Как закалить правильно сталь в домашних условиях: Как закалить сталь в домашних условиях?

Содержание

Как закалить сталь в домашних условиях?

Многие инструменты, с которыми приходится работать в мастерской, должны иметь определенную прочность. Домашние мастера задаются вопросом: «Как закалить сталь в домашних условиях?» От твердости режущей кромки часто зависит качество изделия. Конечно, многим известно, что для закалки требуется нагреть предмет, а потом резко охладить. При этом можно услышать, как кто-то добился подобным способом необыкновенной твердости и прочности какой-либо детали.

Закалка в воде:

Закалка в воде

Попытка самостоятельно закалить изделие на огне газовой плиты или ином источнике тепла оказываются безрезультатными. Разогретая до красного свечения заготовка при резком охлаждении повышает прочность незначительно, а иногда происходит и обратное явление – твердость снижается.

Введение в технологию металлов

Сталь, с которой приходится сталкиваться чаще всего, представляет сплав железа с углеродом.

Наибольшее распространение получили конструкционные стали обыкновенного качества. В них содержится незначительное количество углерода (менее 0,8 %), поэтому любые попытки закалить изделия из подобного материала обречены на неудачу. Небольшое количество углерода не образует зерна цементита (карбида железа, Fe₃C). Именно этот ингредиент отвечает за получение твердости закаленной стали.

Кроме конструкционных, на металлургических предприятиях производят стали заданных свойств, в том числе и углеродистые сплавы. У них содержание углерода находится в пределах 0,8…2,14 %. При большем содержании второго компонента приходится иметь дело с чугунами. Это тоже черный металл, но свойства отличаются кардинально.

Проверка получения аустенита при нагревании с помощью магнита:

Магнитная проба

При выпуске изделий из металла пользуются пластичными материалами. Из них методом прессования добиваются получения специальных оригинальных форм. Например, детали корпуса автомобилей штампуются в холодном состоянии на специальных штампах. Этот инструмент состоит из матрицы и пуансона. Листовая заготовка проходит обжатие между составляющими (матрицей и пуансоном), получают конечную форму.

Для инструмента нужна твердость, поэтому при изготовлении выбирают материал, который можно закалить, чтобы в дальнейшем не происходило его деформации в процессе использования для штампования деталей.

Закаленные изделия из качественных легированных сталей:

Закаленные шестерни

Кроме углеродистых сталей, на практике используют сплавы с марганцем, хромом, молибденом, титаном и другими элементами. Наличие их в составе в определенном количестве характеризуется определенной маркой.  Компоненты, улучшающие свойства сплава называют легирующими. Они заметно изменяют свойства:

  1. Повышают поверхностную прочность.
  2. Увеличивают твердость деталей на стадии заготовок.
  3. Могут закаляться при закаливании.
  4. Не ржавеют при нахождении в агрессивной среде.

Для маркировки легированных сталей используется свой метод, в нем определенные металлы сплава обозначены своими буквами. Цифры после букв указывают на содержание определенного компонента в десятых долях процента. Если имеет только буква, а за ней не следуют никакие цифры, значит, ингредиент может достигать до 1 % в составе сплава. Например, ХВГ характеризуется наличием в ней:

  • около 1 % углерода;
  • 0,8…1,2 % хрома (Х), этот компонент придает нержавеющие свойства;
  • 0,9…1,1 % вольфрама (В), этот ингредиент увеличивает твердость и позволяет закалять изделия;
  • 0,8…1,4 % марганца (Г, так договорились металлурги). Mn в составе стали придает пружинные свойства.

Внимание! ХВГ – это одна из лучших сталей для изготовления ножей. Отличается нержавеющими свойствами. При закалке можно добиться высокого значения твердости. На инструментальных заводах из этого материала изготавливают фрезы, прошивки и протяжки.

Металлы и сплавы для закалки

Из всей совокупности материалов, выпускаемых на металлургических предприятиях закалить можно только определенные сплавы. Они показаны в таблице.

Таблица «Металлы, подлежащие закалке»:

Таблица сплавов

Технология закаливания

Муфельная печь для разогрева деталей:

Муфельная печь

Чтобы понять, как правильно закалить сталь, нужно рассмотреть процесс. Он заключается в следующем:

  1. Заготовку разогревают до температуры 750…770 ⁰С. В этом состоянии она перестает магнититься. Металлурги называют этот режим аустенитным. Возникает высокая пластичность. Зерна металла становятся крупными, между ними разрушается связь.
  2. Чтобы произошел прогрев всей детали, требуется время. У сталей есть особенность, нагретым может быть только поверхностный слой, всего несколько долей миллиметра. Ниже этого слоя температура может быть на 30…50 ⁰С ниже. Если не прогревать металл по толщине, то произойдет только поверхностное закаливание. При проверке на приборе Роквелла происходит прокол закаленного слоя, твердость не гарантируется.
  3. Разогретый металл закаливается в воде или в масле. Выбор среды для закаливания объясняется тем, что при закалке в воде вокруг металла образуется водяной пар. Он снижает скорость охлаждения в несколько раз. Пар может иметь температуру до 200…250 ⁰С, поэтому настоящего закаливания нет. При закаливании в масляной среде (у него температура кипения составляет 350…380 ⁰С) скорость охлаждения в несколько раз выше. Опытные мастера производят не разовое опускание предмета в масло, а выполняют несколько последовательных подъемов и опусканий вверх-вниз. Эти достигается взаимодействие металла с новыми порциями масла, скорость охлаждения возрастает.
  4. При закаливании крупное зерно, полученное при разогреве до аустенита, превращается мелкое (уменьшается размер в тысячи раз). Именно резкое уменьшение зерновой структуры способствует повышению поверхностной твердости.
  5. При закаливании внутри металла возникают внутренние напряжения. Иногда можно наблюдать, как тонкие детали при небольшом нагружении лопаются. Необходимо устранить их кратковременным нагревом до температуры отпуска.
  6. На практике подразделяют отпуск в нескольких режимах. Самым распространенным является низкий отпуск, который протекает при температуре 200…220 ⁰С. В быту его можно выполнить в духовке обычной газовой плиты. Ее разогревают до заданной температуры, кладут детали, которые нужно частично отпустить. Потом дают остыть металлу вместе со всей плитой (примерно 1…2 часа).
  7. Детали с низким отпуском служат в несколько раз дольше, чем закаленные, но без последующего отпуска.

Закалка в масле:

Закалка в масле

Закалка с помощью бытовых приборов

Для закаливания некоторые мастера пытаются использовать обычную газовую плиту. Диаметр горелки мощностью 2,5 кВт составляет 130 мм. При горении прогревается круг с внутренним диаметром 85…90 и с внешним 130…170 мм. Греется только кольцо. Нагреть металл можно до температуры 800 ⁰С.

Разогрев на газовой горелке:

Нагрев деталей на газе

Чтобы равномерно прогревать деталь, нужно устанавливать ограничения. Изготавливают металлический квадратный контур, внутри которого можно выровнять температуру. Контур желательно теплоизолировать, чтобы ограничить теплообмен с окружающей средой.

Для закаливания используют емкости, в которых используют отработанное минеральное масло.

С помощью паяльной лампы можно получить температуру 850…1000 ⁰С. При такой температуре проще прогреть подходящую деталь до нужной температуры. Чтобы ограничить тепловые потери, помещают в толстостенную трубу. Туда же направляют и поток продуктов сгорания горючего.

Разогрев паяльной лампой:

Закалка паяльной лампой

Внимание! Качественная закалка производится при нагревании в муфельной печи ли в горне, где все изделие находится в зоне разогрева.

Разогрев заготовки в горне на углях:

Разогрев изделия на углях

Видео: закалка стали в домашних условиях.

