Как правильно закалить металл в домашних условиях

Как закалить металл в домашних условиях? Закалка — это вид термической обработки железоуглеродистых сплавов. Эти сплавы формально называют сталью. Как правило, процесс термической обработки стали осуществляется путем нагревания, быстрого охлаждения и повторного нагрева выбранного материала.

Когда сталь быстро охлаждается, атомы «замораживаются» в нестабильном положении. Сталь очень твердая, но очень хрупкая. При отпуске стали атомам разрешается перестраиваться в более устойчивое положение. Твердость стали приносится в жертву пластичности (способность материалов к растяжению или деформации). Конечным результатом является материал с повышенной прочностью и ударной вязкостью.

Эти свойства позволяют материалу изгибаться перед разрушением и не ломаться, что может быть полезным во многих структурных применениях. Выполненные этапы представляют собой общую схему, демонстрирующую, как некоторые механические свойства стали повышаются при отпуске. Различные составы и другие сплавы стали могут требовать различного времени нагрева и температуры, а также разных закалочных сред в зависимости от использования материала. В нашем общем случае потребуется 10-15 минут.

Безопасность:

Если ваши шаги отличаются от того, что приведено в общей процедуре, то, возможно, потребуется предпринять дополнительные меры для обеспечения надлежащей безопасности. Огонь будет исходить от паяльной лампы, поэтому будьте предельно осторожны при нагревании стали. Наконец, рекомендуется всегда надевать защитные перчатки, особенно для более сложных процедур.

Вещи, которые вам понадобятся:

  • Паяльная лампа
  • Два стальных стержня марки 2019 по 15 см
  • Огнетушитель
  • Защитные очки и перчатки
  • Холодная водопроводная вода в большом ведре

Шаг 1: Согните стержни

Убедитесь, что окружающая среда безопасна. Возьмите два стальных стержня и согните их в форме буквы «U». Будьте осторожны, чтобы не перегнуть их слишком сильно и не сломать сталь.

Шаг 2: Зажгите паяльную лампу

Включите газ и зажгите горелку. Обязательно направляйте горелку в сторону от своего тела, как показано на фотографии. Убедитесь, что пока лампа горит, никто не находится ближе чем 1 метр от неё. На случай чрезвычайной ситуации поблизости должен находиться огнетушитель.

Шаг 3: Нагрев

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.

Шаг 4: Гашение

Когда стержень станет темно-оранжевого цвета, выньте его из пламени и быстро окуните в воду в ведре, как показано на фотографии (это называется гашением). Тушение резко уменьшает движение атомов и может быть расценено как «замораживание» атомов на месте. В этот момент атомы находятся в нестабильном положении.

Шаг 5: Повторите

Повторите шаги 3 и 4 со вторым стержнем.

Шаг 6:

Возьмите второй стальной стержень и закалите его, нагревая факелом в течение примерно 10 секунд. Не трогайте первый! Снова погасите его в воде. Это позволит атомам «расслабиться» и расположиться в более устойчивом положении.

Шаг 7: Выпрямление стержней

Попытайтесь правильно выпрямить оба стержня, чтобы понять разницу в их механических свойствах. Первый стержень (который не был отпущен), будет очень хрупким и сломается, поскольку атомы не находятся в устойчивом положении. Второй (стержень, который был разогрет или отпущен), согнется, но форма «U» останется. Поскольку этот стержень был отпущен, и атомам было позволено «расслабиться» в устойчивом положении, материал становится прочнее и жестче.

Закаливать металл научились давно — такая процедура существенно укрепляет изделия из него. Сейчас в основном применяется промышленная с помощью термических печей, но даже бытовая закалка стали в домашних условиях способна лишить металлический предмет нежелательной мягкости и тягучести.

Имеется и обратная сторона — излишнее закаливание наделяет металл чрезмерной хрупкостью, но её так же можно устранить собственными силами, подвергнув изделие отпуску.

