3 способа самостоятельной закалки металла

Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно.

Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:

• нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
• мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
• наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.

Как изготовить камеру для закаливания металла

Нож, поверхностная закалка. Перед тем как приступить к выполнению мероприятий по изготовлению собственной камеры, нужно всё детально изучить и подойти к вопросу с умом. Ведь, данное оборудование делается на долгий период и нужно всё сделать правильно.

Небольшая и краткая инструкция изготовления печи для закаливания своими руками:

самой важной частью печи является её корпус. К нему нужно подойти тщательно

Горловину нужно сделать из бумажного и твёрдого изделия. Далее следует обмазать глиной поверхность. Также не забыть сделать небольшую прослойку парафина;
далее необходимо дождаться пока печь высохнет. Даётся на это дело около суток или даже чуть больше. Далее необходимо поместить в духовку на час с температурой 100 градусов. После этого можно извлечь бумажный материал;
последний этап обжига должен производиться на открытом огне при температуре в 850 градусов. После этого печи требуется дать остыть до уличной температуры;
последнее, что необходимо сделать, это обмотать нихромовой нитью готовую печь. Для печи потребуется около 17-18 метров. Чтобы не возникло короткого замыкания в последующем, нужно обмазать всё сырой глиной.

Приспособления для раскала стали.

Как закалить металл в домашних условиях

Пользуясь элементарными знаниями, можно провести закалку стали в домашних условиях. Нагревание металла обычно проводят с помощью костра, муфельных электропечей или горелок с использованием газа.

Читать также: Компрессор из мотоциклетного двигателя

Закалка топора на костре и в печи

Если требуется придать дополнительную прочность бытовым инструментам, например, сделать топор более прочным, то самый простой способ его закалки можно провести в домашних условиях.

На топорах при изготовлении ставится клеймо, по которому можно узнать марку стали. Мы рассмотрим процесс закалки на примере инструментальной стали У7.

Выполнять технологию нужно с соблюдением следующих правил:

1. Отжиг. Перед обработкой затупить острую кромку лезвия и поместить топор в горящую кирпичную печь для нагрева. За процедурой термообработки нужно внимательно следить, чтобы не допустить перегрева (допустимый нагрев 720-780°C). Более продвинутые мастера температуру узнают по цвету каления.

А новички, температуру могут узнать с помощью магнита. Если магнит перестал приставать к металлу, значит топор нагрелся свыше 768°C (цвет красно-бордовый) и пришло время охлаждения.

Кочергой придвинуть раскаленный топор к дверце печи, жар убрать вглубь, закрыть дверцу и задвижку, оставить нагретый металл в печи на 10 часов. Пусть топор постепенно остывает с печкой.

2. Закалка стали. Нагреть топор на костре, буржуйке или печи до темно-красного цвета — температура 800-830°C (магнит перестал магнитится, подождать ещё 2-3 минуты).

Закалка выполняется в подогретой воде (30°C) и масле. Опустить лезвие топора в воду на 3-4 см, интенсивно двигая его.

Далее топор поместить в емкость с маслом, в случае возгорания масла нужно накрыть емкость плотной тканью. Выдерживать в масле нужно до полного остывания.

3. Отпуск лезвия топора. Отпуск уменьшает хрупкость стали и снимает внутренне напряжение. Зачистить металл наждаком, чтобы лучше различать цвета пебежалости.

Выдержать топор в течение 1 часа в духовке, при температуре 270-320°C. После выдержки, достать и остудить на воздухе.

Видео: термообработка топора в домашних условиях, три стадии: отжиг, закалка, отпуск.

Закаливание ножа

Самостоятельно для закалки металлов целесообразно использовать печи. Для предметов быта в виде ножей, топоров, сверл и других, наиболее подходящими являются муфельные печи небольшого размера. В них можно достичь температуры закалки намного выше, чем на костре и проще добиться равномерного прогрева металла.

