Закалка пружинно-рессорной стали 65г
Мастерская «Зброевы фальварак» на протяжении нескольких лет занимается изготовлением мечей и иного клинкового оружия для рыцарских фестивалей. Основной маркой стали, с которой работает наша мастерская, является сталь 65г.
Данная сталь в силу своих свойств, считается одной из лучших для изготовления длинноклинкового оружия предназначенного для рыцарских турниров.
Однако свойства стали, которые приобретаются в ходе изготовления меча, во многом есть результат правильной термической обработки . Так как же производится закалка стали 65г?
Нагрев стали, цвет в зависимости от температуры
Согласно справочнику, термообработка клинка должна происходить при следующих показателях:
закалка 830 (масло), отпуск 470 (воздух) HRC 38-45
закалка 810 (масло), отпуск 360 (воздух) HRC 44-49
закалка 830 (масло), отпуск 200 (воздух) HRC 44-49
В зависимости от толщины и площади детали, при отпуске от 200 до 400 градусов, может быть получена твердость в 55 единиц.
В случае с нашей мастерской, мы даем закалку на клинок в 52-55 единиц, соответственно закалка клинка происходит при температуре 830, а отпуск при 200 градусах. Конечно, это большая твердость для стали 65г, в этом процессе главное опытность термиста , потому что не правильно каленый клинок станет хрупким. Нужно чтобы клинок был достаточно мягким, т.е. при ударе о кромку лезвия не возникало сколов, кромка должна проминаться, а не откалываться.
Испытания нашей мастерской показали, что наши клинки соответствуют данным требованиям. Но еще раз, хочется повториться, что в деле термической обработки самое важное, это опыт термиста.
Сам процесс термической обработки стали происходит так:
Клинок перед закалкой нужно подогреть, а затем положить на коробчатый или П-образный противень и засыпать слоем отработанного древесно-угольного карбюризатора (так же может использоваться бура, у нее есть положительные свойства. Клинок после термообработки в среде буры требует меньшей шлифовки. Затем печка нагревается до температуры 830 градусов и выдерживается определенное время, в зависимости от толщины заготовки, в нашем случае клинка. Затем меч достается из печи и погружается в бак с маслом. Нужно помнить, что горячие детали с углем могут вспыхнуть и посему нужно быть осторожным при выполнении этого процесса. Также, нужно не забывать, что детали не должны успеть остыть после того как будут извлечены из печи. То есть бак с маслом должен находиться на весьма близком расстоянии от печи. Будет правильным, после закалки в масле обезжирить заготовку в горячем (90 град.) водном растворе ПАВ, например “Фери” или более дешевых аналогах. В крайнем случае, можно обезжирить клинок таким способом: дать маслу стечь, и просушить при температуре около 300 градусов, 2 часа, в результате масло высохнет, после чего можно делать отпуск на заданную твердость.
Небольшие заготовки охлаждаются на воздухе, крупные – в замкнутом пространстве (ящике).
Если требования к твердости не предъявляются, то можно и вообще не калить. Сделайте отжиг-нормализацию. Получите мелкозернистую, ровную структуру. Что касается времени отпуска, то есть правило. Чем больше углерода в стали, тем меньше должна быть скорость нагрева (это правило касается и отжига и закалки).
В целом, этот процесс требует большого опыта, т.е. сделать все по инструкции в данном случаи не получится.
Поэтому ищите хорошего термиста или готовьтесь к серьезному испытанию и материальным затратам.
3 способа самостоятельной закалки металла
Расскажем о трех способах закалки металла в домашних условиях, охлаждении и контроле качества. Как правильно провести закалку стали в масле и на открытом огне. Какое масло выбрать. Особенности закалки алюминия и меди.
