Как правильно закалить сталь в домашних условиях, так чтобы деталь не треснула

Некоторые процедуры термической обработки металлов возможно провести в домашних условиях. Рассмотрим, как раскалить железо с минимальным набором оборудования, как провести процесс закалки дома, соблюдая основные технологические шаги и получить достойный результат.

Как закалить металл в домашних условиях – способы

Возможности рядового обывателя ограничены, для разогрева и последующей работы с металлом могут быть использованы:

• пропановые горелки;
• печи (в том числе отопительные);
• мини-кузницы с наддувом.

Закалка деталей из стали в домашних условиях требует одного обязательного условия: достижения весьма высокой температуры. Если имеется способ разогреть заготовку до рабочей температуры – оранжевый или соломенно-желтый металл, можно переходить к подбору емкости.

Охлаждающая жидкость должна полностью покрыть упрочняемую заготовку и не деформироваться в случае соприкосновения с разогретым куском железа.

Для разогрева в качестве топлива чаще всего используют уголь — он имеет высокую температуру горения. Вместе с наддувом (фен или пылесос обратного выдува) можно добиться порогового значения для закалки железа.

Закалка на открытом огне

Наиболее доступный вариант раскалить железо дома — нагреть его в открытом пламени. Уровень нагрева контролируется зрительно по цветографической шкале. Подойдет любой источник с открытым пламенем, способный создать температура около 1000 градусов Цельсия.

Закалка и отпуск в домашних условиях имеют один значительный минус — неравномерный прогрев детали или заготовки. Если деталь большая, а пламя невелико, максимальная температура будет отмечена только в зоне непосредственного контакта огня и детали.

Один из аспектов домашней закалки — поверхностная деградация металла. Разогрев бытовыми способами способствует выгоранию углерода на поверхности железа, что разрушает структурные связи в металле.

Таким образом оптимально упрочнить:

• режущую кромку ручного инструмента (в том числе разнообразных сверел, зубило);
• небольшую деталь целиком (в пределах 2-5 см).

Правильная методика работ с металлом это нагрев и охлаждение в другой среде. Но для простейших работ допустимо выполнение только части процедуры с применением одной жидкости.

Закалка в одной среде

Чтобы закалить металл своими руками в одной среде (одноступенчатая операция), достаточно разогреть металлический предмет до рабочей температуры.

После этого производится перемещение в закалочную жидкость. Изделие находится в данной среде до полного охлаждения.

Метод весьма прост и распространен — его применяют как при ручном, так и механизированном труде. В качестве жидкости выступает вода или масло для закалки. К недостатку относится неравномерное падение температуры по объему детали. В результате термических напряжений происходят изменения в структуре материала. За счет изменения объемов связей возможно появление трещин, деформация поверхности детали.

Закалка стали одной средой в домашних условиях допустима для простейших элементов, деталей и изделий.

Ступенчатая операция

Метод направлен на снижение внутренних напряжений в структуре металла, исключения трещин. Потребуется солевой раствор — для примера можно привести доступную к покупке селитру. Раскаленный металл погружается в солевою среду (температура 300-400 градусов) на время, за которое деталь остынет до уровня жидкости.

Среднее время выдержки – 2 минуты.

Последний этап – полное охлаждение на воздухе, во время которого происходит мартенситное превращение структурных связей. Допустимо применять для закалки металла, относящегося к категориям быстрорежущих сталей, а также марок ХВГ, Х121 и подобным сортам.

 Сталь с обработкой подобным способом на порядок прочнее, чем после процедуры в одной среде.

Изотермическая

Технологически данный метод похож на ступенчатый, за исключением увеличенного промежутка выдержки в среде раствора соли. За счет большого промежутка реализуется процесс распада аустенита и одновременное формирование нижнего слоя бейнита.

Обычные углеродистые стали не получают качественного роста прочности за счет изотермической закалки.

Светлая

Технологический сложный процесс – закалить черный металл в домашних условиях по такой методике почти невозможно.

Для осуществления светлой процедуры каления необходимы промышленные печи, имеющие защитную среду. Мелкие инструменты или детали при такой методике обрабатывают в автоматических установках.

Суть метода: после печи раскаленный металл помещается в емкость с селитрой или смесью едкой щелочи. Рабочая температура – 200 градусов. За счет агрессивной среды из калия и натрия с незначительным добавлением воды требуется соблюдение герметичности всей установки.

Чаще всего закаливание таким методом проводят для элементов сжатия/растяжения, зубчатых колес и валов, испытывающих знакопеременные нагрузки при эксплуатации.

Полезная статья: Электродуговая сварка

Распространенные среды для самостоятельного каления

Процесс остывания заготовок проходит через стадию погружения в жидкостную среду. Закалить металл своими силами в домашних условиях можно с помощью воды, масла, водных растворов солей.