Заключение

  • Закалка – это способ термической обработки металла, способствующий повышению твердости и прочности деталей.
  • Оптимальная температура нагрева перед закаливанием составляет 750…770 ⁰С. Необходимо прогреть всё тело детали, поэтому необходима выдержка в течение 20…30 минут.
  • Закалка в масле позволяет получать высокую скорость охлаждения. На поверхности изделия не образуется водяной пар.
  • Для оптимального прогрева используют муфельные печи или горны. При использовании бытовых приборов трудно соблюсти равномерность нагревания деталей.

Как правильно закалить металл в домашних условиях?

При изготовлении различных изделий из стали или сплавов иногда возникает вопрос о том, как правильно закалить металла в домашних условиях. Мастер перед собой ставит цель – получить деталь, которая обладает определенной прочностью. Не всегда удается осуществить закалку, даже имея нужное оборудование. Причин бывает несколько. Во многих случаях можно преодолеть препятствия и добиться требуемого результата.

Желая производить подобные заготовки, изготавливают малогабаритное технологическое оборудование. С его помощью можно выполнять термообработку стальных изделий.

Введение в металловедение

В технологии термической обработки сталей предусматривается ряд способов теплового воздействия. В результате меняется размер зерна. От этого меняется твердость.

В составе стали имеются:

  1. Феррит – это основная составляющая. Зерна металла под микроскопом легко увидеть. Они обычно на шлифах представлены в виде белого или светло-серого цвета.
  2. Перлит – это эвтектоидное механическое соединение железа и углерода. Для этой составляющей отмечают высокую твердость и прочность.
  3. Цементит – предельное соединение железа с углеродом Fe₃C. Одна чистый цементит довольно хрупкое вещество.
  4. Графит – одна из форм углерода. В металлах он может быть представлен в виде шарообразных включений. Его присутствие отмечают в дамасских сталях, которые получают методом ковки.
  5. Аустенит – одна из форм сплава. Она возникает при температуре 727 ⁰С и выше. Данная составляющая представляет псевдоожиженный металл. Для него характерна высокая пластичность, податливость. Появление аустенита при нагревании определяется по отсутствию магнитных свойств.

Принята классификация соединения – железо-цементит в следующих значениях:

  • 0,0…2,18 % углерода – это стали;
  • 2,14…6,67 % углерода – чугуны.

У сталей есть и еще различия:

  • 0,0…0,8 – низкоуглеродистые стали;
  • 0,8…2,14 – углеродистые стали.

Диаграмма Fe – Fe₃C. В зависимости от температуры и концентрации железа и углерода образуются разные виды соединений. Они определяют механические свойства металла:

Железо-углерод

Термообработка

Тепловая обработка металла выполняется ради изменения характеристик сплава железа с углеродом.

Отжиг – термообработка, целью которой является снижение прочностных свойств стали. Производится путем нагревания до температуры выше аустенитного состояния с последующим медленным охлаждением (до 6…8 часов) в камере, где производился разогрев.

Нормализация – вариант отжига, производимого для снижения напряжений внутри металла. Обычно нормализацию выполняют, нагревая до 727 ⁰С и выше с медленным охлаждением (до 1…2 часов) при открытых дверках нагревательной печи.

Закалка – метод изменения размеров зерна при резком охлаждении металла из состояния аустенита до значений окружающей среды.

Отпуск – термическая обработка, в результате которой снимаются внутренние напряжения в металле. Различают: низкий, средний и высокий отпуск. Для каждого характерны свои значения температур.

Проверка твердости

Твердость металлов определяют двумя методами:

  1. По Бринеллю, в металл вдавливается металлический шарик.
  2. По Роквеллу, заключается во вдавливании конуса из прочной пирамиды (алмаз) небольшого размера.

При определении твердости по Бринеллю измеряют размер следа, оставленного шариком при надавливании с усилием, величина которого зависит от предполагаемой твердости и использованного шарика. В испытаниях используют шарики разного диаметра (1,…10 мм). Перерасчет показаний выполняют по формуле:

Формула Бринелля

Где F – сила, прилагаемая на приборе, Н; D – диаметр шарика, используемого при проверке твердости, мм; d – диаметр отпечатка. Измеряется под микроскопом, у которого имеет специальная линейка. Точность измерений до 0,01 мм.

Данный метод рекомендован для определения твердости не более 300…320 единиц. Если требуется определить более твердые предметы, то используют прибор Роквелла. По этой шкале информацию обозначают HRC и числовое значение.

На основании многочисленных исследований установлено, что для ножевой стали показатель HRC 55…63 будет довольно высоким. При проектировании зубчатых передач и изготовлении шестерен также выполняют закалку поверхности зубьев. Конструкторы задают твердость до HRC 52…58. Металлорежущий инструмент (резцы, сверла, долбяки, фрезы) имеют твердость HRC 60…65.

Закалка и отпуск

Закалку производят путем нагревания до температуры выше получения аустенита. Для некоторых сталей рекомендуют некоторый перегрев, который необходим для получения псевдоожиженного состояния по всей массе металла.

Закалить можно углеродистые стали, в которых содержание углерода превышает 0,8 %. При меньшем значении закалка не получается. Быстрое охлаждение не формирует мелкое зерно металла.

До и после закалки

Кристаллическая решетка стали до (а) и после (б) закалки. Получено путем исследования шлифов образцов стали

Закалку выполняют в воздухе, воде и масле. В основном проще выполнить закалку в масле, причины в следующем:

  • При погружении в масло на поверхности металла не образуются пузырьки кипящей жидкости, которые снижают скорость охлаждения.
  • Вокруг металлического предмета образуется циркулирующий поток жидкости, который активизирует процесс конвективной теплоотдачи.
  • Масло перед закалкой можно нагреть до температуры 250…350 ⁰С. Тогда осуществляется двухступенчатый процесс закаливания (в масле и воде, один за другим).

Внимание! В некоторых источниках можно прочитать, что закалку выполняют на газовой плите. Подобное могут написать только дилетанты, которые никогда не добивались реального результата.

Температуру определяют с помощью пирометра излучения. Точность измерений до 1…3 ⁰С. Но стоимость подобного прибора довольно высока. Поэтому нагрев до того или иного значения определяют визуально. Для этого пользуются специальными таблицами. Ориентируясь на цвета можно попытаться самостоятельно закалить металл.

Цветовая диаграмма нагрева стали:

Цвет и нагрев

Отпуск проводят с целью снятия внутренних напряжений в металле. Деталь нагревают до нужной температуры, а потом дают возможность медленно остывать на воздухе.

Различают несколько видов отпуска:

  1. Низкий, применяют для металлорежущего инструмента.
  2. Средний, используют для инструментов для обработки древесины.
  3. Высокий, находит использование в машиностроении для зубчатых передач или шкивов клиноременных трансмиссий.

Для визуального определения температуры нагрева пользуются пирометром. Можно приблизительно установить температуру нагрева, сопоставляя вид заготовки при нагревании с базовой таблицей. Нагревая сталь, на поверхности наблюдают цвета побежалости, они имеют различный окрас.

Цвета побежалости при нагревании сталей:

Цвета побежалости

Кроме углеродистых сталей термообработку выполняют для легированных сплавов. Наличие в составе металла дополнительных элементов улучшает прочностные характеристики.

В таблице показаны рекомендуемые режимы закалки и отпуска для разных видов сталей. Для ножа используют все виды представленных материалов.

