Как закалить пластину из металла

Обновлено: 04.10.2024

В этой статье мы подробно расскажем о технологиях обработки заготовок и изделий из закаленных металлов. Особое внимание уделим следующим основным вопросам.

Содержание

Каленый металл (характеристики и особенности материала, инструменты для обработки, применяемые технологии, важные нюансы)

Что такое закалка металла?
Важные особенности закалки стали
1. Особенности охлаждения различных деталей и изделий
1. Какой инструмент выбрать для сверления каленого металла
2. Советы по применению СОЖ при обработке каленого металла
1. Технология нарезания внутренних резьб
2. Технология нарезания наружных резьб
В этой статье мы подробно расскажем о технологиях обработки заготовок и изделий из закаленных металлов. Особое внимание уделим следующим основным вопросам.

Что такое закалка металла?

Какие характеристики материалов улучшаются после дополнительной обработки?

Какие инструменты и технологии применяют для выполнения основных операций с заготовками и изделиями из каленого металла?

Что такое закалка металла?

Закалка — это один из видов дополнительной обработки металла, предполагающий:

нагрев заготовки или изделия выше критической температуры, при которой кристаллическая решетка материала изменяет свою структуру;

быстрое охлаждение стали.

Важно! Материалы нагревают выше определенных критических температур. Для каждого металла они отличаются.

Фотография №1: процесс закалки

Для улучшения физико-химических свойств металлов применяют различные виды закалки.

С полиморфным вращением. По этой технологии закаливают стали и сплавы на основе черных металлов. Для нормализации пластичности и вязкости, а также для снижения хрупкости используют отпуск. Он незначительно уменьшает прочность заготовок и изделий.

Без полиморфного вращения. По этой технологии закаливают цветные металлы и сплавы на их основе. Нужные характеристики материалы приобретают после процесса «старения».

Для закалки металлов применяют различные охладители. При этом технологии отличаются. Расскажем об их особенностях.

Закалка в одном охладителе. Нагретый металл просто погружают в закалочную жидкость до полного охлаждения.

Изотермическая закалка. Деталь или изделие выдерживается в охладительной среде только до тех пор, пока не произойдет изотермическое преобразование кристаллической решетки. При этом образуется аустенит.

Прерывистая закалка. Этот метод повышения физико-химических свойств металлов и сплавов предполагает использование двух охлаждающих сред. Вначале заготовка или изделие быстро охлаждается в первичной среде (вода). Затем происходит медленное остывание, к примеру, в масле. Таким способом закаливают углеродистую сталь и изделия из нее.

Ступенчатая закалка. Ее проводят в среде, которая имеет температуру выше мартенситной точки. При этом металл приобретает температуру закалочной ванны во всех точках сечения. После этого происходит окончательное медленное охлаждение заготовки или изделия.

Струйчатая закалка. Предполагает обрызгивание металла струей воды. Чаще всего этот способ используют для повышения физико-химических свойств частей деталей или изделий. Технология обеспечивает более высокую степень прокаливаемости.

Перечислим основные охлаждающие среды.

К самым лучшим охлаждающим средам относят растворы поваренной соли и каустической соды.

Важные особенности закалки стали

Экономическая эффективность закалки напрямую зависит от скорости термообработки и охлаждения. Чем она выше, тем меньше расходуется энергии. Однако быстрый нагрев приводит к возникновению большого перепада температур между поверхностными слоями и сердцевинами изделий. В результате появляются трещины и происходят деформации. Именно поэтому термическая обработка проводится плавно и равномерно. Процесс контролирует технолог-термист. Используются табличные значения и эмпирические формулы.

На процесс преобразования структуры и изменения состава металла при его калении напрямую влияет скорость охлаждения заготовки или изделия. Например, быстрое охлаждение с применением обычной воды комнатной температуры приводит к получению углеродистой стали с мартенситной структурой, а при использовании горячей жидкости или масел получаются трооститы.

Режимы термической обработки и охлаждения также зависят от форм и размеров деталей и изделий. Поэтому в каждом конкретном случае специалисты разрабатывают индивидуальные операционные карты и маршрутные технологии.

Технология получения каленого металла выглядит так.
1. Все поверхности тщательно очищаются от ржавчины, масла и иных загрязнений.
2. Деталь или изделие равномерно прогревается до нужной температуры.
3. Производятся охлаждение и отпуск.
При калении металла в домашних условиях температуру изделий и заготовок определяют по цветам побежалости. Ориентируйтесь по данным из таблицы.

5 способов быстрой и эффективной закалки металла

Закалка металла — нагревание до температуры каления, при которой структура его видоизменяется, и остывание в какой-либо жидкости (масле, воде) или на открытом воздухе. Делают такую обработку для того, чтобы повысить твёрдость материала. На производстве температура закалки определяется по диаграмме «железо-углерод».

