Закалка алюминия в домашних условиях

Закалка алюминия в домашних условиях — Металлы, оборудование, инструкции

Термическую обработку алюминиевых профилей применяют для модификации свойств алюминиевых сплавов, из которых они сделаны, путем изменения их микроструктуры. Основными упрочняющими механизмами в алюминиевых сплавах являются упрочнение за счет легирования твердого раствора и упрочнение за счет выделений вторичных фаз. Как правило, один из этих механизмов в сплаве является доминирующим.

Твердый раствор алюминиевых сплавов

Твердый раствор получают нагревом алюминиевого сплава, при котором все имеющиеся в нем фазы растворяются с образованием одной гомогенной фазы – алюминия с растворенными в нем легирующими элементами. С повышением температуры растворимость элементов увеличивается, со снижением температуры – снижается.

Механизм упрочнения заключается в том, что при достаточно быстром охлаждении алюминиевого сплава растворенные элементы остаются в атомной решетке алюминия и искажают, упруго деформируют ее.

Эта искаженная атомная решетка затрудняет движение дислокаций и, следовательно, пластическую деформацию сплава и тем самым повышает его механическую прочность.

Старение алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, которые упрочняются старением, содержат определенное количество растворимых легирующих элементов, например, некоторых комбинаций из меди, магния, кремния, марганца и цинка.

При соответствующей термической обработке эти растворенные атомы соединяются в виде очень малых частиц, которые выделяются внутри зерен алюминиевого сплава. Этот процесс и называют старением, так он происходит «сам собой» при комнатной температуре.

Для ускорения и достижения большей эффективности упрочнения алюминиевого сплава старение проводят при повышенной температуре, скажем, 200 °С.

Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе является весьма экономически выгодной технологией термической обработки алюминиевых профилей по сравнению с закалкой с отдельного нагрева. При закалке на прессе охлаждение алюминиевых профилей проводят от температуры, с которой они выходят из матрицы.

Необходимое условие для закалки на прессе — интервал температур нагрева алюминиевого сплава под закалку должен совпадать с интервалом температур алюминиевых профилей на выходе из пресса.

Это, в принципе, выполняется только для «мягких» и «полутвердых» алюминиевых сплавов – технического алюминия, алюминиевых сплавов серий 3ххх и 6ххх, а также малолегированных сплавов серии 5ххх (с магнием до 3 %) и некоторых алюминиевых сплавов серии 7ххх без легирования медью (7020, 7005 (наш 1915), 7003).

Эффект закалки для алюминиевых сплавов 3ххх и 5ххх очень незначителен и, как правило, не принимается во внимание.

Окончательные механические свойства алюминиевые сплавы 3ххх и 5ххх принимают не в результате термического упрочнения, а при последующей нагартовке, что может включать и операции термической обработки: один или несколько отжигов. Упрочняющей фазой для сплавов серии 6ххх является соединение Mg2Si.

Закалка на прессе алюминиевых профилей из сплавов АД31, 6060 и 6063

Все алюминиевые сплавы серии 6ххх могут получать закалку непосредственно на прессе. Для фиксирования растворенных фаз в твердом растворе алюминия необходимо охлаждение алюминиевых профилей на выходе из пресса со скоростью не ниже некоторой критической скорости.

Эта скорость зависит от химического состава алюминиевого сплава. Обычно усиленного охлаждения вентиляторами бывает достаточно для большинства алюминиевых профилей, однако иногда бывает необходимым и охлаждение их водой или смесью воздуха и воды.

Успешная закалка алюминиевых сплавов серии 6ххх зависит от толщины профиля, а также от типа сплава и его химического состава.

В случае чрезмерно массивных алюминиевых профилей, например, из сплава АД33 (6061) и относительно медленной скорости прессования материал на выходе из матрицы может не достигать интервала температур, необходимого для закалки и часть частиц Mg2Si останется не растворенной.

Поэтому при последующем воздушном, или даже водяном, охлаждении профилей их полной закалки не получится. В таких случаях применяют отдельный нагрев под закалку в специальных печах – обычно вертикальных с последующим охлаждением в вертикальных баках с водой. После закалки алюминиевых профилей производят их растяжение на 1,5 – 3 % для правки и снятия остаточных напряжений.

Старение алюминиевых профилей: искусственное и естественное

Заключительной операцией термической обработки алюминиевых профилей является старение, естественное или искусственное. Естественное старение происходит само собой в течение некоторого времени, разного для различных алюминиевых сплавов – от нескольких недель до нескольких месяцев. Искусственное старение производят в специальных печах старения.

