Есть такая прописная истина: если нужно увеличить прочность металла или металлического изделия, то нужно провести его закалку. Логика простая - нагрели железку, запихнули в воду, услышали пшшшш и достали уже более прочный образец. Но разве этого достаточно? Давайте разбираться более глубоко!
Что именно произойдет в материале при закалке мы рассказывали в этой статье и там объяснили, почему свойства меняются. Там же в комментариях вы попросили пояснить как правильно выбрать подходящий режим закалки и были даже приведены примеры того, как люди своими руками упрочняли не совсем доделанные промышленные изделия. Сформируем простой алгоритм процесса закалки, чтобы в случае необходимости вы действовали не на ощупь, а со знанием дела!
Что даёт закалка...? Вспомним!
На всякий случай напомним, что при процессе закалки повышаются значения таких свойств, как прочность, твёрдость и растёт ресурс работы на износ. При этом ударная вязкость, пластичность и упругость сокращаются.
Это значит, что закаленный образец будет хуже обрабатываться резанием, охотнее ломаться при ударе, но зато будет лучше работать в ряде случаев. Сверло с закаленным остриём, будет лучше сверлить твёрдые материалы, а рубанок с закаленным ножом дольше и охотнее обрабатывать деревяшки.
При сложном процессе (скажем, при ступенчатой закалке) и при правильном подборе режима возможно найти некоторый компромисс между плюсами и минусами от закалки.
Так в промышленности часто используются приемы закалки поверхностного слоя с сохранением вязкой сердцевины, что делает образец одновременно и относительно вязким, и относительно твёрдым. Это хорошо например для вала, работающего снаружи на истирание, но иногда получающего удары.
Процесс закалки поэтапно
Итак, переходим к самому интересному! Не забывайте, что закалка - это сложный процесс. Мы проводим его сейчас кустарно и всё значительно упрощаем. Если вдруг нужно более глубоко вникнуть в какие-то специфические моменты, то нужно читать учебники по термической обработке материалов. Их много и не все там смогут быстр оразобраться.
С чего начать?
Прежде, чем начать обработку, нужно проанализировать что и как мы делаем.
Не забывайте, что вместе с ростом твердости вырастет и хрупкость. Это может оказаться неприемлемо для множества случаев на практике.
Ещё деталь может повести. Её линейные размеры изменятся и мы уже не сможем говорить о точности в сопряжении и не соберем тот механизм, где деталь была установлена.
Также закаленная железка будет хуже обрабатываться резанием и точением. Ещё она может вся растрескаться. Всех этих проблем можно избежать, если правильно подобрать режим закалки. Но по неопытности можно и промазать. Если вы всё это усвоили, то идём дальше.
Нужно понимать, с чем мы работаем
Для начала нам нужно узнать, из чего сделана та деталька, которую мы хотим упрочнить. Не обязательно попасть в марку стали на все 100%. Достаточно примерно понимать с чем мы работаем.
Как минимум, не перепутать высокоуглеродистую сталь с низкоуглеродистой. Не пытаться закаливать чугун как сталь и уж тем более не применять для алюминия режимы закалки для стали. Ведь для всех этих вариантов режим не будет одинаковым.
Как выбрать температуру нагрева под закалку
Про выбор температуры написан не один трактат. Сейчас мы всё это изложить кратко не сможем, но мы сформулируем основные принципы для домашнего мастера по принципу лайфхаков. Остановимся пока только на сталях без цветных металлов.
Самый простой способ попасть в температуру - греть в зону аустенита. Или взять 0,6-0,8 от температуры плавления выбранного материала, что довольно грубо и часто вредит. Лучше действовать иначе.
Температура выбирается по соответствующей диаграмме состояния или по таблице в справочнике. В случае стальных сплавов помогает диаграмма железо-углерод.
Нам нужно нагреть сталь выше температуры Асi.
Для каждой стали она будет определяться, исходя из содержания в стали углерода. В этой точке полностью формируется аустенит.
Оптимальной температурой нагрева можно считать температуру, превышающую критическую точку на 30–50°С (смотрим рисунок выше). При таком нагреве исходная структура полностью превращается в аустенит, а после охлаждения со скоростью больше критической образуется структура мартенсита и достигается поставленная цель. Но есть тут ловушка Джокера :) !