Как можно закалить металл в домашних условиях, наверное, знает каждый мастер, работающий со слесарным или столярным инструментом. Считается, что для этого достаточно разогреть изделие докрасна, а затем охладить его в емкости с водой
Однако в домашней мастерской этим способом можно получить только твердый и хрупкий металл, который вполне подходит для стамесок и ножей, но непригоден для молотков, кернеров или зубил. Режимы термообработки зависят от марки стали и требуемых параметров изделия после закалки, а к ним относятся не только твердость, но и прочность, износостойкость, пластичность и вязкость.
В домашних мастерских, как правило, отсутствуют измерительные приборы, с помощью которых можно узнать температуру детали. Поэтому для того, чтобы закалить деталь, границы нагрева и отпуска приходится распознавать по цвету металла или его побежалости.
Кроме того, перед тем как закалить какое-либо изделие, мастер должен определить (хотя бы приблизительно) марку стали или сплава, из которого оно изготовлено.
Со временем накапливаются и знания, и навыки, но начинающему термисту даже для того, чтобы в домашних условиях успешно закалить сверло, резец или какой-нибудь крепеж, сначала придется пополнить свой теоретический багаж, пообщаться с опытными специалистами и сделать несколько пробных закалок.
Способы бытовой закалки металла
Чтобы закалить изделие из металла в домашних условиях, в первую очередь следует определиться со способом его разогрева до необходимой температуры, а также подобрать емкости для охлаждающих жидкостей.
Кроме того, необходимо выбрать домашнее помещение или место во дворе, где можно заниматься закалкой с соблюдением всех требований техники безопасности. Для нагревания можно использовать источники с открытым пламенем. Но таким способом удастся разогреть и закалить только небольшие по объему детали.
К тому же открытое пламя вызывает окисление и обезуглероживание, которые негативно влияют на поверхностный слой металла. Температуру нагрева домашние мастера, как правило, определяют по цвету нагретой заготовки.
На рисунке ниже приведена цветовая таблица, без которой невозможно правильно закалить изделие из углеродистой стали. Для легированных сталей температурный диапазон обычно сдвинут в сторону увеличения на 20÷50 °C.
Для наддува в кузнечном горне обычно используют промышленный фен, а в качестве топлива подойдет древесный уголь, который продается в любом супермаркете. Небольшую закрытую печь легко изготовить из пары десятков шамотных кирпичей. При этом в зависимости от метода закалки металла в ней можно не только закалить, но и провести отпуск с прогревом всего объема изделия.
Проще всего с емкостями для охлаждения и зажимным инструментом. Для закалочной жидкости подойдет любой негорючий сосуд достаточного размера, а удерживать и перемещать деталь можно щипцами или крючьями с ручками подходящей длины. На видео ниже показано, как в домашних условиях можно закалить топор с использованием самодельного горна и двух емкостей с разными охлаждающими средами.
Закалка на открытом огне
В качестве источника нагрева в таких случаях можно использовать газовую горелку, паяльную лампу или даже конфорку домашней газовой плиты. Главный недостаток такой закалки — это сложность равномерного прогрева изделия по всему объему, т. к. пламя создает высокую температуру на узком, ограниченном участке.
Этот способ подойдет, когда необходимо закалить торец удлиненного изделия, например режущую часть сверла или лезвие стамески, или же небольшую деталь размером в несколько сантиметров.
Еще одна проблема, с которой может столкнуться домашний мастер, решивший закалить углеродистую сталь открытым пламенем, — это сильное окисление и выгорание углерода в поверхностном слое железа, которые приводят к деградации его структуры.
Распространенные среды для самостоятельного каления
Для закалки сталей в домашних условиях обычно используют следующие охлаждающие среды: воздух, воду и водные растворы, минеральное масло. В качестве водных растворов обычно используют 10-15%-й хлористого натрия (поваренной соли), а минеральное масло в домашних мастерских — это чаще всего обычная моторная отработка.
Чтобы закалить отдельные части изделия с разной твердостью, используют закалку с последовательным охлаждением в двух средах. Каждая из этих закалочных сред характеризуется своей скоростью охлаждения, от которой напрямую зависит структура обрабатываемого металла.
