Як відпустити метал у домашніх умовах. Термічна обробка металу (загартування та відпустка)

Загартування металу є термообробку, при якій заготовки зі сталі розігрівають до температури, що перевищує критичну, витримують при ньому певний час, різко остуджують у воді або олії.

Головне призначення гарту сталі – отримати твердий, міцний, зносостійкий метал. Якість гарту залежить від температури та швидкості розігріву/охолодження, часу витримки.

Температуру розігріву під загартовування для більшості металів встановлюють за розташуванням критичних точок. Загартування металів типу нержавіючої сталі здійснюють при більш високому температурному рівні, ніж загартовування звичайної сталі. Наприклад, нержавіюча сталь 4Х13 загартовується при 1100 градусах. Сталь Р18 загартовується за 1250 градусів. Це необхідно, щоб забезпечити повне розчинення зайвих карбідних елементів.

Швидкість розігріву залежить від форми заготовок, їх прожарюваності, виду печей, що нагрівають, і середовища нагрівання. Наприклад, кульова деталь розігрівається втричі, а циліндрова – вдвічі повільніше, ніж пластина. Чим вище швидкість розігріву, тим продуктивніше піч, що нагріває.

Якщо заготовки розташовані поруч один з одним щільним чином, то на їхнє нагрівання доведеться витратити багато часу. Для визначення часу розігріву виробів експерти зазвичай застосовують технологічні карти. Вони включено список всіх процедур обробки заготовок, зазначена вся необхідна інформація (температурний рівень, тривалість прогріву, метод охолодження, використовувані устройства).

Середній час розігріву заготовок такий (зазначений час для нагрівання одного міліметра):

• електропіч (800 градусів) – 50 секунд;
• полум'яна піч (1300 градусів) – 18 секунд;
• соляна ванна (1300 градусів) – 9 секунд.

При термообробці необхідно як розігрівати залізо до потрібного температурного рівня, а й витримувати при ньому до закінчення структурних змін. Отже, повний час знаходження виробів у нагрівальному середовищі складається з тривалості розігріву та витримки.

Середовище охолодження

Для того, щоб охолоджувати вироби зі сталі, зазвичай використовують різні середовища загартовування: воду, соляні розчини, плавлену сіль, мінеральні олії і так далі. Середовища загартування значно різняться за фізичними характеристиками.

Найкращим середовищем для загартовування металу є та, в якій охолодження проходить швидко за 500-650 градусів і повільно – за 200-300 градусів. Універсального середовища на даний момент немає.

Типи загартовування

Різні види загартування відрізняються методом охолодження. Чим складніша форма у заготівлі, тим відповідальніше потрібно поставитися до підбору охолоджуючого середовища. Вироби повинні ставати жорсткими, не мати тріщин.

Повне загартування поділяється на такі різновиди:

1. В одному охолоджувачі.Найлегший і найпопулярніший метод. Заготівлю, розігріту до температури загартовування, опускають в охолоджувальне середовище. Вона знаходиться там, поки повністю не охолоне. Даний метод застосовують при загартуванні простих виробів, які виготовлені з вуглецевої/легованої сталі. Заготовки з вуглецевої сталі остуджуються у воді (крім виробів радіусом менше 2 міліметрів), з легованої – масляної рідини. Цей метод можна використовувати при здійсненні механізованого загартування металів.

2. У 2 середовищах (переривчаста).Метод, при якому виріб остуджують у воді, а потім опускають в інше охолоджувальне середовище для загартування (масляна рідина). Спосіб використовується при обробці інструменту, виготовленого з металу з великим вмістом вуглецю.
Мінус такого методу полягає в тому, що непросто визначити тривалість знаходження виробу у воді. Якщо перетримати деталь у воді, вона покоробиться, на ній з'являться тріщини. Фахівець, який використовує подібні способи загартування, має бути досвідченим та висококваліфікованим.

3. Струменева. Заготівлі, для яких досягнуто температури гарту, остуджуються водним струменем. Подібний використовується при обробці внутрішніх ділянок, штампів висадки, матриць, іншого штампувального інструменту, у якого робоча частина повинна мати мартенситну структуру.

Якщо використовувати такі способи гартування, парова сорочка не формується. Деталі прожарюються глибше, ніж при звичайному загартовуванні у воді. Швидкість охолодження залежить від температурного рівня, водного напору, радіусу та числа отворів у бризкалі, кута, який утворює струмінь із заготівлею.

4. З самовідпусткою.Метод полягає в тому, що вироби тримають в охолоджувачі не до повного остигання. У певний момент охолодження зупиняють, щоб забезпечити збереження всередині заготівлі тепла, необхідного для самовідпустки. Даний моментвизначається дослідним шляхом. Якість термообробки прямо в залежності від кваліфікації робітника.

Загартування та відпустка контролюються за кольорами втечі, які виникають на світлій частині заготівлі. Виникнення кольорів втечі при 200-300 градусах обумовлено появою на виробі оксидної плівки невеликої товщини.

Такі способи загартування використовують для обробки ударного інструментарію (зубила, борідки, керни). У цих пристроїв твердість повинна знижуватися рівномірним і поступовим чином.

5. Ступінчаста. Розігріті заготовки остуджують в середовищі, що повільно охолоджується (плавлена ​​сіль, гаряча масляна рідина). Під час невеликої витримки відбувається вирівнювання температурного рівня. Після цього виконується фінальне охолодження.

Ступінчасте повне загартування дозволяє зменшити напруги всередині деталі. Її часто використовують у промисловості, особливо під час виробництва інструмента. Вона дає можливість здійснювати виправлення та рихтування розпечених виробів.

6. Ізотермічна.Таке повне загартування полягає в тому, що виріб нагрівається до потрібного температурного рівня і охолоджується в ізотермічному середовищі до 230-340 градусів. Витримки заготовок у середовищі загартовування має бути достатньо, щоб аустеніт повністю перетворився на троостит. Після перетворення загартований виріб остуджується на повітрі.

Такий вид загартовування застосовують тоді, коли мета гарту - зробити виріб максимально міцним, пластичним і в'язким.

Дефекти, що виникають при загартовуванні

Коли здійснюється загартування та відпуск виробу, всередині його виникають напруження. Утворюються тріщини, деталь деформується, коробиться, обезуглерожується, окислюється, з'являються м'які плями.

