Термообработка алюминиевых сплавов: виды и режимы
Термическая обработка алюминиевых сплавов предназначена для корректировки характеристик материала с помощью воздействия высоких температур. Различными способами обработки можно добиться широкого разнообразия структуры и свойств.
Сплавы, которые содержат примеси в размере 15-18%, имеют вид твердого раствора. В качестве дополнительных компонентов применяются медь, магний, цинк, кремний и другие вещества, различное сочетание которых и их процентное соотношение прямо пропорционально влияют на свойства материала.
В обычном состоянии алюминиевые сплавы не отличаются высокой прочностью, при этом довольно пластичны. Наиболее неустойчивые сплавы включают в состав большое количество легирующих компонентов, которые влияют на равновесную структуру.
Для упрочнения алюминиевых сплавов применяется методы термообработки. Путем равномерного нагрева, который регламентируется техническими условиями, получают соответствующую структуру, необходимую для начальной стадии распада твердого раствора.
С помощью термообработки можно получить множество типов структуры материала, которые соответствуют требованиям производства. Термическая обработка позволяет создать структуру, не имеющую аналогов.
Термообработка алюминиевых сплавовНа сегодняшний день разработано множество методов термообработки алюминиевых изделий, среди которых наибольшую популярность обрели три: отжиг, закалка, старение.
Особенности термообработки алюминиевых сплавов
Алюминий и его сплавы требуют особого подхода к термообработке для достижения определенной прочности и структуры материала. Очень часто применяют несколько методов термообработки. Обычно, после закалки следует старение. Но некоторые типы материалов могут подвергаться старению без закалки.
Такая возможность появляется после отливки, когда компоненты, при повышенной скорости охлаждения, могут придать металлу необходимую структуру и прочность. Это происходит во время литья при температуре около 180 градусов. При такой температуре повышается уровень прочности и твердости, а также снижается степень тягучести.
Каждый из методов термообработки имеет некоторые особенности, которые стоит учитывать при обработке алюминиевых изделий.
Отжиг необходим для придания однородной структуры алюминиевому сплаву. С помощью этого метода состав становиться более однородным, активизируется процесс диффузии и выравнивается размер базовых частиц. Также можно добиться снижения напряжения кристаллической решетки. Температура обработки подбирается индивидуально, исходя из особенностей сплава, необходимых конечных характеристик и структуры материала.
Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой
Важным этапом отжига является охлаждение, которые можно проводить несколькими способами. Обычно проводят охлаждения в печи или на открытом воздухе. Также применяется поэтапное комбинированное охлаждение, сначала в печи, а потом на воздухе.
От скорости снижения температуры напрямую зависят характеристики готового материала. Быстрое охлаждение способствует образованию перенасыщенности твердого раствора, а медленное – значительного уровня распада твердого раствора.
Закалка требуется для упрочнения материала путем перенасыщения твердого раствора. Этот метод основан на нагреве изделий температурам и быстром охлаждении. Это способствует полноценному растворению составных элементов в алюминии. Используется для обработки деформируемых алюминиевых сплавов.
Для использования этого способа нужно правильно рассчитать температуру обработки. Чем выше степень, тем меньше времени требуется на закалку. При этом стоит подобрать температуру так, чтобы она превышала значение, необходимое для растворимости компонентов, но была меньше границы расплава металла.
Методом старения достигается увеличение прочности алюминиевого сплава. Причем необязательно подвергать изделия искусственному старению, так как возможен процесс естественного старения.
В зависимости от типа старения изменяется скорость структурных изменений. Поэтому искусственное старение более предпочтительно, так как оно позволяет повысить производительность работ. Подбор температуры и времени обработки зависит от свойств материала и характеристик легирующих компонентов.
Правильное сочетание уровня нагрева и времени выдержки позволяет повысить прочность и пластичность. Такой процесс называется стабилизацией.
Методы отжига алюминиевых листов
Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.
Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.
Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:
- Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
- Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
- Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.
Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.
На сегодняшний день выделяют три режима отжига:
- Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
- Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
- Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.
Закалка алюминиевых отливов
Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.
Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.
Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31
При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.
В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.
Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.
Старение алюминиевых сплавов
Старение проводится для улучшения прочностных характеристик изделия. Этот вид термической обработки заключается в выдержке в условиях обычного температурного режима.
Повышение прочности достигается путем распада твердого раствора, что необходимо после закалки, так как закалка приводит к пресыщенности металла.
Термообработка дюралюминия
Существует два способа старения алюминиевых сплавов: естественное и искусственное.
Естественное старение происходит без предварительного нагрева при обычных температурах. Это может происходить в условиях обычного склада или промышленного помещения, где температура воздуха не превышает 30 градусов.
Естественное старение возможно из-за особого свойства алюминия, которое называется «свежезакаленное состояние». Свойства изделий значительно отличаются сразу после закалки и после некоторого времени пребывания на складе.
Искусственное старение проводится путем нагрева изделий до температуры 200 градусов. Это активирует процесс диффузии, что способствует улучшенному растворению составных элементов. Выдержка составляет от нескольких часов до нескольких суток.