Как закалить алюминий в домашних условиях

Термическую обработку алюминиевых профилей применяют для модификации свойств алюминиевых сплавов, из которых они сделаны, путем изменения их микроструктуры.

Основными упрочняющими механизмами в алюминиевых сплавах являются упрочнение за счет легирования твердого раствора и упрочнение за счет выделений вторичных фаз.

Как правило, один из этих механизмов в сплаве является доминирующим. 

Твердый раствор алюминиевых сплавов

Твердый раствор получают нагревом алюминиевого сплава, при котором все имеющиеся в нем фазы растворяются с образованием одной гомогенной фазы – алюминия с растворенными в нем легирующими элементами. С повышением температуры растворимость элементов увеличивается, со снижением температуры – снижается.

Механизм упрочнения заключается в том, что при достаточно быстром охлаждении алюминиевого сплава растворенные элементы остаются в атомной решетке алюминия и искажают, упруго деформируют ее.

Эта искаженная атомная решетка затрудняет движение дислокаций и, следовательно, пластическую деформацию сплава и тем самым повышает его механическую прочность.   

Старение алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, которые упрочняются старением, содержат определенное количество растворимых легирующих элементов, например, некоторых комбинаций из меди, магния, кремния, марганца и цинка.

При соответствующей термической обработке эти растворенные атомы соединяются в виде очень малых частиц, которые выделяются внутри зерен алюминиевого сплава. Этот процесс и называют старением, так он происходит «сам собой» при комнатной температуре.

Для ускорения и достижения большей эффективности упрочнения алюминиевого сплава старение проводят при повышенной температуре, скажем, 200 °С.    

Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе является весьма экономически выгодной технологией термической обработки алюминиевых профилей по сравнению с закалкой с отдельного нагрева. При закалке на прессе охлаждение алюминиевых профилей проводят от температуры, с которой они выходят из матрицы.

Необходимое условие для закалки на прессе — интервал температур нагрева алюминиевого сплава под закалку должен совпадать с интервалом температур алюминиевых профилей на выходе из пресса.

Это, в принципе, выполняется только для «мягких» и «полутвердых» алюминиевых сплавов – технического алюминия, алюминиевых сплавов серий 3ххх и 6ххх, а также малолегированных сплавов серии 5ххх (с магнием до 3 %) и некоторых алюминиевых сплавов серии 7ххх без легирования медью (7020, 7005 (наш 1915), 7003).

Эффект закалки для алюминиевых сплавов 3ххх и 5ххх очень незначителен и, как правило, не принимается во внимание.

Окончательные механические свойства алюминиевые сплавы 3ххх и 5ххх принимают не в результате термического упрочнения, а при последующей нагартовке, что может включать и операции термической обработки: один или несколько отжигов.

Упрочняющей фазой для сплавов серии 6ххх является соединение Mg2Si. Подробнее см. Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе сплавов АД31, 6060 и 6063

Все алюминиевые сплавы серии 6ххх могут получать закалку непосредственно на прессе. Для фиксирования растворенных фаз в твердом растворе алюминия необходимо охлаждение алюминиевых профилей на выходе из пресса со скоростью не ниже некоторой критической скорости. Эта скорость зависит от химического состава алюминиевого сплава.

Обычно усиленного охлаждения вентиляторами бывает достаточно для большинства алюминиевых профилей, однако иногда бывает необходимым и охлаждение их водой или смесью воздуха и воды. Успешная закалка алюминиевых сплавов серии 6ххх зависит от толщины профиля, а также от типа сплава и его химического состава.

В таких случаях применяют отдельный нагрев под закалку в специальных печах – обычно вертикальных с последующим охлаждением  в вертикальных баках с водой. После закалки алюминиевых профилей производят их растяжение на 1,5 – 3 %  для правки и снятия остаточных напряжений.      

Закалка алюминия в домашних условиях

Алюминий весьма распространенный металл как в промышленности, так и бытовой сфере. Не редко при поломке какой-либо детали возникает потребность в выплавке замены.

  Плавка алюминия в домашних условиях привлекательна тем, что возможна при сравнительно невысокой температуре.

Чтобы провести операцию своими руками необходимо знать характеристики металла при воздействии температуры и физико-химические свойства.

Характеристики

Температура плавления алюминия всегда зависима от того, насколько чист металл. В среднем она равна 660 градусам, при точке кипения в 2500 градусов.