Отпуск и старение металла

Часто путём закалки повышается не только твёрдость металла, но и его хрупкость, поэтому необходимо выполнять ещё один этап — отпуск, при котором прочность и твёрдость несколько снижаются, но материал становится более пластичным. Делают отпуск при температуре, ниже, чем в предыдущем процессе, и охлаждают металл постепенно.

Можно проводить закалку без изменения структуры металла (полиморфного превращения). В этом случае не возникнет проблем с хрупкостью, но необходимая твёрдость не будет достигнута. А повысить её удастся путём ещё одного процесса термообработки, называемого старением. При старении происходит распад пересыщенного твёрдого раствора, в результате которого увеличивается прочность и твёрдость материала.

Отпуск стали — это разновидность термообработки, используемая для деталей, закалённых до критической точки, при которой происходит полиморфное изменение кристаллической решётки. Он заключается в выдерживании металла определённый промежуток времени в нагретом состоянии и медленном охлаждении на открытом воздухе. Делают отпуск, чтобы снизить внутреннее напряжение, а также исключить хрупкость металла и увеличить его пластичность.
- естественным, при котором самопроизвольно повышается прочность закалённого металла и снижается его пластичность. Происходит данный процесс при выдержке в естественной среде;
- термическим. Такое старение — это процесс повышения твёрдости металла посредством выдержки при высоких температурах. По сравнению с первым видом, в данном случае может произойти перестаривание — это когда твёрдость, пределы прочности и текучести, достигая максимальной величины, начинают снижаться;
- деформационным. Такое старение достигается при помощи пластической деформации закалённого сплава, имеющего структуру пересыщенного твёрдого раствора.
Способы закалки

Суть любой закалки — превращение аустенита в мартенсит (диаграмма «железо-углерод»). В зависимости от температурного режима, закалка может быть полной или неполной. Первым способом закаливают инструментальную сталь, а вторым — цветную.
- с использованием одного охладителя;
- с подстуживанием;
- прерывистой;
- ступенчатой;
- изотермической.
Закалка в одном охладителе

Данный метод применяется для термообработки простых деталей, изготовленных из легированной и углеродистой стали. Деталь нагревается до необходимой температуры, а затем охлаждается в жидкости. Углеродистую сталь диаметром от 2 до 5 мм охлаждают в воде, детали меньшего диаметра и всю легированную сталь — в масле.

Закалка с подстуживанием

При термообработке с одним охладителем часто возникают состояния термического и структурного внутреннего напряжения. Развиваются они в том случае, когда разность температур достигает минимума. На поверхности металла образуется напряжение растяжения, в центре — напряжение сжатия. Чтобы данные напряжения уменьшить, перед тем, как опустить нагретую деталь в жидкость, её недолго держат на открытом воздухе. Температура детали в данном случае не должна быть ниже линии 0,8К по диаграмме «железо-углерод».

Прерывистая

Эту закалку проводят в двух средах — воде и масле или воде и воздухе. Нагретую до критической точки деталь сначала быстро охлаждают в воде, а потом медленно в масле или на открытом воздухе. Такой способ термообработки применяют для высокоуглеродистой стали. Этот метод — сложный, так как время охлаждения в первой среде очень мало и определить его сможет лишь специалист высокой квалификации.

Ступенчатая

При прерывистой термообработке деталь охлаждается неравномерно — более тонкие поверхности быстрее, чем все остальные. К тому же очень трудно отрегулировать время нахождения детали в первой среде (воде). Поэтому лучше использовать ступенчатую закалку. Данный метод позволяет охлаждать деталь в среде при температуре, превышающей мартенситную точку. Первая ступень — охлаждение и выдержка детали в данной среде до того момента, когда все сечения детали достигнут одной и той же температуры. Вторая ступень — окончательное медленное охлаждение (преобразование аустенита в мартенсит).

Изотермическая

При изотермической термообработке деталь нагревают до критической точки, а затем опускают в масляную или соляную ванну температурой 250 градусов. Выдерживают полчаса, а далее остужают на открытом воздухе. Такая закалка обеспечивает высокую конструкционную прочность и применяется для легированных и конструкционных сталей, у которых распад аустенита в промежуточной области не происходит до конца. В дальнейшем он превращается не в мартенсит, а в бейнит + 20% остаточный аустенит, обогащённый углеродом. Такой закалкой можно достичь высокой прочности при хорошей вязкости.

