Закалка металла в домашних условиях: Как закалить болт в домашних условиях: этапы подготовки и каления

Как закалить болт в домашних условиях: этапы подготовки и каления

Как закалить болт в домашних условиях, используя обычную угольную или дровяную печь, газовую горелку или костер с остуживанием в одной, или постепенным охлаждением в двух средах. Пошаговые инструкции и видео на сайте про металлообработку.

Потребность в закалке металла в условиях домашней обстановки – дело не редкое. Она может возникнуть по ряду причин, например если инструмент или метизы не отвечают требуемой прочности для решения определенных задач – имеют мягкую структуру. Также при нарушении технологического процесса на производстве детали могут перекалить, и они будут слишком хрупкими. Если возникает вопрос, как закалить болт в домашних условиях, ответ один – изучить элементарные понятия о закалке металла и попробовать сделать это на практике.

Для начала не стоит прибегать к закаливанию тех резьбовых элементов, прочность которых нужно повысить. Практичнее будет взять бракованную деталь из аналогичной марки металла и провести над ней термическую операцию, и только после этого, в случае положительного эффекта, повторить процедуру начисто. В статье ниже будет приведена основная информацию по теме закалки стали в домашних условиях.

Какие болты можно закалить

Если резьбовые метизы, имеющиеся в наличии, не обладают достаточной прочностью для решения тех или иных технических задач, их можно закалить самостоятельно в домашних условиях. Проверить металл на мягкость или хрупкость очень просто. Для этого нужно взять обычный напильник и, зажав болт в тисках, провести им по свободной поверхности. Если металл легко стесывается и напильник прилипает к нему, это говорит о его мягкости. Напротив, скольжение по болту без каких-либо признаков его податливости даже при значительном усилии свидетельствует о перекале. И то и другое чревато разрушением метиза при нагрузках – такой болт нужно закаливать заново.

Следует иметь в виду, что качественной закалке поддаются только углеродистые и инструментальные стали, поэтому желательно знать марку металла, чтобы точно подобрать режим его закаливания. Если марка показала, что сталь болта относится к малоуглеродистой, не стоит браться за закалку такого изделия.

С целью соблюдения техники безопасности не следует подвергать импровизированной термической обработке метизы, которые участвуют в работе ответственных механизмов, таких как мощные агрегаты и станки. Вызванное неправильной технологией закалки разрушение болтов под действием нагрузки может привести к серьезным травмам!

Основные моменты закалки металлических болтов

Как и при закаливании любого другого изделия, термическая обработка болтовых метизов имеет те же особенности. Главное, о чем упомянуто выше, это марка стали, из которой изготовлена резьба. В соответствии с маркой подбирают температурный режим, охлаждающую среду и метод остужения детали. Если взять общие требования по соблюдению технологии закалки, то можно выделить такие из них:

1. Металл нужно закаливать равномерно. Имеется в виду то, что при закладке болта в печь или при другом способе нагрева каждая часть изделия должна быть нагрета до одной температуры. Если этого не придерживаться, то при остужении резьбовой метиз получит разные по прочности участки, из чего следует невозможность такого болта отвечать надежности при использовании его в ответственных механизмах.
2. Визуально достаточная температура закалки разогретого металла придает последнему ярко-красный оттенок. Если же наблюдается ослепительно белая поверхность, это говорит о том, что болт перекален и будет иметь повышенную хрупкость при охлаждении. Также нельзя допускать синих или черных пятен на поверхности резьбы – это признак сгорания металла.
3. Во избежание деформации во время охлаждения в специальной среде болт после закалки постепенно опускают в нее со стороны шляпки или торца резьбы. Если положить раскаленный предмет в масло или воду плашмя, его легко может повести от неравномерности охлаждения.

Наиболее удобно использовать для загрузки болтов в печь и опускания их в охлаждающий раствор кузнечные клещи. Они надежно фиксируют горячий предмет, не давая ему возможности выпасть и причинить разрушения или травмы. При отсутствии клещей для закалки можно использовать стальную проволоку с соответствующим массе болта диаметром, которую оборачивают вокруг метиза.

Закалка болтов в домашних условиях

Термическая обработка резьбовых метизов на дому позволяет упрочнить их структуру в 3–4 раза. Самое доступное оборудование, которое можно применить для этих целей, – это обычная дровяная или угольная печь, горелка газовой печи или набравший достаточную мощность уличный костер. Дальнейшие действия такие:

1. Изделие помещают внутрь раскаленного очага и следят за состоянием поверхности стали.
2. Как только достигнут красный цвет закалки, метиз вынимают клещами из топки и опускают в обычную воду до тех пор, пока не перестанет выходить пар и винт не охладится.
3. Охлажденную деталь подвергают проверке на случай некачественно проведенного закаливания. Используют при этом все тот же напильник по металлу.

Хорошо подходит резьбовым соединениям и закалка в несколько этапов. Здесь имеется в виду двойное охлаждение в разных жидкостях. Традиционно это может быть вода и машинное масло. Особенно актуально поэтапное охлаждение для сталей с высоким содержанием углерода либо так называемых легированных сталей. Такой подход к процессу закалки не позволяет деформироваться метизу, образование трещин в структуре при этом отсутствует или минимально.

В первую очередь раскаленную деталь опускают в воду на несколько секунд, далее в масляную субстанцию до полного охлаждения. Такой порядок важен с точки зрения безопасности, ведь при высоких температурах масло может попросту вспыхнуть.

Вместо масла вторичной средой может выступать просто воздух. Закалку болтов можно делать частично, например только непосредственно для резьбы. В этом случае именно этот участок раскаливают докрасна и впоследствии охлаждают.

Уважаемые посетители сайта, все, кто имеет представление о закалке болтов в домашних условиях, поддержите обсуждение статьи в комментариях, Ваш опыт важен для всестороннего понимания темы!

Как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками: накалить сверло и другое железо в масле

05Дек

Содержание статьи

1. Введение
2. Технологические нюансы: как правильно закаливать металл
3. Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях
4. Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях
5. Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле
6. Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса
7. Изготовление горна
8. Как самому накалить металл?
9. Оборудование и особенности закалки

Процесс термической металлообработки кажется сложным. Но его можно провести даже дома, правда – с дополнительной подготовкой. Перед началом лучше почитать нашу статью о том, как правильно самому закалить деталь или сверло или вал в домашних условиях в масле.

Введение

Есть характеристика стали – наследственная и приобретенная зернистость. Размер зерна может быть меньше и больше, а также он меняется под воздействием высоких температур. Насколько быстро – зависит от количества примесей. Нельзя однозначно сказать, какая кристаллическая решетка, какие соединения лучше. В одних случаях от этого зависит прочность, в других пластичность. Этот показатель необходимо менять в зависимости от того, какая обработка предстоит. Если листовую сталь или профиль планируют подвергнуть резке, то следует провести процедуру, приводящую к укрупнению зерна. А если работа предстоит с высокоуглеродистой сталью, то лучше обрабатываются заготовки с мелкозернистой структурой.

Изменить зернистость достаточно трудно. При этом нужно учитывать наследственную склонность. Это не значит, что сплав в любом случае будет иметь крупные зерна, но при одинаковом нагреве двух брусков с различной наследственностью один быстрее другого произведет рост соединений. Поэтому фактор очень важен при подборе нагрева. Так не каждый как правильно закалять металл в домашних условиях можно только выборочно, следует знать химический состав.

Сплав имеет множество примесей. Среди них:

• Феррит. Это основополагающий элемент, которого больше всего. Он несет основные свойства, остальные вещества только увеличивают или уменьшают их.
• Перлит. Увеличивает твердость и прочность на растяжение и сжатие.
• Цементит. Химическая формулы – железо с углеродом. И хоть элемент «С» увеличивает прочностные характеристики, если применять FeC чистым, то можно удивиться его хрупкости.
• Графит. Высокоуглеродистые дамасские стали получаются при насыщении этой примесью в момент обработки методом ковки.
• Аустенит. Формируется в момент очень высокого нагрева. При этом увеличивается пластичность, а также исчезают магнитные свойства.