Следует отметить, что искусственно состаренные сплавы можно вернуть к изначальному состоянию. Для этого нужно нагреть изделие до 250 градусов с выдержкой до одной минуты. Выдержка должна проводится в селитряной ванне в строго определенное время, с точностью до нескольких секунд.
Причем подобный возврат можно выполнять несколько раз, без потери прочности материала, но с небольшим изменением свойств. Возврат состаренного металла обычно проводят с целью восстановления пластичности, необходимой для изменения формы изделия.
Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия и получить материал, не имеющий аналогов.
Главное условие при термообработке – соблюдение требований и рекомендаций к температурному режиму обработки и времени выдержки. Малейшие отклонения могут привести к необратимым изменениям свойств материала.
на огне, в масле или печи
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 того чтобы закалить изделие из стали с полным и равномерным прогревом, лучше всего воспользоваться такими источниками тепла, как кузнечные горны и закрытые печи. Это оборудование несложно изготовить самому в домашней мастерской, а эксплуатировать его можно как в помещении, так и на открытом воздухе. 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
Самый простой способ закалить небольшую деталь в домашних условиях — это нагреть ее на открытом пламени до нужной температуры, руководствуясь при этом цветовыми таблицами. 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
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
Масло довольно плохо проводит тепло, что способствует более медленному формированию структурных элементов стали. Поэтому, если ее закалить в масляной среде, она наравне с твердостью приобретет прочность и упругость. 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
Основным материалом для изготовления корпусов домашних печей для закалки стали являются твердые огнеупоры в виде блоков различных размеров и шамотная глина. 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.
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.
Подробное описание конструкции и рекомендации по созданию печи с верхней загрузкой, в которой можно закалить изделия длиной до 54 см, можно посмотреть в следующем видео. Здесь тепловой корпус печи изготовлен из шамотного кирпича (типа ШБ) и также используется терморегулятор. Кроме верхней загрузки, особенностью этого устройства является спираль из кантала, который служит во много раз дольше традиционного нихрома и фехраля.
Как самостоятельно провести отпуск
Отпуск стали проводят для снижения ее хрупкости и повышения пластичности, что происходит во время ее нагрева до невысокой (по сравнению с закалкой) температуры с последующим медленным охлаждением. 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
Для того чтобы определить, удалось ли закалить изделие из стали до нужной твердости, у домашнего мастера не так уж и много способов. Традиционный — это попробовать поцарапать металл надфилем (не алмазным), который обычно имеет твердость 55÷60 HRC. 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
Необходимость закалить какое-либо изделие из алюминия в домашних условиях возникает достаточно редко, т. к. вся готовая продукция из литейных и деформируемых сплавов обычно проходят требуемую термообработку и в процессе эксплуатации практически не теряет своей твердости и жесткости. 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.
Закалка алюминиевых сплавов
Растворимость большинства компонентов в алюминии при понижении температуры уменьшается (рис.1), что позволяет упрочнять сплавы путем закалки и старения.
Алюминиевые сплавы не претерпевают полиморфных превращений, и их упрочняющая термическая обработка (закалка и старение) обусловлена уменьшением растворимости легирующих элементов в матричном твердом растворе при понижении температуры от эвтектической или перитектической до комнатной.
Закалка алюминиевых сплавов — заключается в нагреве их до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы, полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Сущность закалки без полиморфных превращений заключается в насыщении твердого раствора легирующими элементами и точечными дефектами до концентраций, соответствующих выбранной температуре нагрева, а также в фиксации полученного состояния сплава в результате резкого охлаждения.
Свойства закаленных алюминиевых деформируемых сплавов и кинетика последующего старения во многом определяются степенью пересыщения твердого раствора легирующими элементами, зеренной структурой, которая окончательно может формироваться в процессе нагрева под закалку, а также плотностью и типом дефектов кристаллического строения закалочного роисхождения. С увеличением степени пересыщения твердого раствора легирующими элементами повышается прочность закаленных сплавов, что можно объяснить непосредственным взаимодействием дислокаций с растворенными атомами, а также с некоторым изменением дислокационной структуры в сплаве. Кроме того, повышение концентрации твердого раствора приводит к уменьшению критического зародыша новой фазы и к увеличению числа промежуточных превращений в процессе старения.
Например, температура закалки сплавов системы Аl—Сu (рис.1) определится линией abc, проходящей выше линии предельной растворимости для сплавов, содержащих <5,6% Сu, и ниже эвтектической линии (548°С) для сплавов, содержащих большее количество меди. При нагреве под закалку сплавов, содержащих до 5,6% Сu, избыточная фаза СuАl2 полностью растворится и при последующем быстром охлаждении фиксируется только пересыщенный α-твердый раствор, содержащий столько меди, сколько ее находится в сплаве. При содержании более 5,6% Сu в структуре сплавов после закалки будет пересыщенный α-твердый раствор состава, отвечающего точке b, и нерастворенные при нагреве кристаллы соединения СuАl2.
При нагреве под закалку в алюминиевых деформируемых сплавах могут протекать рекристаллизационные процессы, приводящие, как правило, к некоторой потере прочности в результате уменьшения плотности дефектов кристаллической решетки и роста зерна.