Закалка в воде

Вода является наиболее доступной средой для процедуры закаливания металла в домашних условиях. Важный недостаток водной среды – весьма малая эффективность. Всегда есть шанс получить дефекты на детали из-за быстрого остывания, поэтому водное охлаждение подходит для низкоуглеродистых сталей. Для высокоуглеродистых сталей эффективнее применять масляную среду.

Закалка металла в масле

За счет снижения падения температуры происходит минимизация напряжений в структурах металла. Остывающая в масле сталь со сложной конфигурацией детали в меньшей степени подвержена трещина и иным дефектам.

Полезная статья: Что должен уметь сварщик 4 разряда

Изготовление камеры для закаливания металла

Прототипом оборудования, в котором можно накалить стальные элементы в домашних условиях, является муфельная печь. Одним из компонентов, играющим роль внутренней оболочки печи, является огнеупорная глина. Поверхность рабочей зоны печи покрывается этим материалом на толщину в 8-10 мм.

Описанная методика – бюджетный вариант муфельной печи для домашней термообработки. Заводские устройства стоят очень дорого.

Формовка будущего муфельного агрегата создается из завоскованного картона. На эту модель наносится глина – при высыхании бумага отойдет и может быть удалена руками. Для загрузки заготовок используется специальная дверца, изготавливаемая из аналогичной глины.

После естественной сушки на воздухе камеру и заслонку нагревают до 100 градусов. Следующий этап – обжиг. Процедура происходит при температуре в 900 градусов. После остывания оба элемента подгоняются для плотного прилегания с использованием УШМ и шлифовальной бумаги.

Сверху камеру необходимо обмотать проволочным нихромом. Сечение – 0.75 мм2. Первый и последний слой соединяются. Витки на камеру укладываются с интервалом, который в дальнейшем заполнит огнеупорная глина. Это защитит проволоку, исключит риск короткого замыкания. Изолирующий слой накрывается итоговым защитным поясом из глины. Рекомендуемая толщина – 12 см.

Просушенная заготовка помещается в металлический корпус. Имеющиеся зазоры заполняют асбестом. Для доступа к зоне нагрева на корпус монтируются дверцы с отделкой керамоплиткой.

Важно. Все технологические зазоры заполняются огнеупорными материалами: глиной или асбестом.

Нихромовая проволока выводится на тыльную сторону каркаса. Концы изолируются для исключения замыкания на корпус. В качестве контрольных в передней части подготавливаются два отверстия. Одно для термопары с целью контроля температуры, второе для визуального осмотра. Для закрытия необходимо предусмотреть специальные стальные жалюзи.

Несмотря на небольшой формат конструкции, с ее помощью можно правильно закалить инструмент и металл в домашних условиях.

Полезная статья: Выбор режима сварки

Изготовление простого горна — инструкция

Важное условие – необходимо использовать шамотный кирпич. Глина в его составе выдерживает температуры до 2500 градусов.

Порядок сборки конструкции бытового горна:

1. Составляем из 4 шамотных кирпичей квадрат, в центре которого размещаем чугунный цилиндр. Связываем кирпичи сварной рамкой из уголка.
2. Под цилиндр ввариваются отдельные ребра из уголков. Горизонтальные полки прорезаются, цилиндр размещается в отверстии и проваривается.
   

Варим прихватками, чтобы конструкцию не деформировало.

3. Возвращаем конструкцию в рабочее положение. Укладываем в рамку кирпичи, а на цилиндр – колосники. Это исключит падение угля в патрубок подачи воздуха.

Для повышения температуры свыше 1300 градусов потребуется установка принудительной подачи воздуха.

4. Далее снизу ввариваем тройник. В его нижней части будет заслонка для удаления золы, а сбоку будет подводиться воздушный поток.
5. Закрепляем улитку вентилятора к отводу для подачи воздуха, привариваем ноги. Высота горна должна быть комфортной для роста кузнеца.

Важно. Размещение горна необходимо производить вдали от деревянных строений и легковоспламеняющихся конструкций. После работы остатки углей накрыть, не производить очистку в ветреную и сухую погоду.

Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

Чтобы оценить, насколько закаленный дома металл стал прочным, потребуется специальное оборудование. Суть теста следующая:

В каленый предмет вдавливают эталонный по прочности шарик с заданным усилием. На основе полученной вмятины производится оценка прочности. Прибор и методика носит имя ученого Роквела. Аналогичные испытания могут проведены по методике Бринелля.

Точно высчитать, насколько эффективна закалка металла в домашних условиях, не получится.