Такую печь можно изготовить самостоятельно. В интернете можно найти множество простых вариантов ее конструкции. В таких печах можно разогреть металлическое изделие до 700-900°C.

Рассмотрим, как закалить нож из нержавейки в домашних условиях, используя муфельную электропечь. Для охлаждения вместо воды или масла используется расплавленный сургуч (можно достать в воинской части).

Последовательность процесса закалки следующая:

• нож (без ручки, если она деревянная) кладут в холодную печь;
• включив закрытую печь, нагревают ее вместе с ножом до получения ярко-красного цвета лезвия (800-900°C);
• раскаленным лезвием ножа режут сургуч до 10 раз, погружаясь в него на 1,5 см;
• процедуру повторяют до 5 раз, нагревая лезвие ножа и остужая в сургуче;
• остатки сургуча снимают скипидаром с помощью смоченной ткани.

Видео: другие способы закалки ножа в домашних условиях.

увеличивает твердость изделия в 3-4 раза.

Необходимость этой процедуры возникает тогда, когда нужно, чтобы металлический предмет без усилий разрезал стекло.

Случается, что потребность закалить инструмент из металла появляется из-за того, что он либо не закален до нужной степени, либо, наоборот, в его закалке переусердствовали.

В первом случае металлические предметы, например сверла, заминаются, во втором – буквально крошится.

Проверить еще в магазине, как хорошо закален инструмент из металла, вряд ли получится.

Хотя возможность такой проверки существует. Надо взять напильник и провести им по краю режущего предмета – ножа или топора.

То, что напильник пристает и липнет к металлу, означает, что изделие мало закаливали.

При этом его край будет слишком мягким и податливым.

Если напильник отходит от предмета с легкостью и будто гладит его, а рука во время нажатия не ощущает никаких неровных мест, то на лицо перекал изделия.

Закалить нож можно и своими руками, даже не прибегая сложным технологиям, то есть в домашних условиях.

Единственное, что нужно помнить: запрещено закаливать малоуглеродистые стали.

А вот увеличить прочность углеродистых и инструментальных сталей вполне вероятно.

Предупреждение обезуглероживания и появления окалины

Закалка большинства изделий из металла проводится после окончательной обработки. Образование окалины либо обезуглероживание недопустимо – эти недостатки будет уже не исправить. Чтобы их избежать, применяют особые методы закалки стали. Для этого используются:

Поверхностное насыщение стали защитным газом

• защитная газовая среда;
• отработанный карбюризатор и чугунная стружка;
• раскислители для соляных ванн.

Защитный газ можно нагнетать только в герметичную печь. Стружку и карбюризатор насыпают на поверхность металла, а затем предмет помещают в герметичный контейнер, дно которого покрыто этими же компонентами. Чтобы не просочилась даже малая толика воздуха (это вызовет окисление), контейнер нужно обмазать глиной.

Если нагревание металла идет в соляной среде, ее надо раскислять. Этот процесс должен проходить за смену не реже двух раз. Иначе поверхность металла может быть обезуглерожена либо на ней появится окисел. Чтобы раскислить соляную среду, применяют:

• бурую соль;
• борную кислоту;
• древесный уголь.

Последний компонент нужно опустить в особую емкость с крышкой. В ее стенках сделано большое количество отверстий. Когда стакан с древесным углем аккуратно опускают в соляную среду, ее поверхность воспламеняется

Огонь быстро затухнет, но действовать нужно очень осторожно, чтобы избежать пожара

Проверяют качество раскисляющего процесса следующим способом:

1. Нагревают бритвенное лезвие из нержавейки в этой среде на протяжении пяти минут.
2. Затем его достают и опускают для охлаждения в простую воду.
3. Холодное лезвие проверяют на ломкость. Если оно переломилось, а не согнулось, раскисление было выполнено правильно.

Применение кальциевого сплава для окончательного раскисления

Как изготовить муфельную печь?