Однако сохранение нерекристаллизованной структуры после закалки не всегда обеспечивает более высокую прочность в термо-упрочненном состоянии. В процессе нагрева под закалку в алюминиевых сплавах не только растворяются избыточные фазы, но и происходит распад пересыщенного переходными элементами (Mn, Zr, Сr) твердого раствора. Степень распада, размер, плотность и характер распределения дисперсоидов, в какой-то мере обусловленные режимом закалки, оказывают заметное влияние на протекающие при нагреве под закалку рекристаллизационные процессы, на устойчивость твердого раствора, на распределение продуктов распада и дислокаций
Как закалить металл в домашних условиях: видео, способы
Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.
Закалка металла в домашних условиях
Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.
Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник. Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента. Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.
Зависимость твердости стали от режима термобоработки
Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит. Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали. В то же время твердость углеродистых и инструментальных стальных сплавов достаточно просто повысить даже в домашних условиях.
Технологические нюансы закалки
Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.
Режимы термообработки некоторых цветных сплавов
Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:
- его упрочнения и повышения твердости;
- улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.
Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.
Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен. О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла. Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.
В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:
- специальную печь, работающую на электричестве;
- паяльную лампу;
- открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.
Закалка ножа на открытых углях
Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.
Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.
Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.
Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).
Охлаждение заготовки ножа в масле
В том случае, если закалить надо стали других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения. При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение. Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.
Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.
Режимы термообработки быстрорежущих сталей
Режимы термической обработки легированных инструментальных сталей
Режимы термической обработки углеродистых инструментальных сталей
Как закалить сталь на открытом огне
Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.
Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.
По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет. Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет. В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.
Цвета каления стали
За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.
После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению. В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают. Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.
Цвета побежалости стали
При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.
Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя. Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию. Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.
Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000. Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими. Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.
Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла
Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.
Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали
Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина. Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания. Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.
Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.
Глиняный нагреватель с замурованной нихромовой спиралью
На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой. Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания. После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.
Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.
Готовая самодельная камера
Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса. Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно. С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.
Самостоятельное изготовление такой печи (как и закалочного оборудования другого типа) позволяет не только получить в свое распоряжение устройство, полностью соответствующее вашим потребностям, но и хорошо сэкономить, так как серийные модели стоит достаточно дорого.
Оценка статьи:
Загрузка…Поделиться с друзьями:
улучшение свойств ножа, зубила и топора
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.
- 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.
- 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.
Как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками: накалить сверло и другое железо в масле
05ДекСодержание статьи
- Введение
- Технологические нюансы: как правильно закаливать металл
- Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях
- Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях
- Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле
- Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса
- Изготовление горна
- Как самому накалить металл?
- Оборудование и особенности закалки
Процесс термической металлообработки кажется сложным. Но его можно провести даже дома, правда – с дополнительной подготовкой. Перед началом лучше почитать нашу статью о том, как правильно самому закалить деталь или сверло или вал в домашних условиях в масле.
Введение
Есть характеристика стали – наследственная и приобретенная зернистость. Размер зерна может быть меньше и больше, а также он меняется под воздействием высоких температур. Насколько быстро – зависит от количества примесей. Нельзя однозначно сказать, какая кристаллическая решетка, какие соединения лучше. В одних случаях от этого зависит прочность, в других пластичность. Этот показатель необходимо менять в зависимости от того, какая обработка предстоит. Если листовую сталь или профиль планируют подвергнуть резке, то следует провести процедуру, приводящую к укрупнению зерна. А если работа предстоит с высокоуглеродистой сталью, то лучше обрабатываются заготовки с мелкозернистой структурой.
Изменить зернистость достаточно трудно. При этом нужно учитывать наследственную склонность. Это не значит, что сплав в любом случае будет иметь крупные зерна, но при одинаковом нагреве двух брусков с различной наследственностью один быстрее другого произведет рост соединений. Поэтому фактор очень важен при подборе нагрева. Так не каждый как правильно закалять металл в домашних условиях можно только выборочно, следует знать химический состав.
Сплав имеет множество примесей. Среди них:
- Феррит. Это основополагающий элемент, которого больше всего. Он несет основные свойства, остальные вещества только увеличивают или уменьшают их.
- Перлит. Увеличивает твердость и прочность на растяжение и сжатие.
- Цементит. Химическая формулы – железо с углеродом. И хоть элемент «С» увеличивает прочностные характеристики, если применять FeC чистым, то можно удивиться его хрупкости.
- Графит. Высокоуглеродистые дамасские стали получаются при насыщении этой примесью в момент обработки методом ковки.
- Аустенит. Формируется в момент очень высокого нагрева. При этом увеличивается пластичность, а также исчезают магнитные свойства.
Если углерода в составе от 0% до 2,18%, то мы имеет дело со сталью – низкоуглеродистой (до 0,8%) или углеродистой. А если его больше, чем 2,18%, то перед нами прочный чугун. Делаем вывод: характеристики зависят от двух причин:
- количество примесей;
- степень термальной обработки.
И если первое вы не сможете изменить самостоятельно, то второе – наверняка.