Режим термообработки и твердость стали
Марки стали по ГОСТ Температура нагревания металла, ⁰С Среда для охлаждения Твердость после закалки, HRC Режим отпуска (⁰С) и получаемая твердость HRC
170…210 220…350 360…420 420…550
У7…У7Б 780…830 масло 58…62 59…63 57…60 52…54 48…53
У8…У8В 790…835 масло 60…64 60…65 58…60 51…55 47…50
У9…У9А 780…840 масло 56…63 58…62 54…59 49…53 48…53
У10…У10А 730…800 масло 58…62 57…64 57…64 48…53 49…52
У12…У12А 760…810 масло 59…64 60…65 58…60 49…52 49…52
40 740…820 масло 48…53 49…55 39…45 32…40 28…31
40Х 720…830 масло 50…54 52…57 48…50 44…49 29…32
35ХГСН 780…810 масло 45..52 45..52 35..42 45..52 38…40
5ХНМ 790…835 масло 45…50 46…52 40…48 46…52 36…40
5ХНВ 780…840 масло 48…52 48…52 44…47 40…48 38…40
65Г 730…810 вода/масло 59…64 59…64 55…57 51…54 46…48
ХВГ 760…820 вода/масло 54…59 56…60 48…50 42…47 33…36
ХВС 740…820 вода/масло 54…58 52…56 44…47 40…44 39…42
Х12М 720…830 вода/масло 50…57 48…53 55…57 53…55 36…38
9ХС 760…810 вода/масло 59…64 59…64 48…50 42…47 29…34
ШХ15, ШХ15СГ 760…820 масло 59…64 59…65 58…60 52…57 39…42
20Х 730…810 вода/масло 48…52 42…50 38…41 36…38 36…38
45 760…820 вода 41…49 34…37 32…35 30…34 29…32
14C28N 740…845 вода 50…57 45…49 41…44 39…42 32…34
8Cr13MoV 780…860 вода/масло 59…64 60…65 55…57 55…57 48…50
65Х13 760…855 вода/масло 48…52 49…55 48…50 44…48 38…40
95Х18 740…820 вода/масло 41…49 52…57 44…47 42…45 36…40

Изготовление горна

Чтобы самостоятельно проводить термообработку нужно использовать соответствующее оборудование.

Приобрести готовые установки довольно сложно, цена немаленькая. Но многие изготавливают горн для закалки и отпуска своими руками.

Пошаговое изготовление простого горна

Для изготовления используется шамотный кирпич. Он отличается от обычного кирпича тем, что в его составе присутствуют шамотная глина, способная выдержать нагрев более 2500 ⁰С.

Отличить шамотный от обыкновенного кирпича несложно. На поверхности имеется выдавленный круг диаметром 55 мм. Сама структура заметно отличается от обжигового изделия.

Предварительная сборка

Чтобы кирпичи сохраняли постоянную форму, можно их скрепить с помощью специального раствора. Но на практике поступают иначе. Из уголка сваривают рамку. Она не позволит изменять форму. По центру устанавливают чугунный цилиндр (используется в двигателях внутреннего сгорания). В данном случае применяли цилиндр от танкового двигателя В-2М.

Накладка рамки из уголка

Чтобы кирпичи не выпадали, приваривают опорные ребра. На них будет распределяться нагрузка от основных фрагментов горна.

Ребра жесткости

Поставив цилиндр на уголки, размечают вырезы. Их придется выполнить с помощью отрезных дисков и УШМ.

Разметка для резки

После разметки видны линии, оставленные чертилкой.

Линии реза для болгарки

Выполнены необходимые резы. Остается приварить ребра по месту.

Ребра жесткости готовы к приварке

Удерживая детали по месту, выполняют точечную приварку комплектующих. Убедившись, что детали расположились в нужном месте, проводят окончательную сварку каркаса горна.

Сварка каркаса

Перевернув рамку, рассматривают, как будет выглядеть каркас горна в рабочем положении.

Лицевая сторона каркаса

Теперь нужно правильно уложить кирпичи. Видно, что на них выполнена выборка. Образуется некоторый уступ, расположенный ниже уровня поверхности кирпича.

Раскладка кирпичей

Уложив все кирпичи на место, можно видеть образование выемки. Ее назначение – установка колосника.

Заготовка

Колосник установлен в центре горна. Он предназначен для подачи воздуха снизу в зону горения. Только при наличии потока воздуха можно гарантировать постоянство горения топлива. Но для получения температуры выше 1300 ⁰С потребуется принудительная подача воздушного потока от вентилятора.

Установка колосника

К цилиндру потребуется приварить трубу, у которой будут:

  • вентилятор центробежного типа;
  • заглушка для сброса продуктов горения.

Труба поддува

Выполняется примерка вентилятора. Для его подвода нужна промежуточная профильная труба. Необходимо ее вварить так, чтобы поток воздуха поступал в зону горения без лишних сопротивлений.

Предварительная подгонка вентилятора

Производится разметка отверстия в цилиндрической трубе.

Разметка

После первых резов нужно разметить остальные элементы.

Подрезанная профильная труба

Детали готовы для сборки. Остается зафиксировать детали, а потом сварить всю конструкцию поддува.

Прорез для установки вентилятора

Получилась конструкция, приваренная к цилиндру. Теперь предстоит провести монтаж вентилятора.

Сварка поддува

Система принудительной подачи воздуха в горн готова. Пора собрать остальную конструкцию малогабаритного горна.

Монтаж вентилятора

Еще один вид. Проверяется качество сварных швов.

Основание сварено

После покраски горн приобретает профессиональный вид. Он смонтирован на опорах. Высота подбирается по росту мастера, который будет работать на этом горне.

Горн в сборе

На трубе имеется поворотная заслонка. Она нужна для временного перекрытия доступа к вентилятору. Обычно перекрывают, когда возникает необходимость прочистки колосников.

Заслонка для вентилятора

Снизу имеется крышка. В положении «закрыто» она удерживается противовесом. Чтобы открыть проход для шлака и других продуктов горения, достаточно слегка повернуть противовес. Отверстие откроется. Шлак покинет горн.

Нижняя заслонка

Кирпичи занимают свое место. Скоро горн будет готов к работе.

Верхняя часть собрана

Чтобы ограничить тепловые потери устанавливают экран. Это листовая сталь, которую устанавливают по периметру горна.  Спереди смонтирована ручка. Она нужна для подвешивания вспомогательных инструментов, которыми пользуется кузнец при выполнении работы.

Защитные пластины

Уложив топливо (начинают розжиг с обычных стружек и щепок), разжигают огонь. Постепенно подсыпают уголь. Он является основным топливом для горна.

Розжиг

После включения в работу вентилятора интенсивность горения возрастает. Угли начинают гореть не красным, а белым цветом. Температура пламени возрастает свыше 1000 ⁰С. Теперь на горне можно разогревать детали, чтобы в дальнейшем ковать металл или закаливать заготовки.

Работает вентилятор

Кроме горна кузнецы используют наковальни. Основная работа по формированию нужной формы выполняется на ней. Работают тяжелыми и легкими молотами. Дополнительно используют ручьи, имеющие разную форму.

Горн и наковальня

Как выполнить закалку?

Когда есть горн, то закалку можно выполнить довольно просто:

  1. Сначала разводят огонь. Для розжига используют древесину небольшого формата (щепки, мелкие ветки, стружку от деревообработки и бумагу).
  2. Готовят емкости, в которых будут производить закалку. Минеральное масло (отработка от двигателей внутреннего сгорания) является лучшим охлаждением для деталей. Ёмкость должна позволять загрузить деталь полностью. Синтетические и полусинтетические масла использовать можно, но следует иметь в виду, что некоторые могут закипать. Скорость охлаждения будет снижаться. Поэтому использование подобного масла применяют с осторожностью.
  3. Емкость для воды нужна, чтобы промывать детали после закалки.
  4. Потребуется уголь. Используют бурые и черные угли. На практике часто применяют древесный уголь, полученный после обработки березы.
  5. Чтобы брать заготовку и перемещать ее внутри кузни, понадобятся клещи. У опытных кузнецов имеются несколько типов клещей.
  6. После получения стабильного огня на колосниках можно подсыпать уголь. Сначала он разгорается медленно. При включении подачи воздуха начинается интенсивный разогрев. Угольки меняют окраску на белый цвет.
  7. Пора закладывать деталь, которую хотят закалить. Ее кладут в огонь. Наблюдают за разогревом.
  8. Нужен магнит. Он покажет, наступил нужный нагрев или нет. Аустенит не магнитится.
  9. При возникновении свечения темно-вишневого цвета можно рассчитывать на нагрев до близких значений температуры.
  10. Вынимают заготовку и пробуют, намагничивается она или нет. Если нет, то температура достигнута.
  11. Нужен прогрев не менее 15…20 минут. Теплопроводность разогретого металла низкая, поэтому внутри массивных предметов может возникнуть не полный прогрев. В этом случае при закалке наблюдают изгибы.
  12. Вынув деталь из огня, ее опускают в масло в несколько этапов. Опускают и поднимают ритмичными движениями. Так добиваются высокой скорости охлаждения. Поднимая и опуская, перемешивают охлаждающую жидкость в процессе закалки. Может возникнуть пламя. Оно быстро погаснет.
  13. Остается промыть деталь.
  14. Проверить произошло закаливание или нет можно напильником. Если напильник «не берет», значит, произошло закаливание.

