Как сделать металл тверже

Закалка и отпуск металла в домашних условиях — технология и таблицы

В упрощенном виде процесс закаливания металла заключается в повышении температуры образца до больших значений, а потом его охлаждении. Но не все так просто. И это объясняется тем, что различные виды металлов отличаются своей структурой, и соответственно, специфическими свойствами. Поэтому для их закалки и применяются определенные методики (и температуры). О них, а также специфики проведения соответствующих операций мы и поговорим.

Прежде всего, стоит отметить, что термическая обработка (закалка) металлических изделий (или заготовок) производится в двух случаях.

Во-первых , при необходимости повысить прочность материала (в несколько раз). С этим в быту сталкиваются практически все. Например, для «усиления» режущих кромок кухонной утвари (ножи, топорики для рубки мяса) или инструмента (стамески, зубила и тому подобное).

Во-вторых , для придания металлу некоторой пластичности, что значительно облегчает дальнейшую работу с материалом («горячая» ковка). Об этом хорошо известно тем, кто занимается кузнечным делом. Рассмотрим все этапы технологии закаливания металлических изделий в домашних условиях.

Нагрев

Главное условие качественной закалки – его равномерность, без темных пятен на образце (синих или черных). Металл не должен нагреваться до «белого каления». Признак оптимального разогрева – приобретение им ярко-малинового (красного) цвета. Источником тепла может быть что угодно – кузнечный горн, лампа паяльная, эл/плитка, газовая горелка, открытый огонь. Его выбор зависит от той температуры, которой необходимо достичь для данного сорта стали.

Охлаждение

Существует несколько методик проведения данной технологической операции. Оно может быть как резким, так и постепенным, ступенчатым. Специфика определяется видом металла.

Струйная закалка

Используется, если необходимо подвергнуть обработке не весь образец, а отдельный участок поверхности. На него и направляется струя холодной воды.

С одним «охладителем»

Понятно, что предварительно устанавливается подходящая емкость (ведро, бочка, ванна). Как правило, применяется для заготовок из легированной или углеродистой стали.

С двумя

В качестве «охладителя» используются среды с разной способностью понижать температуру материала. Поэтому процесс является двухступенчатым, так при этом обеспечивается и «отпуск» металла. Например, сначала охлаждение производится в воде, а потом – в масле (например, машинном или минеральном), так как от высокой температуры оно может воспламениться.

Есть и другие способы, но они, как правило, используются мастерами, которые работают на профессиональном уровне и хорошо разбираются в металлах. Например, закалка изотермическая. Нет смысла на них останавливаться подробно, так как сначала придется объяснять, что такое стали мартенситные и аустенитные.

В чем охлаждать?

Мы уже упомянули, что чаще всего это делается при помощи холодной воды и масла. Но это не единственно возможные «охладители». Дело в том, что при такой закалке некоторые сорта стали становятся хрупкими. Поэтому на практике используются и другие среды, способные интенсивно понижать температуру металла.

Например, жидкий сургуч. Он более подходит для работы с плоскими заготовками, которые после доведения их температуры до требуемого значения в него полностью погружаются, причем последовательно, несколько раз подряд, пока масса сургуча полностью не отвердеет.

Мастера в качестве «охладителей» используют и такие вещества, как щелочи, растворы с сильной концентрацией соли и ряд других, даже расплавленный свинец.

Как проверить качество закалки? Есть довольно простой способ – при помощи обыкновенного напильника.

Зачем нужна и как проводится закалка стали?

Закалкой называют вид термической обработки металлов, который заключается в нагреве выше критической температуры с последующим резким охлаждением (обычно) в жидких средах. Критической называют температуру, при которой происходит изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществляется полиморфное превращение. Она определяется она по диаграмме «железо-углерод». фото

Свойства стали после закалки

После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.

Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части. Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».

Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.

Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.

Технология закалки

Режим закалки определяется температурой, временем выдержки, скоростью охлаждения, используемой охлаждающей средой.

Способы закалки стали:

• в одном охладителе – применяется при работе с деталями несложной конфигурации из углеродистых и легированных сталей;
• прерывистый в двух средах – востребован для обработки высокоуглеродистых марок, которые сначала остужают в быстро охлаждающей среде (воде), а затем в медленно охлаждающей (масле);
• струйчатый – обычно востребован при частичной закалке изделия, осуществляется в установках ТВЧ и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды;
• ступенчатый – процесс, при котором деталь остывает в закалочной среде, приобретая во всех точках сечения температуру закалочной ванны, окончательное охлаждение осуществляют медленно;
• изотермический – похож на предыдущий вид закалки стали, отличается от него временем пребывания в закалочной среде.

Типы охлаждающих сред

От правильного выбора охлаждающей среды во многом зависит конечный результат процесса.

Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для дальнейшей обработки, применяется в основном вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура +30°C.

Внимание! Использовать этот способ охлаждения для деталей сложной конфигурации не рекомендуется из-за риска появления трещин.

Внимание! Для работы с изделиями из углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Оно состоит из двух этапов. Первый – охлаждение детали в воде, второй, после +200°C, – в масляной ванне. Перемещение из одной охлаждающей среды в другую должно производиться очень быстро.

Какие стали можно закаливать?

Процедурам закалки и отпуска не подвергается прокат и изделия из него, изготовленные из малоуглеродистых сталей типа 10, 20, 25. Этот вид термообработки эффективен для углеродистых сталей (45, 50) и инструментальных, у которых в результате твердость увеличивается в три-четыре раза.

Таблица режимов закалки и областей применения для некоторых видов инструментальных сталей

Как правильно закалить металл в домашних условиях

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, как можно закалить металл 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.

Какие металлы можно закалить

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:

Отжиг. Для начала проводится нагрев структуры до температуры, которая выбирается в зависимости от типа закаливаемого материала (для У7 +780°С). После нагрева металл оставляют в печи для медленного охлаждения.
1. Закалка. После выполнения отжига наступает этап закалки. В зависимости от типа металла температура нагрева может варьировать в пределах +800…+1000°С и выше. В домашних условиях можно достигнуть лишь показателя +800°С или чуть выше. Нагрев проводится до момента, пока металл не станет полностью красным, при этом графит и вся кристаллическая решетка перестраивается. Охлаждение может проходить в воде, но лучше использовать масло, что позволит снизить вероятность появления серьезных дефектов в структуре. При этом следует учитывать, что при нагреве масла может образовываться дым и другие продукты горения, которые вредны для человека.
2. Отпуск. За счет отпуска можно существенно снизить хрупкость структуры, при этом изделие выдерживается в духовке на протяжении 1 часа или более при температуре не выше +320°С. Важно учитывать, что на этом этапе не должно происходить перестроение кристаллической решетки, т. к. сильный нагрев может привести к снижению твердости поверхностного слоя.

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:

Применение одной среды.
• Охлаждение при использовании двух жидкостей.
• Струйный метод снижения температуры поверхности металла.
• Метод ступенчатого охлаждения, применяемый для снижения напряжений в структуре материала.

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.