Простейший способ – попытаться поцарапать закаленным предметом стекло обычной бутылки. Оценить твердость инструмента можно на нескольких образцах, упрочненных в разных условиях.

Полезная статья: Как варить нержавейку электродом в домашних условиях

Особенности закалки железа

Чтобы получить качественный закаленный дома металл, необходимо придерживаться советов:

1. Применять в качестве среды закалки масло.
2. При разогреве оптимально использовать пирометр для контроля нагрева.
3. Нагрев необходимо производить постепенно и равномерно, если деталь большая.
4. Присутствие потемнений на металле – знак локального перегрева.
5. Если нет пирометра, ориентироваться стоит на алый цвет.
6. Железо закаливается и отпускается в одном режиме.

Отпуск – процесс дополнительного нагрева детали, после завершения охлаждения. Отпуск металла проводится на условиях, соответствующих конкретной марки стали. Цель процедуры – снятие возникших при упрочнении напряжений.

Полезная статья: Классификация сварочной дуги

Как закалить инструментальную сталь

Инструментальные сорта стали наиболее качественно упрочняются в заводских условиях. Есть несколько советов для работы с данными марками металла:

1. Оптимально применять ступенчатую методику упрочнения.
2. Можно задействовать нержавеющие сорта металла.
3. Индикатор прогрева — ярко-оранжевый цвет поверхности.
4. Важно соблюдать цикл процедуры, закалять при плавном нагреве и точно выдерживать по времени в охлаждающей среде.
5. Ускорение нагрева ведет к деградации металла и появлению стойких пятен перекала. Способы чистки для дефектов не применимы.

Для инструментальных сортов в обязательном порядке проводят отпуск стали, чтобы снизить напряжение и исключить выкрашивание рабочей кромки.

Можно ли закалить Сталь 3

Сталь 3 является низкоуглеродистым материалом. Правильный порядок действий в таком случае:

1. Цементация.
2. Поверхностная закалка.

При цементации есть риск получения большого количества окалины из-за выгорания поверхностного слоя углерода. Целесообразно использовать другую сталь, подходящую для упрочнения.

На видео ниже можете посмотреть способ как закалить сталь 3 доме без цементации

Особенности закалки алюминия

Чтобы правильно закалить такой цветной металл как алюминий необходимо знать марку сплава и обеспечить точность нагрева. Если процесс охлаждения производится неверно, алюминиевая деталь деформируется и теряет изначальную прочность. В домашних условиях, без промышленного оборудования и документации на сплав закалка алюминия не принесет положительного результата.

Особенности закалки меди

Медные детали или проволока, закаленные по правилам работы с железом станут хрупкими. Температура нагрева меди не должна превышать 400 градусов. Процесс остывания проходит в воздушной среде. Весь цикл работ по упрочнению медных изделий должен сопровождаться инструментальным и приборным контролем. Если оснастки нет — качественно провести упрочнение не получится.

Полезная статья: От чего зависит величина деформации свариваемого металла

Как самостоятельно провести отпуск после закалки

Отпуск стали позволит уменьшить хрупкость, увеличить пластичность. Для этого требуется нагрев на меньшую, чем при калении, температуру и плавное, постепенное охлаждение.

Основная масса сортов стали проходит отпуск на температурах 150-250 градусов. Такой диапазон нагрева можно подобрать в обычной бытовой духовке, чем и пользуется домашний мастер закалки.

Температура нагрева при прохождении отпуска устанавливается по оттенку побежалости. Это расцветка пленки, формирующейся за счет нагрева на поверхности заготовок. При мартенситном калении, то есть резким охлаждением в среде воды, формируется твердая поверхность, но очень хрупкая. Отпуск в таком случае проводится обязательно.

Возможные дефекты

Если технология упрочнения нарушается, возможно образование брака и дефектов, как локальных, так и занимающих всю закаленную поверхность.

К ним относят:

• трещины — данный дефект неустранимый, деталь считается испорченной;
• коробление — подлежит исправлению, можно попытаться отрихтовать на небольшом нагреве;
• окалина — появляется при разрушении поверхностной углеродной структуры. Восстановить поверхность металлической заготовки или детали невозможно. Для исключения появления окалины нужно соблюдать технологию закалки.
• пережог (перекал, синекаль) – исправлению не подлежит за счет невозвратных изменений в зоне перегрева на структурном уровне;
• низкая твердость — малый эффект от упрочнения наступает из-за несоблюдения техники закаливания.

Закаливание металла — важный процесс термической обработки. Соблюдение простых правил взаимодействия с металлом дает возможность самостоятельного упрочнения инструмента и бытовых изделий из стали.

Задавайте Ваши вопросы по теме термообработки, сварки и пайки металла. Мы с радостью на них ответим.