Если углерода в составе от 0% до 2,18%, то мы имеет дело со сталью – низкоуглеродистой (до 0,8%) или углеродистой. А если его больше, чем 2,18%, то перед нами прочный чугун. Делаем вывод: характеристики зависят от двух причин:

• количество примесей;
• степень термальной обработки.

И если первое вы не сможете изменить самостоятельно, то второе – наверняка.

Технологические нюансы: как правильно закаливать металл

Сама процедура включает в себя три шага – нагрев, выдержку и остывание. Оттого, какой результат вы хотите получить и на каком материале работаете, выбирают различные параметры: предел, продолжительность, а также способы охлаждения. Приведем таблицу с несколькими марками стали:

Марка	Температура в градусах	Среда охлаждения
у9, у9а, у10, у10а	от 770 до 800	вода
85хф, х12	от 800 до 840	масло
хвт	от 830 до 830
9хс	от 860 до 870
хв5	от 900 до 1000
9х5вф	от 1000 до 1050
р9, р18	от 1230 до 1300	селитра

Есть две основные цели термообработки:

• повышение прочности – это необходимо для ножей, топоров, сверл и других инструментов, которыми обрабатывают твердые поверхности;
• увеличение пластичности изделия. Например перед тем, как ковать или гнуть – применяется скорее не в быту, а при небольшом частном деле.

При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.

При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.

Как правильно закаливать металл и железо, если нет специальной печи для обжига? Применять паяльную лампу или развести обычный костер – его температура и продолжительность горения достаточно велики для того, чтобы выполнить работу, не превышающую бытовых нужд.

Охлаждение можно проводить различными способами. Если срочно нужно сбить нагрев на одном участке изделия, то можно воспользоваться направленной струей холодной воды. Водное, а значит быстрое, остывание необходимо для легированных и углеродистых сталей. После нагрева следует взять элемент щипцами (если это небольшой нож, топор) и поместить в заранее подготовленную емкость с жидкостью. При отпуске следует охлаждать постепенно – сперва водой, а затем маслом.

И третий вариант – постепенное остывание на свежем воздухе. Тоже эффективный способ, когда нужно оставить небольшой эффект пластичности. Посмотрим видео по этой теме:

Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях

Это процесс нагрева с дальнейшим охлаждением для изменения свойств. Помещаем в печь обычный сплав, а достаем – закаленный, который менее восприимчив к внешним деформациям. Для чего это нужно? При первичной обработке, например при штамповке, резке или литье, внутри сплава появляются внутренние напряжения, которые очень негативно воздействуют на прочностные характеристики и увеличивают хрупкость. Есть четыре типа термообработки:

• Отжиг. Необходим для образования феррита и перлита. Заключается в нагреве в печи до 680-740 градусов, когда уже пройдет порог рекристаллизации. В результате распадаются старые молекулярные связи и образуются новые. Затем следует некоторая выдержка при температурном режиме 400-500, в конце – остывание, медленное, вместе с нагревательным элементом и просто открытыми дверьми.
• Нормализация – аналогичная процедуре для снятия внутреннего напряжения, но нагрев – выше, а охлаждение гораздо быстрее.
• Закалка. Основной происходящий процесс – изменение зернистости, что приводит к нужным результатам. Остывание очень быстрое, часто в воде или масле.
• Отпуск. Бывает в нескольких режимах. О нем поговорим отдельно.

Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно.

Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:

• нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
• мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
• наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.

Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле

Для закалки углеродистых и легированных сталей, лучше всего использовать масляную жидкость. Причины следующие:

• на поверхности заготовки не находится пузырьки;
• поток стимулирует более активную теплоотдачу;
• чтобы не менять тару, чтобы получить две ступени остывания.

Есть специальный аппарат – пирометр – он напоминает градусник, но измерения проводят без непосредственного контакта. Он дорогостоящий, поэтому для домашней работы покупать его не стоит. Посмотрим таблицу цветов, как по ней определять температуру:

Наименование цвета	Температура в градусах Цельсия
Ослепительно белый	1250-1300
Светло-желтый	1150-1250
Темно-желтый	1050-1150
Оранжевый	900-1050
Светло-красный	830-900
Светло-вишнево-красный	800-830
Вишнево-красный	770-800
Темно-вишнево-красный	730-770
Темно-красный	650-730
Коричнево-красный	580-650
Темно-коричневый	530-580

Отпуск

Обработка требуется для того, чтобы убрать напряжения, образованные при первичной обработке. Различают три степени:

• низкая — для ножей, медицинских инструментов, ножниц, лезвий;
• средняя — для топоров, пил, дисков для распиловки дерева;
• высокая — для деталей, необходимых в машиностроении.

Для определения побежалости также есть таблица цветов:

Наименование цвета	Температура в градусах Цельсия
Серый	325
Светло-синий	310
Ярко-синий	295
Фиолетовый	285
Пурпурно-красный	275
Красно-коричневый	265
Коричнево-желтый	255
Соломенно-желтый	240
Светло-желтый	225
Светло-соломенный	200

Выбор режима следует осуществлять согласно данным:

Вид отпуска	Температура в градусах Цельсия	Фазовый состав	Применение
Низкий	120-250	Мартенсит отпуска	Измерительные инструменты, штампы холодного деформирования
Средний	350-500	Троостит отпуска	Пружины, рессоры, штамповый инструмент горячего деформирования
Высокий	500-650	Сорбит отпуска	Валы, кулачки, червячные механизмы, шестерни

Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса

Рекомендации для правильной закалки:

• нагрев — медленный и постепенный;
• образование темных пятен на поверхности говорит о быстром перегреве;
• дождитесь насыщенного алого цвета;
• режим отпуска должен соответствовать степени закала.

Последний совет можно выполнить, если ознакомиться с таблицей:

закалка в градусах цельсия	отпуск
1200	390
	380
1100	370
	360
1050	350
	340
980	330
	320
930	310
	300
870	290
810	280
	270
760	260
	250
700	240
	230
650	220
	210
600	200
	<200

Изготовление горна

Это оборудование можно купить или сделать самостоятельно. Это специальная печь, позволяющая достигать высоких температур. Посмотрим, можно ли ее сделать дома.

Инструкция по изготовлению простого горна

• Купите шамотный кирпич, он устойчив к нагреву до 2500 градусов.
• Внутри трубы – цилиндр диаметром около 10 см.
• Снаружи кирпичная облицовка.
• Для укрепления используйте стальные уголки.
• Сверху цилиндра, посередине горна установите чугунный колосник.
• К трубе снизу прикрепите вентилятор и заглушку, чтобы очищать золу.
• Оборудуйте систему вентилями, чтобы можно было при необходимости прочистить ее.
• Поставьте новое оборудование на ножки по росту мастера.

Как самому накалить металл

Инструкция по использованию печи:

• Разведите огонь.
• Подготовьте 2 емкости — с маслом и с водой.
• Добавьте угли и включите поддув.
• Положите деталь клещами, подождите 15-20 минут.
• Положите заготовку в первую емкость, а затем в воду.

Возможность процедуры дома

Посмотрим на видео, как закалка произведена дома самостоятельно без дополнительного оборудования:

Изготовление камеры для закаливания

Название такой конструкции – муфельная печь. Она делается из огнеупорной глины, которую нужно заливать в любую форму, например, подготовленную из картона. Слой должен быть – 0,8-1 см. Нагревательный элемент – нихромовая спираль из проволоки. Посмотрим видео с подробной инструкцией:

Оборудование и особенности закалки

Дома могут быть использованы:

• электрическая или муфельная печь;
• паяльник;
• большой костер на улице.

Выбор нужно осуществлять согласно размерам детали и типу сплава, максимальной температуре нагрева.

Повышение твердости на открытом огне

Если вы не хотите делать горн с поддувом, можно использовать обычный мангал или камин, посмотрим, как это делают на видео:

В статье мы рассказали, как сделать закаленную сталь. Так как процедура сопряжена с риском, просим соблюдать технику безопасности.

делаем правильно закаленную углеродом обычную инструментальную сталь в масле своими руками, низкоуглеродистый полый вал

25Фев

Если взять курс общей физики для представителей технических профессий, то раздел по свойствам обычного железа занимает почти десять процентов от всего объема тома. Многие умельцы активно интересуются, как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками (самостоятельно). Надо понимать, что в кустарных мастерских почти невозможно получить устойчивый идеальный результат. Но вполне возможно кардинально улучшить эксплуатацию изделия.

