Термическая обработка металла является одним из основных методов повышения его параметров: твердость, прочность. Наиболее распространенная и применяемая процедура – закалка металла. Она уже на протяжении многих веков стоит на вооружении человечества. Сейчас эта процедура с успехом осуществляется не только на промышленных предприятиях, но и умельцами в быту для улучшения изделий из металла. Если обладать знаниями о том, как закалить металл в домашних условиях, то твердость предмета можно увеличить до нескольких раз. Причин для проведения этой операции может быть много. К примеру, к подобной технологической операции прибегают, когда необходимо придавать такую прочность, например, ножу, чтобы им можно было разрезать стекло.

Чаще всего закалке подвергают режущие инструменты. Стоит отметить, что термообработка им проводится не только, когда требуется повышение твердости, но и когда необходимо уменьшить эту характеристику. При слишком маленькой твердости режущей частью станет сложно пользоваться, она станет заминаться. При очень высокой – станет крошиться под нагрузкой.

Когда возникла потребность увеличения прочности изделия, то не нужно расстраиваться – закалка стали в домашних условиях сможет помочь. Вам не потребуется особое оборудование и специальный инструмент. Но стоит понимать, что этой процедуре не поддадутся стали с малым процентным содержанием углерода (малоуглеродистые). Инструментальная и углеродистая стали обрабатываются с легкостью.

Что такое закалка?

Технология подразумевает осуществление термической обработки железа. Он включает в себя нагрев до определенных температурных значений, при которых происходят изменения в структуре кристаллической решетки, а затем скорое охлаждение в жидкой среде (воде, масле). Цель – увеличение твердости.

Существует процедура, при которой температура нагрева не доводится до момента трансформации кристаллической решетки. В такой ситуации происходит фиксация состояния, характерное нагретому металлу. Такой эффект называется перенасыщенным твердым раствором.

Закалка с изменением решетки применяется для стали и ее сплавов. Для цветных металлов предусмотрена процедура без полиморфных изменений.

По завершении подобной процедуры стальной сплав будет иметь большую твердость, но появляется увеличенная хрупкость. Теряются свойства пластичности.

Для снижения излишней хрупкости после нагревания с изменениями кристаллической структуры используется другой процесс – отпуск. Он осуществляется меньшей температурой с последующим постепенным охлаждением заготовки. За счет этого в металле происходит снижение напряжений и понижается хрупкость.

Особенности технологического процесса

Закалка производится в 2 стадии. В первой заготовка нагревается до необходимой температуры, а во 2 – охлаждают. Различные типы металлов и сталей различаются друг от друга структурой. Из-за этого процесс термообработки отличается.

Провести закалку предлагают многие организации, но цена услуг будет не маленькой. Она станет зависеть от массы обрабатываемой заготовки. По этой причине стоит проводить соответствующую термообработку металла в домашних условиях.

Когда вы будете выполнять операцию своими силами, то чрезвычайно важно правильно проводить нагревание. При нагреве на поверхности детали не должны выявляться черные или голубые пятна. Правильный процесс нагрева сопровождается ярко-красной расцветкой металла. Разобраться с процедурой поможет видео, показывающее как проводить нагрев.

Для нагрева материала до необходимой температуры может использоваться:

• Специальную электрическую печь;
• Паяльную лампу;
• Открытый огонь от костра.

Выбирать источник нагрева следует исходя из того, до какого температурного значения следует нагревать заготовку.

Способ охлаждения следует подбирать также из особенностей металла, а также от желаемого конечного результата. К примеру, при необходимости закалки не всей заготовки, а лишь отдельной части, то охлаждать тоже необходимо точечно. Для этого подойдет струя воды.

Технология закалки может включать в себя охлаждение мгновенного, постепенного или многоступенчатого типа.

Процесс быстрого охлаждения предусматривает применение охлаждающей жидкости одного типа. Он подходит для закалки углеродистой или легированной стали. Чтобы охладить подобным образом потребуется одна подходящая емкость.

Когда требуется закалка другого типа стали или потребуется проводить отпуск, то используются двухступенчатые методы охлаждения. В таком случае нагретая заготовка на первом этапе помещается в резервуар с водой, а затем переносится в масло – минеральное или синтетическое, в котором осуществляется последующий процесс охлаждения. Но категорически запрещается сразу помещать нагретую деталь в масло, т. к. оно способно воспламеняться.

