Зачем нужна и как проводится закалка стали

Зачем нужна и как проводится закалка стали?

Закалкой называют вид термической обработки металлов, который заключается в нагреве выше критической температуры с последующим резким охлаждением (обычно) в жидких средах. Критической называют температуру, при которой происходит изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществляется полиморфное превращение. Она определяется она по диаграмме «железо-углерод». фото

Проверка металла на качество в домашних условиях

Первым делом после покупки металлического предмета нужно проверить его качество. Сделать это можно при помощи простого паяльника. Конец паяльника проводится по металлу, чтобы выяснить дефекты при разработке инструмента. Если паяльник прилипает к поверхности, значит, сталь, не закалена, и при частом использовании инструмент деформируется. Если, наоборот, конец паяльника проходит плавно по стали и почти отскакивает от неё, значит, металл закалён слишком сильно. В таком случае нужно сделать термальную обработку стального инструмента для повышения его прочности.

Какие металлы можно закалить

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

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

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

Методика закалки

Проще говоря, технология закаливания представляет собой два действия – нагревание образца до высокой температуры и его охлаждение.

Только не стоит предполагать, что все элементарно, ведь группы металлов отличаются своеобразной структурой и характеристиками.

Термическая обработка металла своими руками оправдана, если:

существует острая потребность упрочнить материал, например, «усилить» режущие края кухонной утвари или инструментов, вроде стамески или зубила;

нужно повысить пластичность предмета, что делает проще работу с металлом, например, процесс горячей ковки.

Цена профессиональной закалки 1 кг составляет 100-200 рублей. А закалка мелких деталей обойдется дешевле. Цена на эту услугу колеблется от 6 до 20 рублей.

Если закаливать оборудование в домашних условиях, то важно знать некоторые тонкости этого процесса.

Нагрев требует равномерности, он должен проходить без появления на предмете черных или синих пятен. Ни в коем случае нельзя нагревать образец до крайнего показателя.

То, что изделие разогревается правильно, подскажет окрашивание его в яркий красный цвет.

Для закалки металлического предмета типа сверла подходит такое оборудование, как электропечь или термо печь, а также паяльная лампа и большой костер.

Что более подходит – печь, электропечь или открытый огонь, зависит от того, какой температуры требует обрабатываемый вид металла.

Когда нужно закалить не всю поверхность металлического предмета, а лишь определенное место, применяется струйная закалка. Она предполагает, что струя холодной воды направляется на объект точечно.

Методика охлаждения сверла, отвертки, зубила или обжимки может быть разной. Ее можно осуществить в несколько ступеней, можно разово и резко или постепенно. Все зависит от вида металла.

Если планируется проводить операцию с одним охладителем, то подготавливается специальное оборудование, вроде ведра или бочки. Для этого подойдет даже ванна.

Этот способ охлаждения идеален для изделий, сделанных из стали углеродистой или легированной.

Когда для понижения температуры предмета из металла нужна двухступенчатая схема охлаждения, применяют две разные среды. Это процедура обеспечивает и отпуск металла.

Так, вначале сверла или дисковые детали охлаждают водой, затем – маслом, которое может быть машинным или минеральным.

Охлаждение с помощью масла осуществляется во вторую очередь, так как есть риск его воспламенения из-за высокой температуры.

Температурные режимы и другие показатели закалки отражает приведенная ниже таблица.

Что такое закалка металлов и ее виды

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.
Читайте также  Как определить число витков обмотки трансформатора

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.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Какие виды закалок бывают

Если брать стали, то малоуглеродистые из них вообще не поддаются термическому преобразованию. Цветные металлы закаливаются иначе, чем черные – во внутренней структуре первых не происходит полиморфное превращение.

Для точной выдержки технологического процесса закалки разработаны специальные таблицы по каждой марке металла. В остальном, если брать конкретную деталь, то под видами закалки понимают:

Виды термической обработки стали

  • Частичную термическую обработку, где воздействию подвергают только определенный элемент детали, например, лезвие ножа;
  • Полную термическую обработку, когда все изделие помещают в печь, раскаляют, а затем охлаждают до первоначального состояния.

По количеству охладителей, которые используют для остужения детали, бывают закалки с одним и двумя охладителями. В первом случае процесс одноступенчатый, с применением определенной жидкости для остужения заготовки из углеродистой либо легированной стали. Во втором процессе участвуют два охладителя, каждый из которых понижает температуру заготовки в своем режиме. Одновременно здесь происходит и отпуск металла.

Как закалить металл в домашних условиях

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

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

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

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

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

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

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

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