Содержание статьи:

1. Что такое закалка
2. Виды закалки стали
3. Охлаждение
4. Как закалить разнообразную инструментальную сталь в неприспособленных домашних условиях

Что такое закалка

Естественный Fe – это весьма пластичный металл, подверженный быстрой коррозии. Для придания этому веществу свойств, необходимых в быту и в производстве, нужно внести в структуру определенные добавки и четко соблюсти при этом температурные режимы. Каждая мелочь этого процесса может кардинально повлиять на конечный продукт. На сегодняшний момент все четко регламентировано научными экспериментами и теоретическими обоснованиями, но всего сто лет назад это считалось искусством.

Для того чтобы сделать обычное железо (не путать с чугуном) устойчивым к механическим воздействиям, самым простым и доступным способом является его обогащение элементом С, то есть закаливание. Далее мы коротко объясним, как закалить низкоуглеродистую мягкую сталь.

Первично люди поняли, что при дефиците кислорода в горне железо впитывает в себя продукты горения. Это было основой для обжига всех изделий. Позже кузнецы стали использовать скорость остывания. Современная наука однозначно подтверждает правильность данных выводов. Режим охлаждения, как оказалось, тоже очень важен при формировании структуры материала.

Самый стандартный метод – нагрев до оранжевого цвета и снижение температуры водой. При этом результат будет, но он не устроил бы даже тех людей, которые жили тысячу лет назад. В середине двадцатого века эта технология перешла из разряда кузнечного искусства в жесткие рамки научного обоснования. Далее мы рассмотрим эти процессы с точки зрения современных взглядов.

Какие используют материалы

Самый простой и распространенный вариант – железо с примесями на уровне пренебрежения. Для придания жесткости единственным возможным способом остается обогащение углеродом дома. Это достигается при нагревании в условиях дефицита кислорода. Важным считается быстрое охлаждение с определенного значения температуры. Порогом является цифра 800. Последующее остывание достигается опусканием в воду.

Улучшенные свойства изделия приобретаются при получении сплавов железа с легирующими добавками. Также используются хром, ванадий, никель, молибден, титан и прочие. В зависимости от процентного состава меняются характеристики и технологии получения необходимых свойств.

Скорость нагрева

Для разных видов сталей режимы температурной обработки значительно отличаются. Часть сплавов требует поэтапного подведения тепла, первоначально до 300 градусов с «выдержкой», а затем доведение до значения модификации внутренней структуры. Например, марка М 45 склонна к образованию микротрещин. Порог допустимого нагрева также у всех материалов разный. Существует технологическая карта, определяющая уровни прогрева.

Процессы, сопровождающие закалку

График изменения внутренней тепловой энергии влияет на формирование микроструктуры металла. Природное вещество имеет аморфную систему. Из-за этого и технологические свойства невысоки. При грамотной обработке во внутреннем строении образуются упорядоченные ячейки, которые сильно изменяют все характеристики. Крайней фазой можно рассматривать чугун. Крупные зерна, имеющие большую твердость, слабо связаны между собой. Поэтому достигаются промежуточные результаты, когда зернистость позволяет добиться высокой прочности и остается достаточно связей для нужной эластичности.

Как сделать оптимальную закаленную сталь разнообразными способами

Серьезная манипуляция выполняется в зависимости от марки материала, режима тепловой обработки и темпа остывания. Мы предоставляем методы, используемые в промышленности.

Производство в одной среде

Способ намного упрощает операцию, но совершенно не подходит для высоколегированных веществ с углеродистым содержанием. Во время стремительного охлаждения в воде появляются большие напряжения засчет температурных колебаний. Происходят сильные изменения в структурной решетке, где аустенит переходит в мартенсит с приличным увеличением объемов. Если продукция имеет сложную конфигурацию или внушительные размеры, то начинается растрескивание, коробление или поводка. А значит, этот способ подходит для несложных в истолнении деталей. Иные конструкции необходимо делать поэтапно с применением двух сред.

Ступенчатая операция

Растворы с солями, селитры и легкоплавкие металлы применяются в роли охлаждающей субстанции. Процесс начинается с помещения изделия в емкость с наполнением, нагрев которой колеблется в пределах трёх температур кипения воды. Содержание в таре в течение двух минут позволит продукции выровнять тепло по всему сечению и избежать термального напряжения. Далее происходит закалка в машинном или минеральном масле. Последний шаг – воздушное охлаждение. Если его игнорировать, то товар потеряет оптимальную твердость, ведь наполнитель затормозит остывание.

Недостатком является небольшой темп выстуживания от 400 до 600 градусов. Поэтому способ незаменим для изготовления деталей с маленьким диаметром до 10 миллиметров.

Изотермическая

Совершенно революционный метод, которым сейчас пользуется уже множество производителей. Остывание осуществляется в жидкости, нагретой до 200° или несколько выше.

Преимуществом можно считать то, что сталь, находящаяся в стадии аустенита, из-за пластичности может подвергаться корректировке и появляется возможность избежать коробления и растрескивания.

К минусам можно отнести большую временную длительность и применение специального оборудования.

Светлая

Очень сложный и затратный процесс. Совершенно не подходит для домашнего использования, так как требует отдельного помещения для постановки вертикальной печи и покупки дополнительного оборудования. Он применяется в промышленных комплексах, которые ориентируются на выпуск однотипной продукции в большом количестве.

Работа заключается в следующем: деталь, проходя через индуктор, сразу же опускается в ванну, наполненную селитрой или растворенной едкой щелочью при температуре 200 градусов. Как правило, жидкость состоит из 75 процентов едкого калия, 25% – натрия. В эту смесь добавляется только 6% воды. Техническое оснащение должно быть полностью герметично. После завершения каждого цикла происходит откачка воздуха.

Как закалить полый вал или пруток из металла (стали) самоотпуском

Суть заключается в том, чтобы быстро поместить в наполнитель деталь и также молниеносно изъять из него для исключения полного остывания. Это помогает произвести последующий отпуск, так как при такой операции сердцевина элемента остается достаточно пластичной из-за сосредоточения в ней большой энергии тепла.

Контроль происходит по таблице с цветами побежалости. Определенный оттенок формируется на внешней стороне будущего изделия. Используя эту картинку, вы вполне можете произвести самоотпуск дома. Для этого придется незначительно увеличить твердость крепежа при помощи теплоизолирующего материала и асбеста (им накрыть сверху).

Охлаждение

Самым главным недостатком при быстром его проведении считается угроза возникновения больших напряжений в сердце продукции, которые нередко приводят к растрескиванию и короблению сырья. Для избежания неприятностей железо предпочитают помещать в масло. Это не относится к высокоуглеродистой стали, для нее лучшей средой является вода.

Кроме этого, используются коллоидные составы, содержащие соли и кислоты, позволяющие не создавать лишние напряжения и поводки.

Принятие решения о способе остужения детали исходит из того, какую форму она имеет:

1. Предмет, имеющий толстую и тонкую часть, сначала помещают в жидкость объемным концом;

2. Сверла, метчики и другие изделия вытянутой формы помещают в вертикальном положении во избежание растрескивания и деформации;

3. После применения местного нагрева в охлаждающую среду погружается весь элемент.

   Как закалить разнообразную инструментальную сталь в неприспособленных домашних условиях

   Для любителей не все методы подходят. Многие способы применимы исключительно в заводских комплексах, потому что они имеют все возможности для осуществления данных процессов.
   Мы предлагаем вам воспользоваться нашими советами исходя из того, какой материал будет у вас в работе:

   • Для создания домашнего режущего предмета используйте нержавейку;

   • При визуальном осмотре поверхность должна иметь насыщенный оранжевый цвет;

   • Важно соблюдать определенный цикл, где сырье опускают в горячую воду, затем вынимают на воздух приблизительно на пять минут и снова погружают обратно в жидкость;

   • Простые стали имеют темно — вишневый окрас, а среднелегированные материалы приобретают красный оттенок.

