Главная / Блог / Свойства и обработка металлов (кроме стали)

3 способа самостоятельной закалки металла

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 14 Августа 2024

Содержание:

Описываем три способа закалки металла у себя дома: охлаждение и контроль состояния. Как корректно провести закалку стали с использованием масла и на открытом пламени. Какое масло лучше подойдет для этой процедуры. Особенности термообработки алюминия и меди.

Практически каждый мастер, имеющий дело со слесарным или столярным инструментом, знает, как закалить металл в домашних условиях. Принято считать, что для этого достаточно нагреть изделие до красного цвета, а затем охладить его в емкости с водой.

Однако в условиях домашней мастерской таким методом можно получить лишь твёрдый, но хрупкий металл, который пригоден для изготовления стамесок и ножей, но не подойдёт для молотков, кернеров или зубил. Режимы термообработки зависят от марки стали и требуемых характеристик изделия после закалки. Важны не только твёрдость, но и прочность, износостойкость, пластичность и вязкость.

В домашних мастерских обычно нет измерительных приборов для определения температуры детали. Таким образом, для закалки детали мастерам приходится ориентироваться на цвет металла или его побежалостные оттенки, чтобы определить границы нагрева и отпуска.

К тому же, перед тем как закалить какое-либо изделие, профессионал обязан определить (по крайней мере приблизительно) марку стали или сплава, из которого оно изготовлено.

По мере времени накапливаются как знания, так и умения, однако для начинающего термиста, чтобы в домашних условиях удачно закалить сверло, резец или какой-нибудь крепеж, сперва нужно расширить свои теоретические знания, пообщаться с опытными мастерами и выполнить несколько пробных закалок.

 

Также важно определить домашнее помещение или локацию во дворе, где можно безопасно осуществлять процесс закалки металла. Для нагревания допустимо использовать источники с открытым пламенем, однако этот метод подходит исключительно для небольших деталей.

К тому же открытое пламя приводит к окислению и обезуглероживанию металла, что ухудшает его поверхностные свойства. Домашние мастера обычно определяют температуру нагрева, ориентируясь на цвет раскаленной заготовки.

На изображении ниже представлена цветовая шкала, необходимая для правильной закалки углеродистой стали. Для легированных сталей температурный диапазон, как правило, смещен в сторону повышения на 20−50 °C.

 

Для наддува в кузнецовском горне обычно применяют промышленный фен, а в роли топлива подойдет древесный уголь, который можно приобрести в любом супермаркете. Маленькую закрытую печь легко сделать из пары десятков шамотных кирпичей. К тому же, в зависимости от способа закалки металла, в ней можно не только провести закалку, но и выполнить отпуск с прогревом всего изделия.

С простотой вопрос обстоит с емкостями для охлаждения и захватывающим инструментом. Для закалочной жидкости подойдет любой негорючий сосуд нужного размера, а перемещать и удерживать деталь можно при помощи щипцов или крючков с ручками подходящей длины. На видео ниже показан процесс закалки топора в домашних условиях, используя самодельный горн и две емкости с различными охлаждающими средами.

Закалка на открытом огне

Для нагревания в подобных ситуациях можно воспользоваться газовой горелкой, паяльной лампой или даже конфоркой газовой плиты. Основная проблема этого метода закалки заключается в сложности достижения равномерного прогрева по всей толщине изделия, так как пламя нагревает лишь ограниченный участок до высокой температуры.

Данный метод подходит для закалки концов удлиненных изделий, таких как режущая часть сверла или лезвие стамески, а также для небольших деталей размером в несколько сантиметров.

Еще одной трудностью, с которой может столкнуться мастер, решивший закалить углеродистую сталь открытым пламенем, является сильное окисление и выгорание углерода в поверхностном слое металла, что ухудшает его структуру.

Закалка при помощи электронагревательных приборов

Для более контролируемого и равномерного нагревания металлического изделия можно использовать электронагревательные приборы, такие как индукционные нагреватели или муфельные печи. Этот метод позволяет точнее контролировать температуру и избежать многих недостатков, связанных с открытым пламенем.

Индукционные нагреватели используют высокочастотное электромагнитное поле для быстрого и равномерного нагрева металлического изделия. Муфельные печи, в свою очередь, обеспечивают возможность нагрева до очень высоких температур (до 1200-1300 °C), что делает их идеальными для закалки больших и сложных изделий.

Главным преимуществом этих методов является равномерный нагрев по всей поверхности металла, что улучшает структурные свойства и устраняет негативные эффекты, такие как окисление и обезуглероживание.

Для закалки стали в домашних условиях часто применяют следующие охлаждающие среды: воздух, воду и водные растворы, а также минеральное масло. В качестве водных растворов обычно берут 10-15%-й раствор хлористого натрия (поваренной соли), а минеральное масло в домашних мастерских чаще всего представляет собой использованное моторное масло.