Закалка нужной степени не даст металлу легко гнуться, и в то же время не позволит ему крошиться. Как правильно термически обработать стальное изделие, чтобы этого добиться самостоятельно — тема нашего обзора способов закалки.

Что происходит с металлом при закалке

Закалка по сути — это раскаливание докрасна либо добела, в зависимости от материала, уже готового изделия, или же его частей, с последующим быстрым охлаждением — одиночным или же поэтапным, с целью повысить степень его прочности.

Ответ на вопрос — почему закаливание усиливает прочность материалов, был точно дан лишь после изучения кристаллического строения их решётки. До этого мастера без достоверного понимания механизма, что представляет собой закалка металла, опытным путём пришли к выводам о том, что она повышает твёрдость по сравнению с сырым материалом.

  • При раскаливании металлов и сплавов выше критической точки происходит разрушение их первоначальной кристаллической структуры.
  • Металл становится мягким, а кристаллы — подвижными и мелкозернистыми.
  • После погружения в закалочную среду (резкое охлаждение), зёрна сохраняют мелкозернистую структуру, а связь между ними укрепляется.

Закалённый материал приобретает более плотную и поэтому прочную структуру, однако одновременно присоединяется хрупкость. Поэтому часто закаляют лишь наконечники, кромки режущей поверхности и иные рабочие части изделий, оставляя саму сердцевину пластичной, чтобы не терялась износостойкость и выдерживались нагрузки.

Как проверить металл на твёрдость

Для того, чтобы решить, нуждается ли конкретный материал в термической обработке, нужно выяснить степень его твёрдости. И только потом подбирать подходящий способ, как закалить металл в домашних условиях, чтобы получить желаемый баланс твёрдость/пластичность.

В сущности твёрдость металла — это степень его сопротивляемости на воздействие более прочного предмета.

Существуют лабораторные и промышленные методы, эталонные таблицы, но самой популярной и простой остаётся методика Роквелла, где с помощью вдавливания наконечника из алмаза либо шарика из высокопрочной стали на приборе проверяется степень углубления и соотносится со шкалой.

Но если точные цифры показателя по шкале твёрдости Роквелла не нужны, то можно на глазок прикинуть её для металла в домашних условиях. Для этого придётся вооружиться надфилем, если нужно проверить плоскую либо округлую поверхность, или же куском стекла, если требуется испытать острую кромку.

  • Мягкий металл (не проходивший закалку сырец) почти без усилий берётся надфилем и не режет стекло, лишь слегка царапая.
  • Относительно твёрдый металл (умеренная закалка) берётся надфилем тяжело, со значительными усилиями, на стекле оставляет чёткую уверенную борозду.
  • Прочный металл (сильная закалка) надфиль уже отказывается брать, зато стекло поддаётся ему без усилий, сопровождая резку характерным хрустом.

Определившись с изначальной степенью твёрдости, можно подбирать способы для самостоятельной закалки стальных и металлических предметов, чтобы достичь желаемой прочности. Применив эти нехитрые тесты по окончании процесса, аналогично можно проверить полученную после закалки твёрдость, убедившись, что результат удовлетворителен.

Какими бывают разновидности бытовой закалки

В зависимости от стоящей задачи и изначальной марки стали, проводят самостоятельную закалку различными методами, заставляя металл становиться настолько прочным, насколько это необходимо. Эти разновидности процесса отличаются режимами охлаждения, наиболее подходящими под конкретный металл. Если применить некорректный режим охлаждения, то результат получится неудовлетворительным, а изделие — испорченным.