Испытывают качество закаливания на стекле. Если удается оставить след на стекле закаленной деталью, то получена твердость HRC более 55 единиц.

Видео: как закалить металл своими руками?

Отпуск

Для проведения отпуска можно воспользоваться обычной газовой плитой. В духовке легко установить нужную температуру 180…220 ⁰С. Остается поместить деталь на 10…20 минут в разогретую духовку. Потом потребуется вынуть заготовку наружу и дать ей остыть.

При использовании инструментальных сталей наблюдают некоторое увеличение твердости после низкого отпуска.

Как закалить металл – все о закалке стали 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.

Безопасность:

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

Шаг 1: Согните стержни

Убедитесь, что окружающая среда безопасна. Возьмите два стальных стержня и согните их в форме буквы «U». Будьте осторожны, чтобы не перегнуть их слишком сильно и не сломать сталь.

Шаг 2: Зажгите паяльную лампу

Включите газ и зажгите горелку. Обязательно направляйте горелку в сторону от своего тела, как показано на фотографии. Убедитесь, что пока лампа горит, никто не находится ближе чем 1 метр от неё. На случай чрезвычайной ситуации поблизости должен находиться огнетушитель.

Шаг 3: Нагрев

Поместите изогнутую часть («U») в самую горячую часть пламени, удерживая стержень за два конца. Самая горячая часть пламени — маленький конус посередине пламени. Вращайте, пока он нагревается пламенем, чтобы нагрев был равномерным. Тепло от паяльной лампы «возбуждает» атомы и они становятся более подвижными, начиная перестраиваться.

Шаг 4: Гашение

Когда стержень станет темно-оранжевого цвета, выньте его из пламени и быстро окуните в воду в ведре, как показано на фотографии (это называется гашением). Тушение резко уменьшает движение атомов и может быть расценено как «замораживание» атомов на месте. В этот момент атомы находятся в нестабильном положении.

Шаг 5: Повторите

Повторите шаги 3 и 4 со вторым стержнем.

Шаг 6:

Возьмите второй стальной стержень и закалите его, нагревая факелом в течение примерно 10 секунд. Не трогайте первый! Снова погасите его в воде. Это позволит атомам «расслабиться» и расположиться в более устойчивом положении.

Шаг 7: Выпрямление стержней

Попытайтесь правильно выпрямить оба стержня, чтобы понять разницу в их механических свойствах. Первый стержень (который не был отпущен), будет очень хрупким и сломается, поскольку атомы не находятся в устойчивом положении. Второй (стержень, который был разогрет или отпущен), согнется, но форма «U» останется. Поскольку этот стержень был отпущен, и атомам было позволено «расслабиться» в устойчивом положении, материал становится прочнее и жестче.

делаем правильно закаленную углеродом обычную инструментальную сталь в масле своими руками, низкоуглеродистый полый вал

25Фев

Если взять курс общей физики для представителей технических профессий, то раздел по свойствам обычного железа занимает почти десять процентов от всего объема тома. Многие умельцы активно интересуются, как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками (самостоятельно). Надо понимать, что в кустарных мастерских почти невозможно получить устойчивый идеальный результат. Но вполне возможно кардинально улучшить эксплуатацию изделия.

Содержание статьи:

  1. Что такое закалка
  2. Виды закалки стали
  3. Охлаждение
  4. Как закалить разнообразную инструментальную сталь в неприспособленных домашних условиях

Что такое закалка

закалка стали

закалка сталиЕстественный Fe – это весьма пластичный металл, подверженный быстрой коррозии. Для придания этому веществу свойств, необходимых в быту и в производстве, нужно внести в структуру определенные добавки и четко соблюсти при этом температурные режимы. Каждая мелочь этого процесса может кардинально повлиять на конечный продукт. На сегодняшний момент все четко регламентировано научными экспериментами и теоретическими обоснованиями, но всего сто лет назад это считалось искусством.

Для того чтобы сделать обычное железо (не путать с чугуном) устойчивым к механическим воздействиям, самым простым и доступным способом является его обогащение элементом С, то есть закаливание. Далее мы коротко объясним, как закалить низкоуглеродистую мягкую сталь.

обогащение углеродом

обогащение углеродомПервично люди поняли, что при дефиците кислорода в горне железо впитывает в себя продукты горения. Это было основой для обжига всех изделий. Позже кузнецы стали использовать скорость остывания. Современная наука однозначно подтверждает правильность данных выводов. Режим охлаждения, как оказалось, тоже очень важен при формировании структуры материала.

Самый стандартный метод – нагрев до оранжевого цвета и снижение температуры водой. При этом результат будет, но он не устроил бы даже тех людей, которые жили тысячу лет назад. В середине двадцатого века эта технология перешла из разряда кузнечного искусства в жесткие рамки научного обоснования. Далее мы рассмотрим эти процессы с точки зрения современных взглядов.

Какие используют материалы

закаливание металлов

закаливание металловСамый простой и распространенный вариант – железо с примесями на уровне пренебрежения. Для придания жесткости единственным возможным способом остается обогащение углеродом дома. Это достигается при нагревании в условиях дефицита кислорода. Важным считается быстрое охлаждение с определенного значения температуры. Порогом является цифра 800. Последующее остывание достигается опусканием в воду.

Улучшенные свойства изделия приобретаются при получении сплавов железа с легирующими добавками. Также используются хром, ванадий, никель, молибден, титан и прочие. В зависимости от процентного состава меняются характеристики и технологии получения необходимых свойств.

Скорость нагрева

нагрев металлов

нагрев металловДля разных видов сталей режимы температурной обработки значительно отличаются. Часть сплавов требует поэтапного подведения тепла, первоначально до 300 градусов с «выдержкой», а затем доведение до значения модификации внутренней структуры. Например, марка М 45 склонна к образованию микротрещин. Порог допустимого нагрева также у всех материалов разный. Существует технологическая карта, определяющая уровни прогрева.

Процессы, сопровождающие закалку

процесс закалки

процесс закалкиГрафик изменения внутренней тепловой энергии влияет на формирование микроструктуры металла. Природное вещество имеет аморфную систему. Из-за этого и технологические свойства невысоки. При грамотной обработке во внутреннем строении образуются упорядоченные ячейки, которые сильно изменяют все характеристики. Крайней фазой можно рассматривать чугун. Крупные зерна, имеющие большую твердость, слабо связаны между собой. Поэтому достигаются промежуточные результаты, когда зернистость позволяет добиться высокой прочности и остается достаточно связей для нужной эластичности.

Как сделать оптимальную закаленную сталь разнообразными способами

способы получения закаленной стали

способы получения закаленной сталиСерьезная манипуляция выполняется в зависимости от марки материала, режима тепловой обработки и темпа остывания. Мы предоставляем методы, используемые в промышленности.