Легкость и пластичность позволяют прекрасно обрабатывать различными технологическими операциями.

Металл при нормальной и повышенной температуре активно взаимодействует с кислородом из воздуха. При этом поверхность покрывается оксидной пленкой, которая служит защитой от дальнейших окислительных процессов. Это необходимо учесть, так как при плавлении состав и структура сплава заметно меняется.

Еще одной важной характеристикой является то, что резкое охлаждение может привести к возникновению внутренних напряжений и усадке полученного металла.

Особенности технологического процесса

По большому счету переплавка алюминия в домашних условиях должна моделировать промышленное литье. Подготовленное к плавке сырье необходимо очистить от загрязнений, посторонних примесей и возможных наполнителей. Крупные заготовки должны быть размельчены до необходимых размеров.

Технология отливки предполагает выполнение нескольких операций. При подготовке лом плавится удобным способом. После достижения текучести с поверхности расплава необходимо снять шлак. Финальной стадией является заполнение подготовленной формы расплавленным составом. Одноразовые формы разбиваются по остыванию.

На предварительном этапе необходимо определиться, что предстоит переплавлять и что должно получиться. Даже если алюминиевый сплав предполагается растопить в качестве эксперимента, нужно приготовить какую-либо форму. За счет этого можно оценить результат. Слиток покажет свой внешний вид, степень пористости и чистоты. Любой эксперимент способен пойти на пользу.

Какой источник тепла использовать?

Для того, чтобы в домашних условиях выплавлять алюминий можно применять:

• Самодельную муфельную печь. Довольно действенный способ, позволяющий легко расплавлять алюминий.
• Обычную самодельную печь. Температуры природного газа будет достаточно для плавки.
• Газовую горелку/плиту или паяльную лампу. Вполне приемлемый способ при небольших объемах оплавки.
• Газовый резак или ацетиленовый генератор, при их наличии, также способны обеспечить необходимую температуру.

Использование самодельной печи для плавки

Самым простым способом является укладка нескольких огнеупорных кирпичей в форме очага. Удобно в качестве каркаса использовать металлическую емкость. На боку следует сделать отверстие для присоединения трубки с подачей воздуха. Подойдет подходящая металлическая труба. К ней нужно подключить пылесос, фен или иной прибор, подающий воздух.

В очаг помещается древесный уголь, разводится огонь и подается воздух. Емкость, в которой будет расплавляться алюминий, помещается в печь. По бокам необходимо также обложить уголь. Оптимальным вариантом будет создание крышки, чтобы зря не терять тепло. Можно сделать только проход для дыма.

Применение кухонной плиты

Для штучного плавления не обязательно создавать свою печку. Достичь необходимой температуры можно даже на бытовом газу. При массе заготовок алюминия для плавки сама процедура не займет более 0,5 часа.

Емкость можно взять любую подходящую, например жестяную банку. В ней размещается измельченный и почищенный алюминий. Однако переплавить алюминий, просто поставив банку на огонь не получится, нужная температура не достигается. Для сохранения тепла придумана следующая схема.

Банку с ломом помещают внутрь еще одной, большего размера, на подпорках так, чтобы сохранялся зазор до 10 мм. В большей банке подготавливаются отверстия 30-40 мм для того, чтобы подходило пламя. При этом рассекатель на горелке снимать не надо.

Полученную конструкцию устанавливают над горелкой. Горящее пламя будет проходить во внутрь большей банки и прогревать емкость с металлом. В этом случае большая жестянка будет играть роль своеобразной оболочки, удерживающей тепло. помещается подходящая крышка, но оставляется зазор, чтобы выходили продукты горения. При нагреве интенсивность пламени нужно регулировать.

Использование тигеля и вспомогательного оборудования

Предыдущий способ хорош, но банка больше одного раза не способна выдержать и может прогореть. В этом случае есть риск разлития металла на горелку.

Чтобы несколько раз работать в печи рекомендуется подготовить особую емкость – тигель. Он выполняется из стали. Вполне можно пользоваться отрезком трубы, у которой заварено дно.

Неплохое устройство получается если использовать обрезанный огнетушитель или небольшой кислородный баллон с овальным профилем.

При этом стоит предусмотреть наличие бокового желоба для сливания расплавленного алюминия.

При этом может потребоваться вспомогательное оборудование, например, пассатижи. Идеальным случаем будет использование боковых зажимов и нижних фиксированных упоров – аналогов промышленных установок. Также потребуется длинная ложка, чтобы снимать шлак.

