Термообработка металлов - это один из основных способов улучшения их механических и физико-химических характеристик: твердости, прочности и других.
Одним из видов термообработки является закалка. Она успешно применялась человеком кустарным способом еще с давних времен. В Средневековье этот способ термической обработки использовали, чтобы улучшить прочность и твердость металлических предметов быта: топоров, серпов, пил, ножей, а также боевого оружия в виде копий, сабель и других.
И сейчас используют такой способ улучшения характеристик металла, не только в промышленных масштабах, но и в домашних условиях, в основном для закалки металлических предметов быта.
Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.
Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.
Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.
После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.
Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.
При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.
Особенности закалки стали
Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.
Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.
Виды закаливания сталей
В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.
Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.
Охлаждающая среда
Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.
Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.
Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.
Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).
Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду. Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к. зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.
Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.
Различают следующие способы охлаждения:
- С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
- Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
- Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
- Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.
Температурный режим
Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.
Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!
Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.
Как закалить металл в домашних условиях
Пользуясь элементарными знаниями, можно провести закалку стали в домашних условиях. Нагревание металла обычно проводят с помощью костра, муфельных электропечей или горелок с использованием газа.
Закалка топора на костре и в печи
Если требуется придать дополнительную прочность бытовым инструментам, например, сделать топор более прочным, то самый простой способ его закалки можно провести в домашних условиях.
На топорах при изготовлении ставится клеймо, по которому можно узнать марку стали. Мы рассмотрим процесс закалки на примере инструментальной стали У7.
Выполнять технологию нужно с соблюдением следующих правил:
1. Отжиг . Перед обработкой затупить острую кромку лезвия и поместить топор в горящую кирпичную печь для нагрева. За процедурой термообработки нужно внимательно следить, чтобы не допустить перегрева (допустимый нагрев 720-780°C). Более продвинутые мастера температуру узнают по цвету каления.
А новички, температуру могут узнать с помощью магнита. Если магнит перестал приставать к металлу, значит топор нагрелся свыше 768°C (цвет красно-бордовый) и пришло время охлаждения.
Кочергой придвинуть раскаленный топор к дверце печи, жар убрать вглубь, закрыть дверцу и задвижку, оставить нагретый металл в печи на 10 часов. Пусть топор постепенно остывает с печкой.
2. Закалка стали . Нагреть топор на костре, буржуйке или печи до темно-красного цвета — температура 800-830°C (магнит перестал магнитится, подождать ещё 2-3 минуты).
Закалка выполняется в подогретой воде (30°C) и масле. Опустить лезвие топора в воду на 3-4 см, интенсивно двигая его.
3. Отпуск лезвия топора . Отпуск уменьшает хрупкость стали и снимает внутренне напряжение. Зачистить металл наждаком, чтобы лучше различать цвета пебежалости.
Выдержать топор в течение 1 часа в духовке, при температуре 270-320°C. После выдержки, достать и остудить на воздухе.
Видео: термообработка топора в домашних условиях, три стадии: отжиг, закалка, отпуск.
Закаливание ножа
Самостоятельно для закалки металлов целесообразно использовать печи. Для предметов быта в виде ножей, топоров, и других, наиболее подходящими являются муфельные печи небольшого размера. В них можно достичь температуры закалки намного выше, чем на костре и проще добиться равномерного прогрева металла.
Такую печь можно изготовить самостоятельно. В интернете можно найти множество простых вариантов ее конструкции. В таких печах можно разогреть металлическое изделие до 700-900°C.
Рассмотрим, как закалить нож из нержавейки в домашних условиях, используя муфельную электропечь. Для охлаждения вместо воды или масла используется расплавленный сургуч (можно достать в воинской части).
Главная -> -> Строим и мастерим -> Закалка топора в домашних условиях.
В этой статье на примере топора расскажу о термообработке стали в домашних условиях, которая включает в себя три стадии: отжиг, закалка, отпуск.
Прежде, чем принять решение о закалке топора, нужно быть абсолютно уверенным в том, что это действительно нужно. Потребность в закалке возникает в том случае, если производителем нарушена технология термообработки, и сталь топора или очень мягкая (топор не закален) или очень хрупкая (не проведен отпуск после закалки). Если сталь топора мягкая, то топор быстро тупится, и на острие лезвия даже при перерубании сучков остаются вмятины, ну а если сталь хрупкая, то в процессе работы возможны трещины и выкрашивание острия лезвия.
Отжиг.
Перед закалкой топора или любого другого инструмента необходимо выполнить отжиг. Отжиг - это своеобразное обнуление структурной памяти металла. В процессе отжига улучшается микроструктура металла, снимаются внутренние напряжения и уменьшается твёрдость. Отожжённая сталь становится мягкой и легко берётся напильником.