• Тріщинки. Цей шлюб не можна виправити, він утворюється під час термообробки. У високих виробах, наприклад, в матрицях і штампах для кування, тріщини можуть виникати навіть при загартовуванні в масляній рідині. Зважаючи на це, подібні вироби потрібно остуджувати до ста п'ятдесяти градусів з різкою відпусткою.
  Тріщини виникають при помилках розігріву, а також тоді, коли швидкість охолодження при загартуванні занадто висока. Зазвичай вони виникають у куточках заготовок, виглядають дугоподібно чи звивисто.
• Деформування, короблення. Виникають через те, що перетворення структури, обсягу проходять нерівномірно, всередині деталі з'являються напруги при остиганні. Зважаючи на це при опусканні виробу в середу загартування потрібно брати до уваги його форму, величину. Наприклад, заготовки, які мають товсті/тонкі елементи, опускають у середовище загартовування спочатку частиною, яка товща.

У великосерійному виробництві кожному за вироби виробляються спеціальні пристосування. Ціна їхньої розробки окупається. Такі вироби, як колеса із зубцями, диски, плити проходять загартовування в пресувальних/штампувальних пристроях. Це дозволяє уникнути короблення.

• Обезуглерожування. Цей процес, за визначенням, полягає в тому, що з металу йде більша частина вуглецю. Деталь може обезуглеродитись при нагріванні в електропечах, рідинах (соляних ваннах). Це значний дефект, що сильно знижує міцність виробу. Виявити його важко. Зазвичай при цьому застосовується мікрошліф.
• М'які плями. Є області заготівлі, що мають знижену твердість. Дефект може бути обумовлений наявністю окалини, бруду, обезуглерожуванням, паровою сорочкою. Від нього позбавляються струйчастим гартуванням в солоній воді.
• Недостатня жорсткість. Зазвичай дефект проявляється при обробці інструменту, може бути обумовлений повільним охолодженням в середовищі, що гартує, малою температурою. Для його виправлення виріб відпускають за температури шістсот градусів, після чого нормально гартують.
• Перегрівання. Структура перегрітої деталі крупнозернистої, зламана. Через це механічні характеристики металу невисокі. Для того, щоб подрібнити зерна та підготувати заготівлю до нового загартовування, метал відпалюють.
• Недогрівання. При даному дефекті структура металу містить у собі мартенситні та феритні зерна. Вони мають малу твердість. Дефект усувається відпалом металу з повторним гартуванням.

Що таке гартування? Це властивість металу, що характеризує його здатність до загартування. Для кожного виду металу потрібно підбирати оптимальний загартований метод. При його виборі необхідно враховувати також тип виробу. У жодному разі не можна допускати перевищення критичної швидкості загартування. Це може призвести до виникнення різноманітних дефектів, які доведеться усувати. Також потрібно охолоджувати деталь достатньо часу.

Якщо ви цікавитеся покупкою металевого сейфа, то в компанії ТОВ «НВО Промет» ви зможете знайти сейфи, металеві та виробничі меблі, автоматичні системи зберігання та електронні замки будь-якого класу зламостійкості. Щоб ознайомитися з усім асортиментом достатньо. Гармонійне поєднання багаторічного досвіду та інноваційних технологій дозволяють створювати надійну та безпечну продукцію.

Збільшує жорсткість виробу в 3-4 рази.

Необхідність цієї процедури виникає тоді, коли необхідно, щоб металевий предмет без зусиль розрізав скло.

Трапляється, що потреба загартувати інструмент із металу виникає через те, що він або не загартований до потрібного ступеня, або, навпаки, у його загартуванні перестаралися.

У першому випадку металеві предмети, наприклад свердла, заминаються, у другому – буквально кришиться.

Перевірити ще в магазині, як добре загартований інструмент із металу, навряд чи вийде.

Хоча можливість такої перевірки існує. Потрібно взяти напильник і провести їм по краю ріжучого предмета – ножа чи сокири.

Те, що напильник чіпляється і липне до металу, означає, що виріб мало гартували.

При цьому його край буде надто м'яким та податливим.

Якщо напилок відходить від предмета з легкістю і ніби гладить його, а рука під час натискання не відчуває жодних нерівних місць, то на особу перекал виробу.

Якщо у ваших руках все-таки виявилося обладнання з металу, яке потребує додаткового загартування, то нічого страшного.

Гартувати ніж можна і своїми руками, навіть не вдаючись до складних технологій, тобто в домашніх умовах.

Єдине, що треба пам'ятати: заборонено гартувати маловуглецеві сталі.

А ось збільшити міцність вуглецевих та інструментальних сталей цілком можливо.

Простіше кажучи, технологія загартовування є дві дії – нагрівання зразка до високої температури та його охолодження.

Тільки не варто припускати, що все елементарно, адже групи металів відрізняються своєрідною структурою та характеристиками.

Термічна обробка металу своїми руками виправдана, якщо:

• існує гостра потреба зміцнити матеріал, наприклад, «підсилити» ріжучі краї кухонного начиння чи інструментів, на кшталт стамески чи зубила;

• потрібно підвищити пластичність предмета, що робить простіше роботу з металом, наприклад, процес гарячого кування.

Ціна професійного гарту 1 кг складає 100-200 рублів. А загартування дрібних деталей обійдеться дешевше. Ціна на цю послугу коливається від 6 до 20 рублів.

Якщо гартувати обладнання в домашніх умовах, важливо знати деякі тонкощі цього процесу.

Нагрів вимагає рівномірності, він повинен проходити без появи на предметі чорних чи синіх плям. У жодному разі не можна нагрівати зразок до крайнього показника.

Те, що виріб розігрівається правильно, підкаже фарбування його у яскравий червоний колір.

Для гартування металевого предмета типу свердла підходить таке обладнання, як електропіч або термопіч, а також паяльна лампа та велике багаття.

Що більше підходить - піч, електропіч або відкритий вогоньзалежить від того, якої температури вимагає оброблюваний вид металу.

Коли потрібно загартувати не всю поверхню металевого предмета, а лише певне місце, застосовується струменеве загартування. Вона припускає, що струмінь холодної водипрямує на об'єкт точково.