Для закалки отдельных частей изделия с различной твердостью применяют закалку с последовательным охлаждением в двух средах. Каждая из этих охлаждающих сред имеет свою скорость охлаждения, которая напрямую влияет на структуру обрабатываемого металла.

Например, воздух охлаждает сталь со скоростью 5—10 °C в секунду, масло — 140—150 °C, а вода (в зависимости от температуры) — 700—1400 °C.

Для успешного закаливания изделия важно понимать, из какой марки металла оно изготовлено, так как это определяет как температурный режим нагрева, так и метод охлаждения. Народные мастера зачастую используют бывшие в употреблении изделия из быстрорежущих и инструментальных сталей, которые можно закаливать в домашних условиях.

В таблице ниже вы найдете рекомендованные температурные режимы и охлаждающие среды для различных марок стали.

Таблица рекомендованных режимов закалки

Закалка металла в масле

На производственных предприятиях для закалки металла обычно применяют индустриальное масло И-20 или современные закалочные смеси, такие как «Термойл», «Термо» или «Волтекс». В домашних мастерских мастера пользуются тем, что под рукой. Чаще всего это новое либо отработанное моторное масло.

Для того чтобы безопасно закалить деталь в таком масле в домашних условиях, необходимо учитывать, что по сравнению с промышленными закалочными жидкостями у него значительно ниже температура вспышки. При погружении раскаленного металла в это масло оно может на краткий срок воспламениться с выделением едкого дыма.

Следовательно, емкость для закалки, которая используется в домашней мастерской, должна иметь минимально открытую поверхность и эксплуатироваться только на свежем воздухе или в хорошо проветриваемом помещении. Помимо стандартных ведер и жестяных банок, одной из наиболее популярных конструкций такой емкости, используемой домашними мастерами, является длинный отрезок трубы подходящего диаметра с приваренным дном.

Закалка в трубе

Методы обеспечения безопасности

При проведении закалки в домашних условиях очень важно соблюдать меры безопасности. Кроме вышеупомянутых аспектов, следует обратить внимание на следующие моменты:

  • Использование защитной экипировки: очков, перчаток, плотной одежды.
  • Подготовка огнетушителя или ведра с песком для тушения возможного возгорания.
  • Соблюдение расстояния до легковоспламеняющихся предметов и жидкостей.
  • Проветривание помещения, если работа проводится в закрытом пространстве.

Правильное соблюдение этих правил поможет предотвратить возможные травмы и несчастные случаи.

В такой установке достигаются температуры свыше 1200 °C, благодаря чему можно проводить закалку не только углеродистой или инструментальной, но и высоколегированной стали. Во время изготовления домашних печей из шамотной глины сначала создают картонный каркас по форме и размеру рабочей камеры, который затем покрывают слоем шамота.

На этот слой наматывается нагревательная спираль, после чего накладывается основной теплоизолирующий слой. Такая конструкция обеспечивает изоляцию зоны нагрева от нагревательного элемента, что играет важную роль при закалке стали, чувствительной к окислению и выгоранию углерода.

Самой распространенной конструкцией домашних закалочных печей являются аппараты, тепловые корпуса которых выполнены из шамотного кирпича или подобных огнеупорных материалов. Эти материалы способны выдерживать температуру свыше 1400 °C, поэтому в таких печах можно закалять почти любой тип стали и многие тугоплавкие сплавы.

Конструктивно подобная домашняя печь напоминает традиционную дровяную печь, но обладает значительно меньшими размерами. Нагревание металла в ней происходит через электрическую спираль, размещенную в пазах по всему периметру внутреннего пространства.

Для качественной закалки стали ее необходимо нагреть до точной температуры, поэтому большинство таких домашних устройств оснащаются терморегуляторами, которые можно легко приобрести на «Алиэкспресс».

В нижеприведенном видео демонстрируется работа домашней печи с торцевой загрузкой и встроенным терморегулятором, обеспечивающим точное соблюдение температурных режимов для закалки стали. Тепловой корпус устройства выполнен из огнеупорных плит ШПТ-450, изготовленных из муллитокремнеземистого материала.

При проектировании и сборке домашней закалочной печи рекомендуется учитывать следующие ключевые аспекты:

  • Вентиляция: Необходима для удаления продуктов горения и поддержания оптимального уровня кислорода в камере. Недостаток вентиляции может привести к неполной закалке или перегреву элементов.
  • Безопасность: В печь должны быть встроены системы защиты от перегрева и электрических замыканий. Важно разместить устройство в помещении с огнеупорными стенами и полом.
  • Обслуживание: Регулярное техническое обслуживание, включая проверку состояния нагревательных элементов и терморегулятора, продлит срок службы печи и обеспечит ее безупречную работу.
  • Энергоэффективность: Использование современных терморегуляторов и изоляционных материалов позволяет снизить потребление электроэнергии. На данный момент доступно множество решений, облегчающих интеграцию "умных" технологий в традиционные печи.