Производство в одной среде

простой способ закаливания

простой способ закаливанияСпособ намного упрощает операцию, но совершенно не подходит для высоколегированных веществ с углеродистым содержанием. Во время стремительного охлаждения в воде появляются большие напряжения засчет температурных колебаний. Происходят сильные изменения в структурной решетке, где аустенит переходит в мартенсит с приличным увеличением объемов. Если продукция имеет сложную конфигурацию или внушительные размеры, то начинается растрескивание, коробление или поводка. А значит, этот способ подходит для несложных в истолнении деталей. Иные конструкции необходимо делать поэтапно с применением двух сред.

Ступенчатая операция

Растворы с солями, селитры и легкоплавкие металлы применяются в роли охлаждающей субстанции. Процесс начинается с помещения изделия в емкость с наполнением, нагрев которой колеблется в пределах трёх температур кипения воды. Содержание в таре в течение двух минут позволит продукции выровнять тепло по всему сечению и избежать термального напряжения. Далее происходит закалка в машинном или минеральном масле. Последний шаг – воздушное охлаждение. Если его игнорировать, то товар потеряет оптимальную твердость, ведь наполнитель затормозит остывание.

Недостатком является небольшой темп выстуживания от 400 до 600 градусов. Поэтому способ незаменим для изготовления деталей с маленьким диаметром до 10 миллиметров.

Изотермическая

Совершенно революционный метод, которым сейчас пользуется уже множество производителей. Остывание осуществляется в жидкости, нагретой до 200° или несколько выше.

Преимуществом можно считать то, что сталь, находящаяся в стадии аустенита, из-за пластичности может подвергаться корректировке и появляется возможность избежать коробления и растрескивания.

К минусам можно отнести большую временную длительность и применение специального оборудования.

Светлая

светлая закалка

светлая закалкаОчень сложный и затратный процесс. Совершенно не подходит для домашнего использования, так как требует отдельного помещения для постановки вертикальной печи и покупки дополнительного оборудования. Он применяется в промышленных комплексах, которые ориентируются на выпуск однотипной продукции в большом количестве.

Работа заключается в следующем: деталь, проходя через индуктор, сразу же опускается в ванну, наполненную селитрой или растворенной едкой щелочью при температуре 200 градусов. Как правило, жидкость состоит из 75 процентов едкого калия, 25% – натрия. В эту смесь добавляется только 6% воды. Техническое оснащение должно быть полностью герметично. После завершения каждого цикла происходит откачка воздуха.

Как закалить полый вал или пруток из металла (стали) самоотпуском

таблица цветов побежалости

таблица цветов побежалостиСуть заключается в том, чтобы быстро поместить в наполнитель деталь и также молниеносно изъять из него для исключения полного остывания. Это помогает произвести последующий отпуск, так как при такой операции сердцевина элемента остается достаточно пластичной из-за сосредоточения в ней большой энергии тепла.

Контроль происходит по таблице с цветами побежалости. Определенный оттенок формируется на внешней стороне будущего изделия. Используя эту картинку, вы вполне можете произвести самоотпуск дома. Для этого придется незначительно увеличить твердость крепежа при помощи теплоизолирующего материала и асбеста (им накрыть сверху).

Охлаждение

охлаждение железа

охлаждение железаСамым главным недостатком при быстром его проведении считается угроза возникновения больших напряжений в сердце продукции, которые нередко приводят к растрескиванию и короблению сырья. Для избежания неприятностей железо предпочитают помещать в масло. Это не относится к высокоуглеродистой стали, для нее лучшей средой является вода.

Кроме этого, используются коллоидные составы, содержащие соли и кислоты, позволяющие не создавать лишние напряжения и поводки.

Принятие решения о способе остужения детали исходит из того, какую форму она имеет:

  1. Предмет, имеющий толстую и тонкую часть, сначала помещают в жидкость объемным концом;

  2. Сверла, метчики и другие изделия вытянутой формы помещают в вертикальном положении во избежание растрескивания и деформации;

  3. После применения местного нагрева в охлаждающую среду погружается весь элемент.

    Как закалить разнообразную инструментальную сталь в неприспособленных домашних условиях

    как закалить сталь дома

    как закалить сталь домаДля любителей не все методы подходят. Многие способы применимы исключительно в заводских комплексах, потому что они имеют все возможности для осуществления данных процессов.

    домашние методы закаливания стали

    домашние методы закаливания сталиМы предлагаем вам воспользоваться нашими советами исходя из того, какой материал будет у вас в работе:
    • Для создания домашнего режущего предмета используйте нержавейку;

    • При визуальном осмотре поверхность должна иметь насыщенный оранжевый цвет;

    • Важно соблюдать определенный цикл, где сырье опускают в горячую воду, затем вынимают на воздух приблизительно на пять минут и снова погружают обратно в жидкость;

    • Простые стали имеют темно — вишневый окрас, а среднелегированные материалы приобретают красный оттенок.

    закалка в печи

    закалка в печиМы предупреждаем, что железо портится, если форсировать скорость нагрева. Тогда вы получите окраску, близкую по цвету к черному или фиолетовому. Она не поддается никакой очистке. Придется выкинуть металл, так как вы не сможете сделать необходимое для вас изделие. Оптимальным считается сталь, которая приобрела кирпичный цвет.

    Оснастка

    нагревательные приспособления

    нагревательные приспособленияДля поднятия температуры образца подойдут любые приспособления для сжигания углеводородов (газовая горелка, паяльная лампа, резак). В крайнем случае используется костер, где для поддержания каления применяется уголь. Дерево не отдает достаточной энергии тепла. Заметим, что перечисленные способы хороши для обработки детали небольших размеров.

    нагревание газом

    нагревание газомЕсли вы собираетесь производить закалку на постоянной основе, то придется выстраивать на земле муфельную печь.

    муфельная печь

    муфельная печьНужно подумать и об охлаждении. Для работы подойдет обыкновенная вода. При выборе емкости нужно учитывать параметры изделия, чтобы оно погрузилось до нужной вам метки. Для расходников или изготовления мелких элементов также нужна тара. А вот при производстве, например, топора или лома потребуется большеразмерная ванна.

    охладитель металлов

    охладитель металловОхладитель подбирается с учетом уровня остывания:
    • Если требуется обработать определенный участок, то достаточно облить заготовку. Одинарная методика пригодна для изготовления небольших изделий;

    • Поэтапный процесс включает в себя два приема. Изначально используется Н2О, а далее кипящий углеродистый состав (масло). Это довольно опасная операция , при которой необходимо добиться качества без воспламенения нефтепродукта.

    Изготавливаем простой горн

    Конечно, можно купить оборудование, но цена на него довольно высокая. Поэтому любители предпочитают самостоятельно выложить печь.

    печь в собранном виде

    печь в собранном видеДля постройки нужен особый кирпич, в состав которого входит шамотная глина, способная выдержать температуру нагрева до 2500 градусов. Отличительной чертой материала является выдавленный на лицевой части полукруг размером диаметра 5,5 см.

    Начинаем строительство:

    • Для того чтобы ваш будущий очаг не развалился, можно использовать в качестве крепежа специальный раствор. Но лучше сварить конструкцию из уголка в виде рамки. Поставьте в центр цилиндр (желательно, чтобы он был выполнен из чугуна).

    • изготовление горна

      изготовление горнаЧтобы конус твердо стоял, его устанавливают на приваренные опорные ребра и делают отметки чертилкой.
    • установка конуса

      установка конусаСделайте отрезы по линиям при помощи УШМ.
    • печь для закалки стали

      печь для закалки сталиПриварите ребра и чугунный цилиндр по местам точечным методом. Убедитесь в правильном расположении всех элементов и произведите окончательную сварку.
    • сварка печи

      сварка печиПереверните каркас в рабочее положение и положите кирпичи, как показано на картинке.
    • установка каркаса

      установка каркасаНа образовавшуюся выемку установите колосники для подачи воздушных масс снизу в зону горения. Если необходимо накаливание более чем на 1300 ⁰С, то придется установить вентилятор для принудительной подачи кислорода.
    • монтаж заглушки и вентилятора

      монтаж заглушки и вентилятораК конусу привариваем заглушку для сброса продуктов горения и сам вентилятор.
    • сборка печи

      сборка печиСобираем полностью всю конструкцию и монтируем на опорах, подходящих под рост мастера. Производим покраску.
    • домашняя печь для закалки

      домашняя печь для закалкиНа вертикальной трубе обязательно должна быть заслонка, которую используют для очистки колосников.

