Как закалить металл в домашних условиях

Закалка стали — как правильно закалить металл в домашних условиях

Как закалить металл в домашних условиях? Закалка — это вид термической обработки железоуглеродистых сплавов. Эти сплавы формально называют сталью. Как правило, процесс термической обработки стали осуществляется путем нагревания, быстрого охлаждения и повторного нагрева выбранного материала.

Когда сталь быстро охлаждается, атомы «замораживаются» в нестабильном положении. Сталь очень твердая, но очень хрупкая. При отпуске стали атомам разрешается перестраиваться в более устойчивое положение. Твердость стали приносится в жертву пластичности (способность материалов к растяжению или деформации). Конечным результатом является материал с повышенной прочностью и ударной вязкостью.

Эти свойства позволяют материалу изгибаться перед разрушением и не ломаться, что может быть полезным во многих структурных применениях. Выполненные этапы представляют собой общую схему, демонстрирующую, как некоторые механические свойства стали повышаются при отпуске. Различные составы и другие сплавы стали могут требовать различного времени нагрева и температуры, а также разных закалочных сред в зависимости от использования материала. В нашем общем случае потребуется 10-15 минут.

Если ваши шаги отличаются от того, что приведено в общей процедуре, то, возможно, потребуется предпринять дополнительные меры для обеспечения надлежащей безопасности. Огонь будет исходить от паяльной лампы, поэтому будьте предельно осторожны при нагревании стали. Наконец, рекомендуется всегда надевать защитные перчатки, особенно для более сложных процедур.

Вещи, которые вам понадобятся:

  • Паяльная лампа
  • Два стальных стержня марки 1040 по 15 см
  • Огнетушитель
  • Защитные очки и перчатки
  • Холодная водопроводная вода в большом ведре

Дефекты

Дефекты, возникающие при закалке стали.

  • Недостаточ­ная твердость закаленной детали — следствие низкой тем­пературы нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения. Исправление де­фекта нормализация или отжиг с последующей закалкой; при­менение более энергичной закалочной среды.
  • Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали. Исправление дефекта: отжиг (нормализация) и последующая закалка с необходимой температурой.
  • Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200—1300° С) в окислительной атмосфере. Кислород проникает внутрь стали, и по границам зерен образуются окислы. Такая сталь хрупка и исправить ее невозможно.
  • Окисление и обезуглероживание стали ха­рактеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности дета­лей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если позволяет припуск на механическую обработку, окисленный и обезуглероженный слой нужно удалить шлифованием. Чтобы предупредить этот вид брака, детали рекомендуется нагревать в печах с защитной атмосфе­рой.
  • Коробление и трещины — следствия внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных пре­вращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличе­нием объема до 3%). Разновременность превращения по объему за­каливаемой детали вследствие различных ее размеров и скоростей охлаждения по сечению ведет к развитию сильных внутренних нап­ряжений, которые служат причиной трещин и коробления деталей в процессе закалки.

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.

Режимы закалки и отпуска стали

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.

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

  • Если он при обработке заготовки буквально «отскакивает» от нее, то получилось «стекло». Такой металл является перекаленным и будет легко крошиться.
  • А вот «прилипание» инструмента свидетельствует о том, что металл получился мягким («пластилин»), недостаточно закаленным, и прочность изготовленной из него детали вызывает большие сомнения.

Виды закалки стали

Способов закаливания металла существует множество. Их выбор обусловлен составом стали, характером изделия, необходимой твердостью и условиями охлаждения. Часто используется ступенчатая, изотермическая и светлая закалка.

Закаливание в одной среде

Обратившись к графику кривых охлаждения для различных способов закалки, можно видеть, что закалке в одной среде соответствует кривая 1. Выполнять такое закаливание просто. Однако, подойдет она не для каждой стальной детали. Из-за быстрого понижения температуры у стали переменного сечения в температурном интервале возникает температурная неравномерность и большое внутреннее напряжение. От этого стальная деталь может покоробиться и растрескаться.

Рисунок №2. Кривые охлаждения.

Большое содержание углерода в стальных деталях может вызвать объемные изменения структурных напряжений, а это, в свою очередь, грозит появлением трещин.

Заэвтектоидные стали, имеющие простую форму, лучше закаливать в одной среде. Для закалки более сложных форм применяется закалка в двух средах или ступенчатая закалка.