Для верного подбора режимов закалки разных типов сталей необходимо использовать соответствующие таблицы.

Для быстрорежущих сталей

Для легированных инструментальных сталей

Для углеродистых инструментальных сталей

Среда охлаждения

Достигнутый результат закалки во многом будет зависеть от схемы охлаждения. Различные стали, как было сказано выше, охлаждаются различными типами. Так, для низколегированных сталей используется вода или растворы, а для нержавеющих – масло и соответствующие растворы.

Важным моментом является то, что выбор среды для охлаждения должен учитывать то, что вода охлаждает деталь быстрее, чем масло. К примеру, вода 18°С может провести охлаждение сплава с температурой 600°С за 1 секунду. Масло же способно снизить температуру лишь на 150°С.

Для получения высокой твердости металла, процесс охлаждения осуществляется под потоком холодной воды. Еще чтобы увеличить эффект закалки можно приготовить соляные растворы. В воду добавляется примерно 10% соли. Также используется кислотные жидкости, содержащие минимум 10% кислоты, в основном серной.

Помимо охлаждающих жидкостей, важным моментом будет режим и скорость охлаждения. Температура обязана понижаться не менее 150°С/сек. Так, за три секунды температурное значение должно понизиться до 300°С. В последующем охлаждать можно при любой скорости, т.к. полученная структура в процессе скорого охлаждения в дальнейшем разрушаться не будет.

Обращаем внимание, что чрезмерно быстрый процесс охлаждения приведет к повышенной хрупкости. Этот момент необходимо учитывать во время самостоятельной закалки.

Можно выделить следующие методы для охлаждения:

• Использование единственной среды. Заготовка помещается в жидкость и полностью там охлаждается;
• В 2 средах. Используется масло и вода (солевые растворы). Углеродистые стали для начала охлаждаются с помощью воды, а после – в масле;
• Струйный метод. Заготовки охлаждаются под струей воды. Удобный способ для закалки отдельных участков;
• Ступенчатый способ с выдержкой температурных режимов.

Закалка стали на открытом огне

Как было сказано выше, закалить металл возможно дома, применяя для этого открытое пламя костра. Начинается все, конечно, с создания костра и подготовки большого объема раскаленных углей. Еще вам понадобятся 2 емкости. В первую наливается холодная вода, а в другую – масло (синтетика/минеральное).

Для извлечения раскаленного металла потребуются клещи или аналогичный инструмент. После того как инструмент подготовлен и образовано достаточное количество угля, можно укладывать заготовки.

Расцветка находящихся в костре углей способна сигнализировать об их температуре. Наиболее горячими являются обладающие ярко-белым оттенком. Необходимо наблюдать и за цветом огня в костре. Он также сигнализирует о степени нагрева внутренней части. Оптимальной ситуацией является окрас пламени малиновых тонов, а не белых. Последний случай говорит о чрезмерно высокой температуре костра. Имеется риск перегрева.

Каким становится цвет прогреваемого железа тоже следует наблюдать с внимательностью. Не стоит допускать, чтобы на режущей кромке образовывались темные пятна. Если металл посинел, то это значит, что он чрезмерно стал мягким и пластичным. Достигать этого состояния не стоит.

После завершения прокалки до необходимого уровня, можно начинать последующую стадию охлаждения. Для начала заготовка помещается в резервуар с маслом. Делается это в несколько заходов с интервалом в три секунды, с максимальной резкостью. Промежуток между опусканием потихоньку необходимо увеличивать. После утраты сталью яркости возможно начинать процесс охлаждения в воде.

Когда деталь охлаждается в воде требуется осторожность. На ее поверхности могут оставаться масляные капли, которые могут воспламениться. Также после погружения детали вода должна перемешиваться – для сохранения прохлады. Наглядно изучить процесс возможно на видео.

Для термообработки отдельных сортов стали и цветных металлов температуры открытого пламени костра не будет хватать, т.к. не сможет прогревать железо до 9000 градусов. Для этого необходимо использование особых печей – муфельных или электрических. Изготовление дома электрического вариант – непростое мероприятие, а муфельное оборудование создать можно.