Технологические нюансы: как правильно закаливать металл
Сама процедура включает в себя три шага – нагрев, выдержку и остывание. Оттого, какой результат вы хотите получить и на каком материале работаете, выбирают различные параметры: предел, продолжительность, а также способы охлаждения. Приведем таблицу с несколькими марками стали:
| Марка | Температура в градусах | Среда охлаждения |
| у9, у9а, у10, у10а | от 770 до 800 | вода |
| 85хф, х12 | от 800 до 840 | масло |
| хвт | от 830 до 830 | |
| 9хс | от 860 до 870 | |
| хв5 | от 900 до 1000 | |
| 9х5вф | от 1000 до 1050 | |
| р9, р18 | от 1230 до 1300 | селитра |
Есть две основные цели термообработки:
- повышение прочности – это необходимо для ножей, топоров, сверл и других инструментов, которыми обрабатывают твердые поверхности;
- увеличение пластичности изделия. Например перед тем, как ковать или гнуть – применяется скорее не в быту, а при небольшом частном деле.
При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.
При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.
Как правильно закаливать металл и железо, если нет специальной печи для обжига? Применять паяльную лампу или развести обычный костер – его температура и продолжительность горения достаточно велики для того, чтобы выполнить работу, не превышающую бытовых нужд.
Охлаждение можно проводить различными способами. Если срочно нужно сбить нагрев на одном участке изделия, то можно воспользоваться направленной струей холодной воды. Водное, а значит быстрое, остывание необходимо для легированных и углеродистых сталей. После нагрева следует взять элемент щипцами (если это небольшой нож, топор) и поместить в заранее подготовленную емкость с жидкостью. При отпуске следует охлаждать постепенно – сперва водой, а затем маслом.
И третий вариант – постепенное остывание на свежем воздухе. Тоже эффективный способ, когда нужно оставить небольшой эффект пластичности. Посмотрим видео по этой теме:
Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях
Это процесс нагрева с дальнейшим охлаждением для изменения свойств. Помещаем в печь обычный сплав, а достаем – закаленный, который менее восприимчив к внешним деформациям. Для чего это нужно? При первичной обработке, например при штамповке, резке или литье, внутри сплава появляются внутренние напряжения, которые очень негативно воздействуют на прочностные характеристики и увеличивают хрупкость. Есть четыре типа термообработки:
- Отжиг. Необходим для образования феррита и перлита. Заключается в нагреве в печи до 680-740 градусов, когда уже пройдет порог рекристаллизации. В результате распадаются старые молекулярные связи и образуются новые. Затем следует некоторая выдержка при температурном режиме 400-500, в конце – остывание, медленное, вместе с нагревательным элементом и просто открытыми дверьми.
- Нормализация – аналогичная процедуре для снятия внутреннего напряжения, но нагрев – выше, а охлаждение гораздо быстрее.
- Закалка. Основной происходящий процесс – изменение зернистости, что приводит к нужным результатам. Остывание очень быстрое, часто в воде или масле.
- Отпуск. Бывает в нескольких режимах. О нем поговорим отдельно.
Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях
Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно.
Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:
- нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
- мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
- наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.
Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле
Для закалки углеродистых и легированных сталей, лучше всего использовать масляную жидкость. Причины следующие:
- на поверхности заготовки не находится пузырьки;
- поток стимулирует более активную теплоотдачу;
- чтобы не менять тару, чтобы получить две ступени остывания.
Есть специальный аппарат – пирометр – он напоминает градусник, но измерения проводят без непосредственного контакта. Он дорогостоящий, поэтому для домашней работы покупать его не стоит. Посмотрим таблицу цветов, как по ней определять температуру:
| Наименование цвета | Температура в градусах Цельсия |
| Ослепительно белый | 1250-1300 |
| Светло-желтый | 1150-1250 |
| Темно-желтый | 1050-1150 |
| Оранжевый | 900-1050 |
| Светло-красный | 830-900 |
| Светло-вишнево-красный | 800-830 |
| Вишнево-красный | 770-800 |
| Темно-вишнево-красный | 730-770 |
| Темно-красный | 650-730 |
| Коричнево-красный | 580-650 |
| Темно-коричневый | 530-580 |
Отпуск
Обработка требуется для того, чтобы убрать напряжения, образованные при первичной обработке. Различают три степени:
- низкая — для ножей, медицинских инструментов, ножниц, лезвий;
- средняя — для топоров, пил, дисков для распиловки дерева;
- высокая — для деталей, необходимых в машиностроении.
Для определения побежалости также есть таблица цветов:
| Наименование цвета | Температура в градусах Цельсия |
| Серый | 325 |
| Светло-синий | 310 |
| Ярко-синий | 295 |
| Фиолетовый | 285 |
| Пурпурно-красный | 275 |
| Красно-коричневый | 265 |
| Коричнево-желтый | 255 |
| Соломенно-желтый | 240 |
| Светло-желтый | 225 |
| Светло-соломенный | 200 |
Выбор режима следует осуществлять согласно данным:
| Вид отпуска | Температура в градусах Цельсия | Фазовый состав | Применение |
| Низкий | 120-250 | Мартенсит отпуска | Измерительные инструменты, штампы холодного деформирования |
| Средний | 350-500 | Троостит отпуска | Пружины, рессоры, штамповый инструмент горячего деформирования |
| Высокий | 500-650 | Сорбит отпуска | Валы, кулачки, червячные механизмы, шестерни |
Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса
Рекомендации для правильной закалки:
- нагрев — медленный и постепенный;
- образование темных пятен на поверхности говорит о быстром перегреве;
- дождитесь насыщенного алого цвета;
- режим отпуска должен соответствовать степени закала.