Закаливание в двух средах (на рисунке №2 это кривая 2) применяется для инструментов, изготовленных из высокоуглеродистой стали. Сам метод состоит в том, что сталь вначале охлаждается в воде до 300-400 градусов, после чего ее переносят в масляную среду, где она прибывает пока полностью не охладится.

Ступенчатая закалка

При ступенчатом закаливании (кривая 3) стальная деталь помещается вначале в соляную ванну. Температура самой ванны должна быть выше температуры, при которой происходит мартенситное превращение (240–250 градусов). После соляной ванны сталь перемешают в масло, либо на воздух. Используя ступенчатою закалку можно не бояться, что деталь покоробится или в ней образуются трещины.

Недостаток такой закалки заключает в том, что ее можно применять лишь для заготовок из углеродистой стали с небольшим сечением (8–10 мм). Ступенчатая закалка может применяться для деталей из легированной стали с большим сечением (до 30 мм).

Изотермическая закалка

Изотермическому закаливанию на графике соответствует кривая 4. Закаливание проводится аналогично ступенчатой закалке. Однако, в горячей ванне сталь выдерживается дольше. Это делается так, чтобы вызвать полный распад аустенита. На схеме выдержка показывается на S-образной линии точками a и b. Сталь, прошедшая изотермическую закалку, может охлаждаться с любой скоростью. Средой охлаждения могут служить расплавленные соли.

Преимущества изотермического закаливания:

  • сталь почти не поддается короблению;
  • не появляются трещины;
  • вязкость.

Светлая закалка

Для проведения такого закаливания требуется специально оборудованная печь, снабженная защитной средой. На производстве, чтобы получить чистую и светлую поверхность у закаленной стали следует использовать ступенчатую закалку. После нее сплав охлаждается в расплавленной едкой щелочи. Перед процессом закалки стальная деталь нагревается в соляной ванне из хлористого натрия с температурой на 30–50 градусов выше точки Ас1 (см «Схему критических точек»). Охлаждение детали проходит в ванне при 180–200 градусов. Охлаждающей средой служит смесь состоящая из 75% смесь едкого калия, 25% едкого натрия, в которую добавляется 6–8% воды (от веса соли).

Закалка с самоотпуском


производится последующий отпуск

Р исунок №3 — Т аблица побежалости.

Отпуск контролируется по цветам побежалости (см рисунок №3), которая формируется на гладкой поверхности металла при 220–330 градусах.

При помощи закалки самоотпуском изготавливаются кувалды, зубила, слесарные молотки и другие инструменты, от которых требуется высокая твердость на поверхности с сохранением внутренней вязкости.

Повышение твердости на открытом огне

В быту зачастую закалку проводят на открытом огне. Этот метод подходит исключительно для разового проведения процесса повышения твердости поверхности.

Всю работу можно разделить на несколько этапов:

  1. для начала следует провести разведение костра;
  2. на момент разведения костра подготавливаются две большие тары, которые будут соответствовать размеру детали;
  3. для того чтобы костер давал больше жара нужно обеспечить большое количество углей. они дают много жара на протяжении длительного времени;
  4. в одной емкости должна содержаться вода, в другой – моторное масло;
  5. следует использовать специальные инструменты, при помощи которых будет удерживаться обрабатываемая раскаленная деталь. на видео часто можно встретить кузнечные клещи, которые наиболее эффективны;
  6. после подготовки необходимых инструментов следует положить предмет в самый центр пламени. при этом можно деталь зарыть в самую глубь углей, что обеспечит нагрев металла до плавкого состояния;
  7. угольки, которые имеют ярко белый цвет – раскалены больше других. за процессом плавки металла нужно следить пристально. пламя должно быть малиновым, но не белым. если огонь белый, то есть вероятность перегрева металла. в этом случае эксплуатационные качества значительно ухудшаются, а срок службы уменьшается;
  8. правильный цвет, равномерный по всей поверхности, определяет равномерность нагрева металла;
  9. если происходит потемнение до синего цвета, то это говорит о сильном размягчении металла, то есть он становится излишне пластичным. этого нельзя допускать, так как значительно нарушается структура;
  10. при полном разогреве металла его следует убрать с очага высокой температуры;
  11. после этого следует раскаленный металл поместить в тару с маслом с частотой 3 секунды;
  12. завершающим этапом можно назвать погружение детали в воду. При этом периодически проводится взбалтывание воды. Это связано с тем, что вода быстро нагревается вокруг изделия.

