Как просто закалить металл в домашних условиях: как правильно сделать низкоуглеродистую сталь в масле - rocta

как закалить сталь своими руками

Содержание статьи:

Если взять курс общей физики для представителей технических профессий, то раздел по свойствам обычного железа занимает почти десять процентов от всего объема тома. Многие умельцы активно интересуются, как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками (самостоятельно). Надо понимать, что в кустарных мастерских почти невозможно получить устойчивый идеальный результат. Но вполне возможно кардинально улучшить эксплуатацию изделия.
Что такое закалка
Естественный Fe – это весьма пластичный металл, подверженный быстрой коррозии. Для придания этому веществу свойств, необходимых в быту и в производстве, нужно внести в структуру определенные добавки и четко соблюсти при этом температурные режимы. Каждая мелочь этого процесса может кардинально повлиять на конечный продукт. На сегодняшний момент все четко регламентировано научными экспериментами и теоретическими обоснованиями, но всего сто лет назад это считалось искусством.
Для того чтобы сделать обычное железо (не путать с чугуном) устойчивым к механическим воздействиям, самым простым и доступным способом является его обогащение элементом С, то есть закаливание. Далее мы коротко объясним, как закалить низкоуглеродистую мягкую сталь.
Первично люди поняли, что при дефиците кислорода в горне железо впитывает в себя продукты горения. Это было основой для обжига всех изделий. Позже кузнецы стали использовать скорость остывания. Современная наука однозначно подтверждает правильность данных выводов. Режим охлаждения, как оказалось, тоже очень важен при формировании структуры материала.
Самый стандартный метод – нагрев до оранжевого цвета и снижение температуры водой. При этом результат будет, но он не устроил бы даже тех людей, которые жили тысячу лет назад. В середине двадцатого века эта технология перешла из разряда кузнечного искусства в жесткие рамки научного обоснования. Далее мы рассмотрим эти процессы с точки зрения современных взглядов.
Разновидности закаливания
Выделяют 2 вида:
1. Глобальный. Производится закалка всего изделия.
2. Локальный. Закаливается только часть предмета, чтобы поднять ее прочностные характеристики.
Охлаждение
Важная составляющая, от которой зависит достижение нержавеющими материалами нужных свойств. Для этого используются проточная вода или масло как отдельно, так и в сочетании друг с другом. Жидкости имеют разные характеристики: при погружении в водную среду материал способен охладиться на 600°C за одну секунду, когда при той же выдержке масляный раствор охлаждает изделие на 150°C. В обоих случаях скорость считается оптимальной и подбирается в зависимости от желаемого результата — закалки.
Также в работе может использоваться вода с солью и кислотами для достижения лучших результатов. Кроме этого, используются охлаждающие техники:
1. Струйная. Деталь помещается под водную струю, благодаря чему удается закалить отдельную часть предмета.
2. С применением одного охлаждающего источника. В этом случае в какую-либо жидкость помещается изделие и находится там до остывания.
3. С использованием нескольких сред. Актуально для предметов из нержавеющих сталей, которые быстро охлаждаются в воде, а затем перемещаются в масло до полного остывания.
4. Ступенчатая. В этом случае сочетаются несколько подходов и учитываются температурные скачки.
Температура
Чтобы изделие получило качественную обработку, его равномерно прогревают до 750-850°C, а затем резко охлаждают до 400-450°C. Для уплотнения материала, подвергшегося обработке, а также улучшению его прочности, иногда проводится поэтапное охлаждение. Эта технология помогает избавиться от напряжения и добиться наилучшего результата.
Какие используют материалы
Самый простой и распространенный вариант – железо с примесями на уровне пренебрежения. Для придания жесткости единственным возможным способом остается обогащение углеродом дома. Это достигается при нагревании в условиях дефицита кислорода. Важным считается быстрое охлаждение с определенного значения температуры. Порогом является цифра 800. Последующее остывание достигается опусканием в воду.
Улучшенные свойства изделия приобретаются при получении сплавов железа с легирующими добавками. Также используются хром, ванадий, никель, молибден, титан и прочие. В зависимости от процентного состава меняются характеристики и технологии получения необходимых свойств.
Скорость нагрева
Для разных видов сталей режимы температурной обработки значительно отличаются. Часть сплавов требует поэтапного подведения тепла, первоначально до 300 градусов с «выдержкой», а затем доведение до значения модификации внутренней структуры. Например, марка М 45 склонна к образованию микротрещин. Порог допустимого нагрева также у всех материалов разный. Существует технологическая карта, определяющая уровни прогрева.
Процессы, сопровождающие закалку
График изменения внутренней тепловой энергии влияет на формирование микроструктуры металла. Природное вещество имеет аморфную систему. Из-за этого и технологические свойства невысоки. При грамотной обработке во внутреннем строении образуются упорядоченные ячейки, которые сильно изменяют все характеристики. Крайней фазой можно рассматривать чугун. Крупные зерна, имеющие большую твердость, слабо связаны между собой. Поэтому достигаются промежуточные результаты, когда зернистость позволяет добиться высокой прочности и остается достаточно связей для нужной эластичности.
Как сделать оптимальную закаленную сталь разнообразными способами
Серьезная манипуляция выполняется в зависимости от марки материала, режима тепловой обработки и темпа остывания. Мы предоставляем методы, используемые в промышленности.
Производство в одной среде
Способ намного упрощает операцию, но совершенно не подходит для высоколегированных веществ с углеродистым содержанием. Во время стремительного охлаждения в воде появляются большие напряжения за счет температурных колебаний. Происходят сильные изменения в структурной решетке, где аустенит переходит в мартенсит с приличным увеличением объемов. Если продукция имеет сложную конфигурацию или внушительные размеры, то начинается растрескивание, коробление или поводка. А значит, этот способ подходит для несложных в исполнении деталей. Иные конструкции необходимо делать поэтапно с применением двух сред.
Ступенчатая операция
Растворы с солями, селитры и легкоплавкие металлы применяются в роли охлаждающей субстанции. Процесс начинается с помещения изделия в емкость с наполнением, нагрев которой колеблется в пределах трёх температур кипения воды. Содержание в таре в течение двух минут позволит продукции выровнять тепло по всему сечению и избежать термального напряжения. Далее происходит закалка в машинном или минеральном масле. Последний шаг – воздушное охлаждение. Если его игнорировать, то товар потеряет оптимальную твердость, ведь наполнитель затормозит остывание.
Недостатком является небольшой темп выстуживания от 400 до 600 градусов. Поэтому способ незаменим для изготовления деталей с маленьким диаметром до 10 миллиметров.
Изотермическая
Совершенно революционный метод, которым сейчас пользуется уже множество производителей. Остывание осуществляется в жидкости, нагретой до 200° или несколько выше.
Преимуществом можно считать то, что сталь, находящаяся в стадии аустенита, из-за пластичности может подвергаться корректировке и появляется возможность избежать коробления и растрескивания.
К минусам можно отнести большую временную длительность и применение специального оборудования.
Светлая
Очень сложный и затратный процесс. Совершенно не подходит для домашнего использования, так как требует отдельного помещения для постановки вертикальной печи и покупки дополнительного оборудования. Он применяется в промышленных комплексах, которые ориентируются на выпуск однотипной продукции в большом количестве.
Работа заключается в следующем: деталь, проходя через индуктор, сразу же опускается в ванну, наполненную селитрой или растворенной едкой щелочью при температуре 200 градусов. Как правило, жидкость состоит из 75 процентов калия, 25% – натрия. В эту смесь добавляется только 6% воды. Техническое оснащение должно быть полностью герметично. После завершения каждого цикла происходит откачка воздуха.
Как закалить полый вал или пруток из металла (стали) самоотпуском
Суть заключается в том, чтобы быстро поместить в наполнитель деталь и также молниеносно изъять из него для исключения полного остывания. Это помогает произвести последующий отпуск, так как при такой операции сердцевина элемента остается достаточно пластичной из-за сосредоточения в ней большой энергии тепла.
Контроль происходит по таблице с цветами побежалости. Определенный оттенок формируется на внешней стороне будущего изделия. Используя эту картинку, вы вполне можете произвести самоотпуск дома. Для этого придется незначительно увеличить твердость крепежа при помощи теплоизолирующего материала и асбеста (им накрыть сверху).
Закалка алюминиевых изделий
Добиться хорошего результата в домашних условиях достаточно сложно. Для качественного закаливания необходимо знать тип сплава, а также соблюдать температурный режим с высокой точностью. Также важно следить за процессом охлаждения: из-за неточностей обрабатываемый материал может потерять форму и прочностные характеристики. Поэтому для качественной домашней обработки придется не только обзавестись печью с терморегулятором, но и потратить время на заливку образцов и вычет нужных температурных показателей.
Как закалять медь
Если взять медную деталь и обработать ее по тому же принципу, что и стальные предметы, изделие станет хрупким и не будет выполнять свои первоначальные функции. Для закалки необходимо раскалить медь до 400 °C, а затем дать ей остыть на воздухе. Проводить эти работы без приборов, контролирующих уровень нагревания, не рекомендуется.
Охлаждение
Самым главным недостатком при быстром его проведении считается угроза возникновения больших напряжений в сердце продукции, которые нередко приводят к растрескиванию и короблению сырья. Для избежания неприятностей железо предпочитают помещать в масло. Это не относится к высокоуглеродистой стали, для нее лучшей средой является вода.
Кроме этого, используются коллоидные составы, содержащие соли и кислоты, позволяющие не создавать лишние напряжения и поводки.
Принятие решения о способе остужения детали исходит из того, какую форму она имеет:
1. Предмет, имеющий толстую и тонкую часть, сначала помещают в жидкость объемным концом.
2. Сверла, метчики и другие изделия вытянутой формы размещают в вертикальном положении во избежание растрескивания и деформации.
3. После применения местного нагрева в охлаждающую среду погружается весь элемент.
Как закалить разнообразную инструментальную сталь в неприспособленных домашних условиях
Для любителей не все методы подходят. Многие способы применимы исключительно в заводских комплексах, потому что они имеют все возможности для осуществления данных процессов.
Мы предлагаем вам воспользоваться нашими советами исходя из того, какой материал будет у вас в работе:
- Для создания домашнего режущего предмета используйте нержавейку.
- При визуальном осмотре поверхность должна иметь насыщенный оранжевый цвет.
- Важно соблюдать определенный цикл, где сырье опускают в горячую воду, затем вынимают на воздух приблизительно на пять минут и снова погружают обратно в жидкость.
- Простые стали имеют темно-вишневый окрас, а среднелегированные материалы приобретают красный оттенок.
Мы предупреждаем, что железо портится, если форсировать скорость нагрева. Тогда вы получите окраску, близкую по цвету к черному или фиолетовому. Она не поддается никакой очистке. Придется выкинуть металл, так как вы не сможете сделать необходимое для вас изделие. Оптимальным считается сталь, которая приобрела кирпичный цвет.
Оснастка
Для поднятия температуры образца подойдут любые приспособления для сжигания углеводородов (газовая горелка, паяльная лампа, резак). В крайнем случае используется костер, где для поддержания каления применяется уголь. Дерево не отдает достаточной энергии тепла. Заметим, что перечисленные способы хороши для обработки детали небольших размеров.
Если вы собираетесь производить закалку на постоянной основе, то придется выстраивать на земле муфельную печь.
Нужно подумать и об охлаждении. Для работы подойдет обыкновенная вода. При выборе емкости необходимо учитывать параметры изделия, чтобы оно погрузилось до подходящей вам метки. Для расходников или изготовления мелких элементов также нужна тара. А вот при производстве, например, топора или лома потребуется большеразмерная ванна.
Охладитель подбирается с учетом уровня остывания:
- Если требуется обработать определенный участок, то достаточно облить заготовку. Одинарная методика пригодна для изготовления небольших изделий.
- Поэтапный процесс включает в себя два приема. Изначально используется Н2О, а далее кипящий углеродистый состав (масло). Это довольно опасная операция, при которой необходимо добиться качества без воспламенения нефтепродукта.
Изготавливаем простой горн
Конечно, можно купить оборудование, но цена на него довольно высокая. Поэтому любители предпочитают самостоятельно выложить печь.
Для постройки нужен особый кирпич, в состав которого входит шамотная глина, способная выдержать температуру нагрева до 2500 градусов. Отличительной чертой материала является выдавленный на лицевой части полукруг размером диаметра 5,5 см.
Начинаем строительство:
- Для того чтобы ваш будущий очаг не развалился, можно использовать в качестве крепежа специальный раствор. Но лучше сварить конструкцию из уголка в виде рамки. Поставьте в центр цилиндр (желательно, чтобы он был выполнен из чугуна).
- Чтобы конус твердо стоял, его устанавливают на приваренные опорные ребра и делают отметки чертилкой.
- Сделайте отрезы по линиям при помощи УШМ.
- Приварите ребра и чугунный цилиндр по местам точечным методом. Убедитесь в правильном расположении всех элементов и произведите окончательную сварку.
- Переверните каркас в рабочее положение и положите кирпичи, как показано на картинке.
- На образовавшуюся выемку установите колосники для подачи воздушных масс снизу в зону горения. Если необходимо накаливание более чем на 1300 ⁰С, то придется установить вентилятор для принудительной подачи кислорода.
- К конусу привариваем заглушку для сброса продуктов горения и сам вентилятор.
- Собираем полностью всю конструкцию и монтируем на опорах, подходящих под рост мастера. Производим покраску.
- На вертикальной трубе обязательно должна быть заслонка, которую используют для очистки колосников.
Как проверить отпуск
Такой нагрев не требует специального оборудования. Умельцам достаточно держать температуру от 200 до 250 ⁰С при помощи духовки обычной газовой или электрической плиты. Для этого достаточным будет время 10–20 минут, после чего заготовку вытаскивают наружу и дают ей остыть. После низкого отпуска наблюдается увеличение твердости и плотности металла.
Какие могут возникнуть дефекты
При неправильной обработке появляются следующие проблемы:
- Трещины – неисправимый брак.
- Коробление можно поправить методом рихтовки и правки.
- Окалины образуются при окислении и обезуглероживании. Исправить недостатки практически невозможно. Для предотвращения негативной ситуации необходимо пользоваться герметичным оборудованием.
- Пережог. Сталь не исправляется, так как из-за проникновения кислорода внутрь изделий появляются окислы по границам зерен.
- Недостаточная твердость может возникнуть при низкой температуре, малой выдержке или маленькой скорости охлаждения.
Мы предоставляем вам видео, посмотрев которое вы поймете, как правильно закаливать обычный металл в масле или воде:
Но во избежание отрицательного результата мы рекомендуем вам обратиться к профессионалам в этой области. Например, специалисты компании «Роста» ответят на все ваши вопросы и окажут помощь в решении проблемы.

Семантика

LEAVE A COMMENT Отменить ответ