Как закалить металл в домашних условиях при помощи муфельной печи, изготовленной своими руками? Такое приспособление станет очень нужным в домашнем хозяйстве. Оно позволят провести термическую обработку изделий из металла без лишних манипуляций. Для изготовления печи своими руками требуется огнеупорная глина, используемая для покрытия. Из этого материала создается камера толщиной не больше 1 см. Ее размеры должны составлять 210х105х75мм.

Осуществляя лепку муфельной печи своим руками, прибегают к использованию к заранее приготовленной формы из картона. Чтобы она не липла, ее пропитывают парафином.

Глину намазывают на форму с изнанки. В этом случае во время просушивания она не даст усадки. При затвердевании материал сам отойдет от граней формы. Огнеупорная глина может стать основой двери печи.

Самодельной муфельной печи надо дать просохнуть на открытом воздухе. Затем ее просушивают до конца в печи при 100 ºС. Двери и камера обжигаются постепенно при увеличении температуры до показателя 900 ºС.

Деталям следует дать остыть, не вынимая их из печи. Затем к ней присоединяется дверка. Ее поверхность шлифуется при помощи напильника.

На камеру наматывается 18 м проволоки из нихрома. Толщина ее должна составлять 0,75 мм. Первый и последний витки необходимо скрутить. Чтобы не возникло замыкание, расстояние между витками обмазывается глиной. На сухой слой материала надо намазать еще один слой толщиной 12 см.

Муфельная печь, сделанная своими руками, заключается в металлический каркас, размер которого составляет 270х200х180 мм.

Для облегченной сборки корпуса его следует сконструировать с двумя съемными крышками, фиксируемыми посредством винтов.

К передней крышке на петлю крепится дверца. Она должна открываться в горизонтальном направлении. На эту дверку при помощи болтов и прокладок нужно установить керамическую деталь.

Все зазоры замазываются глиной, а края проволоки убираются на заднюю крышку каркаса.

Затем делается разъем и стандартный шнур с вилкой. Все отверстия между нагревающими деталями и каркасом заполняются асбестовой крошкой.

Для установки термопары и получения возможности отслеживать процесс закалки металла в камере необходимо просверлить два отверстия. Диаметр первого должен составлять 1 см, а второго 2 см. К ним крепятся закрывающиеся шторки из металла.

Вес самодельной муфельной печи составляет 10 кг. Она раскаляется до показателя температуры 900 ºС в течение часа. При ее помощи можно облегчить процесс закаливания сверл, напильников, матриц и множества других металлических изделий.

Муфельное оборудование для закалки металла не является единственным устройством. С этой целью применяют камерное приспособление, электрическую или термическую печь, а также печь-ванну. Сделать муфельную печь своими руками выгоднее, чем приобрести готовое оборудование. К примеру, средняя цена такого приспособления на рынке составляет 40 000 руб.

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.

Разновидности стали и закалки

Различают следующие виды стали:

• строительные;
• инструментальные;
• жаропрочные;
• жаростойкие;
• конструкционные и т. д.

В зависимости от химических свойств и состава применяют различные способы закаливания стали. Например, для доэвтектоидных марок применяется температура закаливания не выше 60 градусов. Критическая скорость в таком случае составляет шаг в десять градусов. Тогда при охлаждении выше, чем критическая скорость закалки, однородная структура стали преобразуется в неоднородный мартенсит, то есть произойдёт полная закалка. Полный способ необходим для цельных изделий. И наоборот, если в неоднородной среде будут остатки феррита, закалка считается неполной, твёрдость закаленной вещи при этом будет снижена.

https://youtube.com/watch?v=q-YBmkKjmkc

Неполная закалка стали подходит для заэвтектоидных видов твёрдых сортов. Продукция из нержавеющей стали выпускается для различных отраслей и направлений в народном хозяйстве. Поэтому в заводских условиях, ранжировав по видам применения изделий, проводится разогревание не только всего изделия, но и какой-то его части, предназначенной для выполнения определённых видов работ. Например, закалённая сталь используется в наконечниках для буров в нефтяной и газовой промышленности. Такой способ обработки называется локальным, если закаляется весь предмет, то глобальным.