При выполнении работы следует уделять внимание осторожности, так как раскаленное масло может нанести вред коже. На видео можно обратить внимание на то, какого цвета должна быть поверхность при достижении нужной степени пластичности. Но для закалки цветных металлов зачастую нужно оказывать воздействие температуры в промежутке ль 700 до 900 градусов Цельсия

На открытом огне провести нагрев цветных сплавов практически не возможно, так как достигнуть подобной температуры без специального оборудования нельзя. Примером можно назвать использование электропечи, которая способна нагревать поверхность до 800 градусов Цельсия

Но для закалки цветных металлов зачастую нужно оказывать воздействие температуры в промежутке ль 700 до 900 градусов Цельсия. На открытом огне провести нагрев цветных сплавов практически не возможно, так как достигнуть подобной температуры без специального оборудования нельзя. Примером можно назвать использование электропечи, которая способна нагревать поверхность до 800 градусов Цельсия.

Об этой статье

Соавтор(ы):
Штатный редактор wikiHow

В создании этой статьи участвовала наша опытная команда редакторов и исследователей, которые проверили ее на точность и полноту. wikiHow тщательно следит за работой редакторов, чтобы гарантировать соответствие каждой статьи нашим высоким стандартам качества. Количество просмотров этой статьи: 59 323.

Категории: Дом и сад

English:Harden Steel

Español:endurecer el acero

Italiano:Temprare l’Acciaio

Português:Endurecer Aço

Deutsch:Stahl härten

Français:durcir l’acier

العربية:تقسية الصلب

Nederlands:Staal harden

Bahasa Indonesia:Mengeraskan Baja

हिन्दी:स्टील को कठोर बनायें (Harden Steel)

Печать

Что происходит с металлом при закалке

Закалка по сути — это раскаливание докрасна либо добела, в зависимости от материала, уже готового изделия, или же его частей, с последующим быстрым охлаждением — одиночным или же поэтапным, с целью повысить степень его прочности.

Ответ на вопрос — почему закаливание усиливает прочность материалов, был точно дан лишь после изучения кристаллического строения их решётки. До этого мастера без достоверного понимания механизма, что представляет собой закалка металла, опытным путём пришли к выводам о том, что она повышает твёрдость по сравнению с сырым материалом.

  • При раскаливании металлов и сплавов выше критической точки происходит разрушение их первоначальной кристаллической структуры.
  • Металл становится мягким, а кристаллы — подвижными и мелкозернистыми.
  • После погружения в закалочную среду (резкое охлаждение), зёрна сохраняют мелкозернистую структуру, а связь между ними укрепляется.

Закалённый материал приобретает более плотную и поэтому прочную структуру, однако одновременно присоединяется хрупкость. Поэтому часто закаляют лишь наконечники, кромки режущей поверхности и иные рабочие части изделий, оставляя саму сердцевину пластичной, чтобы не терялась износостойкость и выдерживались нагрузки.

Выбор температуры

Для правильного прохождения процесса закалки очень важен правильный подбор температуры, которая зависит от используемого материала.

Стали по содержанию углерода подразделяются на доэвтектоидные — меньше 0,8% и заэвтектоидные — больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой низкой твердости. Доэвтектоидные стали нагревают немного выше температуры фазового превращения перлита и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800—850°С. Затем заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит превращается в мартенсит, который обладает высокой твердостью и прочностью. Малое время выдержки позволяет получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются маленькими. Такая структура стали обладает высокой твердостью и одновременно низкой хрупкостью.

Микроструктура стали

Заэвтектоидные стали нагревают чуть ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750—800°С, то есть производят неполную закалку. Это связано с тем, что при нагреве до этой температуры кроме образования аустенита в расплаве металла остается нерастворенным небольшое количество цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит превращается в мартенсит, а цементит остается в виде мелких включений. Также в этой зоне не успевший полностью раствориться углерод образует твердые карбиды.

В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с остатками феррита. Но, так как переходная зона не остывает так быстро, как поверхность, а остывает медленно, как при нормализации. При этом в этой зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и равномерной.

После охлаждения на поверхности металла остаются высокие сжимающие напряжения, которые повышают эксплуатационные свойства детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой необходимо устранить. Это делается с помощью низкотемпературного отпуска — выдержкой при температуре около 200°С в печи. Чтобы избежать появления на поверхности микротрещин, нужно свести к минимуму время между закалкой и отпуском.