Последний совет можно выполнить, если ознакомиться с таблицей:
| закалка в градусах цельсия | отпуск |
| 1200 | 390 |
| 380 | |
| 1100 | 370 |
| 360 | |
| 1050 | 350 |
| 340 | |
| 980 | 330 |
| 320 | |
| 930 | 310 |
| 300 | |
| 870 | 290 |
| 810 | 280 |
| 270 | |
| 760 | 260 |
| 250 | |
| 700 | 240 |
| 230 | |
| 650 | 220 |
| 210 | |
| 600 | 200 |
| <200 |
Изготовление горна
Это оборудование можно купить или сделать самостоятельно. Это специальная печь, позволяющая достигать высоких температур. Посмотрим, можно ли ее сделать дома.
Инструкция по изготовлению простого горна
- Купите шамотный кирпич, он устойчив к нагреву до 2500 градусов.
- Внутри трубы – цилиндр диаметром около 10 см.
- Снаружи кирпичная облицовка.
- Для укрепления используйте стальные уголки.
- Сверху цилиндра, посередине горна установите чугунный колосник.
- К трубе снизу прикрепите вентилятор и заглушку, чтобы очищать золу.
- Оборудуйте систему вентилями, чтобы можно было при необходимости прочистить ее.
- Поставьте новое оборудование на ножки по росту мастера.
Как самому накалить металл
Инструкция по использованию печи:
- Разведите огонь.
- Подготовьте 2 емкости — с маслом и с водой.
- Добавьте угли и включите поддув.
- Положите деталь клещами, подождите 15-20 минут.
- Положите заготовку в первую емкость, а затем в воду.
Возможность процедуры дома
Посмотрим на видео, как закалка произведена дома самостоятельно без дополнительного оборудования:
Изготовление камеры для закаливания
Название такой конструкции – муфельная печь. Она делается из огнеупорной глины, которую нужно заливать в любую форму, например, подготовленную из картона. Слой должен быть – 0,8-1 см. Нагревательный элемент – нихромовая спираль из проволоки. Посмотрим видео с подробной инструкцией:
Оборудование и особенности закалки
Дома могут быть использованы:
- электрическая или муфельная печь;
- паяльник;
- большой костер на улице.
Выбор нужно осуществлять согласно размерам детали и типу сплава, максимальной температуре нагрева.
Повышение твердости на открытом огне
Если вы не хотите делать горн с поддувом, можно использовать обычный мангал или камин, посмотрим, как это делают на видео:
В статье мы рассказали, как сделать закаленную сталь. Так как процедура сопряжена с риском, просим соблюдать технику безопасности.
Руководство для начинающих — сделай из металла
Многие люди удивляются, когда слышат, что алюминий можно отжигать. Если это уже мягкий материал, зачем делать его еще мягче?
На самом деле не все виды алюминия можно отжигать. Это только определенные оценки. В этой статье я расскажу, какие марки можно отжигать, что вы получите от отжига, а также расскажу об удивительном приеме, который позволит вам каждый раз делать это правильно.
Как получить правильный отжиг каждый раз вручную
Можно начать с того, что вас интересует больше всего.
Если вы уже знаете, что сплав, с которым вы работаете, можно отжигать, и это стоит делать, вот как можно прибивать отжиг (почти) каждый раз:
Возьмите Sharpie.
Ага, этот глупо дешевый перманентный маркер. Вероятно, у вас сейчас в наборе инструментов три. Неважно, какой именно. На самом деле это даже не обязательно должна быть марка Sharpie (хотя я не знаю, почему вы не захотите их использовать).
Набросайте все на алюминиевом куске.Не беспокойтесь о том, чтобы покрыть его на 100%, достаточно, чтобы оставить след на каждой общей области.
А теперь достаньте свой факел. Начните нагревать деталь. Не нагревайте его слишком быстро и продолжайте движение пламени по всей части, чтобы поддерживать равномерное тепло. Вам не нужны горячие точки. На самом деле очень легко перегреть и расплавить материал (отжиг происходит при температуре всего на волосок ниже точки плавления), так что наберитесь терпения и не торопитесь.
Вы увидите, как маркеры меняют цвет. Тогда при определенной температуре они довольно хорошо исчезнут.Это то самое сладкое место, которое вы ищете. Погасите алюминий в воде, и готово!
Самое замечательное в этом методе состоит в том, что он дает вам множество вариантов нагрева алюминия в зависимости от того, что у вас есть. Вы можете использовать кислородно-ацетиленовую горелку, пропановую горелку и все, что есть под рукой, чтобы нагревать материал до температуры около 775 F. Это идеальный способ отжига алюминия своими руками.
Если вы один из тех странных людей, у которых в наборе инструментов нет Sharpie, есть еще несколько способов добиться того же результата:
- Если вы используете кислородно-ацетиленовую горелку, зажигайте ее без очень низкого количества кислорода.Затем проведите дымным пламенем по детали. Покроет сажей. Затем включите кислород до нормального количества и нагрейте деталь до тех пор, пока нагар не исчезнет, как это делают метки Шарпи.