Температурный режим

Закалка — это превращение аустенита в мартенсит. На производстве при выборе температур термообработки пользуются диаграммой «железо-углерод». Температуру закалки углеродистых сталей определить очень легко. Нагрев конструкционной стали с содержанием углерода менее 0,8% доводят до температур, расположенных над линией GS и выше точки Ас3 на 30-50 градусов. Нагрев сталей, содержащих более 0,8% углерода, проводят при температурах на 30-50 градусов выше тех, которые расположены выше линии PSK. Температуру закалки легированной стали также выбирают, исходя из критических точек, но данный процесс много сложнее, так как помимо углерода такие стали содержат и другие компоненты.

Выбор охлаждающей среды

От выбора зависит качество детали:
- для охлаждения простых деталей и изделий, изготовленных из углеродистых сталей применяют чистую воду;
- для изделий сложных форм в качестве охладителя используют каустическую соду, смешанную с водой в соотношении 1:1. Приготовленный раствор нагревают до 50-60 градусов;
- закалка металла в масле применима к тонкостенным деталям из легированных или углеродистых сталей.
Углеродистую сталь, имеющую сложный состав, остужают в двух охладителях — сначала быстро в чистой воде, а затем медленно в ванне, наполненной маслом. Перемещать детали из воды в масло нужно очень быстро.

Какую сталь подвергают закалке

Какие бывают дефекты при закалке металла

Закалка стали в условиях дома или дачи
- готовим две ёмкости. В одну наливаем минеральное масло, в другую — воду;
- также нужно подготовить инструмент, при помощи которого будем класть закаливаемый металл в костёр и вынимать из него. Для этой процедуры подойдут клещи;
- далее разводим костёр и ждём когда образуются угли. На них и кладём металлический предмет, который нужно закалить;
- следим за цветом углей и окраской пламени. Раскалённые угли имеют белый цвет. А пламя не должно быть белым. Малиновый цвет пламени — оптимальный для процесса закалки в домашних условиях. Белое пламя говорит о слишком высокой температуре внутри костра, и деталь наша может просто сгореть;
- также необходимо следить, чтобы на металлическом изделии не появлялись чёрные или синие пятна, которые говорят о деформации металла в результате чрезмерного размягчения. А если металл стал белым, то такую деталь можно смело выкидывать.
- как только металлический предмет нагреется до нужной нам температуры, вытаскиваем его и опускаем сначала в масло. Делаем это трижды, первый раз на три секунды. Каждый раз время увеличиваем на столько же. Опускаем и вынимаем резко;
- далее опускаем металлический инструмент в ёмкость с водой и оставляем там до тех пор, пока он полностью не остынет.
Детали или предметы, имеющие вытянутую форму в воду помещаем вертикально. Для оценки температуры закалки в костре используем таблицу цветов. Вместо костра можно использовать любую печку.

Отпуск металла в духовке

При необходимости закалённый предмет можно подвергнуть отпуску. Для этого его нужно поместить в нагретую до 300-320 градусов духовку и продержать там в течение часа. Затем вынуть и дать остыть на открытом воздухе.

Проверка металла на наличие термообработки

Перед тем, как начать каление, нам необходимо убедиться, что материал приобретённого нами инструмента не термообработан. Делаем проверку с помощью обыкновенного паяльника. Нагреваем инструмент и проводим им по интересующей нас металлической поверхности. Если паяльник прилипает к металлу, то значит ни о какой его термообработке не может быть и речи. Плавное прохождение паяльника по поверхности стали или отскакивание от неё говорят о том, что проверяемый нами предмет либо хорошо термообработан либо обработан слишком сильно. При отсутствии термообработки делаем её самостоятельно.

Закалка ножа графитом

Термическая обработка металла графитом хороша тогда, когда нужно закалить не весь предмет, а только его часть. У ножа — это кромка. Последовательность процесса термообработки ножа в домашних условиях:
- острие ножа проверяем на твёрдость при помощи надфиля. Если металл легко стачивается, а надфиль издаёт глухой звук, значит нож не термообработан;
- для данного процесса понадобится графит, который можно добыть из круглых батареек, взять стержни простого карандаша или воспользоваться графитовыми щётками генератора;
- добытый графит превращаем в порошок;
- в качестве источника питания используем сварочный аппарат постоянного тока. Выставляем на минимум;
- делаем подложку из оцинкованного листа. На неё насыпаем графитовый порошок;
- к подложке подсоединяем «плюс» сварочного прибора, а ручке ножа — «минус»;
- далее лезвием ножа аккуратно водим по графиту так, чтобы оно не касалось подложки. А ещё следим, чтобы графит не воспламенился, иначе ножик наш будет испорчен;
- при движении лезвия по графиту последний будет выдавать искры. Как только увидим, что остриё ножика нагрелось, процесс прекращаем. Приблизительное время закалки — не более 5 минут;
- даём ножу остыть естественным путём, затем берём надфиль и проверяем твёрдость. Если звук, издаваемый надфилем при контакте с ножом звонкий, а остриё не поддаётся затачиванию, значит твёрдость лезвия высокая.
Процесс закалки на производстве провести намного легче, чем дома. При необходимости можно попробовать закалить нужный предмет или инструмент «топорными» способами с применением подручных средств.