Камера для закалки своими руками

Если изготовить муфельную печь в домашних условиях, то она позволит закалять особые сорта стали. Главным элементом, который понадобится для сборки – огнеупорная глина. Ею нужно будет покрыть внутреннюю часть печки. Толщина покрытия должна быть до 1 см.

Для создания необходимой формы и габаритов рекомендуется заранее подготовить картонную форму, которая пропитана парафином. На ней станет размещаться глина. Она разводится с водой. Далее густой однородной массой обмазывается изнаночная сторона картонной заготовки. Картон самостоятельно будет отставать по высыханию. Металлическая заготовка будет помещаться внутрь в отверстие, закрываемое дверцей (также из глины).

Камера и дверца должны сначала просушиться на открытом воздухе, а затем дополнительно – с температурой в 100°С. Затем обжигаются в печке с постепенным подъемом температуры до 900°С. По завершении обжига и остывания элементы соединяются.

Готовая камера обматывается нихромовой проволокой. Ее диаметр – 0,75 мм. Первый и последние слои скручиваются между собой. При наматывании необходимо оставлять зазоры между витками. Они также должны заполняться глиной для исключения замыканий. После высыхания глины с изоляцией и проволокой поверхность вновь покрывается глиной. Толщина составляет около 12 см.

Когда поверхностный слой высохнет, камера должна поместиться в металлический корпус. Зазор между металлом и глиняной камерой заполняет асбестовая крошка. Для обеспечения доступа к внутреннему пространству корпус из металла также должен обладать дверью, отделанной внутри плиткой из керамики. Любые остающиеся зазоры необходимо заделывать глиной и крошкой.

Нихромовая проволока выводится с тыльной стороны каркаса. К ней будет подводиться электрическое напряжение. Для контроля за температурой и процессами внутри на лицевой части можно сделать пару отверстий по 1-2 см.

Подобное самодельное изделие позволит вам своими силами закалять любые инструменты из стали, требующей повышенной температуры (до 950°С). Вес его будет составлять примерно 10 кг. К тому же оно позволит существенно сэкономить на серийных моделях, которые довольно дорогостоящие.

Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.

Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.

Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник. Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента. Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.

Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит. Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали. В то же время твердость углеродистых и достаточно просто повысить даже в домашних условиях.

Технологические нюансы закалки

Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.

Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:

• его упрочнения и повышения твердости;
• улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.

Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.

Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен. О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла. Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.

В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:

• специальную печь, работающую на электричестве;
• паяльную лампу;
• открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.

Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.

Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.

Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.

Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).

В том случае, если других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения. При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение. Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.

Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.

Как закалить сталь на открытом огне

Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.

Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.

По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет. Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет. В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.

За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.

После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению. В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают. Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.

При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.

Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя. Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию. Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.

Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000. Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими. Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.

Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали

Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина. Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания. Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.

Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.

На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой. Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания. После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.

Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.

Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса. Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно. С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.

Многие интересуются, как правильно закалить металл в домашних условиях и в каких случаях требуется этот процесс? Закаливание изделий из этого материала проводят при необходимости повышения его крепости. К примеру, для упрочнения кромок для резки кухонных принадлежностей (нож, секатор) или же инструментов (стамеска, зубило и т.д.) К тому же металл приобретает некоторую долю пластичности, что облегчает обработку материала. С этим правилом хорошо знакомы кузнецы. В статье будет описано, как закалить металл в домашних условиях.

Для чего нужно закаливание?

Закаливание металла способствует увеличению твердости изделия примерно в 4 раза. В этом случае предмет из этого материала с легкостью может разрезать стеклянную поверхность. Закаливание требуется из-за недостаточной крепости предмета или наоборот. В первом случае изделия из металла будут заминаться, а во втором - крошиться.

Проверка уровня закалки металлического изделия

Для проверки уровня закалки изделия из металла следует взять напильник и провести инструментом по краю предмета для резки, к примеру, топора или ножа. Если вы чувствуете, что напильник начинает приставать или липнуть к металлу, то это свидетельствует о том, что изделие закалено недостаточно. При этом его край будет мягкий и податливый.

Если же инструмент легко отходит от предмета и создается ощущение, что он его гладит, а рука не чувствует неровностей, то это означает, что металл закален излишне.

Закалить металл в домашних условиях возможно. При этом не следует обращаться к сложным технологиям. Процесс проводится своими руками.