- В крайнем случае можно использовать кусковое мыло. Просто вытрите насухо о поверхность детали и нагрейте, пока она не станет темно-коричневой. Не мой любимый подход, но он работает. Я не знаю, подходят ли для этого все марки мыла, но я знаю, что Dove справится со своей задачей.
Для ясности: технически это не считается полным отжигом.Для полного отжига алюминия требуются печи с очень строгим контролем и определенное время выдержки. Однако частичный отжиг, подобный этому, даст вам возможность легче формировать его без растрескивания.
Этот метод также работает только с листовым металлом или очень тонкими деталями. Тепло должно пропитать металл. Если металл слишком толстый, температура поверхности будет правильной, но внутренняя температура будет слишком низкой для отжига.
Примечание по методу нанесения углеродной сажи: Чтобы определить толщину нанесения углеродной сажи, потребуется немного навыков.Сколько вам нужно надеть, зависит от толщины металла. Если его толщина составляет всего около 0,020 дюйма, вам нужно будет нанести действительно светлый, даже не полностью черный слой. В противном случае сажа прогорится слишком долго, и вы в конечном итоге расплавите деталь. Попробуйте это упражнение несколько раз, чтобы прочувствовать это.
Если вы работаете с материалом толщиной около 0,020–0,030 дюйма, сажа не должна быть полностью черной. Вы должны легко увидеть металл под ним. Если он ближе к 0.040 ″ -0,060 ″, сажа должна быть нанесена на поверхность, чтобы она стала полностью черной.
Профессиональный совет: Если вы действительно хотите измерить температуру, вы можете подобрать специальные палочки для маркировки, которые меняют цвет с непрозрачного на прозрачный в пределах 1% от заданной температуры. Просто найдите «палочки для индикации температуры».
Области применения, где ручной отжиг отлично работает
Есть несколько областей, в которых такой отжиг алюминия имеет смысл. Вот краткий список некоторых примеров:
Труба Гибка: Может быть сложно согнуть алюминиевые трубы, чтобы они не потрескались или, по крайней мере, не побелели.Отжиг — отличный способ сохранить трубку своей прочности.
Разглаживание труб: Если вы делаете что-то конструктивное из трубок, вы можете расплющить концы труб, чтобы просверлить их и надежно пропустить болт. Отжиг — отличный способ получить красивую чистую форму. Я сделал трубку диаметром 2 дюйма со стенкой 1/16 дюйма, но я уверен, что вы могли бы сделать ее немного больше. Отжиг позволит сжать плоскость без чрезмерной деформации трубки — изгибы будут красивыми и четкими.
Изгиб плоской балки: Я довольно успешно проделал это с плоской балкой размером 1/2 дюйма на 4 дюйма. Плоский стержень может быть проблематичным, поскольку он действительно склонен к растрескиванию. Я определенно рекомендую по возможности подвергнуть его отжигу для формовки.
В этом случае отжиг в горелке здорово то, что его так легко локализовать. Просто отожгите участок, который нужно согнуть, остальную часть трогать не нужно. После того, как он сформируется, изогнутые участки, вероятно, станут твердыми и восстановят значительную часть своей прочности, а части, которые вы не отжигали, останутся нетронутыми.
Как отжигать алюминий в печи для термообработки
Очевидно, это действительно будет зависеть от марки алюминия. Тем не менее, основной процесс в целом такой же. Нагрейте его до определенной температуры, удерживайте при этой температуре, затем остудите. После того, как вы закончите работу с ним, довольно легко восстановить состояние алюминия с помощью небольшой термообработки.
Итак, вот несколько распространенных марок алюминия, которые вы, возможно, захотите подвергнуть термической обработке, вместе с инструкциями по отжигу в печи:
| 1100 | Отожгите при 650 F, убедитесь, что он полностью нагрет, затем охладите на воздухе. |
| 2024 | При работе из термически обработанных условий выдержите при 750 F в течение двух часов, затем медленно остудите печь. Между холодной обработкой отжиг при 650 в течение 2 часов, затем охлаждение на воздухе. |
| 3003 | Отжиг при 775 F, охлаждение на воздухе. |
| 5052 | Отжиг при 650 F, затем охлаждение на воздухе. |
| 6061 | Отжиг при 775 F, выдержка 2-3 часа при температуре, затем охлаждение на воздухе. |
| 7075 | Отжиг при 775 F в течение 3 часов, затем охлаждение до 500 F со скоростью 50 F в час, затем охлаждение на воздухе.С этим сложно работать. |
Итак, после отжига и завершения работы с алюминием вы, возможно, захотите восстановить предыдущую термообработку. Если вы этого не сделаете, возможно, все будет в порядке, или, возможно, позже у вас возникнут проблемы. Это просто зависит от того, насколько важна та часть, над которой вы работаете.
Я не буду вдаваться в подробности о различных способах термообработки каждого сорта алюминия и о том, как добиться каждого состояния, из которого легко можно было бы создать целое изделие.Поскольку это специально для отжига, просто имейте в виду, что, возможно, стоит восстановить термообработку и закалить все, что вы отожгли.
Что делает отжиг для алюминия
Поскольку алюминий уже такой мягкий материал, что вы можете получить от его отжига?