    заслонка для очистки колосников

    заслонка для очистки колосников

    Как проверить отпуск

    Такой нагрев не требует специального оборудования. Умельцам достаточно держать температуру от 200 до 250 ⁰С при помощи духовки обычной газовой или электрической плиты. Для этого достаточным будет время 10–20 минут, после чего заготовку вытаскивают наружу и дают ей остыть. После низкого отпуска наблюдается увеличение твердости и плотности металла.

    Какие могут возникнуть дефекты

    возможные дефекты

    возможные дефектыПри неправильной обработке могут появиться следующие проблемы:
    • Трещины – неисправимый брак.

    • Коробление можно исправить методом рихтовки и правки.

    • Окалины образуются при окислении и обезуглероживании. Исправить недостатки практически невозможно. Для предотвращения негативной ситуации необходимо пользоваться герметичным оборудованием.

    • Пережог. Сталь не исправляется, так как из-за проникновения кислорода внутрь изделий появляются окислы по границам зерен.

    • Недостаточная твердость может возникнуть при низкой температуре, малой выдержке или маленькой скорости охлаждения.

    Мы предоставляем вам видео, посмотрев которое, вы поймете, как правильно закаливать обычный металл в масле или воде:

    Но во избежание отрицательного результата мы рекомендуем вам обратиться к профессионалам в этой области. Например, специалисты компании «Роста» ответят на все ваши вопросы и окажут помощь в решении проблемы.

Инструкция по закалке металла в домашних условиях

steelВ 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.

zakalka

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

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.

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

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

  • 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.

table

Практические рекомендации

  • Все металлические изделия, с которыми мы сталкиваемся на практике, по своему составу неоднородны. Существует несколько разновидностей стали, и не все их можно подвергать термическому воздействию. К примеру, малоуглеродистая не закаляется.
  • Если в быту необходимо придать прочности столовому ножу или топору, то не обязательны особые познания в области металлургии. Но начинающему кузнецу стоит напомнить, что перед тем, как приступить к термической обработке заготовки, необходимо разобраться, какой это материал (сорт стали). В этом вам поможет соответствующая справочная таблица, в которой для каждого из них указаны и продолжительность термического воздействия, и температура, и оптимальная методика охлаждения.

виды закалки, их особенности и инструкция

Как закалить нож в домашних условиях? Такой вопрос возникает у многих домашних умельцев. Закалка металла — это один из видов термообработки, которая позволяет деформировать и изменять состояние вещества.

Таким способом улучшения свойств оружия пользовались еще с давних времен. К примеру, в Средневековье закалку использовали для повышения прочности и твердости различных предметов: начиная от обычных ножей и заканчивая топорами и серпами.

Благодаря развитию технологий, сейчас данная термообработка доступна не только на промышленных предприятиях, где есть специальное оборудование, но и в домашних условиях. Об этом мы подробно поговорим в данной статье.

Особенности закалки стали

Как уже говорилось ранее, закалка является одним из видов термообработки металлов. Она подразумевает нагрев температуры тела до такой степени, что становится доступным изменение его кристаллической решетки. После такой обработки нож или другой объект из металла становится несколько тверже и прочнее, плюс к этому полностью теряется его пластичность до следующей закалки.

Также существует понятие отпуска. Это другой вид термообработки, с помощью которого понижается напряжение металла, которое он приобретает в процессе закалки.

Стоит знать, что закалка производится исключительно над нержавеющими стальными телами, а также сплавами, из которых они изготавливаются. Благодаря своей структуре изделие обладает высоким показателем твердости, который влияет на его хрупкость. При правильной термообработке, а также последующем быстром отпуске можно снизить хрупкость объекта и позволить его использование во множестве сфер.

Правильное охлаждение (отпуск)

Для того чтобы добиться необходимых свойств металла, нужно с ответственностью подойти к выбору охлаждающей среды, в которой данный процесс будет протекать.

Перечень охлаждающих сред, которые подойдут для нашего дела, выглядит следующим образом:

  • Одна среда с жидкостью. Лучше всего подойдет холодная вода. Тело помещается внутрь и находится там до своего полного охлаждения.
  • Две среды с разными жидкостями. Как и в первом случае, в первую среду помещается вода, и изделие первым делом отправляется туда. После первостепенного охлаждения оно помещается в масло или солевой раствор.
  • Далее идет стандартное струевое охлаждение. Здесь ничего сложного и особенного: изделие просто размещается под струю холодной воды до охлаждения. Отлично подойдет для случаев, когда необходимо нагреть какой-то отдельный элемент всего изделия.
  • Метод специального ступенчатого охлаждения, в котором используется несколько различных температурных режимов.

Правильный температурный режим

Перед началом процесса закалки стали в домашних условиях необходимо разобраться в температурном режиме, который обязательно нужно соблюдать для достижения качественного результата. Изделие необходимо равномерно нагреть до температуры порядка 700−850 градусов Цельсия, после чего быстро отпустить до 400−500 одним из вышеописанных способов.

Как закалить металл в домашних условиях

Существует большое количество способов, подразумевающих различную технику и другие приспособления. Однако в данной статье мы рассмотрим два наиболее популярных, которые лучше всего подойдут для домашних условий: в печи или духовке и на костре.

Принципиального различия между данными способами не существует. Главное — поместить нож или другое изделие в печь или костер и следить за его температурой.

Первым делом происходит отжиг, то есть главный шаг термообработки. Важно следить за температурой стали и не допустить перегрева. Если нет специального прибора, которым можно измерить ее текущий показатель, можно оценивать его по цвету каления:

  • Оранжевый — от 950 до 1000 градусов;
  • Красно-оранжевый — от 900 до 950;
  • Красный — от 800 до 900;
  • Темновато-красный — от 750 до 800 градусов;
  • Красно-бордовый — от 700 до 750;
  • Бордовый — от 650 до 700;
  • Коричнево-красный — от 550 до 650;
  • Красновато-коричневый — от 500 до 550 градусов.

Также проверить готовность закалки можно с помощью обычного магнита. Если он перестал «липнуть» к металлу, то его температура составляет порядка 760 градусов, и необходимо как можно быстрее переходить к охлаждению.

Для более удобного отпуска также можно сверяться по цвету изделия, таким образом:

  • Серый — 350 градусов;
  • Голубой — 300−350 градусов;
  • Синий — 300 градусов;
  • Фиолетовый — 280 градусов;
  • Красно-коричневый — 260 градусов;
  • Желто-коричневый — 250 градусов;
  • Соломенно-желтый — 240 градусов;
  • Светло-желтый — 200−240 градусов.

Итак, как видите, довольно просто произвести закалку изделия из стали в домашних условиях. Однако всегда нужно помнить о мерах безопасности, а также иметь в виду инструкцию, описанную в данной статье.

виды, способы охлаждения, оборудование, дефекты

Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.

Термообработка сталиЗакалка стали

Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

  1. Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
  2. Быстрое охлаждение.
  3. Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

По глубине обработки закалка делится на два вида:

  • объемная;
  • поверхностная.

В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.

Какие стали можно закаливать?

При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.

Температура и скорость нагрева

Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

Свойства стали после закалки

После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

  • увеличивается твердость и прочность;
  • уменьшается зерно;
  • снижается гибкость и пластичность;
  • повышается хрупкость;
  • увеличивается устойчивость к стиранию;
  • уменьшается сопротивление на излом.

На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

Виды закалки стали

Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

Закаливание в одной среде

При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.

Ступенчатая закалка

Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.

Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.