Методика охолодження свердла, викрутки, зубила чи обтискання може бути різною. Її можна здійснити у кілька щаблів, можна разово і різко чи поступово. Все залежить від виду металу.

Якщо планується проводити операцію з одним охолоджувачем, то готується спеціальне обладнання на зразок відра або бочки. Для цього підійде навіть ванна.

Цей спосіб охолодження ідеальний для виробів, виготовлених із сталі вуглецевої або легованої.

Коли зниження температури предмета з металу потрібна двоступінчаста схема охолодження, застосовують два різні середовища. Ця процедура забезпечує відпуск металу.

Так, спочатку свердла або дискові деталі охолоджують водою, потім маслом, яке може бути машинним або мінеральним.

Охолодження за допомогою олії здійснюється у другу чергу, тому що є ризик її займання через високу температуру.

Температурні режими та інші показники гарту відображає наведена нижче таблиця.

Загартування стали на відкритому вогні

Загартувати метал можна і в домашніх умовах. Для легкого та корисного процесу загартовування треба розвести багаття та приготувати дві великі тари. У вогні має бути багато розпеченого вугілля.

В одну ємність наливається дизельне або моторне масло, в іншу – чиста водакраще з колодязя. Слід заздалегідь підготувати інструмент, яким треба буде тримати розпечений до межі виріб.

Бажано знайти ковальські кліщі, але якщо їх немає серед інструментів, можна озброїтися чимось іншим, схожим на кліщі.

Коли попередні роботи зроблені, металеві свердла або інші предмети кладуть у центр полум'я, тобто на гаряче вугілля.

Вугілля насиченого білого кольору розпеченіше інших. За процесом загартування важливо дивитися – полум'я має бути малиновим, а не білим. Якщо вогонь буде пофарбований в останній колір, то є загроза перегріву і навіть згоряння металу.

Необхідно, щоб колір розподілявся по всій площі багаття рівномірним чином. На кромці виробу, що піддається гартуванню, не повинні з'являтися чорні плями.

А якщо метал місцями синіє, то це свідчить про те, що матеріал занадто розм'якшився і став надмірно пластичний. Цього за жодних обставин допускати не можна.

Тому процес вимагає підвищеної уважності, адже можна перестаратися та розжарити лезо сокири до білого.

Коли металеве обладнання прожариться у вогні, його час прибирати з осередку високої температури.

Розпечений предмет потрібно опускати в тару з маслом багато разів із частотою 3 секунди, покроково збільшуючи цей проміжок часу.

Зволікати з цими діями не можна, потрібно зробити операції із загартування металевої кромки швидко і різко.

При роботі своїми руками елемент варто занурювати в тару з рідиною до того моменту, як колір втратить свою насиченість і яскравість.

На цьому етапі не забувайте про обережність, тому масляні крапельки на ножі або сокирі можуть спалахнути, опинившись у воді.

Як правильно і неправильно занурювати різні деталі, у тому числі свердла та дискові фрези воду, відображає таблицю:

Дуже часто виникає необхідність загартувати свердла. Тонкі довгі елементи не рекомендується опускати у воду плашмя, інакше нижній шар металу, що охолоджується першим, стиснеться.

Свердла слід опускати в рідину товстішим кінцем.

Якщо дотримуватися всіх правил і обережності, то загартування своїми руками не видасться складною та небезпечною процедурою. Вона принесе належний гарантований ефект.

Але часом у домашніх умовах доводиться гартувати сталеве обладнання або розплавляти кольоровий метал. Для таких операцій необхідна дуже висока температура, 700-900 градусів.

А розігріти металеві предмети до такого показника здатна лише муфельна піч чи електропіч. Муфельну піч можна зробити самому. Електропіч у домашніх умовах зробити навряд чи вийде.

Як зробити камеру для загартовування металу?

Саморобна муфельна піч сьогодні просто необхідна домашньому господарстві. Вона дозволяє без зайвих дій піддати виріб термообробці.

Щоб виготовити піч своїми руками, знадобиться вогнетривка глина, яку використовують для покриття казанів. З цього матеріалу створюють камеру товщиною трохи більше 1 див.

А її розміри повинні вписуватися в наступні параметри довжини, висоти та ширини – 210*105*75 мм.

Виліплюючи муфельну піч своїми руками, треба мати заздалегідь зроблену з картону форму. Її краще просочити парафіном, щоби вона не прилипала.

Глина намазується на форму з вивороту, тому що так вона не дасть під час сушіння сильної усадки. Коли глина затвердіє, самостійно відійде від граней форми.

Ця ж вогнетривка глина стане матеріалом для виготовлення дверцят печі. Потім саморобна муфельна піч у вигляді двох деталей повинна просохнути на відкритому повітрі.

Потім її до кінця просушують у печі при стоградусній температурі.

Потім дверцята і камеру обпалюють, поступово збільшуючи температуру до 900 градусів. Потім ці деталі повинні поступово остигнути в печі.

Потім дверцята приєднують до печі, обережно діючи напилком і шліфуючи поверхню шкіркою.

На камеру потрібно намотати 18 метрів ніхромового дроту. Її товщина має бути 0,75 мм. Перший та останній витки скручують.

Щоб уникнути ризику замикання, відстані між витками дроту намазують глиною. На підсохлий шар глини намазується ще один шар завтовшки близько 12 см.

Виготовлена ​​своїми руками саморобна муфельна піч поміщається у каркас із металу розміром 270*200*180 мм.

Щоб корпус збирався легко, його доцільніше зробити з двома кришками, що знімаються, які фіксуються гвинтами.

До кришки попереду на петлю прикріплюють дверцята, вони повинні відкриватися по горизонталі. На ці двері за допомогою болтів і прокладок необхідно встановити деталь з кераміки.

Зазори, що залишилися, знову заліплюють глиною, а краї дроту прибирають на задню кришку каркаса.

Потім готується роз'єм та стандартний шнур з вилкою. Усі отвори між елементами для нагрівання та каркасом потрібно заповнити крихтою азбесту.

Щоб встановити термопару та мати можливість стежити за процесом нагрівання, в камері бажано зробити дві дірочки.