Следует помнить, что процессу не подлежат малоуглеродистые стали. А вот достичь увеличения прочности изделий из углеродистых или реально.

Как проводится закалка?

Технология закалки предполагает два процесса — нагревание металлического изделия до высокой температуры и последующее охлаждение.

Термическое обрабатывание поверхности целесообразно в том случае, если:

• есть необходимость придания металлу дополнительной прочности;
• требуется повышение уровня пластичности, к примеру, для последующей горячей ковки.

Цена закаливания металлического изделия на профессиональном уровне составляет 200 руб. за 1 кг. Обработка огнем мелких деталей обходится дешевле. Цена за эту услугу равна 20 руб.

Как закалить металл в домашних условиях? Необходимо ознакомиться с некоторыми нюансами этого дела.

Нагрев должен отличаться равномерностью. На металле не должно возникать пятен черного или синего цвета. Нельзя нагревать изделие до крайнего показателя температуры. О том, что процесс протекает правильно, свидетельствует появление яркого красного цвета.

Какое оборудование употребляется для закалки?

К примеру, для того чтобы закалить метал в домашних условиях в форме сверла, применяется электрическая или лампа для паяния или же костер. Что подойдет в конкретном случае зависит от того, какой показатель температуры требуется для обрабатываемого материала.

Охлаждение разных инструментов

Правила охлаждения инструментов могут быть разными. Процесс можно осуществить в один или несколько приемов. Все зависит от типа металла.

Как закалить металл не по всей поверхности, а лишь в определенном месте? В этом случае применяется струйный вид закалки. Он подразумевает направление струи холодной воды на предмет точечно.

Если проводится действие с одним охладителем, то требуются специализированные приспособления в виде бочки или ведра. С этой целью применяют даже ванну. Такой способ охлаждения подходит для предметов на основе углеродистой или легированной стали.

Если для понижения температуры изделия требуется схема охлаждения, включающая две ступени, то употребляются разные среды. Этот процесс обеспечивает отпуск металла. Изначально сверла или диски подвергаются охлаждению водой, затем посредством машинного или минерального масла. Охлаждение при его помощи является второй ступенью процесса, так как есть риск воспламенения под влиянием высокой температуры.

Применение воды для охлаждения

Основной жидкостью для охлаждения является вода. Если в нее добавить немного соли или мыла, то скорость охлаждения поменяется. Поэтому бак для закалки нельзя использовать для мытья рук. Для обеспечения одинакового показателя твердости на металлической поверхности следует поддерживать температуру жидкости 20 — 30 °С. Нельзя часто ее менять в баке. Запрещается проводить охлаждение изделия в проточной воде.

Минусом закаливания при помощи воды является появление на поверхности металла множества трещин. Таким способом следует подвергать процессу предметы простой формы или же цементированные.

Что применяется для закаливания деталей сложной формы?

Как закалить металл сложной формы? Для используется пятидесятипроцентный раствор каустической соли в холодном виде или подогретом до 50 — 60 °С. Детали, подогретые в соляной ванне и прошедшие в ней закалку, выходят светлыми. Нельзя чтобы температура раствора была выше 60 °С.

Пары, которые возникают при закаливании, несут вред здоровью, поэтому ванна обязательно должна быть оснащена вентиляционной вытяжкой.

Как осуществляется закаливание легированной стали?

Как закалить металл? В домашних условиях легированную сталь подвергают процессу в ванне с минеральным маслом. Тонкие предметы из углеродистой стали закаливают этим же способом. Плюсом масляных ванн является то, что скорость охлаждения не находится в зависимости от температуры масла. Оно будет протекать одинаково быстро при любом ее показателе.

Как закалить металл в масле правильно? В такую ванну не должна попадать вода, так как это может спровоцировать появление на поверхности металлического предмета трещин. Замечено, что если масло разогрето до температуры 100 °С, то попадание воды не вызовет растрескивания изделия.

Минусы масляной ванны

• При закаливании выделяются ядовитые газы.
• На предмете образуется налет.
• Масло может воспламениться.
• Качество закалки в масляной ванне постепенно снижается.

Как проводится отпуск металла?

Отпуску подвергаются все детали, прошедшие закалку. Это снимает внутреннее напряжение. В результате этого процесса понижается твердость и повышается пластичность материала.