К примеру, воздух охлаждает сталь со скоростью 5÷10 °C в секунду, масло — 140÷150 °C, а вода (в зависимости от температуры) — 700÷1400 °C.
Чтобы правильно и без проблем закалить свое изделие, необходимо знать марку металла, из которого оно изготовлено, т. к. от этого зависит как температура нагрева, так и способ охлаждения. Народные умельцы для своих изделий в качестве исходных материалов чаще всего используют б/у изделия из быстрорежущих и инструментальных сталей, которые можно закалить в домашней мастерской.
Ниже в таблице приведены рекомендуемые температурные режимы и среды охлаждения для различных сталей.
Закалка металла в масле
На производстве для закалки обычно используют индустриальное масло И-20 или современные закалочные масла типа «Термойл», «Термо» или «Волтекс». В домашних мастерских народные умельцы пользуются тем, что имеется в наличии. Чаще всего это новое или отработанное моторное масло.
Чтобы безопасно закалить деталь в таком масле в домашних условиях, нужно помнить, что у него по сравнению с промышленными закалочными жидкостями гораздо более низкая температура вспышки, и при погружении в него раскаленного металла оно на короткий срок загорается с выделением едкого дыма.
Поэтому закалочная емкость, применяемая в домашней мастерской, должна иметь минимальную открытую поверхность и использоваться только на открытом воздухе или в проветриваемом помещении. Помимо обычных ведер и жестяных банок, одна из самых распространенных конструкций такой емкости, которой пользуются домашние мастера — это удлиненный отрезок трубы подходящего диаметра с приваренным днищем.
Изготовление камеры для закаливания металла
В такой печи достигается температура свыше 1200 °C, поэтому в ней можно закалить изделия не только из углеродистой или инструментальной, но и из высоколегированной стали. При изготовлении домашних печей из шамотной глины сначала делают картонный каркас по форме и размеру рабочей камеры, который затем покрывают слоем шамота.
Поверх его наматывают нагревательную спираль, а затем накладывают основной теплоизолирующий слой. При такой конструкции область нагрева изолирована от нагревательного элемента, что важно, когда необходимо закалить сталь, чувствительную к окислам и выгоранию углерода.
Самой же распространенной конструкцией домашних закалочных печей являются установки, тепловые корпуса которых выполнены из шамотного кирпича или аналогичных ему огнеупоров. Рабочая температура у таких материалов более 1400 °C, поэтому в подобных печах можно закалить практически любой вид стали и многие тугоплавкие сплавы.
Конструктивно такая домашняя печь похожа на обычную печь на дровах, только имеет гораздо меньшие размеры. Нагрев металла в ней осуществляется с помощью электрической спирали, уложенной в пазы по периметру внутреннего пространства.
Если необходимо качественно закалить сталь, ее необходимо нагреть до точно заданной температуры, поэтому большинство таких домашних самоделок оснащено терморегуляторами (их свободно можно приобрести на «Алиэкспресс»).
На видео ниже показано устройство такой домашней печи с торцевой загрузкой и терморегулятором, который позволяет закалить сталь с точным соблюдением температурных режимов. Ее тепловой корпус изготовлен из муллитокремнеземистых огнеупорных плит ШПТ-450.
Как самостоятельно провести отпуск
Для большинства сталей (углеродистых и низколегированных), которые можно закалить в домашней мастерской, отпуск проводится при температурах в интервале от 150 до 250 °C (см. таблицу выше). В отличие от закалки такой нагрев не требует специального оборудования, поэтому многие домашние мастера используют для этих целей духовки бытовых плит с терморегуляторами.
Определить температуру нагрева при отпуске можно по цвету побежалости — разноцветной оксидной пленки, возникающей на поверхности стали при нагреве (см. рис. ниже). Если закалить сталь «на мартенсит», т. е. с быстрым охлаждением в воде, то получится очень твердая, но хрупкая структура. Поэтому отпуск является обязательной процедурой при термической обработке режущего инструмента.