3 способа самостоятельной закалки металла

Расскажем о трех способах закалки металла в домашних условиях, охлаждении и контроле качества. Как правильно провести закалку стали в масле и на открытом огне. Какое масло выбрать. Особенности закалки алюминия и меди.

Как можно закалить металл в домашних условиях, наверное, знает каждый мастер, работающий со слесарным или столярным инструментом. Считается, что для этого достаточно разогреть изделие докрасна, а затем охладить его в емкости с водой

Однако в домашней мастерской этим способом можно получить только твердый и хрупкий металл, который вполне подходит для стамесок и ножей, но непригоден для молотков, кернеров или зубил. Режимы термообработки зависят от марки стали и требуемых параметров изделия после закалки, а к ним относятся не только твердость, но и прочность, износостойкость, пластичность и вязкость.

В домашних мастерских, как правило, отсутствуют измерительные приборы, с помощью которых можно узнать температуру детали. Поэтому для того, чтобы закалить деталь, границы нагрева и отпуска приходится распознавать по цвету металла или его побежалости.

Кроме того, перед тем как закалить какое-либо изделие, мастер должен определить (хотя бы приблизительно) марку стали или сплава, из которого оно изготовлено.

Со временем накапливаются и знания, и навыки, но начинающему термисту даже для того, чтобы в домашних условиях успешно закалить сверло, резец или какой-нибудь крепеж, сначала придется пополнить свой теоретический багаж, пообщаться с опытными специалистами и сделать несколько пробных закалок.

Способы бытовой закалки металла

Чтобы закалить изделие из металла в домашних условиях, в первую очередь следует определиться со способом его разогрева до необходимой температуры, а также подобрать емкости для охлаждающих жидкостей.

Кроме того, необходимо выбрать домашнее помещение или место во дворе, где можно заниматься закалкой с соблюдением всех требований техники безопасности. Для нагревания можно использовать источники с открытым пламенем. Но таким способом удастся разогреть и закалить только небольшие по объему детали.

К тому же открытое пламя вызывает окисление и обезуглероживание, которые негативно влияют на поверхностный слой металла. Температуру нагрева домашние мастера, как правило, определяют по цвету нагретой заготовки.

На рисунке ниже приведена цветовая таблица, без которой невозможно правильно закалить изделие из углеродистой стали. Для легированных сталей температурный диапазон обычно сдвинут в сторону увеличения на 20÷50 °C.

Для того чтобы закалить изделие из стали с полным и равномерным прогревом, лучше всего воспользоваться такими источниками тепла, как кузнечные горны и закрытые печи. Это оборудование несложно изготовить самому в домашней мастерской, а эксплуатировать его можно как в помещении, так и на открытом воздухе.

Для наддува в кузнечном горне обычно используют промышленный фен, а в качестве топлива подойдет древесный уголь, который продается в любом супермаркете. Небольшую закрытую печь легко изготовить из пары десятков шамотных кирпичей. При этом в зависимости от метода закалки металла в ней можно не только закалить, но и провести отпуск с прогревом всего объема изделия.

Проще всего с емкостями для охлаждения и зажимным инструментом. Для закалочной жидкости подойдет любой негорючий сосуд достаточного размера, а удерживать и перемещать деталь можно щипцами или крючьями с ручками подходящей длины. На видео ниже показано, как в домашних условиях можно закалить топор с использованием самодельного горна и двух емкостей с разными охлаждающими средами.

Закалка на открытом огне

Самый простой способ закалить небольшую деталь в домашних условиях — это нагреть ее на открытом пламени до нужной температуры, руководствуясь при этом цветовыми таблицами.

В качестве источника нагрева в таких случаях можно использовать газовую горелку, паяльную лампу или даже конфорку домашней газовой плиты. Главный недостаток такой закалки — это сложность равномерного прогрева изделия по всему объему, т. к. пламя создает высокую температуру на узком, ограниченном участке.

Этот способ подойдет, когда необходимо закалить торец удлиненного изделия, например режущую часть сверла или лезвие стамески, или же небольшую деталь размером в несколько сантиметров.