Как сделать форму для отливки

К числу основных задач при плавлении алюминия относится подготовка формы, в которой будет размещаться жидкий металл. Заливать расплав можно различными способами, но основными считаются открытая и закрытая форма отливки.

Открытая методика

Наиболее простой вариант – это перелив расплавленного алюминия в имеющуюся емкость, к примеру, жестяную банку. После того, как металл застынет, слиток изымается. Для облегчения изъятия по еще не остывшей до конца форме необходимо потихоньку простучать.

Если не нужна определенная четкая форма, то можно просто сливать жидкий сплав на негорючую поверхность.

Закрытый способ

Если предполагается получение более сложных форм или слитков, то в первую очередь должна изготавливаться форма, которая соответствует всем характеристикам детали. Для обеспечения большей точности она изготавливается из нескольких составных частей.

Используемые для форм материалы
Если предполагается открытый способ, то в основном применяется наиболее простой ингредиент, который всегда можно найти – кремнезем. Грунт необходимо укладывать, проводя послойную трамбовку. Между пластами закладывается макет формы, оставляющий после трамбования отпечаток. Данный макет впоследствии изымается и вместо нее заливается расплавленный металл.

В некоторых случаях для создания форм используется речной песок, в который добавляется жидкое стекло. Реже цементная смесь и тормозная жидкость.

Когда необходимо создать макет сложной конфигурацией, то зачастую используется гипс. Однако он в основном может использоваться один раз. Когда отливается алюминий в гипсовую форму, то макетом может служить заготовка из парафина или пенопласта.

При использовании парафина заготовка погружается в гипс. При этом необходимо оставить небольшое отверстие, в которое после застывания формы и повторного нагрева выливается воск.

Если предполагается использование пенопласта, то он заливается внутри гипсовой формы, в которой остается до застывания. Впоследствии жидкий металл заливается непосредственно на него.

За счет температуры он расплавляется и испаряется, а освободившуюся полость занимает алюминий.

В этом случае необходимо учесть то, что работу следует проводить в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, так как испаряемые пары пенопласта вредны для здоровья.

Распространенные ошибки и как их избежать

1. Гипсовая форма очень удобна для отливания необходимой конфигурации, но гипс чувствительно относится к влаге. Если форму сушить обычным способом, то она может оставаться в составе, что снижает качество отливания, так как способствует образованию пузырьков и выбоин. По этой причине сушку нужно проводить на протяжении нескольких суток.

2. Температура расплавленного алюминия должна быть достаточной, чтобы он успел заполнить все пространство формы до того, как начнет застывать. Поэтому после плавления не стоит мешкать с переливом.
3. Не желательно опускать отлитый в форму металл в воду, чтобы ускорить процесс застывания. Это приводит к нарушению структуры алюминия и трещинам.

Меры безопасности

Технология работы сопровождается применением открытого пламени, что приводит к определенным ограничениям. Перед началом работы стоит подготовить средства пожаротушения, проверить работоспособность и исправность газовой аппаратуры и вентиляции.

Операции с расплавленным алюминием являются опасными. Поэтому работу следует проводить с учетом техники безопасности. Обязательно нужно применять специальную одежду, защиту для глаз и органов дыхания.

Приведенные видео покажут необходимые инструкции и помогут разобрать пошаговые алгоритмы действий и операций с расплавленным металлом.

Закалка алюминия в домашних условиях — Станки, сварка, металлообработка

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют закалку и старение. Для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, применяют отжиг.

 Закалка алюминиевых сплавов

Закалка заключается в нагреве сплавов до температуры, при которой, избыточные интерметаллидные фазы полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Например, температура закалки сплавов системы Аl–Сu (рис.

1) определится линией abc, проходящей выше линии предельной растворимости для сплавов, содержащих меньше 5,7 % Сu, и ниже эвтектической линии (548 °С) для сплавов, содержащих большее количество Сu.

При нагреве под закалку сплавов, содержащих до ~ 5 % Сu, избыточная фаза СuА12 полностью растворяется, и при последующем быстром охлаждении фиксируется только пересыщенный α-твердый раствор, содержащий столько меди, сколько ее находится в сплаве (рис.2в). При содержании более 5 % Си в структуре сплавов после закалки будет пересыщенный α-твердый раствор состава, отвечающего точке b, и нерастворенные при нагреве кристаллы соединения СuАl2.

Время выдержки при температуре закалки, необходимое для растворения интермегаллидных фаз, зависит от структурного состояния сплава, типа печи и толщины изделия.