Проверка качества закалки
Если на поверхности остаются бороздки, то это значит, что закалить сталь до нужного значения не получилось и ее твердость ниже этой величины. Если же надфиль скользит по поверхности закаленного металла, то его твердость в норме.
Еще один способ проверки качества домашней закалки — это царапание закаленной сталью поверхности бутылочного стекла (см. фото ниже). Кроме твердости, в домашних условиях при наличии определенных навыков можно проверить и структуру металла. Для этого необходимо закалить несколько образцов одинаковой стали в разных режимах, а затем на глаз сравнить структуру и размер зерна.
Особенности закалки алюминия
Такая потребность у домашнего мастера может возникнуть после сварки между собой деталей из алюминиевых сплавов, т. к. в этом случае они очень часто теряют жесткость в области, прилегающей к сварному шву. Но в домашних условиях закалить алюминий очень сложно, т. к. для этого нужно точно знать тип сплава и выдерживать термические параметры с точностью как минимум ±5 °C.
Охлаждение тоже требует определенных навыков, т. к. при неточном соблюдении технологии изделие может повести. Если же все-таки хочется освоить этот вид термообработки для использования в домашних условиях, то в первую очередь необходимо обзавестись печью с точным терморегулятором, а также быть готовым к тому, что каждый раз придется закаливать поочередно несколько образцов для подбора нужных параметров термического процесса.
Особенности закалки меди
Технологии термообработки стали и меди имеют принципиальные отличия. Нагрев меди до красного каления (свыше 600 °C) и быстрое охлаждение в воде приводит к ее отпусканию (т. е. она становится мягкой).
Закалить медь в домашних условиях сложнее, чем отпустить, т. к. для этого ее нужно нагреть всего до 400 °C, при которых она не имеет свечения. После нагрева до указанной температуры медное изделие медленно остужается на воздухе, после чего оно приобретает твердость, как после нагартовки.
Если все-таки есть насущная потребность закалить какое-то количество медных деталей в условиях домашней мастерской, придется обзавестись пирометром для контроля температуры нагрева.
Мы описали два способа проверки качества закалки в домашних условиях. А какие знаете вы? Поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к этой статье.
Как в домашних условиях правильно закалить стальной нож, сделанный из пилы или рессоры
Закалка режущих рабочих инструментов проводится с целью придания материалу повышенной прочности и твердости. Процедура не отличается сложностью и представляет собой нагрев стального изделия до определенной температуры, а затем его постепенное охлаждение. В домашних условиях часто закаляют ножи, топоры и другой строительный инвентарь, поскольку в магазинах не всегда можно найти качественный инструмент.
Дорогостоящей техники для проведения закалки не потребуется. Температурный режим и длительность термообработки зависят от вида стали. Обсудим, какие материалы и оборудование необходимо подготовить для того, чтобы самому закалить нож из рессоры или клапана.
Из какой стали должен быть нож, который можно закаливать?
Прежде, чем приступать к закаливанию ножа, необходимо узнать, из какой стали изготовлен инструмент. Сама по себе сталь представляет собой сплав углерода и железа. В зависимости от марки в состав могут быть добавлены другие примеси:к, молибден, кальций, хром и т.д. Чем меньше углерода в сплаве, тем более гибким и пластичным, но менее износостойким будет инструмент.
Высокоуглеродистая, или нержавеющая сталь – распространенный материал для изготовления клинков ножей. Из нее получается хороший режущий инструмент, прочный и крепкий. Особой популярностью у потребителей пользуется нержавеющая сталь марки 420 НС. Чем выше содержание углерода в стали, тем прочнее будет клинок, но вместе с тем и затачивать нож во время обработки придется дольше. Высокоуглеродистую сталь закаливают в специальной камере – для этой цели лучше всего подходит муфельная печь.
Сталь с низким содержанием углерода – более твердая и пластичная, чем нержавеющая, но менее износостойкая и чаще подвергается коррозии. Малоуглеродистые сплавы, в маркировке которых содержатся цифры 10, 20 и 25, закалке не подвергают.