Как отпустить закаленный металл? В зависимости от нужной температуры процесс проводится:

• в ваннах с маслом;
• в ваннах с селитрой;
• в печах с воздушной циркуляцией;
• в щелочных ваннах.

От чего зависит выбор температуры отпуска?

Как ослабить закаленный металл правильно, что следует учитывать? Важным фактором является температура отпуска. Она зависит от типа стали и требуемого показателя твердости изделия. К примеру, изделие для которого требуется показатель HRC 59 - 60, подвергается отпуску при температуре 150 — 200 °С. В этом случае внутренне напряжение понижается, а твердость практически не меняется.

Опускают при температуре 540 — 580 °С. Такой процесс получил название вторичного отвердения. Его результатом является повышение твердости изделия.

Металл закаляется на цвет побежалости. Его нагревают на в печах или горячем песке. Пленка окиси, появляющаяся при нагревании, окрашивается в разные цвета. При этом поверхность металлического изделия очищается от окалины, нагара и масла.

После отпуска металл, как правило, охлаждают на воздухе. Хромоникелевые изделия охлаждают в воде или масле, так как медленное остывание этих марок приводит к отпускной хрупкости.

на открытом огне?

Как закалить металл на огне? Для легкого проведения процесса закаливания металла в домашних условиях следует развести костер и подготовить две тары большой емкости. В огне должно присутствовать множество раскаленных углей.

В одну емкость следует залить дизельное или моторное масло, а в другую чистую воду. Лучше если она будет колодезной. Изначально подготавливается инструмент, при помощи которого будет удерживаться раскаленный до предела металл. Употребляют кузнечные клещи. Но если их нет, то можно использовать что-либо аналогичное.

После проделывания предварительных работ, сверла из металла или же другие инструменты кладутся в центр пламени на горячие угли. Угольки белого цвета гораздо горячее остальных. За процессом закаливания нужно наблюдать внимательно. Пламя костра должно быть малинового цвета. Если огонь приобретает белый цвет, то есть угроза перегревания и даже сгорания металла.

Необходимо следить за тем, чтобы малиновый цвет был распределен по все площади костра равномерно. На кромке изделия из металла не должно появляться пятен черного цвета. Если на материале появляются синие пятна, то это свидетельствует о чрезмерном размягчении материала и его излишней пластичности. Этого допускать нельзя.

После прокаливания в огне металлического изделия его следует убрать из очага высокой температуры. Раскаленный предмет опускается в емкость с маслом много раз с интервалом в 3 секунды. Промежуток времени постепенно увеличивают. Медлить на этом этапе нельзя. Операция проводится скоро и резко. Изделие окунается в масло до тех пор, пока его цвет перестанет быть ярким и насыщенным.

Затем предмет погружается в ведро с водой, которую необходимо немного взбалтывать. На этом этапе следует быть предельно острожными, так как капли масла на ноже или топоре могут подвергнуться осушению при погружении в водную среду. Сверла следует опускать в жидкость толстым концом.

Как правильно закалить металл, вам уже известно. Если придерживаться всех рекомендаций, то процесс принесет желаемый эффект.

В каких случаях прибегают к применению электрической печи?

В домашних условиях приходится закаливать изделия из цветных металлов или стали. В этом случае потребуется очень высокая температура до 900 ºС и выше.

Разогреть изделие из металла до такого показателя в состоянии только электрическая или муфельная печка. Последнюю можно изготовить своими руками, а вот электрическую сделать невозможно.

Как изготовить муфельную печь?

Как закалить металл в домашних условиях при помощи муфельной печи, изготовленной своими руками? Такое приспособление станет очень нужным в домашнем хозяйстве. Оно позволят провести термическую обработку изделий из металла без лишних манипуляций. Для изготовления печи своими руками требуется огнеупорная глина, используемая для покрытия. Из этого материала создается камера толщиной не больше 1 см. Ее размеры должны составлять 210х105х75мм.

Осуществляя лепку муфельной печи своим руками, прибегают к использованию к заранее приготовленной формы из картона. Чтобы она не липла, ее пропитывают парафином.

Глину намазывают на форму с изнанки. В этом случае во время просушивания она не даст усадки. При затвердевании материал сам отойдет от граней формы. Огнеупорная глина может стать основой двери печи.

