Как нагреть металл до красна. Как самому закалить металл в домашних условиях. Электрическое и температурное поле

Термообработка металлов - это один из основных способов улучшения их механических и физико-химических характеристик: твердости, прочности и других.

Одним из видов термообработки является закалка. Она успешно применялась человеком кустарным способом еще с давних времен. В Средневековье этот способ термической обработки использовали, чтобы улучшить прочность и твердость металлических предметов быта: топоров, серпов, пил, ножей, а также боевого оружия в виде копий, сабель и других.

И сейчас используют такой способ улучшения характеристик металла, не только в промышленных масштабах, но и в домашних условиях, в основном для закалки металлических предметов быта.

Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.

Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.

Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.

После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.

Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.

При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.

Особенности закалки стали

Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.

Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.

Виды закаливания сталей

В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.

Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.

Охлаждающая среда

Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.

Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.

Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.

Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).

Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду. Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к. зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.

Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.

Различают следующие способы охлаждения:

• С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
• Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
• Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
• Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.

Температурный режим

Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.

Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!

Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.

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.

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.

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, 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).

Сталкивались ли вы когда-нибудь с необходимостью своими руками отрезать или разрезать что-то металлическое? Если да, то перед вами наверняка вставал вопрос, как это сделать. Конечно, всегда можно воспользоваться старой-доброй ножовкой по металлу, но что если речь идёт не о тонком оцинкованном листе, а, например, о толстостенной трубе?

Здесь ножовка, конечно, может выручить, но сил и времени будет затрачено несоизмеримо много. А это означает, что необходим более радикальный подход, и в этой статье мы поговорим о том, как резать металл и чем это лучше сделать.

Режем металл болгаркой

Доподлинно неизвестно, почему этот инструмент так назвали. Основная версия заключается в том, что первой страной производителем была Болгария, но на самом деле это лишь версия.

Выбирая чем резать металл, большинство людей отдаёт предпочтение именно болгарке, так как в отличие от газового оборудования, её цена значительно ниже, и для работы с ней не нужны какие-то определённые навыки.

С другой стороны, многие очень боятся работать болгаркой, из-за её высокой мощности и опасности. На самом деле, ничего сложного нет, главное чётко соблюдать технику безопасности и не пренебрегать даже мелочами.

В работе с металлом вообще не может быть мелочей, и весь режущий инструмент по металлу представляет определённую опасность. Инструкция по технике безопасности при работе с режущим инструментом актуальна как для больших болгарок, мощностью более двух киловатт, так и для совсем маленьких, которые, не смотря на свои компактные размеры, способны причинить немалый вред здоровью.

Этот инструмент режет металл за счёт вращения абразивного диска, толщина которого может отличаться в зависимости от металла, который необходимо распилить. Чем тоньше стенка стального изделия, тем тоньше диск режущий по металлу будет использован.

Мы не будем в этой статье рассказывать о том, как важна техника безопасности. Это всегда приоритетный вопрос, но если у вас нет опыта работы с болгаркой, то специально для вас мы приведём несколько тонкостей, о которых нужно знать, чтобы не нанести вред своему здоровью.

Несколько важных моментов

Итак:

• По технике безопасности, вращение диска должно происходить по направлению реза, то есть в сторону того, кто режет металл, но, как правило, такое положение не очень удобно, и гораздо проще, когда поток искр направлен вперёд. В принципе, никаких существенных ограничений тут нет, всё зависит от личного удобства оператора инструмента.
• При резке металла, используйте только соответствующие диски. Диски по камню или дереву имеют меньшую плотность, и при контакте со стальной поверхностью быстро разлетаются, а осколки способны повредить вас или окружающих.

• Не работайте без защитного кожуха. Он направляет искры в сторону, и они не будут лететь вам в лицо. Так же, он является единственным спасением, на случай если диск закусит и разлетится.
• Не режьте металл в направлении «от себя». Так гораздо больше вероятности, что произойдёт закусывание диска. Направление реза всегда должно быть направленно в сторону режущего.
• Держите инструмент ровно. Резка под углом приведёт к искривлению диска и его разлому, а осколки, вылетающие на такой скорости способны нанести существенный вред здоровью.

• Никогда не зачищайте поверхность диском, предназначенным для резки. Для зачистки существуют специальные диски, отличающиеся толщиной и плотностью.
• Некоторые виды болгарок, используют только свои, брендовые диски. Обусловлено это разницей в количестве оборотов, поэтому если вы обладатель фирменного инструмента, используйте диски только под этой маркой.