Что потребуется для закалки ножа в домашних условиях?
Как правильно закалять ножи в домашних условиях? Процедура закалки не отличается особой сложностью и трудоемкостью. Необходимо следить за временем обработки сплава, соблюдать необходимую температуру нагрева и охлаждения.
Высокоуглеродистые сплавы можно закаливать дома только при наличии специального оборудования – муфельной печи. Для прокаливания клинков из конструкционной стали подойдет самый обычный костер или газовая горелка. Также для проведения работы потребуются угли для розжига костра и несколько больших емкостей. Чтобы удерживать над пламенем огня раскаленную сталь, используются кузнечные щипцы. Для защиты глаз следует заранее подготовить специальные очки. Чтобы закрыть лицо и тело от летящих из костра искр, понадобится защитный костюм из натуральных материалов – например, хлопка.
Самостоятельному закаливанию подлежат самодельные ножи и клинки, изготовленные из подручных средств. Для этого подойдут напильники, пилы, клапаны, подшипники, рессоры и прочее. Закаленный по всем правилам инструмент приобретает прочность и высокую износостойкость, при этом новые свойства могут сохраняться на протяжении десятилетий.
Как изготовить камеру для закаливания?
Лучше всего для проведения процедуры закаливания подходит камера, в которой изделие постепенно нагревается до нужной температуры, а затем плавно охлаждается. Чтобы изготовить такую печь, потребуется огнеупорный материал – обычно используют глину.
Для начала следует сделать заготовку печи из твердого картона. Размеры заготовки – 20*10*7,7 см. Картон заранее следует пропитать парафином. Когда картонная коробка готова, на нее следует нанести слой сырой глины, особое внимание уделяя стыкам – в них не должно быть щелей. Отдельно из глины лепится дверь камеры.
Далее заготовку следует высушить, а затем нагреть в печи при температуре 90-100 С, чтобы удалить остатки влаги. После этого изделие обжигают при температуре 900 С, а затем медленно остужают, не открывая дверцу печи.
Для создания нагревателя будущей камеры используют проволоку из нихрома диаметром 0,75 мм. Потребуется около 18 м проволоки, которую нужно аккуратно намотать на корпус камеры. Затем обмотку следует промазать сырой глиной, чтобы предотвратить замыкание. После этого в корпусе камеры проделать 2 отверстия – для визуального контроля за процессом обжига и для установки измерительной термопары. Готовая печь для обжига получается легкой – ее вес не превышает 10 кг.
Технология закалки ножа в печи, правила выбора температуры
Чтобы правильно закалить клинок, необходимо знать состав сплава, из которого он сделан:
- сплав с низким содержанием углерода закаливают при температуре 750-950 С;
- для высокоуглеродистой стали оптимальный температурный диапазон – 680-850 С;
- легирующие сплавы стали с примесями подвергают разогреву до 850-1150 С.
Методика проведения закалки очень проста, с ней справится даже начинающий мастер. Чтобы закалить нож, сделанный из пилы, подшипника или рессоры, необходимо трижды прогреть клинок до заданной температуры в муфельной печи до ярко-красного цвета. В промежутках между нагревом изделие необходимо правильно охлаждать, при этом с каждым разом увеличивая время нахождения изделия в охлаждающей субстанции.
Существует 4 группы оттенков, которые приобретает железо во время закалки:
- красно-коричневый – температура закалки достигла 530-600 С;
- бордовый – сплав нагрелся до 650-700 С;
- ярко-красный – температура в муфельной печи в районе 750-950 С;
- оранжевый – пик каления при температуре 950-1000 С.
По цвету стали легко можно определить температуру каления – чем светлее материал, тем жарче в муфельной печи. Если калению подвергается изделие с гладкой поверхностью, при нагреве на нем образуется разноцветный слой в виде радуги, свидетельствующий о протекающем процессе окисления. Чем ярче цвета, тем выше температура нагрева.