Самодельной муфельной печи надо дать просохнуть на открытом воздухе. Затем ее просушивают до конца в печи при 100 ºС. Двери и камера обжигаются постепенно при увеличении температуры до показателя 900 ºС.

Деталям следует дать остыть, не вынимая их из печи. Затем к ней присоединяется дверка. Ее поверхность шлифуется при помощи напильника.

На камеру наматывается 18 м проволоки из нихрома. Толщина ее должна составлять 0,75 мм. Первый и последний витки необходимо скрутить. Чтобы не возникло замыкание, расстояние между витками обмазывается глиной. На сухой слой материала надо намазать еще один слой толщиной 12 см.

Муфельная печь, сделанная своими руками, заключается в металлический каркас, размер которого составляет 270х200х180 мм.

Для облегченной сборки корпуса его следует сконструировать с двумя съемными крышками, фиксируемыми посредством винтов.

К передней крышке на петлю крепится дверца. Она должна открываться в горизонтальном направлении. На эту дверку при помощи болтов и прокладок нужно установить керамическую деталь.

Все зазоры замазываются глиной, а края проволоки убираются на заднюю крышку каркаса.

Затем делается разъем и стандартный шнур с вилкой. Все отверстия между нагревающими деталями и каркасом заполняются асбестовой крошкой.

Для установки термопары и получения возможности отслеживать процесс закалки металла в камере необходимо просверлить два отверстия. Диаметр первого должен составлять 1 см, а второго 2 см. К ним крепятся закрывающиеся шторки из металла.

Вес самодельной муфельной печи составляет 10 кг. Она раскаляется до показателя температуры 900 ºС в течение часа. При ее помощи можно облегчить процесс закаливания сверл, напильников, матриц и множества других металлических изделий.

Муфельное оборудование для закалки металла не является единственным устройством. С этой целью применяют камерное приспособление, электрическую или термическую печь, а также печь-ванну. Сделать муфельную печь своими руками выгоднее, чем приобрести готовое оборудование. К примеру, средняя цена такого приспособления на рынке составляет 40 000 руб.

Термическая обработка металла проводится на протяжении многих веков. Она позволяет существенно повысить эксплуатационные свойства материала, изменить некоторые свойства. Закалка - разновидность термической обработки. Еще до появления огнестрельного оружия клинки усиливались закаливанием используемого металла при их изготовлении. Сегодня в домашних условиях можно закалить болт, топор, зубило, клинок, проволоку и многие другие изделия. Стоит рассмотреть подробнее, в домашних условиях, и какие при этом могут возникнуть сложности.

Суть закалки металлических изделий

Для того чтобы правильно закалять железо и другие металлы, следует рассмотреть суть этого процесса.

К особенностям этой разновидности термообработки можно отнести следующее:

• Закаливать - это значит, нагревать материал до температуры, которая может изменить структуру. У металлов структура представлена кристаллической решеткой.
• Процесс предусматривает также охлаждение материала, для чего может использоваться масло или вода.

Целью подобной термической обработки является увеличение твердости структуры стали или другого сплава.

С закалкой также связан процесс, получивший название отпуск. Он проводится для того, чтобы снизить хрупкость структуры после термической обработки. Отпуск проводится при более низкой температуре, а на охлаждение уходит намного больше времени. Важность этого процесса велика, иначе в структуре могут образовываться серьезные дефекты.

Следует учитывать, что не все металлы подходят для подобной термической обработки. Очень часто проводится улучшение физико-механических качеств конструкционных сталей, к примеру, стали 45, а также некоторых легированных сплавов (65Г, У7Х).

Алюминий и многие другие цветные сплавы подвергаются термической обработке, при которой кристаллическая решетка остается неизменной. Это можно достичь путем нагрева до невысоких температур с последующим быстрым охлаждение в различной среде.

Особенности технологии

Можно выделить 3 основных этапа термической обработки стали:

Закалка ножа в домашних условиях осуществима, этого потребуется обычная печь, место для проведения работы, а также емкость с маслом или водой для охлаждения металла.

Много внимания уделяется выбору способа охлаждения стали. Различают следующие методы:

При проведении закалки в домашних условиях следует учитывать, что слишком быстрое охлаждение становится причиной повышенной хрупкости структуры. Важно обеспечивать равномерное охлаждение, что позволяет получить равномерную структуру.