Першу – діаметром 1 см, другу – 2 см. До цих отворів потрібно прикріпити металеві шторки, що закриваються.

Саморобна конструкція печі важить 10 кг і може протягом години розжарюватись до 950 градусів.

Її наявність полегшує процес загартування свердлу, напилка, матриці та багатьох інших виробів із металу. Як саморобна грубка загартовує металеве обладнання, показане на відео.

Хоча муфельне обладнання, що гартує метал, не єдиний варіант. Термообробку може виконати камерне та полум'яне обладнання, електропіч, термопіч, а також печі-ванни.

Принаймні зробити прилад для гарту самостійно вигідніше, ніж купувати його. Наприклад, середня ціна муфельної печі – 40 тисяч.

Електропіч використовується для гарту металу при температурі близько 1300 градусів і коштує електропіч набагато дорожче.

Призначення загартування полягає в тому, щоб надати виробу високу твердість та міцність. Однак при загартуванні з підвищенням твердості сталь стає більш крихкою. Для загартування метал нагрівають до високої температури, а потім швидко охолоджують у спеціальному середовищі, що охолоджує. Залежно від режиму загартування одна й та сама сталь набуває різних структур і властивостей. Для отримання найкращих результатів метал рівномірно нагрівають до температури 740-850ºЗ потім швидко охолоджують до 400-450ºС. Швидкість охолодження становить щонайменше 150ºС на секунду, тобто. охолодження має відбутися протягом 2-3 секунд. Подальше охолодження (нижче 300ºС) може протікати при будь-якій швидкості, оскільки отримана при загартуванні структура досить стійка і швидкість подальшого охолодження не впливає на неї. Як охолодне середовище найчастіше вживають воду і трансформаторне масло. Швидкість охолодження у воді вища, ніж у маслі. При температурі води 18ºС швидкість охолодження досягає 600ºС на секунду, а маслі - до 150°С. Для надання виробу більшої твердості загартування металу виробляють у проточній воді. При охолодженні гарячої поковки в стоячій воді між водою і поковкою виникає шар пари, що ізолює нагріте поковку від охолодного середовища. Щоб уникнути цього, користуються проточною водою. Іноді для підвищення здатності, що гартує, у воду додають кухонну сіль (до 10%) або сірчану кислоту (до 10-12%). Нагрів виробу вище критичної точки надає металу крупнозерниста будова, що призводить до небажаних наслідків: жолоблення, деформації та появи тріщин. До того ж наводить і швидке охолодження. При загартуванні інструментів застосовують загартовані печі, які поділяються на камерні або полум'яні, де виріб нагрівається відкритим полум'ям; електричні муфельні; печі-ванни, що є тиглі, наповнені розплавами солей, наприклад хлористим барієм. Нагрівання у ваннах найбільш зручне внаслідок того, що температура ванни завжди постійна і гартується не може нагрітися вище цієї температури. Крім того, нагрівання в рідкому середовищі йде вдвічі швидше, ніж у повітряному, а в розплавленому металі-вчетверо швидше. Наприклад, для гартування дрібних сталевих виробів використовують розплавлений свинець. Дрібні заготовки занурюють у ванни та зверху кладуть деревне вугілля, яке при горінні на поверхні свинцю створює відновне полум'я – свинець не окислюється. Щоб свинець не осідав на сталевих виробах, їх змащують борошняним клейстером із кухонною сіллю.

При нагріванні інструменту в муфелях застосовують такі режими

1. Вироби завантажують у холодну піч і поступово разом із піччю нагрівають. Час нагріву тривала, але температурна напруга, що виникає у виробах, найменша. 2. Вироби завантажують у піч, нагріту до заданої температури, та прогрівають. Час нагріву в цьому випадку менший, але температурна напруга більша, ніж при попередньому режимі. 3. Вироби завантажують у піч, температура якої вище необхідної для загартування, в процесі нагрівання температуру знижують до заданої. Швидкість нагріву висока, але і напруга, що виникає у виробах, дуже велика. 4. Вироби завантажують у піч, а температуру безперервно підтримують вище за необхідну. Вироби нагрівають до заданої температури, але нижче за температуру печі. Це найбільш форсований режим, що напруга досягає максимальних величин. У Останнім часомдля нагрівання під загартування застосовують струми високої частоти. Загартовувану деталь поміщають у спеціальний індуктор, яким пропускають струм високої частоти, і деталь дуже швидко нагрівається до необхідної температури. Після гарту необхідно провести відпустку. Він пом'якшує дії загартування, підвищує в'язкість та зменшує крихкість та твердість виробу. Крім того, відпустка усуває або знижує напругу, викликану загартуванням. Для визначення температури відпустки досі дуже часто користуються кольорами втечі. Якщо очищений від окалини сталевий виріб нагрівати, то, починаючи з температури 220 °С, на ньому утворюється тонка плівка оксидів заліза, що надає виробу різних кольорів - від світло-жовтого до сірого. З підвищенням температури або збільшенням часу перебування виробу за даної температури оксидна плівка потовщується і колір її змінюється.

При відпустці загартованих інструментів застосовують два способи

1. Поверхню загартованого інструменту добре відшліфовують дрібною шкіркою і потім нагрівають. У міру того, як температура нагрівання підвищується, на чистій поверхні інструменту з'являються кольори втечі. Коли з'явиться потрібний колір і, отже, виріб буде нагрітий до певної температури, його швидко охолоджують у воді. За квітами слід стежити уважно, деякі з них, як, наприклад, світло-червоний, змінюються швидко. 2. При загартуванні багатьох інструментів - чеканів, штихелів, різців, молотків та ін, потрібно, щоб загартованою була тільки робоча частина, а сам інструмент залишався незагартованим, сирим. У цьому випадку інструмент нагрівають трохи вище ріжучого (робочого) кінця до необхідної температури, після чого охолоджують у воді тільки робочу частину, а місце вище робочої частини залишається гарячим. Швидко вийнявши інструмент з води, часто зачищають робочу (шкіркою або тертям об землю). Теплота, що залишилася у неохолодженій частині, піднімає температуру охолодженого кінця, і після появи на ньому потрібного кольору втечі інструмент охолоджують остаточно.