   Мы предупреждаем, что железо портится, если форсировать скорость нагрева. Тогда вы получите окраску, близкую по цвету к черному или фиолетовому. Она не поддается никакой очистке. Придется выкинуть металл, так как вы не сможете сделать необходимое для вас изделие. Оптимальным считается сталь, которая приобрела кирпичный цвет.

   Оснастка

   Для поднятия температуры образца подойдут любые приспособления для сжигания углеводородов (газовая горелка, паяльная лампа, резак). В крайнем случае используется костер, где для поддержания каления применяется уголь. Дерево не отдает достаточной энергии тепла. Заметим, что перечисленные способы хороши для обработки детали небольших размеров.
   Если вы собираетесь производить закалку на постоянной основе, то придется выстраивать на земле муфельную печь.
   Нужно подумать и об охлаждении. Для работы подойдет обыкновенная вода. При выборе емкости нужно учитывать параметры изделия, чтобы оно погрузилось до нужной вам метки. Для расходников или изготовления мелких элементов также нужна тара. А вот при производстве, например, топора или лома потребуется большеразмерная ванна.
   Охладитель подбирается с учетом уровня остывания:

   • Если требуется обработать определенный участок, то достаточно облить заготовку. Одинарная методика пригодна для изготовления небольших изделий;

   • Поэтапный процесс включает в себя два приема. Изначально используется Н2О, а далее кипящий углеродистый состав (масло). Это довольно опасная операция , при которой необходимо добиться качества без воспламенения нефтепродукта.

   Изготавливаем простой горн

   Конечно, можно купить оборудование, но цена на него довольно высокая. Поэтому любители предпочитают самостоятельно выложить печь.

   Для постройки нужен особый кирпич, в состав которого входит шамотная глина, способная выдержать температуру нагрева до 2500 градусов. Отличительной чертой материала является выдавленный на лицевой части полукруг размером диаметра 5,5 см.

   Начинаем строительство:

   • Для того чтобы ваш будущий очаг не развалился, можно использовать в качестве крепежа специальный раствор. Но лучше сварить конструкцию из уголка в виде рамки. Поставьте в центр цилиндр (желательно, чтобы он был выполнен из чугуна).

   • Чтобы конус твердо стоял, его устанавливают на приваренные опорные ребра и делают отметки чертилкой.

   • Сделайте отрезы по линиям при помощи УШМ.

   • Приварите ребра и чугунный цилиндр по местам точечным методом. Убедитесь в правильном расположении всех элементов и произведите окончательную сварку.

   • Переверните каркас в рабочее положение и положите кирпичи, как показано на картинке.

   • На образовавшуюся выемку установите колосники для подачи воздушных масс снизу в зону горения. Если необходимо накаливание более чем на 1300 ⁰С, то придется установить вентилятор для принудительной подачи кислорода.

   • К конусу привариваем заглушку для сброса продуктов горения и сам вентилятор.

   • Собираем полностью всю конструкцию и монтируем на опорах, подходящих под рост мастера. Производим покраску.

   • На вертикальной трубе обязательно должна быть заслонка, которую используют для очистки колосников.

   Как проверить отпуск

   Такой нагрев не требует специального оборудования. Умельцам достаточно держать температуру от 200 до 250 ⁰С при помощи духовки обычной газовой или электрической плиты. Для этого достаточным будет время 10–20 минут, после чего заготовку вытаскивают наружу и дают ей остыть. После низкого отпуска наблюдается увеличение твердости и плотности металла.

   Какие могут возникнуть дефекты

   При неправильной обработке могут появиться следующие проблемы:

   • Трещины – неисправимый брак.

   • Коробление можно исправить методом рихтовки и правки.

   • Окалины образуются при окислении и обезуглероживании. Исправить недостатки практически невозможно. Для предотвращения негативной ситуации необходимо пользоваться герметичным оборудованием.

   • Пережог. Сталь не исправляется, так как из-за проникновения кислорода внутрь изделий появляются окислы по границам зерен.

   • Недостаточная твердость может возникнуть при низкой температуре, малой выдержке или маленькой скорости охлаждения.

   Мы предоставляем вам видео, посмотрев которое, вы поймете, как правильно закаливать обычный металл в масле или воде:

виды, способы охлаждения, оборудование, дефекты

Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.

Закалка стали

Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

1. Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
2. Быстрое охлаждение.
3. Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

По глубине обработки закалка делится на два вида:

• объемная;
• поверхностная.

В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.

Какие стали можно закаливать?

При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.

Температура и скорость нагрева

Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

Свойства стали после закалки

После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

• увеличивается твердость и прочность;
• уменьшается зерно;
• снижается гибкость и пластичность;
• повышается хрупкость;
• увеличивается устойчивость к стиранию;
• уменьшается сопротивление на излом.

На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

Виды закалки стали

Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

Закаливание в одной среде

При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

При закалке н

температура, виды и способы :: SYL.ru

Термообработка металла – это обязательный процесс в металлургии. Благодаря правильно проведенной термической обработке стали можно добиться улучшения тех или иных механических характеристик изделия. На эту тему можно говорить довольно долго. Давайте разберемся с вами, что же представляет собой закалка стали, для чего она нужна и какова технология. На первый взгляд все это может показаться крайне сложным, однако если разобраться более подробно, это не так.

Немного общих сведений

Закалка представляет собой процесс изменения кристаллической решетки стали и ее сплавов путем достижения критической температуры, которая для каждого материала своя. Как правило, при достижении необходимого температурного порога следует резкое охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости может выступать вода или масло, но об этом более подробно мы поговорим немного позже.

Стоит заметить, что для инструментальных сталей чаще применяется неполная закалка. Суть ее заключается в том, что достигается температура, при которой образуются избыточные фазы. Для других марок стали используется полная закалка. В этом случае температура нагрева увеличивается на 50 градусов. Цветные металлы подвергаются термообработке без полиморфного превращения, а сталь – с полиморфным превращением.

Снятие закалки

Отпуск – технологический процесс охлаждения изделия, суть которого заключается в получении более пластичного и менее хрупкого материала. При этом прочность стараются сохранить на прежнем уровне. Для этого изделие помещают в печь с температурой от 150 до 650 градусов, где она постепенно остывает. Существует три вида отпуска:

• Низкотемпературный – придает обрабатываемому изделию высокую износостойкость, однако такая сталь хуже воспринимает динамические нагрузки. Процесс протекает под температурой 260 градусов. Низкотемпературному отпуску подвергаются изделия из низколегированных и углеродистых сталей (режущие и измерительные инструменты).
• Среднетемпературный – протекает при температуре от 350 до 500 градусов. Чаще всего используется отпуск пружин, рессор, штампов и т. п. Такое изделие будет обладать хорошей упругостью и выносливостью.
• Высокотемпературный отпуск протекает при температуре 500-680 градусов. После окончания процесса изделие будет обладать высокой прочностью и пластичностью. Высокотемпературный отпуск подходит для дальнейшего изготовления деталей, воспринимающих большие нагрузки (зубчатое колесо, вал и т.п.).

Закалка стали в домашних условиях

Если у вас появилась необходимость повысить прочность домашнего инструмента, то вовсе не обязательно бежать к кузнецу, ведь можно обойтись собственными силами. Для этого вам понадобится минимум оборудования и знаний. В качестве примера давайте возьмем топор. Если изделие было изготовлено еще в СССР, то можете быть уверены в том, что оно сделано на совесть. Однако современные топоры качеством не блещут. Заминание или выкрашивание свидетельствует о том, что технология закалки не была соблюдена. Но ничто нам не мешает все сделать самостоятельно.

Для этого разжигаем костер с углями. Последние должны быть как можно белей. Это говорит об их высокой температуре. Предварительно подготовьте две емкости. Одну наполните маслом, можно обычной отработкой машинного, вторую чистой холодной водой. Когда кромка станет малинового цвета, топор нужно доставать. Для удержания можно использовать кузнечные клещи или что-то в этом роде. Быстро окунаете топор в масло и держите три секунды, затем на столько же достаете и опять окунаете. Так нужно делать до потери яркого цвета. После окунаете топор в воду, не забывайте ее помешивать. На этом закалка стали в домашних условиях закончена. А сейчас пойдем дальше.

Подробно о нагреве металла

Весь процесс закалки условно можно разделить на три этапа:

• нагрев стали;
• выдержка – необходима для завершения всех структурных превращений и сквозного прогрева;
• охлаждение (скорость регулируется).