При работе с раскаленной сталью следует соблюдать осторожность. Нельзя проводить подобные работы вблизи легковоспламеняющихся материалов.

Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость и прочность. Однако при закалке с повышением твердости сталь становится более хрупкой. Для закалки металл нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальной охлаждающей среде. В зависимости от режима закалки одна и та же сталь приобретает различные структуры и свойства. Для получения наилучших результатов металл равномерно нагревают до температуры 740-850ºС и затем быстро охлаждают до 400-450ºС. Скорость охлаждения составляет не менее 150ºС в секунду, т.е. охлаждение должно произойти в течение всего 2-3 секунд. Последующее охлаждение (ниже 300ºС) может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения не оказывает на нее влияния. В качестве охлаждающей среды чаще всего употребляют воду и трансформаторное масло. Скорость охлаждения в воде выше, чем в масле. При температуре воды 18ºС скорость охлаждения достигает 600ºС в секунду, а в масле - до 150°С. Для придания изделию большей твердости закалку металла производят в проточной воде. При охлаждении горячей поковки в стоячей воде между водой и поковкой возникает слой пара, изолирующий нагретую поковку от охлаждающей среды. Во избежание этого пользуются проточной водой. Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (до 10-12%). Нагрев изделия выше критической точки придает металлу крупнозернистое строение, что приводит к нежелательным последствиям: короблению, деформации и появлению трещин. К тому же приводит и быстрое охлаждение. При закалке инструментов применяют закалочные печи, которые делятся на камерные, или пламенные, где изделие нагревается открытым пламенем; электрические муфельные; печи-ванны, представляющие собой тигли, наполненные расплавами солей, например хлористым барием. Нагревание в ваннах наиболее удобно вследствие того, что температура ванны всегда постоянная и закаливаемый инструмент не может нагреться выше этой температуры. Кроме того, нагрев в жидкой среде идет в два раза быстрее, чем в воздушной, а в расплавленном металле- в четыре раза быстрее. Например, для закалки мелких стальных изделий используют расплавленный свинец. Мелкие заготовки погружают в ванны и сверху кладут древесный уголь, который при горении на поверхности свинца создает восстановительное пламя - свинец не окисляется. Чтобы свинец не оседал на стальных изделиях, их смазывают мучным клейстером с поваренной солью.

При нагревании инструмента в муфелях применяют следующие режимы

1. Изделия загружают в холодную печь и постепенно вместе с печью нагревают. Время нагрева продолжительное, но температурное напряжение, возникающее в изделиях, наименьшее. 2. Изделия загружают в печь, нагретую до заданной температуры, и прогревают. Время нагрева в данном случае меньше, но температурное напряжение больше, чем при предыдущем режиме. 3. Изделия загружают в печь, температура которой выше необходимой для закалки, в процессе нагрева температуру снижают до заданной. Скорость нагрева высокая, но и напряжение, возникающее в изделиях, очень велико. 4. Изделия загружают в печь, а температуру непрерывно поддерживают выше необходимой. Изделия нагревают до заданной температуры, но ниже температуры печи. Это наиболее форсированный режим, напряжение достигает максимальных величин. В последнее время для нагрева под закалку применяют токи высокой частоты. Закаливаемую деталь помещают в специальный индуктор, по которому пропускают ток высокой частоты, и деталь очень быстро нагревается до необходимой температуры. После закалки необходимо произвести отпуск. Он смягчает действия закалки, повышает вязкость и уменьшает хрупкость и твердость изделия. Кроме того, отпуск устраняет или снижает напряжение, вызванное закалкой. Для определения температуры отпуска до сих пор очень часто пользуются цветами побежалости. Если очищенное от окалины стальное изделие нагревать, то, начиная с температуры 220 °С на нем образуется тонкая пленка оксидов железа, придающая изделию различные цвета - от светло-желтого до серого. С повышением температуры или увеличением времени пребывания изделия при данной температуре оксидная пленка утолщается и цвет ее изменяется.