  • Закалка в единичной охладительной среде — наиболее излюбленный из-за простоты метод, однако его не стоит применять для металла с высоким (от 0,8%) содержанием углерода. Иначе, по причине появления внутренних напряжений в структуре, возникнут чрезмерная хрупкость и трещины, а само изделие может деформироваться. Поэтому такая методика годится лишь для низкоуглеродистого металла.
  • Прерывистая, в 2 этапа, закалка с охлаждением в 2 разных средах — воде, а затем в масле либо на воздухе. Именно такая разновидность пригодна для высокоуглеродистого материала или же легированных сталей, потому что не приводит к появлению деформаций и трещин. По причине сложности метода, к нему стоит прибегать, чтобы закалить крупные изделия.
  • Ступенчатая поэтапная закалка, когда после накаливания изделие помещают в горячую солевую ванну на несколько минут, обеспечивает ровное охлаждение по всему сечению, что предотвращает термическое напряжение, ведущее к трещинам и ломкости изделия. Далее металл остывает на воздухе. Такой способ лучше применять для тонких изделий с высоким содержанием углерода в материале.
  • Поверхностная (частичная) закалка наделяет металлические изделия поверхностной прочностью и износостойкостью, при этом сохраняется пластичность сердцевины. Такой метод применим для деталей, на поверхность которых приходится значительная нагрузка.
  • Закалка с последующим отпуском позволяет закалить изделие для придания ему твёрдости лишь на заданную глубину, а более глубокий слой оставить пластичным. Таким методом повышают прочность ударного инструмента.

К сведению! Не страшно, если получилась излишняя хрупкость — её можно устранить с помощью процедуры отпуска.

Какие закалочные среды подойдут под самостоятельную закалку

Выбор среды, где будет осуществляться процесс самостоятельной закалки, — столь же важный этап, как и собственно нагрев, поскольку в разных средах по-разному происходят реакции кристаллизации и полиморфных превращений.

В быту для закалочного охлаждения подходят для применения вода, масло, растворы солей и полимеров, воздух.

  • Вода достаточно быстро способна охладить раскалённый материал, что при повышенном содержании углерода может повлечь некоторые недостатки — деформацию, хрупкость, растрескивание. Поэтому в воде закаляются низкоуглеродистые материалы, либо изделия при частичном закаливании.
  • Минеральное масло намного медленнее, а поэтому равномернее, охлаждает раскалённую сталь, что минимизирует появление неравномерности структуры и её напряжения, и, соответственно, дефектов вследствие закалки. Обычно маслом охлаждается легированная сталь либо материал с высоким процентом углерода.
  • Водные растворы хлорида либо гидроксида натрия, с концентрацией в районе 10%, гораздо равномернее охладят разогретое изделие, чем просто вода. Это позволит добиться одинаковой структурной трансформации по всему сечению металла. Больше подходит для закалочной обработки изделий из низколегированных и высокоуглеродистых сталей.
  • Полимерные растворы (силикат, моющие средства) снижают скорость остывания материала, а поэтому уменьшаются дефекты и деформация изделия.

Для охлаждения вода берётся с температурой от 20º до 80ºС, масло — с температурой от 20º до 200ºС, солевые растворы — с температурой от 20ºС и до максимума.

Способы, как с помощью закалки самому повысить твёрдость металла

Чтобы произвести закалку либо отпуск, металл следует сильно нагреть — минимум до малинового цвета. Для этих целей оптимально подойдёт термопечь, а при её отсутствии — открытое пламя костра, газовой горелки, паяльной лампы, или же ток под высоким напряжением. Готовясь провести закаливание, нужно предварительно учесть многие моменты.

  • Чем выше изначальная твёрдость материала, тем сильнее его требуется накалять.
  • Чем больше у материала углерода в составе, тем медленнее должно производиться остывание.
  • Если стоит задача закалить предмет целиком, то ему потребуется равномерный нагрев по всей поверхности.
  • Не нужно перегревать изделие, лучше избегать появления синих или чёрных вкраплений на раскалённой поверхности.
  • Заранее готовятся щипцы и тара с охладителем (охладителями, если их несколько).

Полную, тотальную закалку лучше производить на пламени костра из углей — они долго держат высокий жар, а кострище позволит целиком поместить туда габаритную деталь и равномерно её разогреть.