Если процесс нагрева осуществляется по принципу изотермического расщепления аустенита при температурном режиме, температура закалки стали доходит до 300 градусов, а в качестве охладителя используется соляной раствор или масло, также с температурой до 300 градусов — она называется изотермической. Изотермический процесс применяют, когда требуется дальнейшее формирование изделия, например, шлифовка, рихтовка, графические работы. Такой вид калёной стали легко поддаётся механической обработке.

https://youtube.com/watch?v=AcSiORVnlHo

С помощью муфельной печи можно легировать сплав даже своими руками на дому. Речь, разумеется, не идёт о квартире. Правда, различного рода дефектов, начиная от изменения цвета и заканчивая всеми остальными параметрами, не избежать. В сельской местности мастера отжиг стали делают самостоятельно. Это когда у целого стального изделия закаляется определённая часть или сторона. Например, режущая кромка пилы. Однако закаливаемость при таком способе будет низкой.

Закалочные среды [ править | править код ]

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур, а только в пределах 650—400 °C, то есть в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив и быстрее всего превращается в ферритно-цементитную смесь. Выше 650 °C скорость превращения аустенита мала, и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит.

Механизм действия закалочных сред (вода, масло, водополимерная закалочная среда, а также охлаждение деталей в растворах солей) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется плёнка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, то есть относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Читать также: Инструмент для замера толщины

Первый этап относительно медленного кипения называется стадией плёночного кипения, второй этап быстрого охлаждения — стадией пузырькового кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости, жидкость кипеть уже не может, и охлаждение замедлится. Этот этап носит название конвективного теплообмена.

Какой бывает закалка метала?

Для чего нужна закалка стали знали еще древние кузнецы. Правильно выбранная температура закалки стали позволяет изменять основные эксплуатационные характеристики материала, так как происходит преобразование структуры.

Технология закалки стали позволяет придать недорогим сортам металла более высокие эксплуатационные качества. За счет этого снижается стоимость изготавливаемых изделий, повышается прибыльность налаженного производства.

Основные цели, которые преследуются при проведении закалки:

1. Повышение твердости поверхностного слоя.
2. Увеличение показателя прочности.
3. Уменьшение пластичности до требуемого значения, что существенно повышает сопротивление на изгиб.
4. Уменьшение веса изделий при сохранении прочности и твердости

Существуют самые различные методы закалки стали с последующим отпуском, которые существенно отличаются друг от друга. Наиболее важными режимами нагрева можно назвать:

1. Температуру нагрева.
2. Время, требующееся для нагрева.
3. Время выдержки металла при заданной температуре.
4. Скорость охлаждения.

Изменение свойств стали при закалке может проходить в зависимости от всех вышеприведенных показателей, но наиболее значимым называют температуру нагрева. От нее зависит то, как будет происходить перестроение атомной решетки. К примеру, время выдержки при закалке стали выбирается в соответствии с тем, какой прочностью и твердостью должно обладать зубчатое колесо для обеспечения длительной эксплуатации в условиях повышенного износа.

Цвета закалки стали

При рассмотрении того, какие стали подвергаются закалке стоит учитывать, что температура нагрева зависит от уровня содержания углерода и различных примесей. Единицы закалки стали представлены максимальной температурой, а также временем выдержки.

При рассмотрении данного процесса изменения основных эксплуатационных свойств следует учитывать нижеприведенные моменты:

1. Закалка направлена на повышение твердости. Однако с увеличением твердости металл становится и более хрупким.
2. На поверхности может образовываться слой окалины, так как потеря углерода и других примесей у поверхностных слоев больше, чем в середине. Толщина данного слоя учитывается при расчета припуска, максимальных размеров будущих деталей.