Изотермическая закалка

Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:

  1. Нормализация для улучшения структуры.
  2. Нагрев до температуры закалки.
  3. Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.

После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.

Изотермическая обработкаИзотермическая закалка

Светлая закалка

Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.

В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.

Закалка с самоотпуском

При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.

Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.

Способы охлаждения при закаливании

Широко используемые в промышленности способы охлаждения металла при закалке на воду и в масле. Самый древний состав для закалки мечей и других тонкостенных предметов — соляной раствор. Закалку производили кузнецы, используя нагрев под ковку и тепло, выделяемое деформацией.

Красные сабли, мечи, ножи опускали в мочу рыжих парней. В Европе их просто вонзали в тела живых рабов. Коллоидный состав, содержащий соли и кислоты, позволял с оптимальной скоростью охладить сталь и не создавать лишних напряжений и поводки.

В настоящее время используют различные солевые натриевые растворы, селитру и даже пластиковую стружку.

Как закалить сталь в домашних условиях

Решение о том, как калить металл, принимается исходя из нескольких параметров:

  • марки стали;
  • требуемой твердости;
  • режима работы детали;
  • габаритов.

Не все способы термообработки доступны любителям. Следует выбирать наиболее простые. Чаще всего в домашних условиях приходится закаливать нержавейку при изготовлении ножей и другого домашнего режущего инструмента.

Температура закалки хромсодержащих сталей 900–1100⁰C. Проверять нагрев следует визуально. Металл должен иметь светло оранжевый – темно желтый цвет, равномерный по всей поверхности.

Окунать тонкую нержавейку можно в горячую воду, поднимая на воздух и вновь опуская. Чем выше содержание углерода, тем больше времени сталь проводит на воздухе. Один цикл длится примерно 5 секунд.

Простые свариваемые стали греют до вишневого цвета и охлаждают в воде. Среднелегированные материалы должны перед окунанием в воду иметь красный цвет. После 10–30 секунд перекладываются в масло, затем укладываются в печь.

При закалке получают максимальную твердость, которую дает сталь при данной технологии. Затем высокотемпературным отпуском понижают ее до требуемой.

Закалка домаЗакалка в домашних условиях

Оборудование

Нагрев металла производится различными способами. Нужно только помнить, что температура горения дерева не может обеспечить нагрев металла.

Если требуется улучшить качество 1 детали, достаточно развести костер. Его надо по периметру обложить кирпичами и после укладки заготовки частично закрыть сверху, оставив щели для доступа воздуха. Лучше жечь уголь.

Отдельный участок и небольшую по размерам деталь греют газовой и керосиновой горелкой, постоянно водя пламенем и прогревая со всех сторон.

Изготовление муфельной печи требует много времени и ресурсов. Ее целесообразно строить при постоянном использовании.

Охлаждающая жидкость может находиться в ведре и любой другой емкости, которая обеспечит полное погружение детали с толщиной масла в 5 наибольших сечений детали:

  • одна часть под закаливаемым изделием;
  • две сверху.

Деталь необходимо медленно двигать в охлаждающей жидкости. В противном случае образуется паровая рубашка.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Наипростейшее подобие муфельной печи делается из огнеупорного кирпича, шамотной глины и асбеста:

  1. На оправку навить медную проволоку. Для домашнего напряжения подойдет сечение 0,8 мм. Оставить длинные концы.
  2. Расположить спираль внутри кирпичей и зафиксировать глиной, обмазав всю внутреннюю поверхность.
  3. Внутри сделать поддон — площадку для расположения заготовок. Для этого нужно смешать глину с асбестом.
  4. Теплоизолирующий материал можно расположить и снаружи, уменьшая теплоотдачу стенок.
  5. Подключить концы проволоки к проводам с вилкой.
  6. Сзади герметично заделать отверстие между кирпичами.
  7. Впереди соорудить крышку, которая будет открываться.

Высыхать все материалы должны при комнатной температуре. На это уйдет несколько дней. Затем можно укладывать деталь на изоляционный материал и греть.

Дефекты при закаливании стали

При закаливании стали возникают 2 группы дефектов:

  • исправимые;
  • неисправимые.

Первые связаны с неравномерной, пятнистой закалкой и несоответствием полученной твердости требованиям в чертеже. Вызваны такие дефекты в основном неправильным охлаждением или некачественно проведенной термообработкой.

К неисправимым относятся сколы, трещины, полное разрушение деталей. Причина чаще всего заключается в некачественном металле.

Закалка значительно изменяет структуру и эксплуатационные качества металла. Делать ее самостоятельно можно на простых деталях. Необходимо точно знать марку стали, температуру ее закалки и охлаждающую среду.

Как закалить низкоуглеродистую сталь? Ознакомьтесь с различными решениями!

Если вы когда-нибудь сталкивались с низкоуглеродистой сталью, то, вероятно, задавались вопросом, как закалить этот кусок металла. Очень интересно видеть низкоуглеродистую сталь, которой можно придать любую форму. Все становится интересно, когда речь идет о его укреплении.

Существуют различные способы закалки низкоуглеродистой стали, не требующие промышленных технологий. В этой статье я собираюсь обсудить различные способы закалки мягкой стали.

Меры предосторожности

Вы будете иметь дело с огнем, металлом и маслом. Поэтому необходимо соблюдать меры безопасности. Убедитесь, что ваше рабочее место хорошо вентилируется. Работайте в защитной одежде, такой как прочные перчатки, очки и т. Д.

Также имейте резервный огнетушитель на случай чрезвычайной ситуации. Масло легко загорается, поэтому будьте очень осторожны, когда собираетесь погрузить раскаленную сталь в масло. Таким образом, наличие огнетушителя сведет к минимуму ущерб в случае аварии.

Если масло загорелось, не забудьте бросить сталь в тяжелое ведро, а затем использовать огнетушитель.

Метод 1. Закалка низкоуглеродистой стали в соленой воде

Это один из старейших методов закалки низкоуглеродистой стали. Вам больше не нужны необычные инструменты для работы, и все, что вам нужно, легко доступно. Интересно то, что вам не нужно иметь дело с токсичными химикатами с помощью этого метода.

Вещи, которые вам понадобятся

1.Приготовьте отвердитель

Сначала вам нужно приготовить отвердитель. Для этого возьмите стеклянную миску и добавьте ложку цельнозерновой муки и две ложки соли. Медленно добавляйте воду в смесь, пока она не превратится в пасту.

Количество необходимой закалочной пасты будет зависеть от того, какую поверхность стали вы хотите упрочнить. Если вы заметили нехватку пасты, выполните ту же процедуру, чтобы получить достаточное количество пасты.

2. Нагрейте участок перед нанесением пасты

Перед нанесением пасты на участок, который вы хотите затвердеть, сначала нагрейте эту область.Медленно нагрейте поверхность; это поможет пасте надежно приклеиться к этой поверхности.

Опять же, температура, которую необходимо достичь для нагрева металла, будет зависеть от его размера и температуры в вашем помещении. Но эмпирическое правило — нагревать медленно и часто проверять, насколько хорошо паста прилипает к металлической поверхности.

3. Нанесите пасту

Когда температура достигнет уровня, при котором паста прилипнет, вам нужно будет покрыть области, которые вы хотите затвердеть.

Способ укладки пасты на поверхность; это придаст объекту твердость этой формы. Поэтому обязательно аккуратно наносите пасту.

4. Снова нагрейте участок, чтобы паста затвердела.

Теперь пора нагреть участок, покрытый пастой. Нагрейте его при температуре 1500 градусов по Цельсию, пока он не станет ярко-красным. Процесс нагрева займет около нескольких часов.

5. Закалка стали

Сразу после того, как поверхность достигнет соответствующей температуры, закалите сталь в холодной и чистой воде.Это мгновенно закалит сталь. Оставьте сталь в этой воде на несколько минут. Это еще больше завершит процесс застывания.

