Термообработка металла
Рейтинг: 5 / 5
Домашнему мастеру иногда приходится сталкиваться с необходимостью повысить прочность и твердость металла или инструмента, а иногда, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся обработке.
Этого можно достичь термическим воздействием, заключающимся в нагреве материала до определенной 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 сырье, 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 широко применяемые 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; X - хром; Ю - алюминий. Например, сталь марки 65X13 имеет в своем составе 0,065% углерода и 0,013% хрома.
Наиболее ходовые марки сталей для изготовления инструмента приведены в таблице 1.
| Таблица 1. | |
| Инструмент | Марка стали |
| Зубила, отвертки, топоры, клейма для стали | У7А |
| Пуансоны, матрицы, пробойники, стамески | У8; У8А |
| Керны, деревообрабатывающий инструмент | У10;У10А |
| Молотки, кувалды, гладилки, плотницкий инструмент | У7 |
| Метчики | У10-У12 |
| Напильники | У10-У13; ШХ6 |
| Ножовочные полотна станочные | РЭ; Р18; ШХ15 |
| Ножовочные полотна ручные | У8-У12 |
| Ножовки по дереву | У8ГА |
| Ножи фуговальных станков | 9Х5ВФ |
| Пилы циркулярные | 85ХФ |
| Пилы лесопильных рам | 85ХВ |
| Плашки | 9ХС |
| Полотна лучковых пил | У8ГА; 85ХФ |
| Пилы поперечные | У8ГА; У10 |
| Пилы продольные | 85Х |
| Резцы для твердых металлов | У13; У13А |
| Резцы токарные и строгальные | У10;У10А |
| Сверла спиральные по дереву | 9ХС; 9Х5ВФ |
| Сверла по металлу | Р9; Р18 |
| Фрезы | Р9; Р18 |
Термическая обработка стали разделяется на закаливание, отпуск и отжиг.
Закаливание стали применяется для повышения ее твердости. Мягкие малоуглеродистые стали (Ст. 25) и "железо" (Ст. 10; Ст. 20) не калятся; углеродистые (сталь 45; сталь 50) и инструментальные (У8; У9; У10А и другие) увеличивают свою твердость при закале 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.
| Таблица 2. | |||||
| Марка | Закалка С° | Отпуск С° | Отжиг С° | Охлаждающая среда для закалки | Охлаждающая среда для отпуска |
| У7; У7А | 800 | 170 | 780 | вода | вода, масло |
| У8; У8А | 800 | 170 | 770 | вода | вода, масло |
| У10;У10А | 790 | 180 | 770 | вода | вода, масло |
| У11;У11А | 780 | 180 | 750 | вода | вода, масло |
| У12;У12А | 780 | 180 | 750 | вода | вода, масло |
| У13;У13А | 780 | 180 | 750 | вода | вода, масло |
| У8ГА | 800 | 180 | 770 | вода | вода, масло |
| Р9 | 1250 | 580 | 860 | масло | воздух в печи |
| Р18 | 1300 | 580 | 860 | масло | воздух в печи |
| ШХ6 | 810 | 200 | 780 | масло | воздух |
| ШХ9 | 830 | 280 | 780 | масло | воздух |
| ШХ15 | 845 | 400 | 780 | масло | воздух |
| 9ХС | 860 | 170 | 730 | масло | воздух |
| 9Х5ВФ | 950 | 270 | 800 | масло | воздух |
| 50ХГА | 840 | 315 | 810 | вода | воздух |
| 60С2 | 870 | 325 | 840 | вода | воздух |
| 60С2ХА | 870 | 315 | 840 | вода | воздух |
| 65С2ВА | 850 | 330 | 820 | вода | воздух |
| 85ХВ | 830 | 250 | 790 | вода | воздух |
В домашних условиях, при отсутствии приборов температуру нагрева приближенно можно определить по цвету. Для ориентации цвета каления стальных изделий в неосвещенной солнцем комнате приведены по порядку их появления в зависимости от температуры (в С°): темно-коричневый (заметен в темноте) 530-580 С°; коричнево-красный 580-650 С°; темно-красный (вишневый) 650-730 С°; вишнево-красный (багровый) 730-770 С°; вишнево-алый 770-800 С°; светло-вишнево-алый 800-830 С°; ярко-красный 830-870 С°; красный 870-900 С°; оранжевый 900-1050 С°; темно-желтый 1050-1150 С°; светло-желтый 1150-1250 С°; желто-белый 1250-1300 С°; ослепительно белый свыше 1300 С°.(см. Таблицу 4.)
В закаленном состоянии сталь обладает большой твердостью, но вместе с тем и хрупкостью. Чтобы придать ей вязкость, производится отпуск стали после закалки. Для этого ее нагревают до температуры 220-300° и медленно охлаждают в воздухе. Твердость стали при этом несколько уменьшается, структура ее изменяется, и она становится более вязкой. Меняя температуру отпуска, можно получить разные механические свойства. При нагреве стали на воздухе ее поверхность окрашивается в различные цвета, называемыми цветами побежалости. Каждый цвет побежалости соответствует вполне определенной температуре и может служить указателем для определения степени нагрева при отпуске стали. Термические режимы и соответствующие им цвета побежалости приведены в таблице 3.
| Таблица 3. | ||
| Инструмент | Температура отпуска, С° | Цвет побежалости |
| Сверла перовые, плашки, матрицы и пуансоны, фрезы | 200 | светло-соломенный |
| Резцы, метчики, полотна ножовок, лобзики, центры | 225 | светло-желтый |
| Кусачки, стамески, ножницы по металлу, зубила | 240 | соломенно-желтый |
| Молотки слесарные и медницкие | 255 | коричнево-желтый |
| Матрицы и пуансоны вытяжные | 265 | красно-коричневый |
| Ролики для накаток | 275 | пурпурно-красный |
| Перки столярные, железки рубаночные, отвертки, обжимки | 285 | фиолетовый |
| Долота столярные, ножи, призмы разметочные, державки резцов | 295 | ярко-синий |
| Ключи гаечные, пассатижи, круглогубцы, плоскогубцы | 310 | светло-синий |
| Полотна пил по дереву | 325 | серый |
Отпуск выполняется следующим образом: стальную деталь зачищают в каком-нибудь месте до блеска, помещают в огонь и следят за появлением цветов побежалости. Отпуск закаленной детали должен быть проведен в течение 24 часов после ее закалки.
Отжиг стали служит для выполнения задачи обратной закалки в случаях, когда закаленную деталь требуется обработать режущим инструментом, согнуть или разрезать. Отжиг стали заключается в нагревании ее до температуры 800-900 С° с последующим медленным охлаждением. После отжига сталь легко поддается обработке.
| Таблица 4. | ||
| Цвет каления стали | Температура С° | |
| темно-коричневый (заметен в темноте) | 530-580 | |
| коричнево-красный | 580-650 | |
| темно-красный (вишневый) | 650-730 | |
| вишнево-красный (багровый) | 730-770 | |
| вишнево-алый | 770-800 | |
| светло-вишнево-алый | 800-830 | |
| ярко-красный | 830-870 | |
| красный | 870-900 | |
| оранжевый | 900-1050 | |
| темно-желтый | 1050-1150 | |
| светло-желтый | 1150-1250 | |
| желто-белый | 1250-1300 | |
| ослепительно белый | свыше 1300 | |
А. Виноградов