Для заэвтектоидных сталей (где углерода больше, чем 0,8%) оптимально выбирать для нагрева под закалку не зону аустенита, а зону аустенит + цементит. Закалка будет неполная, но сделай мы ей полной - у аустенита будет огромное зерно. При закалке структура получится весьма хрупкой. Большое зерно работает как рычаг. Поэтому, остаточный цементит тут куда менее опасен, чем большое зерно. Поэтому, оптимальный интервал обычно изображается как на рисунке выше.
Время и способы прогрева
В идеальном случае деталюшку нужно выдерживать в термической печи до полного её прокаливания при выбранной температуре.
Время полного прогрева детали тоже можно посчитать. Условно удобно принимать время прогрева для углеродистых сталей 1 мм образца за 1 минуту выдержки, для легированных сталей - 1,5-2 мм в минуту.
Неполный прогрев детали приведет к тому, что на поверхности при закалке сформируется одна структура, а внутри будет совсем другая. Это и хорошо, и плохо. Но для нас сейчас это плохо.
Обратите внимание, что время выхода печки на режим мы не считаем. Если печь разгоняется с 20 градусов до 900 градусов за пять часов - мы не суммируем это время к общему времени выдержки детали при заданной температуре.
В реальной же практике часто прогревать какой-нибудь гвоздь, который достал гнуться, приходится простой горелкой. В этом случае показатель может служить красное каление и термопара, которой будем измерять температуру поверхности. Не забываем, что красное каление - это не 100% показатель достижения нужной температуры. Опытный кузнец действительно на глаз отличит нужный цвет, но нам лучше взять термопару. Правда точность всё равно пострадает, но в пределах плюс минус слон подойдет.
Ещё греть детали можно в углях костра. Достаточно их раскочегарить и угли вполне могут выдать около 800-900 градусов и прогреть небольшую детальку. Играет роль время года, качество дров и правильность организации очага.
Охлаждение после прокаливания
То, куда пихают горячий образец, именуется закалочными средами. Они подразделяются на агрессивные и не очень. Закаливать можно в масло, воду, солёную воду, растворы различных солей и даже просто на воздухе. При этом среда может дополнительно подогреваться.
Процесс изображается нехитрым графиком.
При использовании разных закалочных сред меняется скорость охлаждения и его интенсивность. Выше интенсивность - более агрессивная среда, более угловатая структура. Такой образец прочнее, но может потрескаться поверхность и деталь поведет. Она станет кривая.
Некоторые среды образуют на поверхности детали при охлаждении паровую рубашку. На поверхности появляется пузырь и под ним не происходит охлаждения с общей для системы скоростью. В этих точках твердость поверхности будет ниже, а структура получится неравномерная.
Мы будем закаливать в воду. Это самый простой вариант. Советую вам использовать теплую воду (около 50 градусов по Цельсию) для исключения резких воздействий и не перегревать исходный образец при прокаливании.
Обязательно дождитесь полного остывания образца в воде. Не по принципу, что не шипит - можно достать, а по логике, что нужно равномерное и полное охлаждение. Деталь при этом должна находиться на на поверхности, а на глубине и по центру емкости. Это позволит создать равномерное температурное поле при охлаждении.
Очень полезно иметь несколько одинаковых деталюшек, на одной из которых можно будет отточить термическую обработку. Чтобы не оказалось, что появятся трещины и прочие артефакты. Если деталь сразу потрескалась - охлаждение очень интенсивное. Тут нужно подогреть воду ещё сильнее или проводить закалку ступенчато. Например, достать детальку через две минуты охлаждения на пару секунд и потом вновь опустить в емкость с охлаждающей средой.
В общем-то, на этом всё. Зная эту нехитрую технологию можно решить большинство хозяйственно-бытовых задач. Если вам интересно, то я обязательно напишу ещё и про закалку цветных металлов.
Не забывайте про технику безопасности! Обязательно защищайте глаза специальными ударопрочными очками или маской. Детали иногда разрывает в клочья и это нужно помнить. Зрелище отличное, но напоминает анекдот про телескоп, в который можно посмотреть на солнце только два раза.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----