Листы, плиты, прутки, полосы толщиной 0,5–150 мм выдерживают нагрев в селитровых ваннах 10–80 мин, а в наиболее широко применяемых для этой цели электропечах с принудительной циркуляцией воздуха – 30–210 мин.

Выдержка фасонных отливок при температуре закалки более длительная (2–15 ч).

За это время растворяются грубые выделения иитерметаллидных фаз (рис.2а). Охлаждение деформированных сплавов при закалке производят в холодной воде, а фасонных отливок – в подогретой воде (50–100 °С) во избежание их коробления и образования трещин. После закалки сплавы имеют сравнительно невысокую прочность σв, σ0,2 и высокую пластичность (delta;, ψ).

Рис.1. Диаграмма состояния Al–Cu

Рис.2. Микроструктура сплавов алюминия:а – литой сплав Al + 12 % Cu (α-раствор и кристаллы эвтектики α + CuAl2 и CuAl2); б – литой сплав Д16 (α-раствор и кристаллы CuAl2 и Al2MgCu); в – сплав Д16 после закалки (α-фаза); г – сплав Д16 после закалки и старения

 Старение закаленных сплавов

После закалки следует старение, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток (естественное старение) или в течение 10–24 ч при повышенной температуре (искусственное старение). В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, что сопровождается упрочнением сплава.

Распад пересыщенного твердого раствора происходит в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения.

При естественном (при 20 °С) или низкотемпературном искусственном старении (ниже 100–150 °С) не наблюдается распада твердого раствора с выделением избыточной фазы; при этих температурах атомы меди перемещаются только внутри кристаллической решетки α-твердого раствора на весьма малые расстояния и собираются по плоскостям (100) в двумерные пластинчатые образования (рис.3а) или диски – зоны Гинье-Престона (ГП–1). Эти зоны ГП–1 протяжностью в несколько десятков ангстрем (30–60 Å) и толщиной 5–10 Å более или менее равномерно распределены в пределах каждого кристалла. Концентрация меди в зонах ГП–1 меньше, чем в СuАl2 (54 %).

Рис.3. Схема выделения избыточных фаз из твердого раствора при старении:а) – зоны ГП–1; б) – зоны ГП-2; в) – θ′-фаза; г) — θ-фаза (СuАl2)

Если сплав после естественного старения кратковременно (несколько секунд или минут) нагреть до 230–270 °С и затем быстро охладить, то упрочнение полностью снимается, и свойства сплава будут соответствовать свежезакаленному состоянию. Это явление получило название возврат.

Разупрочнение при возврате связано с тем, что зоны ГП–1 при этих температурах оказываются нестабильными и поэтому растворяются в твердом растворе, а атомы меди вновь более или менее равномерно распределяются в пределах объема каждого кристалла твердого раствора, как и после закалки. При последующем вылеживаний сплава при комнатной температуре вновь происходит образование зон ГП–1 и упрочнение сплава.

Однако после возврата и последующего старения ухудшаются коррозионные свойства сплава, что затрудняет использование возврата для практических целей.

Длительная выдержка при 100 °С или несколько часов при 150 °С приводит к образованию зон ГП–2 большей величины (толщина 10–40 Å и диаметр 200–300 Å) с упорядоченной структурой, отличной от α-твердого раствора (рис.

3б). Концентрация меди в них соответствует содержанию ее в СuАl2.

С повышением температуры старения процессы диффузии, а следовательно, и процессы структурных превращений, и самоупрочнение протекают быстрее.

Выдержка в течение нескольких часов при 150–200 °С приводит к образованию в местах, где располагались зоны ГП–2, дисперсных (тонкопластинчатых) частиц промежуточной θ′-фазы, не отличающейся по химическому составу от стабильной фазы θ (СuАl2), но имеющей отличную кристаллическую решетку; θ′-фаза когерентно связана с твердым раствором (рис.3в). Повышение температуры до 200–250 °С приводит к коагуляций метастабильной фазы и к образованию стабильной θ-фазы (рис.3г).

Таким образом, при естественном старении образуются лишь зоны ГП–1. При искусственном старении последовательность структурных Изменений можно представить в виде следующей схемы: ГП–1 → ГП–2 → θ′ → θ (СuAl2).

Это общая схема распада пересыщенного твердого раствора в сплавах Аl–Сu справедлива и для других сплавов. Различие сводится лишь к тому, что в разных сплавах неодинаков состав и строение зон, а также образующихся фаз.