При загартуванні металу

При загартуванні інструменту з двома кінцями, наприклад, кирки, молотка та ін., труднощі полягає в тому, що у виробі повинні бути загартовані тільки два робочі кінці, а середина повинна залишатися незагартованою. Загартування роблять за один нагрівання. Виріб рівномірно нагрівають до потрібної температури, і воду опускають в першу чергу кінець, що має меншу масу, тобто. той, який може швидше охолонути. При охолодженні у воді тільки кінця робочої частини потрібно уважно стежити за нагрітим другим кінцем, щоб він не охолону. Швидко вийнявши перший кінець і зачистивши його шкіркою, другий (тільки робочу частину) занурюють у воду. При цьому стежать за квітами втечі першого кінця; як тільки з'являється потрібний колір, знову опускають перший кінець у воду, другий швидко зачищають і стежать за квітами другого кінця. При появі потрібного кольору замочують у воді. Так, періодично змінюючи положення кінців, виріб остуджують. Запас температури повинен залишатися в середній частині інструменту, тому при загартуванні користуються кліщами із вузькими губками. Великі поверхні холодних губок кліщів відбирають теплоту в зоні дотику. Для гартування дрібніших виробів можна використовувати кліщі з масивними губками, виріб в такому випадку нагрівають разом з кліщами. Кліщі застосовують при місцевій відпустці, коли в якійсь ділянці сталевого загартованого виробу потрібно зробити отвір, яке твердість не дозволяє цього. Тоді беруть кліщі потрібного розміру, нагрівають до червоного або світло-червоного гартування і захоплюють метал у зоні майбутнього отвору.

За відпусткою металу можна стежити за квітами втечі

Цей прийом використовується при відпуску тонких сталевих виробів – кіс, пилок тощо. У процесі нагрівання сталевих виробів відбувається їх окислення та знеуглерожування. Утворення на поверхні окалини відбувається за рахунок утворення оксидів заліза і призводить до чаду металу, спотворення геометричної форми виробів, зменшення теплопровідності, що знижує швидкість нагрівання виробу. Крім того, підвищується твердість та утруднюється механічна обробка. Окалину з виробів видаляють або механічним, або хімічним шляхом (травленням). Обезуглероживание полягає у вигорянні вуглецю з поверхні виробу. Обезуглероженный шар має знижену твердість і міцність. Інтенсивність, з якою відбувається окислення та обезуглерожування, залежить від складу пічної атмосфери та температури нагріву. Що вище нагрівання, то швидше йдуть процеси. Щоб уникнути утворення окалини, дрібні вироби (чекани, стамески тощо) поміщають у відрізок труби і разом з нею закладають у горн. Іноді при загартуванні застосовують пасту наступного складу (г): рідке скло-100, вогнетривка глина-75, графіт-25, бура-14, карборунд - 30, вода - 200. Пасту наносять на виріб і дають просохнути, потім виріб нагрівають звичайним способом . Після загартування виріб промивають у гарячому содовому розчині. Для попередження утворення окалини на інструментах із швидкорізальних сталей іноді їх покривають бурою. Для цього інструмент, нагрітий до 850 С, занурюють в насичений розчин або порошок бури. За музейними експонатами та архівними документами в домашніх умовах можна викувати мечі, сплести справжні кольчуги, змайструвати щити та виробити ароматні шкіри. Наприклад, розкопки дозволили нам побачити зброю військового Синаю: малий меч, що має 40 см у довжину, зроблений для фараона в період його дитинства, і більш важкий і довгий - 59 см. В обох мечів клинок, ефес і рукоятка є єдиним шматком металу. Великий меч був розрахований на удар, що дробить, а не ріжучий: зовнішня, вигнута сторона його клинка виражена слабо. Проте великий меч мав наносити страшні рани, т.к. через масивного клинка, що доходить у товщину до 0,7 см, він мав значну вагу.

Якщо знати, як загартувати метал правильно, то навіть у домашніх умовах можна підвищити твердість виробів із нього в два-три рази. Причини, через які виникає необхідність у цьому, можуть бути різними. Така технологічна операція, зокрема, потрібна у тому випадку, якщо металу треба надати твердості, достатньої для того, щоб він міг різати скло.

Найчастіше загартувати треба ріжучий інструмент, причому виконується термічна обробка у тому разі, якщо треба збільшити його твердість, але й тоді, коли цю характеристику потрібно зменшити. Коли твердість інструменту занадто мала, його ріжуча частина замінятиметься в процесі експлуатації, якщо ж вона висока, то метал кришитиметься під впливом механічних навантажень.

Мало хто знає, що існує простий спосіб, що дозволяє перевірити, наскільки добре загартований інструмент зі сталі, не тільки у виробничих або домашніх умовах, але і в магазині, при покупці. Для того, щоб виконати таку перевірку, вам знадобиться звичайний напилок. Їм проводять по ріжучій частині інструмента, що купується. Якщо той загартували погано, то напилок начебто прилипатиме до його робочої частини, а в протилежному випадку – легко відходити від інструмента, що тестується, при цьому рука, в якій знаходиться напилок, не відчуватиме на поверхні виробу ніяких нерівностей.

Якщо так вийшло, що у вашому розпорядженні виявився інструмент, якість гарту якого вас не влаштовує, переживати з цього приводу не варто. Вирішується така проблема досить легко: загартувати метал можна навіть у домашніх умовах, не використовуючи для цього складного обладнання та спеціальних пристроїв. Однак слід знати, що загартуванням не піддаються маловуглецеві сталі. У той же час твердість вуглецевих і досить просто підвищити навіть у домашніх умовах.

Технологічні нюанси загартування

Загартування, яке є одним з типів термічної обробки металів, виконується у два етапи. Спочатку метал нагрівають до високої температури, а потім охолоджують. Різні метали і навіть сталі, що стосуються різних категорій, відрізняються один від одного своєю структурою, тому режими виконання термічної обробки у них не збігаються.

Термічна обробка металу (загартування, відпустка та ін.) може знадобитися для:

• його зміцнення та підвищення твердості;
• покращення його пластичності, що необхідно при обробці методом пластичної деформації.

Загартовують сталь багато спеціалізованих компаній, але вартість цих послуг досить висока і залежить від ваги деталі, яку потрібно піддати термічній обробці. Саме тому доцільно зайнятися цим самостійно, тим більше, що зробити це можна навіть у домашніх умовах.