Еще одна проблема, с которой может столкнуться домашний мастер, решивший закалить углеродистую сталь открытым пламенем, — это сильное окисление и выгорание углерода в поверхностном слое железа, которые приводят к деградации его структуры.

Распространенные среды для самостоятельного каления

Для закалки сталей в домашних условиях обычно используют следующие охлаждающие среды: воздух, воду и водные растворы, минеральное масло. В качестве водных растворов обычно используют 10-15%-й хлористого натрия (поваренной соли), а минеральное масло в домашних мастерских — это чаще всего обычная моторная отработка.

Чтобы закалить отдельные части изделия с разной твердостью, используют закалку с последовательным охлаждением в двух средах. Каждая из этих закалочных сред характеризуется своей скоростью охлаждения, от которой напрямую зависит структура обрабатываемого металла.

К примеру, воздух охлаждает сталь со скоростью 5÷10 °C в секунду, масло — 140÷150 °C, а вода (в зависимости от температуры) — 700÷1400 °C.

Чтобы правильно и без проблем закалить свое изделие, необходимо знать марку металла, из которого оно изготовлено, т. к. от этого зависит как температура нагрева, так и способ охлаждения. Народные умельцы для своих изделий в качестве исходных материалов чаще всего используют б/у изделия из быстрорежущих и инструментальных сталей, которые можно закалить в домашней мастерской.

Ниже в таблице приведены рекомендуемые температурные режимы и среды охлаждения для различных сталей.

Закалка металла в масле

Масло довольно плохо проводит тепло, что способствует более медленному формированию структурных элементов стали. Поэтому, если ее закалить в масляной среде, она наравне с твердостью приобретет прочность и упругость.

На производстве для закалки обычно используют индустриальное масло И-20 или современные закалочные масла типа «Термойл», «Термо» или «Волтекс». В домашних мастерских народные умельцы пользуются тем, что имеется в наличии. Чаще всего это новое или отработанное моторное масло.

Чтобы безопасно закалить деталь в таком масле в домашних условиях, нужно помнить, что у него по сравнению с промышленными закалочными жидкостями гораздо более низкая температура вспышки, и при погружении в него раскаленного металла оно на короткий срок загорается с выделением едкого дыма.

Поэтому закалочная емкость, применяемая в домашней мастерской, должна иметь минимальную открытую поверхность и использоваться только на открытом воздухе или в проветриваемом помещении. Помимо обычных ведер и жестяных банок, одна из самых распространенных конструкций такой емкости, которой пользуются домашние мастера — это удлиненный отрезок трубы подходящего диаметра с приваренным днищем.

Изготовление камеры для закаливания металла

Основным материалом для изготовления корпусов домашних печей для закалки стали являются твердые огнеупоры в виде блоков различных размеров и шамотная глина.

В такой печи достигается температура свыше 1200 °C, поэтому в ней можно закалить изделия не только из углеродистой или инструментальной, но и из высоколегированной стали. При изготовлении домашних печей из шамотной глины сначала делают картонный каркас по форме и размеру рабочей камеры, который затем покрывают слоем шамота.

Поверх его наматывают нагревательную спираль, а затем накладывают основной теплоизолирующий слой. При такой конструкции область нагрева изолирована от нагревательного элемента, что важно, когда необходимо закалить сталь, чувствительную к окислам и выгоранию углерода.

Самой же распространенной конструкцией домашних закалочных печей являются установки, тепловые корпуса которых выполнены из шамотного кирпича или аналогичных ему огнеупоров. Рабочая температура у таких материалов более 1400 °C, поэтому в подобных печах можно закалить практически любой вид стали и многие тугоплавкие сплавы.

Конструктивно такая домашняя печь похожа на обычную печь на дровах, только имеет гораздо меньшие размеры. Нагрев металла в ней осуществляется с помощью электрической спирали, уложенной в пазы по периметру внутреннего пространства.

Если необходимо качественно закалить сталь, ее необходимо нагреть до точно заданной температуры, поэтому большинство таких домашних самоделок оснащено терморегуляторами (их свободно можно приобрести на «Алиэкспресс»).

На видео ниже показано устройство такой домашней печи с торцевой загрузкой и терморегулятором, который позволяет закалить сталь с точным соблюдением температурных режимов. Ее тепловой корпус изготовлен из муллитокремнеземистых огнеупорных плит ШПТ-450.

Подробное описание конструкции и рекомендации по созданию печи с верхней загрузкой, в которой можно закалить изделия длиной до 54 см, можно посмотреть в следующем видео. Здесь тепловой корпус печи изготовлен из шамотного кирпича (типа ШБ) и также используется терморегулятор. Кроме верхней загрузки, особенностью этого устройства является спираль из кантала, который служит во много раз дольше традиционного нихрома и фехраля.