Если говорить об изделиях, изготовленных из углеродистых сталей, то их закалка осуществляется в камерных печах. При этом не требуется предварительный подогрев, что обусловлено устойчивостью материала к короблению и растрескиванию. Сложные изделия, к примеру резкие переходы и тонкие грани, требуют предварительного подогрева. Это делают:

• в соляных печах с 3-хкратным погружением на 3-4 секунды;
• в отдельных печах при температуре 400-500 градусов по Цельсию.

Нужно понимать, что технология подразумевает равномерный нагрев. Если за один подход это обеспечить нельзя, то необходима выдержка для сквозного прогрева. Чем больше изделий находится в печи, тем дольше необходимо их греть. К примеру, одна дисковая фреза диаметром 2,4 см требует выдержки 13 минут, а десяток таких же изделий, необходимо нагревать уже 18 минут.

Способы закалки стали

В настоящее время активно используется:

• Закалка в одном охладителе. Суть ее заключается в том, что изделие помещается в закалочную жидкость, где оно и находится до полного своего охлаждения. Такую закалку можно реализовать в домашних условиях.
• Закалка в двух средах – метод подходит для обработки углеродистых сталей. Суть метода заключается в том, что деталь сначала погружается в воду (быстро охлаждающая среда), а затем в масло.
• Струйчатая – суть метода в том, что обрабатываемая деталь обрызгивается струей воды. Такой способ закалки используют тогда, когда необходимо закалить только часть детали. Кроме того, не образуется паровая рубашка, что увеличивает эффективность.
• Ступенчатая – охлаждение стали осуществляется в закалочной среде при температуре выше мартенситной. После этого идет выдержка. На этом этапе деталь должна иметь одинаковую температуру во всех сечениях, которая должна соответствовать температуре закалочной ванны.

Защита изделия от внешних воздействий

Довольно часто возникает необходимость защиты деталей от таких вредных воздействий, как окалина и потеря углерода. Для этого чаще всего используют специальные газы, которые подают в печь, где находится обрабатываемая деталь. Конечно, это возможно только при полной герметизации печи. В большинстве случаев источником газа является специальный генератор, который работает на углеводородных газах (метан, аммиак и др.).

В любом случае полная закалка стали должна проходить под защитой. Если газ подвести не получается, то имеет смысл использовать герметичную тару. В качестве герметика используется глина, которая не дает проходить воздуху внутрь. Перед этим желательно осыпать деталь чугунной стружкой.

Соляные ванны

Полная или поверхностная закалка стали должна проходить в соляных ваннах. Они защищают обрабатываемое изделие от окисления, однако не от обезуглероживания. По этой простой причине они подвергаются раскислению бурой или кровяной солью несколько раз за 8-12 часов. Соляные ванны, функционирующие при температуре 760-1000 градусов, эффективно раскисляются древесным углем. Для этого необходимо стакан, имеющий много отверстий, заполнить просушенным древесным углем. Затем стакан закрывают крышкой во избежание всплытия угля и опускают на дно соляной ванной. С течением времени количество языков пламени постепенно уменьшается. По сути, чем больше таких раскислений приходится на одно изделие, тем лучше будет защита от обезуглероживания.

Необходимо периодически проверять степень раскисления. Для этого берут обычное стальное лезвие и кладут его на 5-7 минут в ванну. Если оно будет ломаться, а не гнуться, то ванна считается достаточно раскисленной. Стоит заметить, что некоторые виды закалки стали не нуждаются в выполнении подобных мероприятий.

Охлаждающие жидкости

Несложно догадаться, что в качестве основной жидкости для охлаждения стальных изделий используют воду. При этом, добавляя соль или мыло, можно изменять скорость охлаждения детали. Были зарегистрированы случаи, когда закалочный бак использовался не по назначению, скажем для мытья рук. Количество попавшего мыла было достаточно для того, чтобы процесс охлаждения прошел не так, и изделие не получило требуемых свойств.

Чтобы деталь охлаждалась равномерно по всей поверхности, температура в баке не должна быть меньше 20 и выше 30 градусов. Кроме того, нельзя использовать проточную воду. Есть существенные недостатки такого охлаждения, которые заключаются в растрескивании и короблении изделия. Поэтому водяное охлаждение чаще всего используют для несложных неответственных деталей и инструментов, или имеющих цементированное покрытие. Под водяным охлаждением проходит закалка углеродистой стали.

Охлаждение конструкционной и легированной стали

Конструкционная сталь более качественная, а большая часть изделий имеет сложную конфигурацию. Для охлаждения используют 50% раствор каустической соды, которую предварительно разогревают до температуры 50-60 градусов. После закалки в таком растворе детали будут иметь светлый цвет, что говорит о том, что технология была соблюдена. Важно не перегреть раствор каустической соды выше 60 градусов.

Легированная сталь закаляется в минеральном масле. Это же касается и очень тонких изделий из углеродистой стали, например кромок режущих инструментов. Ключевой особенностью данного метода является то, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла. Так, процесс будет протекать одинаково как при 20, так и при 120 градусах.

О температуре отпуска

Структура стали после закалки может несколько отличаться, в зависимости от выбранной температуры отпуска. Но нужно понимать, что температура должна выбираться в зависимости от марки стали. К примеру, если нужно получить изделие твердостью 60 HRC, то отпуск проводят при температуре не выше 200 градусов. В этом случае замечается небольшое снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений. А вот быстрорежущая сталь должна отпускаться при температуре не ниже 540 градусов. При этом можно говорить о существенном увеличении твердости изделия.

Заключение

Температура закалки стали никогда не должна превышать 1 300 градусов, что считается критическим порогом. Цвет изделия при достижении этой точки будет белый, а нормальный – обычно красный или малиновый. Минимальная температура закалки стальных деталей 550 градусов. При этом изделие будет ярко-красного цвета.

Кстати, стоит заметить, что закалка нержавеющей стали проходит под температурой в 1050-1080 градусов в воде. Механические свойства изделия по окончании процесса характеризуются тем, что несколько понижается прочность и твердость, но значительно увеличивается пластичность и вязкость. На этом можно заканчивать разговор на данную тему. Как вы видите, для получения необходимых механических свойств, важно соблюдать технологию, ведь малейшие отклонения приводят к нежелательным результатам. В случае если все будет сделано правильно, пусть даже в домашних условиях, вы заметите существенные изменения в положительную сторону.

Закалка и отпуск ножевой стали — Sandvik Materials Technology

Перейти к содержанию

• Новости и СМИ
• О нас
• Языки

• Продукция и Услуги
• Технический центр
• Связаться с нами

Поиск Поиск

Поиск

Сменить языки
• Продукция и Услуги
• Технический центр
• Новости и СМИ
• О нас
• Связаться с нами

Суб-навигация для

• Товары и услуги
  • Бар и полый стержень
  • Заготовки и блюмы
  • Печные изделия и системы отопления
  • Плита и лист
  • Полоса стальная
    • Список сплавов
    • Поверхности
    • Края
    • Форма
    • Допуски по размеру
    • Штрипс
      • Стальная полоса с покрытием
      • Клапан компрессора стальной
      • Раковина из стали
      • Нож стальной