Якщо ви вирішили загартувати метал самотужки, дуже важливо правильно здійснювати таку процедуру, як нагрівання. Цей процес не повинен супроводжуватись появою на поверхні виробу чорних або синіх плям. Про те, що нагрівання відбувається правильно, свідчить яскраво-червоний колір металу. Добре демонструє даний процес відео, яке допоможе вам отримати уявлення про те, наскільки нагрівати метал, що піддається термічній обробці.

Як джерело тепла для нагрівання до необхідної температури металевого виробу, яке потрібно загартувати, можна використовувати:

• спеціальну піч, що працює на електриці;
• паяльну лампу;
• відкрите багаття, яке можна розвести у дворі свого будинку чи на дачі.

Вибір джерела тепла залежить від того, до якої температури треба нагріти метал, що піддається термічній обробці.

Вибір методу охолодження залежить не тільки від матеріалу, але також від того, яких результатів потрібно досягти. Якщо, наприклад, загартувати треба не весь виріб, а тільки його окрему ділянку, охолодження також здійснюється точково, для чого може використовуватися струмінь холодної води.

Технологічна схема, за якою гартують метал, може передбачати миттєве, поступове або багатоступінчасте охолодження.

Швидке охолодження, для якого використовується охолоджувач одного типу, оптимально підходить для загартовування сталі, що відносяться до категорії вуглецевих або легованих. Для виконання такого охолодження потрібна одна ємність, якою може використовуватися відро, бочка або навіть звичайна ванна (все залежить від габаритів предмета, що обробляється).

У разі, якщо інших категорій або якщо крім гарту потрібно виконати відпустку, застосовується двоступінчаста схема охолодження. При такій схемі нагріте до необхідної температури виріб спочатку охолоджують водою, а потім поміщають у мінеральну або синтетичну олію, в якій відбувається подальше охолодження. У жодному разі не можна використовувати відразу олійне охолоджувальне середовище, оскільки масло може спалахнути.

Щоб правильно підібрати режими гарту різних марок сталей, слід орієнтуватися на спеціальні таблиці.

Як загартувати сталь на відкритому вогні

Як вже говорилося вище, загартувати сталь можна і в домашніх умовах, використовуючи для нагрівання відкрите багаття. Починати такий процес, природно, слід з розведення багаття, в якому має утворитися багато розпеченого вугілля. Вам також знадобиться дві ємності. В одну з них треба налити мінеральну чи синтетичну олію, а в іншу – звичайну холодну воду.

Для того щоб витягувати розпечене залізо з багаття, вам знадобляться ковальські кліщі, які можна замінити будь-яким іншим інструментом такого призначення. Після того як всі підготовчі роботи виконані, а в багатті утворилася достатня кількість розпеченого вугілля, на них можна укласти предмети, які потрібно загартувати.

За кольором вугілля, що утворилося, можна судити про температуру їх нагріву. Так, розпеченішими є вугілля, поверхня яких має яскраво-білий колір. Важливо стежити і за кольором полум'я багаття, яке свідчить про температурному режиміу його внутрішній частині. Найкраще, якщо полум'я багаття буде забарвлене в малиновий, а не білий колір. В останньому випадку, що свідчить про надто високу температуру полум'я, є ризик не лише перегріти, а й навіть спалити метал, який треба загартувати.

За кольором металу, що нагрівається, також необхідно уважно стежити. Зокрема, не можна допустити, щоб на ріжучих кромках інструменту, що обробляється, з'являлися чорні плями. Посинення металу свідчить про те, що він сильно розм'якшився і став надто пластичним. Доводити до такого стану його не можна.

Після того, як виріб прожариться до необхідного ступеня, можна приступати до наступного етапу - охолодження. У першу чергу, його опускають у ємність з маслом, причому роблять це часто (з періодичністю в 3 секунди) і якомога різкіше. Поступово проміжки між цими зануреннями збільшують. Як тільки розпечена сталь втратить яскравість свого кольору, можна приступати до її охолодження у воді.

При охолодженні водою металу, на поверхні якого залишилися крапельки розпеченого масла, слід бути обережним, оскільки вони можуть спалахнути. Після кожного занурення воду необхідно збовтувати, щоб вона постійно залишалася прохолодною. Отримати наочніше уявлення про правила виконання такої операції допоможе навчальне відео.

Є певні тонкощі при охолодженні свердлів. Так, їх не можна опускати в ємність з охолодною рідиною плашмя. Якщо вчинити таким чином, нижня частина свердла або будь-якого іншого металевого предмета, що має витягнуту форму, різко охолоне першою, що призведе до її стиснення. Саме тому занурювати такі вироби в охолодну рідину необхідно з боку ширшого кінця.

Для термічної обробки спеціальних сортів сталі та плавки кольорових металів можливостей відкритого багаття не вистачить, оскільки він не зможе забезпечити нагрівання металу до температури 700-9000. Для таких цілей необхідно використовувати спеціальні печі, які можуть бути електричними або муфельними. Якщо виготовити в домашніх умовах електричну піч досить складно та затратно, то з нагрівальним обладнанням муфельного типу це цілком можливо.

Самостійне виготовлення камери для загартовування металу

Муфельна піч, яку можна зробити самостійно в домашніх умовах, дозволяє загартувати різні марки сталі. Основним компонентом, який буде потрібно для виготовлення цього нагрівального пристрою, є вогнетривка глина. Шар такої глини, якою буде покрита внутрішня частина печі, має становити трохи більше 1 див.

Схема камери для загартування металу: 1 — ніхромовий дріт; 2 - внутрішня частина камери; 3 - зовнішня частина камери; 4 - задня стінка з висновками спіралі

Для того щоб надати майбутній печі необхідну конфігурацію та бажані габарити, найкраще виготовити форму з картону, просоченого парафіном, на яку і буде наноситися вогнетривка глина. Глина, замішана з водою до густої однорідної маси, наноситься на виворітний бік картонної форми, від якої вона сама відстане після повного висихання. Металеві вироби, що нагріваються в такому пристрої, поміщаються в нього через спеціальні дверцята, які також виготовляються з вогнетривкої глини.

Камеру та дверцята пристрою після просушування на відкритому повітрі додатково просушують при температурі 100°. Після цього їх випалюють у печі, температуру в камері якої поступово доводять до 900°. Коли вони охолонуть після випалу, їх необхідно акуратно з'єднати один з одним, використовуючи слюсарні інструменти та наждачну шкірку.

На поверхню повністю сформованої камери намотують ніхромовий дріт, діаметр якого повинен становити 0,75 мм. Перший і останній шар такого намотування необхідно скрутити між собою. Намотуючи дріт на камеру, слід залишати між її витками певну відстань, яку теж треба заповнити вогнетривкою глиною, щоб унеможливити коротке замикання. Після того, як шар глини, нанесений для забезпечення ізоляції між витками ніхромового дроту, засохне, на поверхню камери наноситься ще один шар глини, товщина якого повинна становити приблизно 12 см.

Готова камера після повного висихання поміщається в корпус із металу, а зазори між ними засипаються азбестовою крихтою. Для того щоб забезпечити доступ до внутрішньої камери, на металевий корпус печі навішуються дверцята, оброблені зсередини керамічною плиткою. Усі наявні зазори між конструктивними елементами закладаються за допомогою вогнетривкої глини та азбестової крихти.

Кінці ніхромової обмотки камери, до яких необхідно підвести електричне живлення, виводяться із задньої сторони її металевого каркасу. Щоб контролювати процеси, що відбуваються у внутрішній частині печі муфельної, а також заміряти температуру в ній за допомогою термопари, в її передній частині необхідно виконати два отвори, діаметри яких повинні становити 1 і 2 см відповідно. З лицьової частини каркасу такі отвори закриватимуться спеціальними сталевими шторками. Саморобна конструкція, виготовлення якої описано вище, дозволяє в домашніх умовах загартовувати слюсарні та ріжучі інструменти, робочі елементи штампового обладнання та ін.

Загартовувати метал навчилися давно – така процедура суттєво зміцнює вироби з нього. Зараз в основному застосовується промислова за допомогою термічних печей, але навіть побутове загартування сталі в домашніх умовах здатне позбавити металевий предмет небажаної м'якості та тягучості.

Є й зворотний бік - зайве гартування наділяє метал надмірною крихкістю, але його так само можна усунути власними силами, піддавши виріб відпустці.

Загартування потрібного ступеня не дасть металу легко гнутися, і в той же час не дозволить йому кришитися. Як правильно термічно обробити сталевий виріб, щоб цього досягти самостійно – тема нашого огляду способів загартування.

Що відбувається з металом при загартуванні

Загартування по суті - це розжарювання до червона або добіла, в залежності від матеріалу, вже готового виробу, або його частин, з наступним швидким охолодженням - одиночним або поетапним, з метою підвищити ступінь його міцності.

Відповідь на питання - чому загартовування посилює міцність матеріалів, була точно дана лише після вивчення кристалічної будови їх ґрат. До цього майстри без достовірного розуміння механізму, що є загартуванням металу, дослідним шляхом дійшли висновків про те, що вона підвищує твердість у порівнянні з сирим матеріалом.

• При розжарюванні металів і сплавів вище критичної точки відбувається руйнування їхньої початкової кристалічної структури.
• Метал стає м'яким, а кристали - рухливими та дрібнозернистими.
• Після занурення в загартоване середовище (різке охолодження), зерна зберігають дрібнозернисту структуру, а зв'язок між ними зміцнюється.

Загартований матеріал набуває більш щільної і тому міцної структури, однак одночасно приєднується крихкість. Тому часто загартовують лише наконечники, кромки ріжучої поверхні та інші робочі частини виробів, залишаючи саму серцевину пластичною, щоб не втрачалася зносостійкість та витримувалися навантаження.

Як перевірити метал на твердість

Для того, щоб вирішити, чи конкретний матеріал потребує термічної обробки, потрібно з'ясувати ступінь його твердості. І тільки потім підбирати відповідний спосіб, як загартувати метал у домашніх умовах, щоб отримати бажаний баланс твердість/пластичність.

По суті, твердість металу - це ступінь його опірності на вплив більш міцного предмета.

Існують лабораторні та промислові методи, еталонні таблиці, але найпопулярнішою і найпростішою залишається методика Роквелла, де за допомогою вдавлювання наконечника з алмазу або кульки з високоміцної сталі на приладі перевіряється ступінь поглиблення та співвідноситься зі шкалою.

Але якщо точні цифри показника за шкалою твердості Роквелла не потрібні, то можна на око прикинути її для металу в домашніх умовах. Для цього доведеться озброїтися надфілем, якщо потрібно перевірити плоску або округлу поверхню, або шматком скла, якщо потрібно випробувати гостру кромку.

• М'який метал (що не проходив гарт сирець) майже без зусиль береться надфілем і не ріже скло, лише злегка дряпаючи.
• Відносно твердий метал (помірне загартування) береться надфілем важко, зі значними зусиллями, на склі залишає чітку впевнену борозну.
• Міцний метал (сильне загартування) надфіль вже відмовляється брати, зате скло піддається йому без зусиль, супроводжуючи різання характерним хрускотом.

Визначившись з початковим ступенем твердості, можна підбирати способи самостійного загартування сталевих і металевих предметів, щоб досягти бажаної міцності. Застосувавши ці нехитрі тести після закінчення процесу, аналогічно можна перевірити отриману після гарту твердість, переконавшись, що результат задовільний.

Якими бувають різновиди побутового загартування

Залежно від завдання і початкової марки сталі, проводять самостійне загартування різними методами, змушуючи метал ставати настільки міцним, наскільки це необхідно. Ці різновиди процесу відрізняються режимами охолодження, що найбільш підходять під конкретний метал. Якщо застосувати некоректний режим охолодження, то результат буде незадовільним, а виріб - зіпсованим.