Благодаря этим дополнительным мерам вы сможете создать более эффективную и безопасную систему для закалки металла в домашних условиях. Оставайтесь осторожны при работе с высокотемпературным оборудованием и всегда следуйте инструкциям по безопасности.

Для большинства сталей (углеродистых и низколегированных), пригодных для закалки в домашних условиях, отпуск проводится при температурах в диапазоне от 150 до 250 °C (см. таблицу выше). В отличие от закалки, такой нагрев не требует специального оборудования, поэтому многие мастера дома используют для этого духовые шкафы с терморегуляторами.

Температуру нагрева при отпуске можно установить по цвету побежалости — цветной оксидной пленке, которая появляется на поверхности стали при нагревании (см. рис. ниже). Если провести закалку стали «на мартенсит», то есть быстро охладить в воде, получится структура, которая будет очень твердой, но хрупкой. Поэтому отпуск является необходимым этапом термической обработки режущего инструмента.

Если на поверхности остаются борозды, это указывает на то, что не удалось достичь требуемого уровня закалки, и твердость материала ниже необходимого. Если же напильник скользит по поверхности закаленной стали, то её твердость соответствует норме.

Существует и другой метод проверки закалки в домашних условиях — царапание стекла от бутылки закаленной сталью (см. фото ниже). Помимо твердости, при определённых навыках можно оценить и структуру металла в домашних условиях. Для этого нужно закалить несколько образцов одной и той же стали в различных режимах, затем визуально сравнить структуру и размер зерна.

Потребность в этом у домашнего мастера может появиться после сварки алюминиевых деталей, так как в этой ситуации зачастую снижается жесткость в зоне, находящейся рядом с швом. Однако в домашних условиях закалка алюминия представляется сложной задачей, поскольку необходимо точно определить тип сплава и соблюдать термические параметры с точностью как минимум ±5 °C.

Охлаждение также требует определенного мастерства, ибо при нарушении технологии изделие может деформироваться. Если же есть желание освоить данную термообработку для домашнего использования, то первым делом нужно приобрести печь с точным термоконтроллером и подготовиться к тому, что придется закаливать несколько образцов последовательно, чтобы подобрать нужные параметры термического процесса.

Методы термической обработки стали и меди имеют существенные различия. Если нагреть медь до ярко-красного состояния (выше 600 °C) и резко охладить ее в воде, она подвергнется отпуску, становясь мягкой.

Процесс закалки меди в домашних условиях сложнее, чем отпуск, так как для этого нужно нагреть материал только до 400 °C, при которых он не светится. После достижения этой температуры медное изделие медленно охлаждается на воздухе, в результате чего оно становится твердым, как после холодной обработки.

Если возникает необходимость закалить некоторое количество медных деталей в домашних условиях, потребуется приобрести пирометр для контроля температуры нагрева.

Мы рассмотрели два способа проверки качества закалки в домашних условиях. А какие методы известны вам? Пожалуйста, поделитесь своими знаниями в комментариях к этой статье.

Закалка металла в домашних условиях может быть очень эффективной, но существует ряд типичных ошибок, которые допускают новички. Их легко избежать, если заранее ознакомиться с потенциальными трудностями.

Первой распространенной ошибкой является неправильная подготовка металла перед закалкой. Если поверхность изделия загрязнена, покрыта маслом или окисленным слоем, это может привести к неравномерному прогреву и, соответственно, к неравномерной закалке. Всегда необходимо тщательно очищать металлические предметы перед началом процесса.

Второй типичной ошибкой можно считать недостаточный контроль температуры нагрева. Разные виды стали требуют различных температур закалки. Использование термокрасок для проверки температуры или приобретение пирометра может значительно помочь в контроле этого параметра. Перегрев или недогрев металла приведет к ухудшению его свойств.

Третьей ошибкой является неправильный выбор охлаждающей жидкости. Многие новички используют для закалки воду, не учитывая, что она может вызвать растрескивание в некоторых видах стали. Для большинства сталей считается оптимальным использование масла. Необходимо изучить рекомендации для конкретного типа металла перед выбором среды для закалки.

Четвертая ошибка связана с недостаточным временем выдержки после нагрева. Если металл не выдержать достаточное количество времени при нужной температуре, он не успеет полностью прогреться, что отразится на его механических свойствах. Важно следовать инструкциям и рекомендациям, учитывая тип стали и требуемые характеристики закалки.

Наконец, еще одной частой ошибкой является неправильное использование защитных средств. При работе с высокими температурами и химически активными жидкостями следует обязательно использовать защитные очки, перчатки и одежду. Несоблюдение техники безопасности может привести к травмам и ожогам.

Избежав этих ошибок, вы сможете успешно закаливать металл в домашних условиях, улучшая его характеристики и создавая изделия высокого качества.

Волков Семён

Автор: Волков Семён

Эксперт в области металлопроката и металловедения