Закалка и отпуск — Термическая обработка металлов

• Китайский (упрощенный)
• Турецкий
• Шведский
• Польский
• голландский
• итальянский
• Французский
• финский
• Испанский
• Английский
• Немецкий
• датский
• Чешский
• Язык
  • Китайский (упрощенный)
  • Турецкий
  • Шведский
  • Польский
  • голландский
  • итальянский
  • Французский
  • финский
  • Испанский
  • Английский
  • Немецкий
  • датский
  • Чешский
• Поиск
Поиск Технический глоссарий | Контакты | Локации Меню ≡ ╳
• английский
  • 简体 中文
  • Чески
  • Данск
  • Nederlands
  • Суоми
  • Français
  • Deutsch
  • Italiano
  • Polski
  • Español
  • Свенска
  • Türkçe
• Главная
• Карьера
  • Возможности
  • Возможности (Северная Америка)
• Сервисы
  • Термическая обработка
    • Цементационная закалка с последующей операцией закалки
      • Атмосферное науглероживание
      • Цементация при низком давлении (LPC)
      • Boriding
      • Карбонитрирование
    • Цементационная закалка без последующей операции закалки
      • Corr-I-Dur®
      • Плазменное азотирование / ионное азотирование
      • Нитроцементация
      • Газовое азотирование
      • Ферритное нитроцементация
      • Азотирование в псевдоожиженном слое / соляная ванна / нитроцементация
    • Закалка и отпуск
      • Нейтральное отверждение
      • Закалка Ausbay
      • Аустемперирование
      • Темперирование / закалка
      • Закалка пресса
      • Индукционная закалка
      • Двойное отверждение
      • Темперирование
    • Решение и возраст
      • Решение и возраст: алюминиевые сплавы
      • Решение и возраст: никелевые сплавы
      • Осадочное упрочнение: нержавеющие стали
    • Специальные процессы из нержавеющей стали (S ³ P)
    • Отжиг / нормализация
      • Отжиг
      • Перекристаллизация
      • Нормализация
      • Докритический отжиг / межкритический отжиг
      • Мягкий отжиг
    • Ионная имплантация
    • Снятие стресса
  • Соединение металлов
    • Печь / вакуумная пайка
    • Индукционная пайка
    • Электронно-лучевая сварка
    • Диффузионное соединение HIP
    • Водородная пайка
  • Поверхностная техника
    • Плазменный спрей
    • Покрытие для высокоскоростного кислородного топлива (HVOF)
    • Распыление при горении
    • Парофазный алюминид (VPA)
    • K-Tech
    • Жидкие покрытия
    • Анодирование
    • Электродуговая проволока
    • Керамические покрытия
    • Распыление пламенем
  • Горячее изостатическое прессование
    • Технологии Powdermet®
      • Powdermet® hybrid * с 3D-печатью
      • 3D-печать Powdermet®
      • Powdermet® — форма, близкая к конечной (NNS)
      • Powdermet® Селективная форма сетки поверхности (SSNS)
    • Услуги изостатического прессования
      • Уплотнение отливки
      • Облицовка HIP
      • HIP пайка
      • Простая форма
    • Услуги по поддержке HIP
      • Моделирование и анализ
      • Лабораторные услуги для HIP
• Рынки
  • Автомобильная промышленность
    • Автомобиль / Легкий грузовик
    • Тяжелые грузовики
    • Мотоциклы
    • Автоспорт
  • Аэрокосмическая промышленность и оборона
    • Коммерческий самолет
    • Военный истребитель
    • Вертолет
    • Оружейная палата и боеприпасы
    • Космос
  • Энергия
    • Стационарные турбины
    • Ядерная
    • Нефть и газ
    • Возобновляемые источники энергии
  • Общепромышленный
    • Инструменты
    • Сельское и лесное хозяйство
    • Строительство и гражданское строительство
    • Добыча полезных ископаемых
    • Железнодорожный и морской
    • Потребительские товары
    • Электроника и телекоммуникации
    • Медицина, здоровье и окружающая среда
    • Еда и напитки
    • Химическая промышленность и бумага
    • Машиностроение
• Новости и СМИ
  • пресс-релизы
  • Загрузки
  • Мультимедийные ресурсы
    • Картинки
  • Контакт для СМИ
  • Больше новостей
  • История металлургии
• Корпоративная ответственность
  • Наш подход
  • Окружающая обстановка
  • Наша политика
  • Безопасность
  • Общество
  • Рабочее место
  • Гендерный разрыв в оплате труда
• Инвесторам
  • Наши ценности
  • Наша стратегия
  • Наша производительность
  • Наш бизнес
    • Основные факты
    • Что мы делаем
    • Наша торговая площадка
    • Сегменты бизнеса
      • Подразделения ADE
      • Подразделения AGI
    • Обзор сектора термической обработки
  • Управление
    • Структура управления
    • Лидерство
    • Внутренний контроль и управление рисками
    • Политика открытых дверей
    • Наша политика
    • Где мы работаем
  • Наша доска
  • Отчеты и результаты
  • Финансовая информация
    • Пятилетний обзор
    • Отчет о прибылях и убытках группы
    • Баланс
    • Денежный поток
  • Информация о цене акций и дивидендах
    • Подробная цена акций
    • Дивидендная история
    • Инструменты построения графиков
      • График цены акций
      • Доходы акционеров
    • Исторический калькулятор и справочник
    • Цена акции скачать
  • Нормативные объявления
  • Финансовый календарь
  • Презентации для инвесторов
  • Информация для акционеров
    • Информация о дивидендах
    • Формы акционеров
    • Подробнее о годовом Общем собрании акционеров
    • Электронное голосование по доверенности

Статья об упрочнении по Свободному словарю

вид термической обработки материалов, заключающийся в нагреве и последующем быстром охлаждении и предназначенный для фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения или подавления любого нежелательные процессы, возникающие при медленном охлаждении.Упрочнение может быть достигнуто только в материалах, у которых высокотемпературное и низкотемпературное состояния равновесия различаются (например, по кристаллической структуре). Закалка эффективна только в том случае, если реально достигаемая скорость охлаждения достаточно высока, чтобы предотвратить возникновение процессов, которые оно предназначено подавить. Структуры, образованные в результате закалки, относительно стабильны; при нагревании они переходят в более устойчивое состояние. Многие вещества (металлы и их сплавы; стекло) могут затвердевать как в естественных условиях, так и в конкретном технологическом процессе.

Закалка стали. Стали — самая большая группа материалов, которые подвергаются закалке. Согласно фазовой диаграмме для сплавов железо-углерод (Рисунок 1), аустенит, раствор углерода

Рисунок 1 . Часть фазовой диаграммы для системы железо-углерод, которая соответствует сталям

,

в гамма-железе, представляет собой термодинамически стабильное состояние стали при температурах выше линии GS £ фазовой диаграммы; ниже линии PSK термодинамически стабильное состояние представляет собой смесь феррита (раствор углерода в альфа-железе) и цементита (карбид железа, Fe ₃ C).В случае медленного охлаждения, начиная с температур выше линии PSK , аустенит должен разложиться на феррит и цементит, согласно фазовой диаграмме. Скорость превращения зависит от температуры и при достаточно низких температурах становится настолько медленной, что разложение аустенита практически прекращается. При дальнейшем понижении температуры аустенит становится мартенситным, появление которого в структуре стали приводит к резкому увеличению твердости, прочности, магнитного насыщения и снижению пластичности.Целью упрочнения стали является получение полностью мартенситной структуры (без продуктов разложения аустенита), то есть подавление разложения аустенита за счет быстрого охлаждения и сохранение разложения до температур, при которых происходит мартенситное превращение. происходит. Минимальная скорость охлаждения, достаточная для предотвращения разложения аустенита, называется критической скоростью охлаждения для закалки стали.

В практических применениях термической обработки металлов используются различные виды закалки для получения определенных свойств металлов, особенно сталей.Затвердевание может быть полным или локальным, в зависимости от условий нагрева. При полной закалке сталь быстро охлаждается после нагрева до температуры выше линии GSE . Таким образом, сталь полностью переходит в аустенитное состояние. При локализованном упрочнении, которое используется в основном для инструментальных сталей, металл нагревается до температур выше линии ПСК ‘, после охлаждения структура может еще содержать так называемые избыточные фазы (феррит или цементит и некоторые более сложные карбиды), которые остались нерастворенными при нагревании.В зависимости от условий охлаждения закалка может быть классифицирована как закалка или закалка. При закалке сталь нагревается до температур выше линии GSE (полная закалка) или выше линии PSK (локализованная закалка), затем быстро охлаждается до температур ниже линии PSK и подвергается так называемой изотермической выдержке. , при котором аустенит превращается в другие структуры (перлит или бейнит). В этом случае свойства конечных продуктов определяются температурой изотермической выдержки; твердость и прочность материала повышаются при понижении температуры.При отпуске охлаждение проводится очень быстро до температуры, немного превышающей температуру мартенситного превращения. Затем следует выдержка, необходимая для выравнивания температуры по всей толщине детали (ступенька). Последующее охлаждение происходит медленно до образования мартенсита в структуре. Внешние факторы, в основном отверждающая среда (вода, масло или расплавленная соль), также влияют на результаты отверждения.