Основная причина отжига алюминия — улучшение пластичности. Любое сопутствующее формование может привести к растрескиванию или утомлению материала, но отжиг может уменьшить эти проблемы.
Примечание. Избегайте обработки алюминия в отожженном состоянии — он действительно липкий и больше не режет чисто.Будет труднее получить красивую поверхность без заеданий. Также вполне вероятно, что материал склеится, прикипит к вашим режущим инструментам и вызовет катастрофический отказ, который услышат все в магазине. Если возможно, попробуйте повторно термически обработать отожженные детали перед обработкой.
Если вы согнете алюминий в холодном состоянии без отжига, вы, вероятно, увидите, что растянутая сторона станет как бы белой. Это небольшие трещинки, которые образуются на поверхности материала.
Обычно это не имеет большого значения, но при некоторых условиях это может стать проблемой. Например, если это высокопроизводительная деталь, от которой вы рассчитываете иметь максимальную прочность, взломать ее будет большой проблемой. Приложения, в которых изогнутый алюминий подвергается вибрации, могут оказаться еще одним случаем, когда имеет смысл отжиг. Или если он подвергается воздействию тепла / холода (даже летом и зимой в северных районах).
Каждый раз, когда вы выполняете реальную формовку металла, когда вы пытаетесь его растянуть, сжать или глубоко растянуть, вам следует хотя бы подумать об отжиге.
Имейте в виду, что вам может потребоваться отжигать его несколько раз во время формования, поскольку алюминий затвердеет и снова станет жестким. Со временем он также может потерять отжиг — некоторые сорта выдерживают его только час, некоторые — год. Алюминий может быть забавным, как только вы его узнаете.
Какие виды алюминия можно отжигать
Вот список марок деформируемых материалов и информация о том, подходят ли они также для отжига:
| 1xxx — Чистый алюминий (99% или лучше), также известный как электрический | Не подлежит термической обработке.Технически отжиг возможен, но это действительно сложно, и его лучше избегать без крайней необходимости. Если честно, этот материал настолько мягкий, что вряд ли вам понадобится его отжигать, если вы его не растягиваете и не сжимаете. |
| 2xxx — Медный сплав | Термически обрабатываемый. Однако, как правило, этот сорт подвержен горячему растрескиванию, поэтому не пытайтесь отжигать его без крайней необходимости. |
| 3xxx — Марганцевый сплав | Без термической обработки.Это действительно формуемый материал, и его часто можно увидеть в таких приложениях, как кухонная утварь. Отжечь его довольно легко. |
| 4xxx — Кремниевый сплав | И термически обрабатываемый, и нетермообрабатываемый, в зависимости от цифр, следующих за 4. Он может содержать до 21,5% кремния, что делает температуру плавления очень низкой. Обычно он используется в качестве присадочного материала для сварных швов. Отжиг это боль. |
| 5xxx — Магниевый сплав | Без термической обработки.Это обычное дело в форме листового металла, и это податливый материал. Отжиг отлично подходит для сложной и глубокой формовки, но маловероятно, что он вам понадобится для формования более простых материалов. |
| 6xxx — Магниево-кремниевый сплав | Термическая обработка. Это один из самых распространенных видов алюминия (особенно 6061), который очень хорошо отжигается. Возможно, вам придется отжигать его несколько раз во время формирования, поскольку он склонен к механическому затвердеванию. |
| 7xxx — цинковый сплав | термообрабатываемый.Это очень жесткий алюминий, который обычно используется в аэрокосмической отрасли для изготовления лонжеронов крыльев. Отжиг возможен, но это очень сложно, и его лучше избегать, особенно если вы пытаетесь сделать это вручную. Кроме того, он действительно подвержен стрессам. |
| 8xxx — «другие элементы» | Это полная случайная смесь легирующих элементов и обычно довольно специализированных вещей. Что касается отжига, ваше предположение не хуже моего. Посмотрите, сможете ли вы получить информацию от поставщика. |
Практическая информация об обозначениях алюминия
Вот объяснение некоторых дополнительных кодов, которые вы найдете в обозначении марки, которые помогут вам понять, в каком состоянии находится алюминий в настоящее время:
Обозначение базовой термической обработки алюминия:
| F | «В состоянии изготовления» — после формования, процесса литья, горячей или холодной обработки на материале не применялись средства контроля. |
| O | «Отожженный» — очень низкая прочность, но чрезвычайно пластичный. |
| H | «Деформационная закалка» — только для кованых изделий. За этим обозначением будет следовать номер, который поясняется в таблице ниже. |
| W | «Раствор с термообработкой» — вы почти никогда этого не увидите — он не закаленный и поэтому нестабильный. Внутренние напряжения высоки, и этого типа обычно лучше избегать, если это вообще возможно. |
| T | «Термообработка в растворе» — усиление термической обработкой, возможно деформационное упрочнение, но код состояния (описанный ниже) объяснит, что еще можно было сделать для регулировки |
Как темперировать шоколад в домашних условиях
Темперированный шоколад очень глянцевый, имеет твердое покрытие и плавно тает примерно при температуре тела. Просто растопите шоколад перед тем, как окунуть в него ягоды, трюфели или другие лакомства, это не сделает его темперированным. Процесс темперирования включает в себя повышение и понижение температуры шоколада, чтобы стимулировать сильную, организованную кристаллизацию какао-масла, чтобы готовый шоколад имел глянцевый вид, резкий хруст и был устойчивым к цвету шоколада.Короче говоря, темперирование шоколада продлевает его срок службы и улучшает внешний вид, и если вы серьезно относитесь к использованию шоколада на своей кухне, полезно знать, как это сделать.