• Загартування в одиничному охолоджувальному середовищі - найулюбленіший через простоту метод, проте його не варто застосовувати для металу з високим (від 0,8%) вмістом вуглецю. Інакше, через появу внутрішніх напруг у структурі, виникнуть надмірна крихкість і тріщини, а сам виріб може деформуватися. Тому така методика підходить лише для низьковуглецевого металу.
• Уривчаста, в 2 етапи, загартування з охолодженням в 2 різних середовищах - воді, а потім в олії або на повітрі. Саме такий різновид придатний для високовуглецевого матеріалу або легованих сталей, тому що не призводить до появи деформацій і тріщин. Через складність методу, до нього варто вдаватися, щоб загартувати великі вироби.
• Ступінчасте поетапне загартування, коли після розжарювання виріб поміщають у гарячу сольову ванну на кілька хвилин, забезпечує рівне охолодження по всьому перерізу, що запобігає термічній напругі, що веде до тріщин і ламкості виробу. Далі метал остигає на повітрі. Такий спосіб краще застосовувати для тонких виробів із високим вмістом вуглецю в матеріалі.
• Поверхневе (часткове) загартування наділяє металеві вироби поверхневою міцністю та зносостійкістю, при цьому зберігається пластичність серцевини. Такий метод застосовується для деталей, на поверхню яких припадає значне навантаження.
• Загартування з подальшою відпусткою дозволяє загартувати виріб для надання йому твердості лише на задану глибину, а глибший шар залишити пластичним. Таким способом підвищують міцність ударного інструменту.

До відома!Не страшно, якщо вийшла зайва крихкість – її можна усунути за допомогою процедури відпустки.

Які гартувальні середовища підійдуть під самостійне гартування

Вибір середовища, де здійснюватиметься процес самостійного загартування, - так само важливий етап, як і власне нагрівання, оскільки у різних середовищах по-різному відбуваються реакції кристалізації та поліморфних перетворень.

У побуті для гартувального охолодження підходять для застосування вода, олія, розчини солей та полімерів, повітря.

• Вода досить швидко здатна охолодити розжарений матеріал, що при підвищеному вмісті вуглецю може спричинити деякі недоліки – деформацію, крихкість, розтріскування. Тому у воді гартуються низьковуглецеві матеріали, або вироби при частковому загартовуванні.
• Мінеральне масло набагато повільніше, а тому рівномірніше охолоджує розжарену сталь, що мінімізує появу нерівномірності структури та її напруги, і, відповідно, дефектів внаслідок гарту. Зазвичай олією охолоджується легована сталь чи матеріал із високим відсотком вуглецю.
• Водні розчини хлориду або гідроксиду натрію, з концентрацією близько 10%, набагато рівномірніше охолодять розігріте виріб, ніж просто вода. Це дозволить досягти однакової структурної трансформації по всьому перерізу металу. Більше підходить для гартової обробки виробів з низьколегованих та високовуглецевих сталей.
• Полімерні розчини (силікат, миючі засоби) знижують швидкість охолодження матеріалу, а тому зменшуються дефекти та деформація виробу.

Для охолодження вода береться з температурою від 20º до 80ºС, олія - ​​з температурою від 20º до 200ºС, сольові розчини - з температурою від 20ºС до максимуму.

Способи, як за допомогою гарту самому підвищити твердість металу

Щоб зробити гарт або відпустку, метал слід сильно нагріти - мінімум до малинового кольору. Для цих цілей оптимально підійде термопіч, а за її відсутності - відкрите полум'я багаття, газового пальника, паяльної лампи, або струм під високою напругою. Готуючись провести гартування, потрібно попередньо врахувати багато моментів.

• Чим вище початкова твердість матеріалу, тим сильніше його потрібно розжарювати.
• Чим більше матеріалу вуглецю у складі, тим повільніше повинно проводитися охолодження.
• Якщо стоїть завдання загартувати предмет цілком, йому знадобиться рівномірне нагрівання по всій поверхні.
• Не потрібно перегрівати виріб, краще уникати появи синіх чи чорних вкраплень на розпеченій поверхні.
• Заздалегідь готуються щипці та тара з охолоджувачем (охолоджувачами, якщо їх кілька).

Повне, тотальне гартування краще виробляти на полум'ї багаття з вугілля - вони довго тримають високий жар, а вогнище дозволить повністю помістити туди габаритну деталь і рівномірно її розігріти.

Часткове гартування, наприклад ріжучої кромки, можна зробити за допомогою паяльної лампи, нею легко загартовуються дрібні деталі - болти, свердла, цвяхи.

Як тільки матеріал розігріється до необхідної точки, його відразу виймають і перекладають у охолоджувач (ванну, тару, посудину).

За допомогою подачі високого струму на пластину з вуглецем можна значно підвищити міцність наконечника металевого виробу, коли він виготовлений з металу без вуглецю або з його низьким відсотком.

Важливо!Під час роботи з маслами будьте обережні - вони можуть легко спалахувати!

Процедуру гарту, якщо матеріал так і не набув потрібної міцності, можна повторювати - але для цього щоразу його доведеться більше нагрівати. Якщо ж деталь вийшла зайво крихкою, то застосовують відпустку.

Як самому прибрати зайву твердість металу за допомогою відпустки

Через відпустку йде надмірна твердість і ламкість матеріалу, отримана при загартуванні. Відпустка по суті - це той же нагрів до критичної точки і повільне охолодження на повітрі, коли структурні грати знову змінюються.

• Відпустка за низьких температур вимагає несильного нагрівання до 250ºС. Він прибирає структурну напругу та зберігає високу міцність. Підходить для різального та колючого інструментарію з вуглецевого матеріалу, а також для низьколегованої сталі.
• Відпустка при середніх температурах вимагає інтенсивного розжарення в інтервалі від 350ºС до 500ºС. Він дозволяє досягти таких перетворень атомів, коли структура стає однорідно дрібнозернистою, а тому - пружною та зносостійкою. Такій відпустці піддають деталі під динамічним навантаженням – ресори, спіралі.
• Відпустка при високих температурах вимагає сильного напруження в інтервалі від 500 до 700ºС. Тоді відбувається структурний зсув, що повертає надмірно загартованої деталі в'язкість і пластичність із збереженням високої міцності. Такої відпустки вимагають деталі ударних навантажень.

Резюмуючи, слід уточнити картину процесу під час відпустки. У першому випадку в металі спостерігатиметься слабкий розпад, у другому - розпад відбудеться, а перебудова структури не почнеться, у третьому - відбудеться перебудова структури або кристалічної будови насіння.