После закалки сталь необходимо отпустить. Когда вы нагреете и закалите сталь, резкое и быстрое изменение температуры заставит сталь даже затвердеть. Но это сделает сталь хрупкой.

Следовательно, сталь необходимо отпустить, чтобы она не стала хрупкой.

Для дальнейшего отпуска нагрейте закаленную сталь до тех пор, пока вокруг нее не появится голубой жар.Видимое голубое тепло указывает на то, что сталь имеет подходящую температуру. Теперь дайте стали постоять и медленно остыть при комнатной температуре.

Метод 2: Закалка стали с помощью моторного масла

Использование моторного масла — еще один способ закаливания низкоуглеродистой стали. Обычно чистая сталь мягка для многих применений. Поэтому, если вы хотите нанести твердый слой на сталь, вам нужно убедиться, что углерод сплавлен на молекулярном уровне на верхнем сантиметре стали.

Теперь давайте посмотрим, как можно закалить сталь с помощью моторного масла.

1. Нагрейте сталь и окуните ее в моторное масло.

Сначала нагрейте сталь с помощью горелки. Также можно использовать печь с сильфоном. Продолжайте нагревать сталь, пока она не станет докрасна. По окончании нагрева возьмите сталь клещами и сразу погрузите в моторное масло.

Дайте стали оставаться в этом положении в масле примерно 60 секунд. Углерод, содержащийся в моторном масле, будет связывать верхний слой горячих молекул стали, образуя прочную внешнюю поверхность на стали.

2. Вымойте и разогрейте сталь

Теперь извлеките сталь из масла и тщательно промойте ее мылом для посуды, следя за тем, чтобы на поверхности не было маслянистости. Будьте осторожны, поднимая сталь, потому что, если вы уроните ее или по ней ударится, она разлетится, как стекло, поскольку на данном этапе она хрупкая.

Затем нагрейте очищенную сталь, пока она не станет раскаленной. Этот цвет появляется непосредственно перед тем, как стать докрасна. Поэтому не нагревайте его слишком долго. Это гарантирует, что сталь не расколется, как стекло, и предотвратит хрупкость.

3. Охладите водой

Возьмите раскаленную сталь щипцами и немедленно погрузите в усиленное ведро, наполненное чистой водой. Дайте стали остыть в воде комнатной температуры.

Ваша закаленная сталь готова. Внешний слой стали теперь по крайней мере на 40 процентов тверже, чем в предыдущем состоянии.

Заключительные слова

Было весело играть с раскаленным металлом и маслом. Теперь, если вам нужно закалить какой-либо металлический предмет, можно знать, что делать.Размер металла будет влиять на количество материалов, которые вам понадобятся для его закалки.

Убедитесь, что дети не играют рядом с вашей рабочей зоной. И не стоит недооценивать ношение ручных перчаток и очков во время работы.

Примечание. Если вы считаете, что эта статья для вас очень полезна, поделитесь ею со своим другом и коллегами.

.

Руководство по выбору стали для сквозной закалки

Руководство по выбору сталей со сквозной закалкой на основе прочности на разрыв и линейки

См. Ниже сравнительную таблицу твердости стали

Тепло
Обработка
Состояние

Предел прочности
Прочность
Диапазон

Твердость
Диапазон
BHN

Правящая секция

<= 13 мм

> 13 <= 19 мм

> 19 <= 29 мм

> 29 <= 63 мм

> 63 <= 100 мм

> 100 <= 150 мм

> 150 <= 250 мм

квартал

625-775 н / мм2
40-50 TSI

179-229

080M40
150M19

080M40
150M19

080M40
150M19

080M40
150M19

708M40

R

700-850 н / мм2

45-55 ТСИ

201-255

080M40
150M19
606M36

080M40
070M55
150M19
606M36

070M55
150M19
606M36

070M55
605M36

070M55
605M36

605M36
708M40
709M40

605M36
708M40
709M40

S

775-925 н / мм2

50-60 TSI

223-277

070M55
606M36

070M55
605M36
606M36

070M55
605M36
606M36

070M55
605M36
606M36
708M40

605M36
708M40
709M40

709M40

709M40

т

850-1000 н / мм2

55-65 ТСИ

248-302

070M55
605M36
606M36
708M40

070M55
605M36
606M36
708M40

605M36
606M36
708M40

605M36
708M40
709M40

605M36
708M40
709M40
817M40

817M40

817M40

U

925-1075 н / мм2

60-70 ТСИ

269-331

605M36
708M40

605M36
708M40
709M40

605M36
708M40
709M40

709M40
817M40

709M40
817M40

826M40

826M40

В

1000-1150 н / мм2

75-80 ТСИ

293-352

605M36
708M40
709M40

605M36
708M40
709M40
817M40

709M40
817M40

817M40

826M40

826M40

826M40

Вт

1075-1225 н / мм2

80-85 ТСИ

311-375

708M40
709M40
817M40

709M40
817M40

817M40

826M40

826M40

826M40

826M40

Следует ссылаться на соответствующие стандарты по текучести и ударным свойствам.

По поводу сталей, требуемых для условий X, Y или Z, обращайтесь в наш технический отдел.

Перечисленные выше стали представляют собой наиболее распространенные марки.
Существуют и другие спецификации, которые удовлетворяют этим требованиям. Пожалуйста, узнайте о других оценках.

Твердость No. HB

Твердость No. HV

Твердость HRC

Экв.ЕТС н / мм2

Твердость No. HB

Твердость No. HV

Твердость HRC

Экв. ЕТС н / мм2

899

856

817

780

745

712

682

653

627

601

578

555

534

514

495

477

461

444

429

415

401

388

375

363

352

341

331

321

311

302

293

285

277

269

262

255

248

241

235

229

1150

1050

960

885

820

765

717

675

633

598

567

540

515

494

472

454

437

420

404

389

375

363

350

339

327

316

305

296

287

279

270

263

256

248

241

235

229

70

68

66

64

62

60

58

57

55

53

52

50

49

47

46

45

44

42

41

40

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

26

25

24

23

22

21

3027

2888

2749

2641

2517

2409

2286

2193

2116

2023

1946

1869

1792

1730

1668

1606

1544

1498

1452

1406

1359

1297

1266

1220

1174

1143

1112

1081

1050

1019

988

958

927

911

880

849

834

803

788

772

223

217

212

207

201

197

192

187

183

179

174

170

167

163

159

156

152

149

146

143

140

137

134

131

128

126

123

121

118

116

114

111

109

107

105

103

101

99.2

97,3

95,5

223

217

212

207

202

197

192

187

183

179

174

170

166

163

159

156

153

149

146

143

140

137

134

131

128

126

124

121

118

116

114

112

109

107

105

103

101

99

97

95

20

18

17

16

15

13

12

10

9

8

7

6

4

3

2

1

0

757

726

710

695

680

664

649

633

618

610

602

595

587

579

564

556

541

526

517

510

494

486

479

463

456

448

440

432

417

409

402

394

386

378

371

363

355

351

347

340

Таблица сравнения твердости стали.

Эта сравнительная таблица предназначена только для справки. К эквивалентам следует обращаться осторожно.

* Определенные условия могут повлиять на соотношение между твердостью и прочностью на разрыв.

KV Steel Services — поставщик качественной стали для предприятий точного машиностроения

.

Как закалить сталь на Coub

Как закалить сталь на Coub
  • Главная
  • Горячей
  • Случайный
  • Подробнее …

    Показать меньше

  • Мне нравится
  • Закладки
  • Сообщества
  • Животные и домашние животные

  • Мэшап

  • Аниме

  • Фильмы и сериалы

  • Игры

  • Мультфильмы

  • Искусство и дизайн

  • Музыка

  • Новости и политика

  • Спорт

  • Наука и технологии

  • Знаменитости

  • Природа и путешествия

  • Мода и красота

  • Танец

  • Авто и техника

  • NSFW

  • Рекомендуемые

  • Coub of the Day

  • Темная тема

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.