Частичное закаливание, например режущей кромки, можно произвести с помощью паяльной лампы, ею же легко закаляются мелкие детали — болты, свёрла, гвозди.

Как только материал разогреется до необходимой точки, его тут же вынимают и перекладывают в охладитель (ванну, тару, сосуд).

С помощью подачи высокого тока на пластину с углеродом можно значительно повысить прочность наконечника металлического изделия, когда оно сделано из металла без углерода или с его низким процентом.

Важно! При работе с маслами будьте осторожны — они могут легко воспламеняться!

Процедуру закалки, если материал так и не приобрёл нужной прочности, можно повторять — но для этого всякий раз его придётся больше нагревать. Если же деталь получилась излишне хрупкой, то применяют отпуск.

Как самому убрать излишнюю твёрдость металла с помощью отпуска

Посредством отпуска уходит чрезмерная твёрдость и ломкость материала, приобретенная при закалке. Отпуск по сути — это тот же нагрев до критической точки и медленное охлаждение на воздухе, когда структурная решетка вновь изменяется.

  • Отпуск при низких температурах требует несильного нагрева до 250ºС. Он убирает структурное напряжение и сохраняет высокую прочность. Подходит для режущего и колющего инструментария из углеродистого материала, а также для низколегированной стали.
  • Отпуск при средних температурах уже требует интенсивного накала в интервале от 350ºС до 500ºС. Он позволяет добиться таких превращений атомов, когда структура становится однородно мелкозернистой, а посему — упругой и износостойкой. Такому отпуску подвергают детали под динамичной нагрузкой — рессоры, спирали.
  • Отпуск при высоких температурах требует сильного накала в интервале от 500ºС до 700ºС. Тогда происходит структурный сдвиг, возвращающий излишне закалённой детали вязкость и пластичность с сохранением высочайшей прочности. Такого отпуска требуют детали для ударных нагрузок.

Резюмируя, следует уточнить картину процесса при отпуске. В первом случае в металле будет наблюдаться слабый распад, во втором — распад произойдет, а перестройка структуры не начнётся, в третьем — произойдёт перестройка структуры либо кристаллического строения зёрен.

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 2019 °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 2019 °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.

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 2019 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.

Процесс закалки стали позволяет повысить твердость изделия примерно в 3-4 раза. Многие производители проводят подобный процесс на момент производства продукции, однако в некоторых случаях ее следует повторить, так как твердость стали или другого сплава имеет малый уровень. Именно поэтому многие задаются вопросом, как закалить металл в домашних условиях?

Закалка металла в домашних условиях

Методика

Для того чтобы провести работу по закалке стали нужно учитывать то, как выполняется подобный процесс правильно. Закалка – процесс повышения твердости поверхности железа или сплава, который предусматривает нагрев образца до высокой температуры и его последующее охлаждение. Несмотря на то, что с первого взгляда рассматриваемый процесс прост, различные группы металлов отличаются своеобразной структурой и характеристиками.

Термическая обработка в домашних условиях оправдана в нижеприведенных случаях:

  1. При необходимости упрочнить материал, к примеру, в месте режущей кромки. Примером можно назвать закалку зубил и стамески.
  2. При необходимости повышения пластичности предмета. Это зачастую необходимо в случае горячей ковки.

Профессиональная закалка стали – дорогостоящий процесс. Стоимость 1 кг повышения твердости поверхности стоит примерно 200 рублей. Организовать закалку стали в домашних условиях можно только с учетом всех особенностей повышения твердости поверхности.

Особенности процесса

Провести закалку стали можно с учетом нижепривеженных моментов:

  1. Нагрев должен проходить равномерно. Только в этом случае структура материала однородна.
  2. Нагрев стали должен проходить без образования черных или синих пятен, что свидетельствует о сильном перегреве поверхности.
  3. Образец нельзя нагревать до крайнего состояния, так как изменения структуры будут необратимыми.
  4. На правильность проведения нагрева стали указывает ярко-красный цвет металла.
  5. Охлаждение также должно быть проведено равномерно, для чего используется водяная ванна.

Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве

Эти моменты рекомендуется учитывать при рассмотрении того, как провести закалку в домашних условиях.

Режимы закалки и отпуска сталей

Оборудование и особенности проводимого процесса

Для нагрева поверхности зачастую используется специальное оборудование. Это связано с тем, что провести нагрев стали до точки плавления достаточно сложно. В домашних условиях зачастую используется нижеприведенное оборудование:

  1. электропечь;
  2. паяльная лампа;
  3. термопечь;
  4. большой костер, который обложен вокруг для перенаправления жара.

Передвижной горн для нагрева деталей

При выборе источника жара следует учитывать тот момент, что деталь должна полностью помещаться в печи или костре, на котором проводится разогрев. Правильно будет подбирать оборудование также по типу металла, который будет подвержен обработки. Чем выше прочность структуры, тем больше разогревают сплав для придания пластичности.

В случае, когда нужно провести закалку лишь части детали, используется струйная закалка. Она предусматривает попадание струи холодной волы только на определенную часть детали.

Для охлаждения стали часто используется ванна с водой или бочка, а также ведро. Важно учитывать тот момент, что в некоторых случаях проводится поэтапное охлаждение, в других быстрое и резкое.

Повышение твердости на открытом огне

В быту зачастую закалку проводят на открытом огне. Этот метод подходит исключительно для разового проведения процесса повышения твердости поверхности.

Всю работу можно разделить на несколько этапов:

  1. для начала следует провести разведение костра;
  2. на момент разведения костра подготавливаются две большие тары, которые будут соответствовать размеру детали;
  3. для того чтобы костер давал больше жара нужно обеспечить большое количество углей. они дают много жара на протяжении длительного времени;
  4. в одной емкости должна содержаться вода, в другой – моторное масло;
  5. следует использовать специальные инструменты, при помощи которых будет удерживаться обрабатываемая раскаленная деталь. на видео часто можно встретить кузнечные клещи, которые наиболее эффективны;
  6. после подготовки необходимых инструментов следует положить предмет в самый центр пламени. при этом можно деталь зарыть в самую глубь углей, что обеспечит нагрев металла до плавкого состояния;
  7. угольки, которые имеют ярко белый цвет – раскалены больше других. за процессом плавки металла нужно следить пристально. пламя должно быть малиновым, но не белым. если огонь белый, то есть вероятность перегрева металла. в этом случае эксплуатационные качества значительно ухудшаются, а срок службы уменьшается;
  8. правильный цвет, равномерный по всей поверхности, определяет равномерность нагрева металла;
  9. если происходит потемнение до синего цвета, то это говорит о сильном размягчении металла, то есть он становится излишне пластичным. этого нельзя допускать, так как значительно нарушается структура;
  10. при полном разогреве металла его следует убрать с очага высокой температуры;
  11. после этого следует раскаленный металл поместить в тару с маслом с частотой 3 секунды;
  12. завершающим этапом можно назвать погружение детали в воду. При этом периодически проводится взбалтывание воды. Это связано с тем, что вода быстро нагревается вокруг изделия.

При выполнении работы следует уделять внимание осторожности, так как раскаленное масло может нанести вред коже. На видео можно обратить внимание на то, какого цвета должна быть поверхность при достижении нужной степени пластичности. Но для закалки цветных металлов зачастую нужно оказывать воздействие температуры в промежутке ль 700 до 900 градусов Цельсия. На открытом огне провести нагрев цветных сплавов практически не возможно, так как достигнуть подобной температуры без специального оборудования нельзя. Примером можно назвать использование электропечи, которая способна нагревать поверхность до 800 градусов Цельсия.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.