Для стареющих алюминиевых сплавов разных составов существуют и свои температурно-временные области зонного (образование ГП–1 и ГП–2) и фазового (θ′- и θ-фаз) старения.

После зонного старения сплавы чаще имеют повышенный предел текучести и относительно невысокое отношение σ0,2/σв ≤ 0,6÷0,7, повышенную пластичность, хорошую коррозионную стойкость и низкую чувствительность к хрупкому разрушению.

После фазового старения отношение σ0,2/σв повышается до 0,9–0,95, а пластичность, вязкость, сопротивление хрупкому разрушению и коррозии под напряжением снижаются.

 Структурное упрочнение

Температура рекристаллизации некоторых сплавов алюминия с марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном и другими переходными металлами превышает обычно назначаемую температуру нагрева под деформацию или закалку, поэтому после закалки и старения таких сплавов в них сохраняется перекристаллизованная (полигонизованная) структура с высокой плотностью дислокаций, что повышает ее прочность по сравнению с рекристаллизованной структурой. Это явление получило название структурного упрочнения.

В результате структурного упрочнения значения σв, σ0,2 повышаются до 30–40 %. Наиболее сильно структурное упрочнение проявляется в прессованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы), поэтому это явление применительно к ним называют пресс-эффектом.

 Гомогенизационный отжиг

Этому виду отжига подвергают слитки перед обработкой давлением, для устранения дендритной ликвации, которая приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению по границам зерен и между ветвями дендритов хрупких неравновесных эв-тектических включений СuAl2, Al2CuMg (S-фаза), Mg2Si, Al3Mg2Zn2 (Т-фаза и др.). В процессе гомогенизации состав кристаллитов твердого раствора выравнивается, а интерметаллиды растворяются.

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют закалку и старение. Для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, применяют отжиг.

 Рекристаллизационный отжиг

Такой отжиг заключается в нагреве деформированного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации; применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. Температура рекристаллизованного отжига в зависимости от состава сплава колеблется от 350 до 500 °С, выдержка 0,5–2,0 ч.

После рекристаллизационного отжига сплавов, не упрочняемых термической обработкой, скорость охлаждения выбирают произвольно. Для сплавов, упрочняемых термической обработкой скорость охлаждения до 200–250 °С должна быть ≤ 30 °С/ч.

Отжиг в качестве промежуточной операции применяют при холодной деформации или между горячей и холодной деформациями.

 Отжиг для разупрочнения сплавов, прошедших закалку и старение

Этот вид отжиги проводят при 350–450 °С с выдержкой 1–2 ч. При этих температурах происходит полный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляция упрочняющих фаз. Скорость охлаждения не должна превышать 30 °С/ч. После отжига сплав имеет низкий предел прочности, удовлетворительную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под напряжением.

Закалка металла в домашних условиях: закаливаем сталь правильно

Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.

Закалка металла в домашних условиях

Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.

Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник.

Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента.

Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.

Зависимость твердости стали от режима термобоработки

Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит.

Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали.

В то же время твердость углеродистых и инструментальных стальных сплавов достаточно просто повысить даже в домашних условиях.

Технологические нюансы закалки

Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.

Режимы термообработки некоторых цветных сплавов

Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:

• его упрочнения и повышения твердости;
• улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.

Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.

Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен.

О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла.

Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.

В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:

• специальную печь, работающую на электричестве;
• паяльную лампу;
• открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.

Закалка ножа на открытых углях

Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.

Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.

Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.

Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).

Охлаждение заготовки ножа в масле

В том случае, если закалить надо стали других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения.

При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение.

Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.

Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.

Режимы термообработки быстрорежущих сталей

Режимы термической обработки легированных инструментальных сталей

Режимы термической обработки углеродистых инструментальных сталей

Как закалить сталь на открытом огне

Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.

Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.

По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет.

Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет.

В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.

За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.

После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению.

В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают.

Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.
При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.

Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя.

Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию.

Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.

Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000.

Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими.

Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.

Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали

Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина.

Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания.

Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.

Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.

Глиняный нагреватель с замурованной нихромовой спиралью

На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой.

Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания.

После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.

Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.

Готовая самодельная камера

Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса.

Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно.

С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.

Самостоятельное изготовление такой печи (как и закалочного оборудования другого типа) позволяет не только получить в свое распоряжение устройство, полностью соответствующее вашим потребностям, но и хорошо сэкономить, так как серийные модели стоит достаточно дорого.