Как самостоятельно провести отпуск

Отпуск стали проводят для снижения ее хрупкости и повышения пластичности, что происходит во время ее нагрева до невысокой (по сравнению с закалкой) температуры с последующим медленным охлаждением.

Для большинства сталей (углеродистых и низколегированных), которые можно закалить в домашней мастерской, отпуск проводится при температурах в интервале от 150 до 250 °C (см. таблицу выше). В отличие от закалки такой нагрев не требует специального оборудования, поэтому многие домашние мастера используют для этих целей духовки бытовых плит с терморегуляторами.

Определить температуру нагрева при отпуске можно по цвету побежалости — разноцветной оксидной пленки, возникающей на поверхности стали при нагреве (см. рис. ниже). Если закалить сталь «на мартенсит», т. е. с быстрым охлаждением в воде, то получится очень твердая, но хрупкая структура. Поэтому отпуск является обязательной процедурой при термической обработке режущего инструмента.

Проверка качества закалки

Для того чтобы определить, удалось ли закалить изделие из стали до нужной твердости, у домашнего мастера не так уж и много способов. Традиционный — это попробовать поцарапать металл надфилем (не алмазным), который обычно имеет твердость 55÷60 HRC.

Если на поверхности остаются бороздки, то это значит, что закалить сталь до нужного значения не получилось и ее твердость ниже этой величины. Если же надфиль скользит по поверхности закаленного металла, то его твердость в норме.

Еще один способ проверки качества домашней закалки — это царапание закаленной сталью поверхности бутылочного стекла (см. фото ниже). Кроме твердости, в домашних условиях при наличии определенных навыков можно проверить и структуру металла. Для этого необходимо закалить несколько образцов одинаковой стали в разных режимах, а затем на глаз сравнить структуру и размер зерна.

Особенности закалки алюминия

Необходимость закалить какое-либо изделие из алюминия в домашних условиях возникает достаточно редко, т. к. вся готовая продукция из литейных и деформируемых сплавов обычно проходят требуемую термообработку и в процессе эксплуатации практически не теряет своей твердости и жесткости.

Такая потребность у домашнего мастера может возникнуть после сварки между собой деталей из алюминиевых сплавов, т. к. в этом случае они очень часто теряют жесткость в области, прилегающей к сварному шву. Но в домашних условиях закалить алюминий очень сложно, т. к. для этого нужно точно знать тип сплава и выдерживать термические параметры с точностью как минимум ±5 °C.

Охлаждение тоже требует определенных навыков, т. к. при неточном соблюдении технологии изделие может повести. Если же все-таки хочется освоить этот вид термообработки для использования в домашних условиях, то в первую очередь необходимо обзавестись печью с точным терморегулятором, а также быть готовым к тому, что каждый раз придется закаливать поочередно несколько образцов для подбора нужных параметров термического процесса.

Особенности закалки меди

Технологии термообработки стали и меди имеют принципиальные отличия. Нагрев меди до красного каления (свыше 600 °C) и быстрое охлаждение в воде приводит к ее отпусканию (т. е. она становится мягкой).

Закалить медь в домашних условиях сложнее, чем отпустить, т. к. для этого ее нужно нагреть всего до 400 °C, при которых она не имеет свечения. После нагрева до указанной температуры медное изделие медленно остужается на воздухе, после чего оно приобретает твердость, как после нагартовки.

Если все-таки есть насущная потребность закалить какое-то количество медных деталей в условиях домашней мастерской, придется обзавестись пирометром для контроля температуры нагрева.

Мы описали два способа проверки качества закалки в домашних условиях. А какие знаете вы? Поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к этой статье.

Закалка металла

Закалка металла применяется для увеличения его прочностных характеристик. Об этом знали еще древние кузнецы, когда ковали боевые мечи и орудия труда. Ранее для этого применялась самая простая закалка: металл раскаляли в печи, придавали ему необходимую форму молотом, а затем опускали в бочку с водой. Резкое температурное охлаждение увеличивало прочность.

Сегодня для закалки металла применяется множество методов, и большинство из них не подразумевает образования большого количества пара. Кроме того, такая обработка проводится и для измельчения зерна и выравнивания структуры стали, что особенно актуально для изготовления высокоточных инструментов (например, скальпелей) или же ножей. Давайте же поговорим о способах и целях закалки металла более подробно.