Закаленная сталь очень хрупкая.Поэтому после закалки он обычно проходит отпуск. При одинаковой твердости сталь, закаленная с последующим отпуском, будет более пластичной (и, следовательно, более обрабатываемой), чем сталь, подвергшаяся медленному охлаждению, что приводит к превращению аустенита в феррит и цементит. Это является причиной чрезвычайно широкого использования закаленной стали в технике: закаленные стали могут использоваться не только для производства сталей с большой твердостью, но и после надлежащего отпуска стали средней или низкой твердости, обладающие хорошими структурными свойствами.

Упрочнение стареющих сплавов. Если равновесная концентрация твердого раствора претерпевает существенное изменение при изменении температуры, то при охлаждении произойдет отделение избытка одного из компонентов. Такой процесс является диффузионным и может подавляться затвердеванием (рис. 2). В этом случае цель закалки — закрепить перенасыщенный

Рисунок 2 . Часть фазовой диаграммы системы алюминий-медь, примыкающая к алюминию.В процессе отверждения твердый раствор фиксируется из области ––. При низких температурах раствор сильно пересыщается твердым раствором меди

при низкой температуре (например, при комнатной температуре). Тогда старение сплава может происходить при комнатной температуре или при более высокой температуре. Сплав со структурой, образовавшейся в процессе закалки и старения, обладает высокими прочностными свойствами и высокой коэрцитивной силой (магнитные сплавы). Широкое распространение получили так называемые стареющие сплавы, которые подвергаются закалке и последующему старению.Например, дюралюминий используется в качестве конструкционного материала, нимоник , используется как огнеупорный материал, а алнико используется для изготовления постоянных магнитов.

Упрочнение упорядоченных сплавов. Заказ сплава приводит к изменению его физико-механических свойств, например к снижению пластичности. Если заказывать нежелательно, сплавы подвергаются закалке. Закалка вызывает фиксацию неупорядоченного состояния при низких температурах. Такая фиксация возможна, если процессы, приводящие к упорядочиванию, не происходят с чрезмерно высокой скоростью.

Упрочнение чистых металлов и однофазных сплавов. Упрочнение чистых металлов и однофазных сплавов также используется для изучения вакансий и их влияния на механические и физические свойства материалов. В этом случае целью закалки является сохранение при низких температурах той же концентрации вакансий, которая была в состоянии равновесия при высоких температурах. Последующий нагрев материалов до температур, при которых вакансии становятся подвижными, приводит к увеличению сопротивления пластическому течению («закалочное упрочнение») и снижению внутреннего трения.Изучение связи между равновесной концентрацией вакансий и температурой и скоростью удаления избыточных вакансий, зафиксированных в процессе упрочнения, позволяет определить энергию образования и активации миграции вакансий. Сумма этих энергий определяет энергию активации самодиффузии.

Упрочнение жидкостей. Отверждение может замедлить кристаллизацию жидкостей. В этом случае отверждение приводит к переходу жидкости в стекловидное состояние.Кристаллизация металлов происходит слишком быстро, так что успешного перехода в стеклообразное аморфное состояние обычно не удается достичь.

Закалка из жидкого состояния. Отвердение из жидкого состояния возможно для некоторых систем, имеющих определенный тип фазовой диаграммы. Такое упрочнение позволяет избежать ликвации, которая возникает во время кристаллизации при обычных скоростях охлаждения, получить пересыщенный твердый раствор, содержащий значительно большее количество второго компонента, чем количество, допускаемое диаграммой состояния, и получить метастабильные фазы, которые не образуются при медленной кристаллизации и не появляются на фазовой диаграмме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Hardy, O.K., and T. J. Hill. «Процесс выделения». В коллекции Успехи физики металлов , т. 2. Москва, 1958. (Пер. С англ.)
Курдюмов Г.В. лавление закалки и отпуск стойло . Москва, 1960.
Физическое металловедение , фас. 1–3. Под редакцией Р. Кана. М., 1967. (Пер. С англ.)

в технологии металлов, повышение прочности на разрыв или сопротивления постоянному схватыванию материала, составляющего полуфабрикат или готовое изделие.

Закалка характеризуется степенью затвердевания, которая является показателем относительного увеличения прочности на разрыв или сопротивления остаточному схватыванию материала по сравнению с исходным значением, которое возникает в результате закаливающей обработки. Во многих случаях он также может характеризоваться глубиной затвердевания, то есть толщиной закаленного слоя. Упрочнение обычно сопровождается снижением пластичности. Таким образом, на практике выбор метода и оптимальных условий для закаливания зависит от максимального увеличения прочности материала, которое может быть получено без снижения пластичности материала до неприемлемого уровня.Такое сочетание прочности и пластичности обеспечивает максимальную прочность конструкции.

В процессе производства материала он может быть упрочнен за счет воздействия тепла и излучения, легирования или добавления отвердителей, таких как волокна или дисперсные частицы, в металлическую или неметаллическую матрицу ( см. КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ).

Материал, из которого состоят полуфабрикаты или готовые изделия, можно упрочнять механическими, термическими, химическими и другими методами, а также комбинированными методами, такими как цементирование или термомеханические методы.Наиболее распространенным видом упрочняющей обработки является поверхностная пластическая деформация, которая является простым и эффективным средством повышения несущей способности и долговечности деталей машин и элементов конструкций. Поверхностная пластическая деформация особенно полезна для деталей и элементов, подверженных переменным нагрузкам, например осей, валов, шестерен, подшипников, поршней, цилиндров, сварных конструкций и инструментов. В зависимости от конструкции и свойств материала деталей или элементов, а также от размера и характера рабочих нагрузок используются различные типы поверхностной пластической деформации, в том числе накатка и прокатка валками и шариками, прокатка зубчатыми роликами, алмазное полирование, дорнование. , гидроабразия, вибрация и дробеструйная обработка.Поверхностная пластическая деформация часто в значительной степени снижает шероховатость поверхности, увеличивает износостойкость деталей и — в случае комбинированной закалки и чистовой обработки — улучшает внешний вид поверхности деталей.

При термической обработке металлов упрочнение достигается, в частности, закалкой и последующим отпуском. Отдельные виды термомеханической обработки, в том числе горячая и холодная обработка, существенно способствуют повышению прочностных свойств. Поверхностное упрочнение достигается азотированием, цианированием, науглероживанием или диффузионным покрытием.Диффузионное покрытие заключается в насыщении поверхности детали алюминием, хромом или другими металлами.

Закалка также достигается электрическими и электрохимическими методами. Такие методы включают ультразвуковую, электрическую, электронно-лучевую, фотонно-лучевую, электрохимическую, электроразрядную, лазерную и ударно-волновую обработку, а также магнитно-импульсную и электрогидравлическую обработку.

Упрочняющая обработка может быть поверхностной, объемной или комбинированной. Например, холодная пластическая деформация поверхности материала — это обработка поверхности.Объемные обработки включают изотермическую закалку, а комбинированные обработки включают термообработку с последующей пластической деформацией поверхности. Объемную обработку и обработку поверхности можно проводить последовательно несколькими способами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гуляев А.П. Металловедение , 4-е изд. М., 1966.
Гуляев А.П. Прочность металлов при циклических нагрузках . Москва, 1967.
Папшев Д. Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками . Москва, 1968.
Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машины , 2-е изд. Москва, 1969.
Кудрявцев И.В. Поверхностный наклеп дляповышения прочности и долговечности деталей машины , 2-е изд. М., 1969.
Данилевский В.В. Технология машиностроения , 3-е изд. М., 1972.
Картавов С.А. Технология машиностроения . Киев, 1974.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979).© 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Закалка стали

Закалка стали достигается подходящей закалкой от в пределах или выше критического диапазона. Температуры — это такие же, как и для полного отжига. Время выдержки в воздушных печах должно составлять 1,2 мин на каждый мм поперечного сечения или 0,6 мин в солевые или свинцовые ванны. Неравномерный нагрев, перегрев и чрезмерное образование накипи необходимо избегать.