Также можно проводить так называемый самоотпуск — охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине будет оставаться тепло. Дальше деталь должна остывать медленно. Так произойдет выравнивание внутренних напряжений.

https://youtube.com/watch?v=vUaDCaVcjac

Процесс закалки ножа в домашних условиях

Для проведения термообработки понадобятся:

  • две емкости, в одной из которых вода, а в другой – масло;
  • источник тепла;
  • клещи или инструмент с аналогичными функциями;
  • заготовка.

Нож можно закалить даже на обычном костре. Заготовку кладут на раскаленные угли, где она нагревается до нужной температуры

При этом необходимо обратить внимание на пламя. Белый цвет указывает на высокую температуру

В этом случае высок риск перегрева заготовки. Как показывает опыт, оптимальный цвет для выполнения обработки – малиновый. В процессе нагрева наблюдайте за лезвием: на его поверхности не должны появляться черные или синие пятна. Это свидетельствует о том, что процесс протекает с нарушениями технологии.

После того как нож приобретет равномерный темно-красный оттенок, его достают из огня с помощью клещей и опускают в масло. Это действие необходимо повторить 3–4 раза. Длительность первого погружения не должна превышать 3 секунд. По мере остывания лезвия интервал постепенно увеличивают. Данную процедуру следует выполнять четко и быстро, без лишних движений.

Последний этап – опускание заготовки в воду

Соблюдайте осторожность: при контакте с жидкостью частицы масла могут загореться или начать брызгаться

Выбор источника тепла

Речь идет о муфельной печи. Она позволит нагреть нож до необходимой температуры по заданному графику. Для сборки конструкции понадобится глина, обладающая огнеупорными свойствами. Из нее делают камеру нагрева и стенки печи. Приблизительные размеры приспособления:

  • длина – 200–220 мм;
  • ширина – 100–120 мм;
  • высота – 70–80 мм;
  • толщина стенок – 10 мм.

В первую очередь следует сделать каркас из картона с парафиновой пропиткой, которая предотвратит прилипание глины к стенкам. Печь и дверцу лепят отдельно. В процессе выполнения работ нужно учесть возможность усадки материала

Кроме того, важно, чтобы в стыках отсутствовали полости

Заготовки должны сохнуть в естественных условиях. Для удаления остатков влаги их прокаливают в печи при температуре 90–100 ºC. Окончательный обжиг выполняют при 900 ºC. Охлаждение должно протекать медленно. Для этого заготовки оставляют в печи до полного остывания.

Термоэлемент проще всего изготовить из нихромовой проволоки, сечением 0,75 мм и длиной 18 м. Обмотка должна быть ровной, без соприкосновений витков между собой.

В завершение рекомендуют выполнить в корпусе два отверстия. Первое необходимо для установки термопары, а второе – для визуального контроля над закалкой ножа.

Температура нагрева

Перегрев заготовки ведет к деформации изделия или появлению трещин. Для справки приведем рабочую температуру закалки отдельных сортов стали:

  • низкоуглеродистая – 730–945 ºC;
  • легированная – 850–1150 ºC;
  • высокоуглеродистая – 678–851 ºC.

Охлаждение и графитовая закалка

Охлаждение заготовки – важный этап обработки. Особенности процедуры зависят от типа ножа. Например, низколегированную сталь охлаждают в воде. Для ножей из нержавейки используют минеральное масло со специальными присадками.

Процедура отпуска

После термической обработки в структуре ножа накапливаются внутренние напряжения. Они негативно влияют на эксплуатационные качества, снижая прочность, твердость и упругость. Для устранения внутренних напряжений выполняют отпуск металла. Эта процедура начинается с нагрева ножа до пластичности материала.

Основное отличие от закалки заключается в методе охлаждения. Процедура протекает в естественных условиях, без резких перепадов температуры.

Для достижения наилучших результатов рекомендуют выполнять отпуск в муфельной печи. В ней процедура охлаждения будет протекать плавно.

Для проверки качества обработки рекомендуем использовать обычный напильник. При недостаточной обработке изделие будет липнуть к нему, а кромка лезвия согнется. В этом случае можно попробовать спасти изделие путем повторного отжига и закалки.

Некоторые считают, что наилучший эффект достигается при использовании сургуча и скипидара.

А вы пробовали выполнять закалку ножа самостоятельно? Какой метод обработки вы считаете наилучшим? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector