Закалка металла в домашних условиях

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.