Суть процесса закалки металла

Для того чтобы сделать сплав прочнее и тверже, его подвергают термообработке. Это и есть закалка металла. В основном, она используется при работе с углеродистыми и легированными сталями, однако иногда применяется для цветных, в которые входят медь, латунь, бронза, а также сплавы алюминия и титана. Последние в результате закалки и отжига могут вместо повышения прочностных характеристик стать более пластичными, поэтому для них делают отпуск. Этот метод помогает снять напряжение с цветных металлов после таких процессов, как отливка, волочение, прокатка и штамповка.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Если остужать металл быстро, то можно добиться получения совсем других характеристик, поскольку аустенит приобретает иные состав и структуру кристаллической решетки. Основные фазовые состояния, в которые он переходит: перлит, сорбит, троостит и мартенсит. Каждому из них соответствует своя структура, которая получается путем использования определенных пиковых температур и скорости охлаждения. Процесс закалки металла определяется свойствами, которыми сплав должен обладать в результате.

Рекомендуем статьи

Наибольшую твердость имеет сталь в состоянии мартенсита. Данный тип закалки применяется при изготовлении режущих инструментов (для использования в быту, промышленности и т. д.) и усилении прочности деталей, которые впоследствии будут подвергаться трению (втулки, шестерни, валы и пр.).

В состоянии троостита, помимо твердости, сталь получает и упругость. Это используется при изготовлении рессор, амортизаторов, ударного инструмента. Если же, помимо вышеназванных свойств, изделию необходимо добавить вязкости и износостойкости, сталь прокаливают до состояния сорбита. Сплав с получившейся структурой используют в рельсовой промышленности и при создании элементов конструкций, испытывающих динамические нагрузки.

Указанные фазовые состояния доступны для всего ряда углеродистых сталей. Однако достигаются они при разных условиях. Для каждой марки имеются свои температурные пределы и темпы охлаждения.

Закалка металла делится на виды согласно источнику нагрева и формату охлаждения. В настоящий момент широко распространены в качестве инструмента термообработки муфельные печи. В них можно поместить объект различных габаритов. Однако в поточном производстве предпочтительно использование индукционной закалки металла, благодаря которой сталь быстро нагревается высокочастотным током, за счет чего достигаются высокие количественные показатели на выходе.

Для обработки только внешних слоев изделий применяется поверхностная закалка металла. С ее помощью можно добавить изделию необходимые эксплуатационные свойства. Для быстрого и сильного прогрева используется бюджетная газопламенная горелка. Однако более точечно или послойно прокаливает сталь маломощная лазерная. Вид охлаждения также зависит от используемой с целью остужения среды и этапов обработки, в которые может входить отпуск сплава. Однако, например, при изотермических типах прогрева последнее не требуется.

5 способов закалки металла

Тип термообработки определяется сортом стали. Инструментальная проходит полный цикл, цветная – неполный.

Также способ закалки зависит от того, сколько источников охлаждения планируется использовать в процессе – один или больше. В связи с этим выделяют следующие типы термообработки:

Закалка металла в одном охладителе

Применяется для мелких несложных деталей из углеродистой и легированной стали. Процесс прост: сначала изделие прогревают, потом опускают в жидкость с меньшей температурой. Детали из углеродистой стали размером 2–5 мм охлаждают в воде, более мелкие элементы и легированная сталь остывают в масле.

Используется для стабилизации молекулярной структуры, чтобы уменьшить разницу между поверхностным натяжением и внутренним сжатием. В противном случае изделие станет хрупким. Элемент перед охлаждением в жидкости некоторое время держат на воздухе, однако его температура не должна опуститься 0,8 К по диаграмме «железо-углерод».

Прерывистая закалка

Применяется для обработки высокоуглеродистой стали. Используется закалка металла сначала в воде, затем, в зависимости от состояния, в масле или на воздухе. Предварительно изделие разогревается до критической температуры, после чего его остужают в двух средах. В воду сталь помещается на короткое время, точно высчитываемое специалистом, после чего уже на более длительный срок отправляется на воздух или в масло.

Ступенчатая закалка

Используется, когда прерывистую нельзя применить по причине сложности просчета времени погружения в воду детали или необходимо равномерное ее остывание. В таком случае ступенчатая термообработка металла удобней. Закалка происходит в двух средах. Сначала деталь погружают в первую, температура которой выше закалки мартенсита. Как только слои сплава достигли одинакового уровня тепла, отправляют во вторую. Там металл окончательно переходит в стадию мартенсита.

Изотермическая закалка

Применима к легированным и конструкционным сталям, которые при обработке не проходят полный распад. Термическая закалка металла в данном случае предполагает охлаждение также в двух средах. Однако вместо воды для нее применяют масло или соляную ванну, куда изделие погружают на 30 минут. Затем его оставляют на воздухе. В результате получается высокопрочная сталь в состоянии бейнита с 20% насыщенного углеродом аустенита.