Закалка.
После закалки твёрдость острия очень высока и сталь хрупкая. Поэтому топор нужно отпустить. Перед отпуском зачищаем топор проволочным кругом для того чтобы видеть цвета побежалости в процессе и после каления.
Отпуск.
Убеждаемся при помощи напильника, что режущая часть лезвия топора стала чуть мяче, чем после закалки.
Шниперсон 27-10-2012 13:47
Имеются в наличии топоры, нуждающиеся в закалке. В каком режиме (какая твердость д.б.?) калить, чтобы не треснули на морозе, но нормально работали? Я не плотник, топоры чисто для технических нужд в походе.
Шухер 27-10-2012 16:43
quote: калить, чтобы не треснули на морозе
не калить
quote: но нормально работали?
калить
Можно калить потом отпустить. Спецы самоотпуском на зрачок.
А толщина у топоров есть?
Шниперсон 27-10-2012 16:57
quote: Originally posted by Шухер:
Можно калить потом отпустить.
Об этом и речь. Какие режимы? Говорят, что столярам надо потвёрже, а мне такое не нать.
Да и фиг с ними, с режимами. Узнать бы, какая в норме твёрдость должна быть у готового изделия...
Шниперсон 27-10-2012 16:59
Сведены в 2,7 мм, рабочая часть до 8,3 мм.
Шалим 27-10-2012 18:20
Тоже интересно. А то был у меня опыт закалки топора ГПЗ.
Топор был отожжёный, наверное после пожара.
Нагрел в горне лезвийную часть, опустил где то на 3-3,5 см в воду и водил вверх вниз потихоничку. Достал из воды и прям в руках у Шухера он лопнул. Трещина пошла дугой до середины лезвия. Короче запорол отличный топор.Надо было на масло калить. Щас есть задумка сковать небольшой топорик, но вот на счёт закалки оного я не уверен. Боюсь опять запорю.
SkandIvan 28-10-2012 12:00
Шниперсон 28-10-2012 01:47
Нет, отдам профессиональному термисту. Нужны заветные слова: "столько-то ХаэРЦов" или "столько-то градусов, масло, с таким-то отпуском".
Пезо 28-10-2012 04:49
Калить сам собираешься? какими условиями располагаешь-горн,печь? Равномерный нагрев до 800град(тёмно-оранжевый в полутьме),выдержка полминуты,затем лезвие в масло до проушины,кипеть перестало-вынул.проушина и обух должны быть темно-красными.быстро болгаркой с лепестковым кругом зачистил лезвие до чистого металла,смотрим распространение цветов побежалости от горячей части к лезвию-дошел желтый цвет до РК-все,в воду.Это закалка с самоотпуском,азы в общем то.
При таком способе какая твердость получается?
SkandIvan 28-10-2012 10:48
quote: При таком способе какая твердость получается?
Твердомера у меня нет,сколько Херцев не скажу.кромка держит рубку кости и на еловых смоляных сучках не,садится,.Если у ТС есть доступ к проф.термисту-еще проще,скажи на 56-58ед,800град масло,отпуск 200 2 часа.
Как качественно закалить топор в домашних условиях? Актуальность данного вопроса объясняется широкой востребованностью этого инструмента. Кроме того, на примере такого простейшего домашнего инструмента, каким является топор, можно в подробностях разобрать нюансы нескольких типов термической обработки – отжига, закалки и отпуска.
Узнать о том, что новый топор, приобретенный с рук или в строительном магазине, необходимо закалить, достаточно легко: если лезвие инструмента очень мягкое (что можно определить по его смятию даже при рубке сучков небольшой толщины), значит, оно нуждается в качественной закалке. В том случае, если на рабочей части топора в процессе работы появляются трещины или лезвие выкрашивается, его следует подвергнуть полноценному отпуску.
Из какой стали производят топоры
Чтобы определить, насколько качественно выполнена закалка топора, можно воспользоваться обычным напильником, который не сильно изношен и имеет мелкую насечку. В том случае, если твердость рабочей части топора высокая, напильник будет легко скользить по ней, если средняя, то инструмент будет слегка снимать шероховатости, если низкая – напильник будет хорошо брать металл. Если топор закалили в соответствии с общепринятыми требованиями, то наиболее твердой является острая часть (на ширину примерно 3 см от лезвия), а металл в остальной части инструмента более мягкий.
