.
Особенности технологии
Можно выделить 3 основных этапа термической обработки стали:
Закалка ножа в домашних условиях осуществима, этого потребуется обычная печь, место для проведения работы, а также емкость с маслом или водой для охлаждения металла.
Много внимания уделяется выбору способа охлаждения стали. Различают следующие методы:
При проведении закалки в домашних условиях следует учитывать, что слишком быстрое охлаждение становится причиной повышенной хрупкости структуры. Важно обеспечивать равномерное охлаждение, что позволяет получить равномерную структуру.
При работе с раскаленной сталью следует соблюдать осторожность. Нельзя проводить подобные работы вблизи легковоспламеняющихся материалов.
Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость и прочность. Однако при закалке с повышением твердости сталь становится более хрупкой. Для закалки металл нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальной охлаждающей среде. В зависимости от режима закалки одна и та же сталь приобретает различные структуры и свойства. Для получения наилучших результатов металл равномерно нагревают до температуры 740-850ºС и затем быстро охлаждают до 400-450ºС. Скорость охлаждения составляет не менее 150ºС в секунду, т.е. охлаждение должно произойти в течение всего 2-3 секунд. Последующее охлаждение (ниже 300ºС) может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения не оказывает на нее влияния. В качестве охлаждающей среды чаще всего употребляют воду и трансформаторное масло. Скорость охлаждения в воде выше, чем в масле. При температуре воды 18ºС скорость охлаждения достигает 600ºС в секунду, а в масле - до 150°С. Для придания изделию большей твердости закалку металла производят в проточной воде. При охлаждении горячей поковки в стоячей воде между водой и поковкой возникает слой пара, изолирующий нагретую поковку от охлаждающей среды. Во избежание этого пользуются проточной водой. Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (до 10-12%). Нагрев изделия выше критической точки придает металлу крупнозернистое строение, что приводит к нежелательным последствиям: короблению, деформации и появлению трещин. К тому же приводит и быстрое охлаждение. При закалке инструментов применяют закалочные печи, которые делятся на камерные, или пламенные, где изделие нагревается открытым пламенем; электрические муфельные; печи-ванны, представляющие собой тигли, наполненные расплавами солей, например хлористым барием. Нагревание в ваннах наиболее удобно вследствие того, что температура ванны всегда постоянная и закаливаемый инструмент не может нагреться выше этой температуры. Кроме того, нагрев в жидкой среде идет в два раза быстрее, чем в воздушной, а в расплавленном металле- в четыре раза быстрее. Например, для закалки мелких стальных изделий используют расплавленный свинец. Мелкие заготовки погружают в ванны и сверху кладут древесный уголь, который при горении на поверхности свинца создает восстановительное пламя - свинец не окисляется. Чтобы свинец не оседал на стальных изделиях, их смазывают мучным клейстером с поваренной солью.
При нагревании инструмента в муфелях применяют следующие режимы
1. Изделия загружают в холодную печь и постепенно вместе с печью нагревают. Время нагрева продолжительное, но температурное напряжение, возникающее в изделиях, наименьшее. 2. Изделия загружают в печь, нагретую до заданной температуры, и прогревают. Время нагрева в данном случае меньше, но температурное напряжение больше, чем при предыдущем режиме. 3. Изделия загружают в печь, температура которой выше необходимой для закалки, в процессе нагрева температуру снижают до заданной. Скорость нагрева высокая, но и напряжение, возникающее в изделиях, очень велико. 4. Изделия загружают в печь, а температуру непрерывно поддерживают выше необходимой. Изделия нагревают до заданной температуры, но ниже температуры печи. Это наиболее форсированный режим, напряжение достигает максимальных величин. В последнее время для нагрева под закалку применяют токи высокой частоты. Закаливаемую деталь помещают в специальный индуктор, по которому пропускают ток высокой частоты, и деталь очень быстро нагревается до необходимой температуры. После закалки необходимо произвести отпуск. Он смягчает действия закалки, повышает вязкость и уменьшает хрупкость и твердость изделия. Кроме того, отпуск устраняет или снижает напряжение, вызванное закалкой. Для определения температуры отпуска до сих пор очень часто пользуются цветами побежалости. Если очищенное от окалины стальное изделие нагревать, то, начиная с температуры 220 °С на нем образуется тонкая пленка оксидов железа, придающая изделию различные цвета - от светло-желтого до серого. С повышением температуры или увеличением времени пребывания изделия при данной температуре оксидная пленка утолщается и цвет ее изменяется.
При отпуске закаленных инструментов применяют два способа
1. Поверхность закаленного инструмента хорошо отшлифовывают мелкой шкуркой и затем нагревают. По мере того как температура нагрева повышается, на чистой поверхности инструмента появляются цвета побежалости. Когда появится нужный цвет и, следовательно, изделие будет нагрето до определенной температуры, его быстро охлаждают в воде. За цветами нужно следить внимательно, некоторые из них, как, например, светло-красный, сменяются быстро. 2. При закалке многих инструментов - чеканов, штихелей, резцов, молотков и др., требуется, чтобы закаленной была только рабочая часть, а сам инструмент оставался незакаленным, сырым. В этом случае инструмент нагревают немного выше режущего (рабочего) конца до требуемой температуры, после чего охлаждают в воде только рабочую часть, а место выше рабочей части остается горячим. Быстро вынув инструмент из воды, зачищают рабочую часто (шкуркой или трением о землю). Теплота, оставшаяся в неохлажденной части, поднимает температуру охлажденного конца, и после появления на нем нужного цвета побежалости инструмент охлаждают окончательно.
При закалке металла
При закалке инструмента с двумя концами, например, кирки, молотка и др., трудность заключается в том, что в изделии должны быть закалены только два рабочих конца, а середина должна оставаться незакаленной. Закалку производят за один нагрев. Изделие равномерно нагревают до нужной температуры, и в воду опускают в первую очередь конец, имеющий меньшую массу, т.е. тот, который может быстрее охладиться. При охлаждении в воде только конца рабочей части нужно внимательно следить за нагретым вторым концом, чтобы он не охладился. Быстро вынув первый конец и зачистив его шкуркой, второй (только рабочую часть) погружают в воду. При этом следят за цветами побежалости первого конца; как только появляется нужный цвет, снова опускают первый конец в воду, второй быстро зачищают и следят за цветами на втором конце. При появлении нужного цвета также замачивают в воде. Так, периодически меняя положение концов, изделие остужают. Запас температуры должен оставаться в средней части инструмента, поэтому при закалке пользуются клещами с узкими губками. Большие плоскости холодных губок клещей отбирают теплоту в зоне прикосновения. Для закалки более мелких изделий можно использовать клещи с массивными губками, изделие в таком случае нагревают вместе с клещами. Клещи применяют при местном отпуске, когда в каком-то участке стального закаленного изделия нужно сделать отверстие, а его твердость не позволяет этого. Тогда берут клещи нужного размера, нагревают их до красного или светло-красного каления и захватывают металл в зоне будущего отверстия.
За отпуском металла можно следить по цветам побежалости
Этот прием используется при отпуске тонких стальных изделий - кос, пил и т.д. В процессе нагрева стальных изделий происходит их окисление и обезуглероживание. Образование на поверхности окалины происходит за счет образования оксидов железа и приводит к угару металла, искажению геометрической формы изделий, уменьшению теплопроводности, что понижает скорость нагрева изделия. Кроме того, повышается твердость и затрудняется механическая обработка. Окалину с изделий удаляют либо механическим, либо химическим путем (травлением). Обезуглероживание состоит в выгорании углерода с поверхности изделия. Обезуглероженный слой обладает пониженной твёрдостью и прочностью. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглероживание, зависит от состава печной атмосферы и температуры нагрева. Чем выше нагрев, тем быстрее идут процессы. Чтобы избежать образования окалины, мелкие изделия (чеканы, стамески и т.п.) помещают в отрезок трубы и вместе с ней закладывают в горн. Иногда при закалке применяют пасту следующего состава (г): жидкое стекло- 100, огнеупорная глина- 75, графит- 25, бура- 14, карборунд - 30, вода - 200. Пасту наносят на изделие и дают просохнуть, затем изделие нагревают обычным способом. После закалки изделие промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах из быстрорежущих сталей иногда их покрывают бурой. Для этого инструмент, нагретый до 850ºС, погружают в насыщенный раствор или порошок буры. По музейным экспонатам и архивным документам в домашних условиях можно выковать мечи, сплести настоящие кольчуги, смастерить щиты и выделать ароматные кожи. Например, раскопки позволили нам увидеть оружие военного Синая: малый меч, имеющий 40 см в длину, сделанный для фараона в период его детства, и более тяжелый и длинный - 59 см. У обоих мечей клинок, эфес и рукоять представляют собой единый кусок металла. Большой меч был рассчитан на дробящий, а не режущий удар: внешняя, выгнутая сторона его клинка выражена слабо. Тем не менее большой меч должен был наносить страшные раны, т.к. из-за массивного клинка, доходящего в толщину до 0,7 см, он имел значительный вес.
Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.
Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.
Как закалялась сталь
Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.
К операциям термообработки относятся:
- отжиг;
- нормализация;
- старение;
- закалка стали и отпуск стали (и пр.).
Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:
- температуры нагрева;
- времени (скорости) нагрева;
- продолжительности выдержки при заданной температуре;
- скорости охлаждения.
Закалка
Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.
При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.
После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.
Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.
Нагрев металла
Все способы закалки стали состоят из:
- нагрева стали;
- последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
- охлаждения с определенной скоростью.
Изделия из углеродистой стали нагревают в камерных печах. Предварительный подогрев в этом случае не требуется, так как эти марки сталей не подвергаются растрескиванию или короблению.
Сложные изделия (например, инструмент, имеющий выступающие тонкие грани или резкие переходы) предварительно подогревают:
- в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
- в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.
Нагрев всех частей изделия должен протекать равномерно. Если это невозможно обеспечить за один прием (крупные поковки), то делаются две выдержки для сквозного прогрева.
Если в печь помещается только одна деталь, то время нагрева сокращается. Так, например, одна дисковая фреза толщиной 24 мм нагревается в течение 13 минут, а десять таких изделий – в течение 18 минут.
Защита изделия от окалины и обезуглероживания
Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением , подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.
Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.
Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.
Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.
Охлаждающие жидкости
Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.
Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.
- При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.
Режимы Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.
- Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.
Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.
Недостатком масляной ванны является:
- выделение вредных газов при закалке;
- образование налета на изделии;
- склонность масла к воспламеняемости;
- постепенное ухудшение закаливающей способности.
- Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
- Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
- Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.
Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.
В зависимости от требуемой температуры отпуск производится:
- в масляных ваннах;
- в селитровых ваннах;
- в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
- в ваннах с расплавленной щелочью.
Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.
Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.
Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.
Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.
Loading...