С давних времен закалка мечей и тонкостенных изделий производилась в соляных растворах. Нагрев осуществлялся при помощи печей, а в процессе работы использовалась температура, выделявшаяся за счет деформации.

Закалка металла своими руками предполагала индивидуальное охлаждение каждого инструмента. Остужение производили в урине рыжеволосых мужчин. В европейских странах был принят более жестокий метод – пронзание раскаленными режущими инструментами тел рабов. Содержавшиеся в данных жидкостях соли и кислоты позволяли быстро остудить сталь и не допустить повышения напряжений на поверхности и внутри.

Сегодня закалка металла производится в муфельной печи или при помощи иного оборудования. Для его остужения используются готовые химические солевые растворы. Иногда применяется селитра, а также мелкая пластиковая стружка.

Вид источника охлаждения зависит от изделия:
- простые детали из углеродистой стали погружают в очищенную воду;
- для сложных в соотношении 1:1 в ней разбавляют каустическую соду и получившийся раствор разогревают до +50…+60 °С;
- в случае с тонкими деталями из углеродистой и легированной стали производится закалка металла в масле.
Однако не всех. Как мы уже отмечали, изделия из углеродистой стали предварительно помещают в воду, после чего быстро перепогружают в ванну с маслом, чтобы добиться нужного структурного состояния и эксплуатационных характеристик.

Температурный режим при закалке металла

Несмотря на то, что процедура термообработки отличается в каждом конкретном случае, существуют определенные правила для различных составов и сред, которые необходимо соблюдать. Закалка металла даже в домашних условиях нуждается в следовании этим нормам. Однако зачастую для дальнейшего использования сплавам достаточно перейти в состояние аустенита после прогрева.
- Конструкционные стали, в которых количество углерода составляет меньше 0,8 %, доводят до температур, расположенных над линией GS и выше точки Ас3 на 30–50 градусов.
- По черте PSK соблюдается аналогичное увеличение.
Температуру необходимо проверять до того, как происходит закалка металла. Если она окажется выше рекомендованных значений, сплав из-за укрупнения аустенитных кристаллов станет слишком хрупким и ломким. Инструментальная углеродистая сталь и вовсе не доводится до этого фазового состояния.

Изделия из легированного металла также имеют свои критические точки обработки, на которые могут влиять различные добавки, усиливающие те или иные свойства. Если их оказывается слишком много, это усложняет расчет охлаждения. Такой процесс, как закалка, влияет на свойства металла в зависимости от количества карбидов. При большом их содержании изделие приходится обрабатывать температурой, которая выше рекомендованной, чтобы оно перешло в необходимое фазовое состояние аустенита. Значение может доходить до +1 000 °С.

Заэвтектоидные и некоторые другие сплавы обрабатываются неполным циклом. Закалка в таком случае происходит при температурах, позволяющих сохранить большое содержание цементита.

Возможные дефекты после закалки металла

Если не соблюдать определенные правила и нормы термообработки, высока вероятность порчи изделия.

Что дает неправильная закалка металла:
- Трещины и коробление. Последнее подлежит вытягиванию и коррекции, однако разрывы соединить заново нельзя. Деталь испорчена.
- Пережог. Возникает при слишком высоких температурах, когда металл начинает плавиться и окисляется кислородом. Сплав больше нельзя использовать.
- Перегрев. Происходит, когда температура не достигает точки плавления, однако зерна аустенита начинают укрупняться, из-за чего изделие становится хрупким. Для исправления требуется новая закалка металла, изделие предварительно обжигают.
- Низкая твердость. Так же исправляется отжигом и повторной закалкой, когда деталь оказывается слишком пористой для использования, что происходит из-за недостаточной температуры нагрева, вытяжки и скорости остужения.
- Окисление и обезуглероживание. В результате контакта с воздухом на сплаве образуется невыводимая окалина, что автоматически переводит его в разряд брака. Избежать этого помогает тщательная герметизация.
Сплавы отличаются по составу, свойствам и структуре, а также назначению. Для получения заданных характеристик необходимо тщательно подбирать методику обработки в соответствии с указанными параметрами. В домашних условиях выполнить все рекомендации достаточно сложно, поэтому чаще используется промышленная закалка металла. Цена на нее невысокая по сравнению с потерями, которые ожидают «мастера» при попытке обработать изделие самостоятельно.

Итоговые эксплуатационные характеристики зависят от типа, сложности и длительности термообработки, будь то цветная закалка металла полного или неполного цикла, отжиг, вытяжка, правка брака. Для того чтобы получить необходимые свойства, следует в точности соблюдать рекомендации, учитывать наличие добавок и примесей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:
- цветные металлы;
- чугун;
- нержавеющую сталь.
При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: