Как сделать металл мягче

Как сделать металл мягче

Моделистам постоянно приходится сталкиваться с необходимостью повысить прочность и твёрдость металла или инструмента, а иногда, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся обработке. Этого можно достичь термическим воздействием, заключающимся в нагреве материала до определённой температуры с последующим быстрым или медленным охлаждением.
Нагревание деталей, конечно, удобнее всего производить в электрических муфельных печах; но можно использовать и паяльные лампы, бензиновые и газовые горелки и даже конфорки домашних газовых плит — для нагрева мелких деталей.
Важнейшим условием правильной термообработки сталей является подбор необходимого температурного режима в зависимости от марки стали. Но ввиду того, что в свободной продаже имеется ограниченное число марок стали, приходится в основном использовать либо вторичное сырьё, либо изготавливать одни инструменты из других.
Маркировки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются двумя буквами и цифрой (Ст.1 — Ст.7). Цифра в данном случае показывает примерное содержание углерода в сотых долях процента.
В марках углеродистых качественных сталей — конструкционных (сталь 30; сталь 45) и автоматных сталях (А12; А30) цифры также показывают примерное содержание углерода в сотых долях процента. Наиболее широкоприменяемые стали — инструментальные (У7; У8; У8А; У10А…) — цифра в их маркировке означает содержание углерода в десятых долях процента; буква А в конце марки показывает, что в этих сталях пониженное содержание вредных примесей.
Легированные стали маркируются буквами и цифрами. Буквы обозначают наличие в стали одного или целой группы легирующих компонентов: В — вольфрам; Г — марганец; К — кобальт; М — молибден; Н — никель; С — кремний; Ф — ванадий; Х — хром; Ю — алюминий. Например, сталь марки 65Х13 имеет в своём составе 0,065% углерода и 0,013% хрома.
Наиболее ходовые марки сталей для изготовления инструмента приведены в таблице 1.

Инструмент Марка стали
Зубила, отвёртки, топоры, клейма для стали
Пуансоны, матрицы, пробойники, стамески
Керны, деревообрабатывающий инструмент
Молотки, кувалды, гладилки, плотницкий инструмент
Метчики
Надфили
Напильники
Ножовочные полотна станочные
Ножовочные полотна ручные
Ножовки по дереву
Ножи фуговальных станков
Пилы циркулярные
Пилы лесопильных рам
Плашки
Полотна лучковых пил
Пилы поперечные
Пилы продольные
Резцы для твёрдых металлов
Резцы токарные и строгальные
Свёрла спиральные по дереву
Свёрла по металлу
Фрезы
У7А
У8; У8А
У10; У10А
У7
У11; Р9; 9ХС
У10 — У12
У10 — У13; ШХ6
Р9; Р18; ШХ15
У8 — У12
У8ГА
9Х5ВФ
85ХФ
85ХВ
9ХС
У8ГА; 85ХФ
У8ГА; У10
85Х
У13; У13А
У10; У10А
9ХС; 9Х5ВФ
Р9; Р18
Р9; Р18

Термическая обработка стали разделяется на закаливание, отпуск и отжиг.
Закаливание стали применяется для повышения её твёрдости. Мягкие малоуглеродистые стали (Ст.25) и "железо" (Ст.10; Ст.20) не калятся; углеродистые (сталь 45; сталь 50) и инструментальные (У8; У9; У10; У10А и другие) увеличивают свою твёрдость при закалке в три-четыре раза.
Процесс закаливания состоит в нагревании стали до температуры калки (для каждой марки своя) и в быстром охлаждении в масле или воде. Температурные режимы закалки приведены в таблице 2.

Марка Закалка
Отпуск
Отжиг
Охлаждающая среда
для закалки
Охлаждающая среда
для отпуска
У7; У7А
У8; У8А
У10; У10А
У11; У11А
У12; У12А
У13; У13А
У8ГА
Р9
Р18
ШХ6
ШХ9
ШХ15
9ХС
9Х5ВФ
50ХГА
60С2
60С2ХА
65С2ВА
85ХВ
800
800
790
780
780
780
800
1250
1300
810
830
845
860
950
840
870
870
850
830
170
170
180
180
180
180
180
580
580
200
280
400
170
270
315
325
315
330
250
780
770
770
750
750
750
770
860
860
780
780
780
730
800
810
840
840
820
790
вода
вода
вода
вода
вода
вода
вода
масло
масло
масло
масло
масло
масло
масло
вода
вода
вода
вода
вода
вода, масло
вода, масло
вода, масло
вода, масло
вода, масло
вода, масло
вода, масло
воздух в печи
воздух в печи
воздух
воздух
воздух
воздух
воздух
воздух
воздух
воздух
воздух
воздух

В домашних условиях, при отсутствии приборов температуру нагрева приближённо можно определить по цвету. Для ориентации цвета каления стальных изделий в неосвещённой солнцем комнате приведены по порядку их появления в зависимости от температуры (в °С):
тёмно-коричневый (заметен в темноте) 530-580
коричнево-красный 580-650
тёмно-красный (вишнёвый) 650-730
вишнёво-красный (багровый) 730-770
вишнёво-алый 770-800
светло-вишнёво-алый 800-830
ярко-красный 830-870
красный 870-900
оранжевый 900-1050
тёмно-жёлтый 1050-1150
светло-жёлтый 1150-1250
жёлто-белый 1250-1300
ослепительно белый св. 1300.

В закалённом состоянии сталь обладает большой твёрдостью, но вместе с тем и хрупкостью. Чтобы придать ей вязкость, производится отпуск стали после закалки. Для этого её нагревают до температуры 220-300°С и медленно охлаждают в воздухе. Твёрдость стали при этом несколько уменьшается, структура её изменяется, и она становится более вязкой. Меняя температуру отпуска, можно получить разные механические свойства. При нагреве стали на воздухе её поверхность окрашивается в различные цвета, называемые цветами побежалости. Каждый цвет побежалости соответствует вполне определённой температуре и может служить указателем для определения степени нагрева при отпуске стали. Термические режимы и соответствующие им цвета побежалости приведены в таблице 3.

Инструмент Температура
отпуска, C°
Цвет побежалости
Свёрла перовые, плашки, матрицы и пуансоны, фрезы
Резцы, метчики, полотна ножовок, лобзики, центры
Кусачки, стамески, ножницы по металлу, зубила
Молотки слесарные и медницкие
Матрицы и пуансоны вытяжные
Ролики для накаток
Перки столярные, железки рубаночные, отвёртки, обжимки
Долота столярные, ножи, призмы разметочные, державки резцов
Ключи гаечные, пассатижи, круглогубцы, плоскогубцы
Полотна пил по дереву
200
225
240
255
265
275
285
295
310
325
светло-соломенный
светло-жёлтый
соломенно-жёлтый
коричнево-жёлтый
красно-коричневый
пурпурно-красный
фиолетовый
ярко-синий
светло-синий
серый
Читайте также:  Радиальное магнитное поле это

Отпуск выполняется следующим образом: стальную деталь зачищают в каком-нибудь месте до блеска, помещают в огонь и следят за появлением цветов побежалости. Отпуск закалённой детали должен быть проведён в течение 24 часов после её закалки.
Отжиг стали служит для выполнения задачи обратной закалки в случаях, когда закалённую деталь требуется обработать режущим инструментом, согнуть или разрезать. Отжиг стали заключается в нагревании её до температуры 800-900°С с последующим медленным охлаждением. После отжига сталь легко поддаётся обработке.

Подписная научно-популярная серия "Сделай сам" (издательство "Знание"), №1 за 1990 г., с. 88, 89.

Отжиг цветных металлов. При обработке цветных металлов (чеканка, выколотка и др.) иногда приходится снимать напряжения, возникшие при обработке. Для этого необходимо отжечь заготовку. Отжиг цветных металлов проводят при следующих температурах:

Закалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали). Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880—900° С (цвет каления светло-красный), из инструментальных—до 750—760° С (цвет темно-вишнево-красный), а из нержавеющей стали—до 1050—1100° С (цвет темно-желтый). Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500° С), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в детали не возникли внутренние напряжения, что может привести к появлению трещин и деформации материала.

В ремонтной практике применяют в основном охлаждение в одной среде (масле или воде), оставляя в ней деталь до полного остывания. Однако этот способ охлаждения непригоден для деталей сложной формы, в которых при таком охлаждении возникают большие внутренние напряжения. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде до 300—400° С, а затем быстро переносят в масло, где и оставляют до полного охлаждения. Время пребывания детали в воде определяют из расчета: 1 с на каждые 5—6 мм сечения детали. В каждом отдельном случае это время подбирают опытным путем в зависимости от формы и массы детали.

Качество закалки в значительной степени зависит от количества охлаждающей жидкости. Важно, чтобы в процессе охлаждения детали температура охлаждающей жидкости оставалась почти неизменной, а для этого масса ее должна быть в 30—50 раз больше массы закаливаемой детали. Кроме того, перед погружением раскаленной детали жидкость необходимо тщательно перемешать, чтобы выровнять ее температуру по всему объему.

В процессе охлаждения вокруг детали образуется слой газов, который затрудняет теплообмен между деталью и охлаждающей жидкостью. Для более интенсивного охлаждения деталь необходимо постоянно перемещать в жидкости во всех направлениях.

Небольшие детали из малоуглеродистых сталей (марки «3О», «35», «40») слегка разогревают, посыпают железосинеродистым калием (желтая кровяная соль) и вновь помещают в огонь. Как только обсыпка расплавится, деталь опускают в охлаждающую среду. Железосинеродистый калий расплавляется при температуре около 850° С, что соответствует температуре закалки этих марок стали.

Отпуск закаленных деталей.

Отпуск закаленных деталей уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск применяют главным образом при обработке измерительного и режущего инструмента. Закаленную деталь нагревают до температуры 150—250° С (цвет побежалости—светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате такой обработки материал, теряя хрупкость, сохраняет высокую твердость и, кроме того, в нем значительно снижаются внутренние напряжения, возникающие при закалке.

Средний отпуск применяют в тех случаях, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300—500° С и затем медленно охлаждают.

И наконец, высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше—500—600° С.

Термообработку (закалку и отпуск) деталей простой формы (валики, оси, зубила, кернеры) часто делают за один раз. Нагретую до высокой температуры деталь опускают на некоторое время в охлаждающую жидкость, затем вынимают. Отпуск происходит за счет тепла, сохранившегося внутри детали.

Небольшой участок детали быстро зачищают абразивным брусочком и следят за сменой цветов побежалости на нем. Когда появится цвет, соответствующий необходимой температуре отпуска (220° С— светло-желтый, 240° С—темно-желтый, 314° С—светло-синий, 330° С— серый), деталь вновь погружают в жидкость, теперь уже до полного охлаждения. При отпуске небольших деталей (как и при закалке) нагревают какую-нибудь болванку и на нее кладут отпускаемую деталь. При этом цвет побежалости наблюдают на самой детали.

Отжиг стальных деталей.

Чтобы облегчить механическую или пластическую обработку стальной детали, уменьшают ее твердость путем отжига. Так называемый полный отжиг заключается в том, что деталь или заготовку нагревают до температуры 900° С, выдерживают при этой температуре некоторое время, необходимое для прогрева ее по всему объему, а затем медленно (обычно вместе с печью) охлаждают до комнатной температуры.

Внутренние напряжения, возникшие в детали при механической обработке, снимают низкотемпературным отжигом, при котором деталь нагревают до температуры 500—600° С, а затем охлаждают вместе с печью. Для снятия внутренних напряжений и некоторого уменьшения твердости стали применяют неполный отжиг — нагрев до 750—760° С и последующее медленное (также вместе с печью) охлаждение.

Читайте также:  Сколько потребляет водонагреватель 80 литров в сутки

Отжиг используется также при неудачной закалке или при необходимости перекаливания инструмента для обработки другого металла (например, если сверло для меди нужно перекалить для сверления чугуна). При отжиге деталь нагревают до температуры несколько ниже температуры, необходимой для закалки, и затем постепенно охлаждают на воздухе. В результате закаленная деталь вновь становится мягкой, поддающейся механической обработке.

Отжиг и закаливание дюралюминия.

Отжиг дюралюминия производят для снижения его твердости. Деталь или заготовку нагревают примерно до 360° С, как и при закалке, выдерживают некоторое время, после чего охлаждают на воздухе.

Твердость отожженного дюралюминия почти вдвое ниже, чем закаленного.

Приближенно температуру нагрева дюралюминиевой детали можно определить так. При температуре 350—360° С деревянная лучина, которой проводят по раскаленной поверхности детали, обугливается и оставляет темный след. Достаточно точно температуру детали можно определить с помощью небольшого (со спичечную головку) кусочка медной фольги, который кладут на ее поверхность. При температуре 400° С над фольгой появляется небольшое зеленоватое пламя.

Отожженный дюралюминий обладает небольшой твердостью, его можно штамповать и изгибать вдвое, не опасаясь появления трещин.

Закаливание. Дюралюминий можно подвергать закаливанию. При закаливании детали из этого металла нагревают до 360—400° С, выдерживают некоторое время, .затем погружают в воду комнатной температуры и оставляют там до полного охлаждения. Сразу после этого дюралюминий становится мягким и пластичным, легко гнется и куется. Повышенную же твердость он приобретает спустя три-четыре дня. Его твердость (и одновременно хрупкость) увеличивается настолько, что он не выдерживает изгиба на небольшой угол.

Наивысшую прочность дюралюминий приобретает после старения. Старение при комнатных температурах называют естественным, а при повышенных температурах—искусственным. Прочность и твердость свежезакаленного дюралюминия, оставленного при комнатной температуре, с течением времени повышается, достигая наивысшего уровня через пять—семь суток. Этот процесс называется старением дюралюминия

. Отжиг меда и латуни.

Отжиг меди. Термической обработке подвергают и медь. При этом медь можно сделать либо более мягкой, либо более твердой. Однако в отличие от стали закалка меди происходит при медленном остывании на воздухе, а мягкость медь приобретает при быстром охлаждении в воде. Если медную проволоку или трубку нагреть докрасна (600°) на огне и затем быстро погрузить в воду, то медь станет очень мягкой. После придания нужной формы изделие вновь можно нагреть на огне до 400° С и дать ему остыть на воздухе. Проволока или трубка после этого станет твердой.

Если необходимо выгнуть трубку, ее плотно заполняют песком, чтобы избежать сплющивания и образования трещин.

Отжиг латуни позволяет повысить ее пластичность. После отжига латунь становится мягкой, легко гнется, выколачивается и хорошо вытягивается. Для отжига ее нагревают до 500° С и дают остыть на воздухе при комнатной температуре.

Воронение и «синение» стали.

Воронение стали. После воронения стальные детали приобретают черную или темно-синюю окраску различных оттенков, они сохраняют металлический блеск, а на их поверхности образуется стойкая оксидная пленка; предохраняющая детали от коррозии. Перед воронением изделие тщательно шлифуют и полируют. Поверхность его обезжиривают промывкой в щелочах, после чего изделие прогревают до 60— 70° С. Затем помещают его в печь и нагревают до 320—325° С. Ровная окраска поверхности изделия, получается только при равномерном его прогреве. Обработанное таким образом изделие быстро протирают тряпкой, смоченной в конопляном масле. После смазки изделие снова слегка прогревают и вытирают насухо.

«Синение» стали. Стальным деталям можно придать красивый синий цвет. Для этого составляют два раствора: 140 г гипосульфита на 1 л воды и 35 г уксуснокислого свинца («свинцовый сахар») также на 1 л воды. Перед употреблением растворы смешивают и нагревают до кипения. Изделия предварительно очищают, полируют до блеска, после чего погружают в кипящую жидкость и держат до тех пор, пока не получат желаемого цвета. Затем деталь промывают в горячей воде и сушат, после чего слегка протирают тряпкой, смоченной касторовым или чистым машинным маслом. Детали, обработанные таким способом, меньше подвержены коррозии.

Свои Полезные советы и предложения присылайте к нам
Обсудите свои проблемы у нас на Форуме

В упрощенном виде процесс закаливания металла заключается в повышении температуры образца до больших значений, а потом его охлаждении. Но не все так просто. И это объясняется тем, что различные виды металлов отличаются своей структурой, и соответственно, специфическими свойствами. Поэтому для их закалки и применяются определенные методики (и температуры). О них, а также специфики проведения соответствующих операций мы и поговорим.

Прежде всего, стоит отметить, что термическая обработка (закалка) металлических изделий (или заготовок) производится в двух случаях.

Во-первых , при необходимости повысить прочность материала (в несколько раз). С этим в быту сталкиваются практически все. Например, для «усиления» режущих кромок кухонной утвари (ножи, топорики для рубки мяса) или инструмента (стамески, зубила и тому подобное).

Во-вторых , для придания металлу некоторой пластичности, что значительно облегчает дальнейшую работу с материалом («горячая» ковка). Об этом хорошо известно тем, кто занимается кузнечным делом. Рассмотрим все этапы технологии закаливания металлических изделий в домашних условиях.

Нагрев

Главное условие качественной закалки – его равномерность, без темных пятен на образце (синих или черных). Металл не должен нагреваться до «белого каления». Признак оптимального разогрева – приобретение им ярко-малинового (красного) цвета. Источником тепла может быть что угодно – кузнечный горн, лампа паяльная, эл/плитка, газовая горелка, открытый огонь. Его выбор зависит от той температуры, которой необходимо достичь для данного сорта стали.

Читайте также:  Консервация системы отопления в многоквартирном доме

Охлаждение

Существует несколько методик проведения данной технологической операции. Оно может быть как резким, так и постепенным, ступенчатым. Специфика определяется видом металла.

Струйная закалка

Используется, если необходимо подвергнуть обработке не весь образец, а отдельный участок поверхности. На него и направляется струя холодной воды.

С одним «охладителем»

Понятно, что предварительно устанавливается подходящая емкость (ведро, бочка, ванна). Как правило, применяется для заготовок из легированной или углеродистой стали.

С двумя

В качестве «охладителя» используются среды с разной способностью понижать температуру материала. Поэтому процесс является двухступенчатым, так при этом обеспечивается и «отпуск» металла. Например, сначала охлаждение производится в воде, а потом – в масле (например, машинном или минеральном), так как от высокой температуры оно может воспламениться.

Есть и другие способы, но они, как правило, используются мастерами, которые работают на профессиональном уровне и хорошо разбираются в металлах. Например, закалка изотермическая. Нет смысла на них останавливаться подробно, так как сначала придется объяснять, что такое стали мартенситные и аустенитные.

Режимы закалки и отпуска стали

В чем охлаждать?

Мы уже упомянули, что чаще всего это делается при помощи холодной воды и масла. Но это не единственно возможные «охладители». Дело в том, что при такой закалке некоторые сорта стали становятся хрупкими. Поэтому на практике используются и другие среды, способные интенсивно понижать температуру металла.

Например, жидкий сургуч. Он более подходит для работы с плоскими заготовками, которые после доведения их температуры до требуемого значения в него полностью погружаются, причем последовательно, несколько раз подряд, пока масса сургуча полностью не отвердеет.

Мастера в качестве «охладителей» используют и такие вещества, как щелочи, растворы с сильной концентрацией соли и ряд других, даже расплавленный свинец.

Как проверить качество закалки? Есть довольно простой способ – при помощи обыкновенного напильника.