• Никогда не используйте диски другого размера. Каждый размер рассчитан на инструмент с определённым количеством оборотов. Так, если вы поставите на большую болгарку диска маленьких или средних размеров, он просто лопнет.
• Не экономьте. Если на диске появилась трещина, или вы не заметили её при покупке, сразу выбрасывайте его в мусор. Случайное растрескивание в момент резки, может очень плохо для вас закончиться. Помните, цена диска не стоит вашей жизни и здоровья.

• Всегда внимательно следите за тем, что находится впереди вас в момент работы. Искры, вылетающие из-под болгарки способны воспламенить дерево, пластик, и другие горючие материалы. Тем более нельзя работать болгаркой вблизи бензина или газа.
• Перед тем, как резать металл болгаркой, убедитесь, что он правильно расположен. При резке, отрезаемая часть должна находиться навесу, в противном случае может произойти закусывание диска.

Важно! Никогда не бойтесь инструмента, в независимости от того, насколько опасно он выглядит, и какие громкие звуки издаёт. Зная, как правильно резать металл, вы гарантированно не получите травм.

Итак, с болгаркой мы разобрались, но это далеко не единственный инструмент для резки металла. И ниже мы рассмотрим другие варианты, а пока рекомендуем вам посмотреть видео в этой статье, в котором рассказано про резание металлов и режущий инструмент. А мы тем временем идём дальше.

Другие инструменты для резки металла

Конечно, болгаркой можно отрезать всё, что угодно, главное правильно подобрать диск к ней. Но не всегда этот вариант самый удобный и практичный. Вот лишь несколько моментов, когда резать металл другим инструментом целесообразнее.

• Если материал имеет цинковое покрытие. За счёт высоких оборотов, болгарка просто сжигает покрытие, и от него не остаётся и следа.
• Окрашенный материал, так же лучше резать ножницами металлу. Они сберегут покрытие и не сожгут его.

• Резать металл ножовкой целесообразнее, если он находится в напряжении, например, если это труба отопления, замкнутая в системный контур.
• Металл толщиной более 10 миллиметров, лучше резать газовым резаком, так как болгарка с ним может просто не справиться.

Важно! Мы намерено не будем рассказывать в этой статье, как резать металл резаком, так как для этого нужны специальные знания и опыт. Ни в коем случае не пытайтесь завести газовый резак самостоятельно. Это может привести к взрыву пропана или пожару.

Это далеко не полный список моментов, когда от использования болгарки лучше отказаться, но все перечисленные ситуации очень часто встречаются в быту. Так чем же воспользоваться для работы?

Давайте рассмотрим самые популярные и доступные альтернативные инструменты для резки металла:

• Газовый резак . Сложно назвать этот инструмент доступным, но мы не могли оставить его без внимания, так как в ряде случаев, это единственный инструмент, который способен справиться с поставленной задачей. Например, при резке толстых металлов, альтернативой резаку может быть только лазер, а такой инструмент не доступен для бытовых нужд.
• Ножовка по металлу . Этот инструмент, как правило, есть в арсенале любого домашнего мастера. Резать металл ножовкой долго и проблематично, но в некоторых труднодоступных местах возможно подлезть только ей.

• Ножницы по металлу . Конечно, трубу вы таким инструментом не отрежете, но если необходимо, например, откусить профиль для гипсокартона, то лучше варианта просто не найти. Работать с ними просто, и безопасно, и к тому же они не уничтожают цинковое покрытие или краску.
• Пресс-ножницы . Этот инструмент предназначен для перекусывания проволоки или арматуры. В зависимости от размера, ножницы могут разделять пруток диаметром до 20 миллиметров, а работать ими гораздо удобнее, чем болгаркой.

Как видно, выбор очень богатый, и выбирать инструмент следует в зависимости от конкретной ситуации. Конечно, с болгаркой сложно конкурировать, но не всегда есть возможность ею воспользоваться, и тогда на помощь придут альтернативные варианты.

И в заключении хотелось бы ещё раз напомнить – всегда соблюдайте технику безопасности и используйте средства индивидуальной защиты. Никакая работа не стоит того, чтобы рисковать своим здоровьем или даже жизнью.

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?

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.

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.

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.