При отпуске закаленных инструментов применяют два способа

1. Поверхность закаленного инструмента хорошо отшлифовывают мелкой шкуркой и затем нагревают. По мере того как температура нагрева повышается, на чистой поверхности инструмента появляются цвета побежалости. Когда появится нужный цвет и, следовательно, изделие будет нагрето до определенной температуры, его быстро охлаждают в воде. За цветами нужно следить внимательно, некоторые из них, как, например, светло-красный, сменяются быстро. 2. При закалке многих инструментов - чеканов, штихелей, резцов, молотков и др., требуется, чтобы закаленной была только рабочая часть, а сам инструмент оставался незакаленным, сырым. В этом случае инструмент нагревают немного выше режущего (рабочего) конца до требуемой температуры, после чего охлаждают в воде только рабочую часть, а место выше рабочей части остается горячим. Быстро вынув инструмент из воды, зачищают рабочую часто (шкуркой или трением о землю). Теплота, оставшаяся в неохлажденной части, поднимает температуру охлажденного конца, и после появления на нем нужного цвета побежалости инструмент охлаждают окончательно.

При закалке металла

При закалке инструмента с двумя концами, например, кирки, молотка и др., трудность заключается в том, что в изделии должны быть закалены только два рабочих конца, а середина должна оставаться незакаленной. Закалку производят за один нагрев. Изделие равномерно нагревают до нужной температуры, и в воду опускают в первую очередь конец, имеющий меньшую массу, т.е. тот, который может быстрее охладиться. При охлаждении в воде только конца рабочей части нужно внимательно следить за нагретым вторым концом, чтобы он не охладился. Быстро вынув первый конец и зачистив его шкуркой, второй (только рабочую часть) погружают в воду. При этом следят за цветами побежалости первого конца; как только появляется нужный цвет, снова опускают первый конец в воду, второй быстро зачищают и следят за цветами на втором конце. При появлении нужного цвета также замачивают в воде. Так, периодически меняя положение концов, изделие остужают. Запас температуры должен оставаться в средней части инструмента, поэтому при закалке пользуются клещами с узкими губками. Большие плоскости холодных губок клещей отбирают теплоту в зоне прикосновения. Для закалки более мелких изделий можно использовать клещи с массивными губками, изделие в таком случае нагревают вместе с клещами. Клещи применяют при местном отпуске, когда в каком-то участке стального закаленного изделия нужно сделать отверстие, а его твердость не позволяет этого. Тогда берут клещи нужного размера, нагревают их до красного или светло-красного каления и захватывают металл в зоне будущего отверстия.

За отпуском металла можно следить по цветам побежалости

Этот прием используется при отпуске тонких стальных изделий - кос, пил и т.д. В процессе нагрева стальных изделий происходит их окисление и обезуглероживание. Образование на поверхности окалины происходит за счет образования оксидов железа и приводит к угару металла, искажению геометрической формы изделий, уменьшению теплопроводности, что понижает скорость нагрева изделия. Кроме того, повышается твердость и затрудняется механическая обработка. Окалину с изделий удаляют либо механическим, либо химическим путем (травлением). Обезуглероживание состоит в выгорании углерода с поверхности изделия. Обезуглероженный слой обладает пониженной твёрдостью и прочностью. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглероживание, зависит от состава печной атмосферы и температуры нагрева. Чем выше нагрев, тем быстрее идут процессы. Чтобы избежать образования окалины, мелкие изделия (чеканы, стамески и т.п.) помещают в отрезок трубы и вместе с ней закладывают в горн. Иногда при закалке применяют пасту следующего состава (г): жидкое стекло- 100, огнеупорная глина- 75, графит- 25, бура- 14, карборунд - 30, вода - 200. Пасту наносят на изделие и дают просохнуть, затем изделие нагревают обычным способом. После закалки изделие промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах из быстрорежущих сталей иногда их покрывают бурой. Для этого инструмент, нагретый до 850ºС, погружают в насыщенный раствор или порошок буры. По музейным экспонатам и архивным документам в домашних условиях можно выковать мечи, сплести настоящие кольчуги, смастерить щиты и выделать ароматные кожи. Например, раскопки позволили нам увидеть оружие военного Синая: малый меч, имеющий 40 см в длину, сделанный для фараона в период его детства, и более тяжелый и длинный - 59 см. У обоих мечей клинок, эфес и рукоять представляют собой единый кусок металла. Большой меч был рассчитан на дробящий, а не режущий удар: внешняя, выгнутая сторона его клинка выражена слабо. Тем не менее большой меч должен был наносить страшные раны, т.к. из-за массивного клинка, доходящего в толщину до 0,7 см, он имел значительный вес.