  • Если он при обработке заготовки буквально «отскакивает» от нее, то получилось «стекло». Такой металл является перекаленным и будет легко крошиться.
  • А вот «прилипание» инструмента свидетельствует о том, что металл получился мягким («пластилин»), недостаточно закаленным, и прочность изготовленной из него детали вызывает большие сомнения.

Практические рекомендации

  • Все металлические изделия, с которыми мы сталкиваемся на практике, по своему составу неоднородны. Существует несколько разновидностей стали, и не все их можно подвергать термическому воздействию. К примеру, малоуглеродистая не закаляется.
  • Если в быту необходимо придать прочности столовому ножу или топору, то не обязательны особые познания в области металлургии. Но начинающему кузнецу стоит напомнить, что перед тем, как приступить к термической обработке заготовки, необходимо разобраться, какой это материал (сорт стали). В этом вам поможет соответствующая справочная таблица, в которой для каждого из них указаны и продолжительность термического воздействия, и температура, и оптимальная методика охлаждения.

Читают сейчас:

Кованые изделия из профильной трубы своими руками: обзор оборудования и характеристик

Основные виды термической обработки стали: отжиг, закалка, отпуск и нормализация

Металлизация отверстий печатных плат в домашних условиях — пошаговая инструкция

3 комментария

Закаливаю отвёртки, бойки молотков и прочие инструменты достаточно давно. Обычно нагреваю их на обычной газовой плите, а рядом предварительно ставлю широкую кастрюлю с холодной водой. Расстояние от горелки до кастрюли должно быть минимальным!

Дело в том, что за тот короткий момент, пока мастер переносит закаливаемое изделие от огня до воды, оно может отпуститься и стать мягким. Советую обратить на данный аспект самое пристальное внимание.

При ремонте часов мне неоднократно приходилось затачивать оси маятника, восстанавливать обломанные цапфы для шестерней. А для этого небольшие участки стальных деталей следует отпускать. Как это сделать в домашних условиях?

Для этого я изготовил медную струбцинку, в которую зажимаю «проблемный» участок оси шестерни, анкера или маятника. Затем нагреваю на обычной газовой горелке струбцинку, жар от которой быстро и равномерно передаётся к необходимому участку стальной оси. После того, как это место становится синим и начинает краснеть, я плавно (чтобы не произошла закалка!) опускаю струбцинку с изделием на поддон плиты, где всё остывает. Изделие стало мягким и готово к обработке!

те кто работает с металлом,они должны знать что следующее поколение не имеет право работать с металлом так как их род может прекратиться а третье поколение будет уже с самым ужасным заболеванием которое придётся лечить всю жизнь,из за того что кое кто всю жизнь выкачивал из себя кальций и фосфор,вдыхая пары металла.и так как из вас никто не ест эти витамины то каждое новое поколение становится всё глупее и глупее так как мозг уменьшался пока не появился самый больной человечек в результате этой самой вредной работы.мы люди с иммунитетом не можем вам помочь так как вы как будто теперь в другой реальности живёте и все наши советы это пустые слова.мы просто смотрим и как бы сканируя вас,видим как вы мучаетесь и уничтожаете своё здоровье

Ссылка на основную публикацию
Как сделать из бумаги разные игрушки
Привет всем. Оказывается, если скучно и не знаешь чем заняться с ребенком, вас может спасти обычная бумага, точнее игрушки из...
Как сделать заплатку на рукаве рубашки
Поделки из кожи Стильные заплатки на рукава Инструменты и материалы Время: 20 минут • Сложность: 1/10 небольшие кусочки кожи; картон;...
Как сделать из бумаги разные игрушки
Привет всем. Оказывается, если скучно и не знаешь чем заняться с ребенком, вас может спасти обычная бумага, точнее игрушки из...
Как сделать металл мягче
Моделистам постоянно приходится сталкиваться с необходимостью повысить прочность и твёрдость металла или инструмента, а иногда, наоборот, сделать металл более мягким,...
Adblock detector