После того как вы выяснили, что инструмент все же нужно закалить, необходимо определить, из какого металла он изготовлен. Предприятия, работающие в полном соответствии с утвержденными нормативными документами (ГОСТами), производят топоры из определенных сталей, марки которых оговорены в специальной таблице. Естественно, что для каждого из таких сплавов требуется свой температурный режим нагрева и определенная охлаждающая среда, которые и обеспечат требуемое качество термической обработки. Все подобные параметры для каждой из марок сталей также можно найти в специальных справочниках.
Из всех типов сталей, используемых для изготовления топоров, наиболее распространенными можно считать марок У7 и У7А. Именно поэтому в качестве примера мы рассмотрим, как закалить рабочую часть топора, изготовленного из сплава марки У7.
Основные этапы закалки топора
Если вам надо закалить топор в домашних условиях, надо затупить его режущую кромку, доведя ее толщину до 1 мм. Сама процедура термической обработки инструмента, выполняемая в том числе и в домашних условиях, состоит из нескольких этапов.
Отжиг
Отжиг – это первый этап термической обработки не только топора, но и любого другого инструмента. Целью данной технологической операции, которую можно выполнить и в домашних условиях, является очистка структурной памяти металла. В результате происходит улучшение его внутренней структуры, снятие внутренних напряжений и уменьшение твердости. Суть данной процедуры заключается в том, что рабочую часть топора нагревают до 740–760° и подвергают медленному охлаждению до 550° , скорость которого составляет 30–50 градусов в час.
Самым важным моментом при выполнении отжига является правильное определение температуры нагрева. В таких ситуациях можно ориентироваться на свой опыт или на обучающие видео, чтобы определить требуемый порог нагрева по цвету раскаленной стали. Однако есть и более надежный способ, позволяющий точно определить температуру, до которой нагрелась сталь. Это достаточно просто реализовать даже в домашних условиях. Данный способ предполагает использование обычного магнита, который перестает притягиваться к поверхности изделия из инструментальной стали при 768° . Таким образом, периодически прикладывая магнит к поверхности топора, можно определить, что процесс нагрева следует прекратить, чтобы приступить к следующему этапу термической обработки.
Цвет инструментальной стали, нагретой до 768° , красно-бордовый, а если ее нагреть до 800–930 градусов, что необходимо для выполнения закалки, она станет ярко-красной. Посмотреть, как изменяются цвета инструментальной стали в зависимости от температуры ее нагрева, можно по видео, которое несложно найти в интернете.
После того как требуемая температура для проведения отжига топора, который требуется закалить, достигнута, следует прекратить его нагревать. Затем топор оставляют в потушенной печи часов на десять для медленного остывания.
Закалка
После окончания процедуры отжига поверхность топора, который надо закалить, следует очистить от окалины. Для этого можно использовать проволочный круг. Когда поверхность топора очищена, ее необходимо снова нагреть, но уже до 800–830° . Степень нагрева можно контролировать, следя за цветом стали, который должен стать ярко-красным.
Нагрев топора «до красна» в импровизированном горне из кирпичей
После нагрева топор необходимо охладить. Для этого используют две среды – воду, нагретую до 30° , и масло. В первую очередь охлаждается лезвие топора (шириной 3–4 см), для чего его опускают в воду на 3–4 секунды. Чтобы в используемой воде не образовалась паровая подушка, которая будет препятствовать эффективному охлаждению, лезвие надо интенсивно двигать в емкости. В масляную охлаждающую среду помещается весь топор, при этом важно следить за тем, чтобы масло не воспламенилось.
Чтобы снизить твердость рабочей части топора, которую она приобретет после того, как ее закалить, ее необходимо подвергнуть отпуску. Перед выполнением такой технологической операции поверхность топора необходимо также зачистить проволочным кругом, что позволит контролировать степень ее нагрева, ориентируясь на цвета побежалости.
Отпуск
Отпуск закаленной рабочей части топора позволяет снять внутренние напряжения, сформировавшиеся в металле в процессе закалки, а также уменьшить хрупкость материала. Для выполнения этой процедуры в домашних условиях можно использовать обычную духовку, нагрев ее до 300° и поместив в нее топор на 1 час (прежде чем приступать к отпуску, посмотрите соответствующее видео). После выдерживания топора в духовке его охлаждают, оставив на открытом воздухе. О том, что отпуск был проведен при требуемой температуре, будет свидетельствовать синий цвет побежалости на поверхности топора.
Чтобы убедиться в том, что рабочая часть топора стала несколько мягче после отпуска, можно использовать напильник, как уже описывалось выше. Следует иметь в виду: чем выше температура, при которой выполняется эта процедура, тем более мягким и пластичным получится в итоге