Как закаливают нож с помощью графита?
Чтобы придать прочность самодельному ножу с толстым лезвием, используют процедуру закалки с помощью графита. По этой технологии закаливанию подвергается не весь инструмент, а лишь его режущая часть, что значительно упрощает работу. Другое название такой закалки – цементация. Главная ее цель – повысить твердость и износостойкость металла.
Графит можно получить из обычных пальчиковых батареек или простого карандаша. Для процедуры цементации потребуется измельчить графитовый стержень до состояния порошка. Затем необходимо подготовить лист металла – например, оцинкованный профиль, на котором будет размещен графитовый порошок. Для проведения закалки потребуется источник питания – в идеале, импульсный сварочный аппарат постоянного тока. При его отсутствии подойдет другой прибор, выдающий постоянный или переменный ток напряжением 30-60 вольт.
Технология закаливания выглядит следующим образом:
- на лист металла насыпать порошок графита;
- к основанию металлической подложки подключить «плюс» сварочного аппарата, к кромке ножа – «минус»;
- с помощью настроек выставить минимальную мощность и включить прибор;
- медленно, плавными движениями проводить кромкой ножа по графитовому слою, не допуская соприкосновения с металлической подложкой;
- следить за тем, чтобы графитовый слой не загорелся.
Вся процедура закалки занимает не более 5 минут. Как только кромка лезвия нагревается, нож необходимо сразу убирать.
Охлаждение клинка
Существует 2 способа охлаждения закаленной стали – в емкости с водой или маслом. Нержавеющие сплавы необходимо охлаждать с помощью минерального масла, низколегированные профили – в воде с добавлением поваренной соли. Неверный выбор способа охлаждения может свести на нет всю процедуру закаливания. Не рекомендуется использовать комбинированное охлаждение – последовательное опускание изделия в емкости с водой и маслом.
Как выбрать правильный метод охлаждения? Выбор зависит от цели и способа каления:
- раскаленные докрасна стальные изделия остужают в масле, при этом после каждой последующей термообработки режим охлаждения должен длиться дольше предыдущего, завершающий процесс проводится в воде;
- клинки с двусторонним лезвием охлаждают по другой схеме – сначала раскаленное изделие опускают в воду, а затем – в бочку или ведро с минеральным маслом;
- чтобы придать металлу максимальную упругость, после нагрева следует опустить изделие в кипяток на 2 часа, а затем – в холодную воду.
Как закалить отдельные части лезвия?
Чтобы избежать таких последствий, следует отдельные зоны лезвия ножа закалять в разных условиях. Режущую часть лезвия прокаливают однократно до появления ярко-оранжевого цвета, температура каления при этом доходит до 1000 С. Ту часть, которая после закалки не нужно затачивать, следует трижды прокалить до температуры 280 С. При отсутствии прибора для измерения температуры интенсивность нагрева в камере определяют по оттенку раскаленного сплава – он должен стать фиолетовым.
Как оценить качество закалки?
Чтобы проверить самодельный нож из дисковой пилы или другого инструмента на качество после закаливания, необходимо с помощью напильника сделать несколько движений по лезвию. Если закалка прошла успешно, напильник будет легко скользить. Если же изделие липнет к напильнику, а кромка лезвия сгибается, закалка выполнена не до конца – в этом случае процедуру термической обработки придется повторить.
Проверить качество закаленного изделия можно следующим образом:
- после заточки нож должен оставаться острым длительное время;
- лезвие не деформируется при соприкосновении с твердыми материалами;
- металл приобретает гибкость и пластичность, при этом оставаясь прочным.
Чтобы избежать термической деформации изделия, помещать нож в охлаждающую среду следует строго вертикально, спинкой вниз. В случае с закаливанием низкоуглеродистой стали помещать горячее изделие в чистую воду не рекомендуется, следует предварительно добавить небольшое количество поваренной соли.