Выполняется закалка углеродистой стали с учетом того, с какой скоростью будет проходить охлаждение. При несоблюдении разработанных технологий может возникнуть ситуация, когда перестроенная атомная решетка перейдет в промежуточное состояние. Это существенно ухудшит основные качества материала. К примеру, охлаждение со слишком большой скоростью становится причиной образования трещин и различных дефектов, которые не позволяют использовать заготовку в дальнейшем.

Процесс закалки сталей предусматривает применение камерных печей, которые могут нагревать среду до температуры 800 градусов Цельсия и поддерживать ее на протяжении длительного периода. Это позволяет продлить время закалки стали и повысить качество получаемых заготовок. Некоторые стали под закалку пригодны только при условии нагрева среды до температуры 1300 градусов Цельсия, для чего проводится установка иных печей.

Отдельная технология разрабатывается для случая, когда заготовка имеет тонкие стены и грани. Представлена она поэтапным нагревом.

Зачастую технология поэтапного нагрева предусматривает достижение температуры 500 градусов Цельсия на первом этапе, после чего выдерживается определенный промежуток времени для обеспечения равномерности нагрева и проводится повышение температуры до критического значения. Холодная закалка стали не приводит к перестроению всей атомной сетки, что определяет только несущественное увеличение эксплуатационных характеристик.

Как ранее было отмечено, есть различные виды закалки стали, но всегда нужно обеспечить равномерность нагрева. В ином случае перестроение атомной решетки будет проходить так, что могут появиться серьезные дефекты.

Свойства стали после закалки

После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.

Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части

Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».

Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.

Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.

Способы закаливания

Способов закаливания существует, по сути, 2 типа. На открытом огне и в печи. Но, к сожалению, в обычном костре поднять температуру выше 900 градусов, не получится. Тогда приходит на помощь печь. Ее можно изготовить самостоятельно. Это довольно непростой процесс, но изготовив ее единожды, она прослужит вам достаточно долго. Тем более если вы начинающий мастер, она вам просто необходима.

В камере

Далее мы поговорим, как сделать самостоятельно муфельную печь для правильной термообработки заготовок, а сейчас просто и коротко опишем процесс закалки в ней, сталь клинка будет использована 50Х14МФ:

1. Прогреваем печь до нужной температуры, в данном случае 1070 градусов, и погружаем клинки в печь.
2. Загрузив клинок в печь, разогреваем печь опять до 1070 градусов, и при данной температуре начинается отсчет времени. Принцип прост: 1 минута 40 секунд, на каждый миллиметр толщины клинка.
3. По прошествии нужного времени, клинок вытаскивают и охлаждают на воздухе, в течение 15 минут под небольшим прессом.
4. Затем производится отпуск металла в духовке при 200 градусах.

Закалка ножа в камере выполненной в домашних условиях. При данном процессе сталь получает твердость в 56 HRC.

На открытом огне

Способ, можно сказать, опробованный нашими предками и ему уже много лет. Чтобы правильно закалить сталь, без каких-либо точных измерительных приборов, так сказать «на глазок», нужна внимательность, и наберитесь терпения. Единственным способом проверки может являться магнит. Когда металл достигает определенного для него точки накала, так называемой точки Кюри, он перестает взаимодействовать с магнитом.

И еще один признак, это цвет самой заготовки, она должна стать темно-красной. Но также в процессе нужно следить, чтобы не появлялось синих или черных пятен, это говорит о перегреве. Заготовку стоит класть в угли, когда цвет пламени от них будет малиновый.

Что потребуется:

• минеральное масло в емкости (можно отработку);
• ведро с водой;
• хорошо подготовленные угли;
• длинные металлургические клещи.

Закалка ножа на открытом огне.

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 1200 °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 1400 °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.