Есть несколько способов темперирования шоколада, и этот метод известен как посев. Это очень просто, и это очень легко сделать дома, как с небольшим, так и с большим количеством шоколада. Для этой демонстрации я работаю с темным шоколадом. Молочный и белый шоколад также необходимо темперировать, и их можно темперировать точно так же, как этот темный шоколад, но процесс темперирования происходит при несколько более низкой температуре.
Начните с маленьких кусочков шоколада. Они продаются производителями шоколада и часто называются пистолами, каллетами или вафлями, но вы также можете взять большую плитку шоколада и крупно нарезать ее на более мелкие кусочки. Маленькие кусочки шоколада плавятся легче, чем большие, и тем самым значительно упрощают темперирование. Большие количества шоколада легче темперировать, чем меньшие, поэтому я рекомендую работать, по крайней мере, с фунтом шоколада, чтобы облегчить вашу жизнь (вы всегда можете оставить дополнительный набор и при необходимости снова растопить его), особенно когда вы начинаете .
Удалите 25–30% шоколада и отложите его в небольшой миске. Это называется семенем, и вы будете использовать его позже.
Положите оставшийся шоколад в миску, подходящую для использования в микроволновой печи, и готовьте на сильном огне с 30-секундными интервалами, пока шоколад не начнет таять. Вы можете растопить шоколад на водяной бане, но в этом случае я предпочитаю микроволновую печь. Небольшое количество воды может привести к схватыванию шоколада, поэтому работать без конденсации немного безопаснее. Как только шоколад начнет таять, нагревайте шоколад с интервалами в 10-20 секунд, помешивая, пока он полностью не растает.Темный шоколад должен достичь температуры 114-120F. Молоко и белый шоколад должны достичь температуры 105-113.
Проверяйте температуру вашего шоколада с помощью цифрового термометра или инфракрасного термометра (который я использую). Если вы используете инфракрасный термометр, имейте в виду, что он измеряет только температуру поверхности, поэтому вы должны перемешивать шоколад, проверяя его с помощью пистолета.
Теперь, когда шоколад растоплен, его нужно охладить.При использовании метода посева это делается путем добавления нерасплавленного шоколада, который мы отложили в начале процесса. Добавьте семена (25-30% от первоначального веса шоколада) и перемешайте лопаткой. Кусочки шоколада начнут таять, и после нескольких минут перемешивания они должны почти (но не полностью) растаять. Через несколько минут проверьте температуру шоколада. Темный шоколад должен быть между 88-91F. Молочный и белый шоколад должны иметь температуру 84-87F.Продолжайте помешивать, пока шоколад не достигнет этой температуры.
Эта температура известна как «рабочая температура», и в этот момент шоколад следует темперировать. Чтобы проверить это, окуните в шоколад небольшую полоску пергаментной бумаги (1 или 2 дюйма достаточно). Отложите его в сторону и позвольте ему настроиться. Он должен застыть примерно через 2 минуты и должен быть глянцевым, без полос, если он был правильно закален. Чем дольше он сидит, тем тверже станет.Хорошо темперированный шоколад также через некоторое время втянет (оторвет) бумагу.
темперированный шоколад готов к окунанию или глазури. Рабочую температуру следует поддерживать, пока вы работаете с шоколадом, поэтому его следует время от времени нагревать в микроволновой печи или с помощью теплового пистолета (если вы хотите серьезно заняться шоколадной работой).
Общие проблемы:
- Если шоколад не застывает в течение 2-3 минут и выглядит полосатым, это может означать, что он недостаточно темперирован и недостаточно остыл, чтобы какао-масло должным образом кристаллизовалось.Добавьте небольшое количество мелко нарезанного шоколада и продолжайте перемешивать шоколад. Перепроверьте.
- Если шоколад застывает менее чем за 2 минуты, он может быть слишком темперирован. Нагрейте шоколад (короткими порциями в микроволновой печи), пока он немного не нагреется, и перемешивайте, пока он не станет более жидким. Повторите тест и при необходимости добавьте еще тепла.
- Практика совершенствует, а шоколад можно темперировать, растапливать и повторно темперировать снова и снова.
Работа с шоколадом может доставлять массу удовольствия, а научиться темперировать шоколад действительно может вывести ваши десерты на новый уровень, независимо от того, хотите ли вы добавить глянцевую шоколадную глазурь к партии домашнего песочного печенья, окунуть нижнюю часть бискотти или одеться свежей клубники.Тем не менее, также важно помнить, что шоколад не нужно темперировать для выпечки и приготовления пищи. Например, когда вы делаете шоколадный ганаш или вам просто нужно немного растопленного шоколада для партии пирожных, нет необходимости пытаться темперировать его перед тем, как использовать.