Закалка необходима для подавления нормального пробоя аустенит на феррит и цементит, и вызвать частичное разложение при такой низкой температуре для получения мартенсита.Для этого стали требуется критическая скорость охлаждения , которая значительно снижается на наличие легирующих элементов, которые вызывают упрочнение мягкая закалка (например, масло и закаленные стали).

Стали с содержанием углерода менее 0,3% не поддаются эффективной закалке, в то время как максимальный эффект достигается примерно на 0,7% за счет повышенного склонность к удержанию аустенита в высокоуглеродистых сталях Рис. 1.

Рисунок 1.Вариация твердости мартенсита и бейнита с содержанием углерода

Вода — одна из самых эффективных закалочных сред, где требуется максимальная твердость, но она может вызвать деформацию и взлом статьи. Где твердостью можно пожертвовать, кит, хлопок используются семена и минеральные масла. Они склонны к окислению и образованию шлама с последующее снижение эффективности.

Скорость закалки нефти намного меньше, чем у воды.Феррит и троостит образуются даже на небольших участках. Средний соотношение воды и масла может быть получено с водой, содержащей 10-30% Ucon, вещество с обратной растворимостью, которое оседает на объект с низкой скоростью охлаждения. Чтобы минимизировать искажения, длинные закалку цилиндрических предметов следует производить вертикально, плоские участки — ребром и толстые секции должны попасть в ванну первыми. Для предотвращения образования пузырьков пара образуя мягкие пятна, необходимо взболтать водную баню для закалки.

Полностью закаленная и отпущенная сталь развивает лучшие качества сочетание прочности и пластичности.

Закалка и закалка

Мартенсит закаленной инструментальной стали чрезвычайно хрупкий. и сильно напряжен. Следовательно, растрескивание и искажение объекта могут возникнуть после закалки. Остаточный аустенит нестабилен и как он меняет размеры, может изменяться, например матрицы могут изменяться на 0,012 мм.

Следовательно, необходимо нагреть сталь под критический диапазон, чтобы снять напряжение и позволить задержанным Происходит реакция осаждения цементита.Это известно как закалка .

• 150-250 ° С. Нагревают объект в масляной ванне, сразу после закалки, чтобы предотвратить растрескивание, уменьшить внутреннее напряжение и разложение аустенита без особого смягчение.

• 200-450 ° С. Используется для упрочнения стали за счет твердость. Твердость по Бринеллю 350-450.

• 450-700 ° С.Осажденный цементит сливается в большие массы и сталь становится мягче. Структура известна как сорбит, который при более высоких температурах становится крупно сфероидизированным. Он травится медленнее, чем троостит, и его твердость по Бринеллю составляет 220-350. Сорбит обычно используется в термообработанных конструкционных материалах. стали, такие как оси, валы и коленчатые валы, подверженные динамическим стрессы. Закалка и отпуск при этой температуре диапазон часто называют упрочнением, и он дает увеличение отношения предела упругости к пределу прочности при растяжении сила.

Реакции при отпуске протекают медленно. Время реакции как ну и температура нагрева важна. Закалка проводится до в большей степени под пирометрическим контролем в нефти, соли (например, равная частей нитратов натрия и калия на 200-600 ° C) или свинцовых ванн, а также в печах, в которых воздух циркулирует вентиляторами. После закалки объекты могут охлаждаться как быстро, так и медленно, за исключением стали восприимчив к отпускной хрупкости.

Темперные краски, сформированные на очищенной поверхности, все еще используются иногда в качестве ориентира для определения температуры. Они существуют из-за вмешательства эффекты тонких пленок оксида, образовавшихся при отпуске, и они действуют аналогично масляным пленкам на воде. Сплавы, такие как форма из нержавеющей стали более тонкие пленки, чем углеродистые стали для данной температуры и, следовательно, производят цвет ниже в серии. Например, бледная солома соответствует до 300 ° C вместо 230 ° C (Таблица 1).

Таблица 1.


Temper Color	Температура ° C	Объекты
Бледная солома	230	Инструменты для строгания и долбления
Темная солома	240	Фрезы, сверла
Коричневый	250	Метчики, лезвия ножниц по металлу
Коричневато-пурпурный	260	Пуансоны, чашки, кнопки, спиральные сверла, развертки
Фиолетовый	270	Прессы, оси
Темно-фиолетовый	280	Долота, насадки для стали
Синий	300	Пилы по дереву, пружины
Синий	450-650	Упрочнение конструкционных сталей

Для токарных, строгальных, профильных инструментов и стамески, в закалке нуждаются только режущие части.Это часто переносится на инженерные работы путем нагрева инструмента до 730 ° C с последующим закалка режущего конца вертикально. Когда режущий конец остывает, он очищается камнем и допускается нагрев хвостовика инструмента закалить режущую кромку до нужного цвета. Тогда весь инструмент погашен. Окисление можно уменьшить, покрыв инструмент древесным углем и масло.

Изменения при отпуске

Принципы, лежащие в основе отпуска закаленных сталей имеют близкое сходство с дисперсионным твердением.В перекрывающиеся изменения, возникающие при отпуске высокоуглеродистого мартенсита, показаны на рис.2 и выглядят следующим образом:

• Этап 1. 50-200 ° С. Мартенситные разрывы вплоть до переходного осадка, известного как c-карбид (Fe2,4C), поперек двойники и мартенсит с низким содержанием углерода, что приводит к небольшому диспергированию упрочнение, уменьшение объема и электрического сопротивления.

• 2 этап. 205-305 ° С. Разложение остаточный аустенит до бейнита и снижение твердости.

• Этап 3. 250-500 ° С. Преобразование агрегат низкоуглеродистого мартенсита и с-карбида в феррит и цементит осаждается вдоль двойников, который постепенно укрупняется с образованием видимые частицы и быстрое размягчение, рис. 3.

• Этап 4. Карбидные изменения в легированной стали при 400-700 ° С. В сталях, содержащих одну легирующую добавку, цементит сначала образуется, и сплав диффундирует к нему. При достаточном обогащении Fe3C превращается в карбид сплава. После дальнейшего обогащения это карбид может быть заменен другим, и это образование перехода карбиды могут повторяться несколько раз до равновесного карбида формы. В хромистой стали внесены следующие изменения: Fe3C®Cr7C3®Cr23C6.В стали содержащих несколько карбидообразующих элементов, реакции часто более сложный, и карбиды, которые разлагаются, не обязательно следуют карбидами на основе тех же легирующих элементов. Преобразование может также происходят на месте путем постепенного обмена атомами без каких-либо заметных закаливание; или путем разделения существующих карбидов железа и свежих зарождение когерентного карбида со значительным упрочнением, противодействует нормальному размягчению, которое происходит во время отпуска.В некоторых легированных сталей, поэтому твердость поддерживается постоянной примерно до 500 ° C или в некоторых случаях повышается до пика с последующим постепенным падением к нарушению когерентности и коалесценции частиц карбида. Этот процесс старения, известный как вторичное упрочнение, усиливает свойства ползучести стали при высоких температурах (например, сталь E на рис. 2). Хром, например, стабилизирует размер цементита. частицы в диапазоне 200-500 ° C.Ванадий и молибден образуют штраф дисперсия когерентных осадков (V ₄ C ₃ Mo ₂ C) в ферритовой матрице с значительное затвердевание. Когда старение начинает V ₄ C ₃ растет по границам зерен и также образует видманштеттен из пластин внутри волокон.

Рисунок 2 Кривые закалки для стали 0,35% C и штампа сталь

a) После закалки.Рейки с повышенной плотностью вывиха	б) Закалка 300 ° C. Видманштеттенское выделение карбидов внутри планок
c) Закалка 500 ° C. Восстановление дислокационной структуры в клетки с планками	г) Закалка 600 ° C. Рекристаллизация Цементит повторно зародышевый Равноосные ферритовые границы
e) Двойниковый мартенсит с высоким содержанием углерода	f) Закалка 100 ° C.Мелкие электронные карбиды поперек двойников
г) Закалка 200 ° C. Связный цементит по двойникам. c-карбиды растворить	ч) Закалка 400 ° C. Разрушение двойниковой структуры. Карбиды растут и сфероидальной формы

Рис. 3. Низкоуглеродистые реечные мартенситы имеют высокую температуру Ms и при охлаждении часто происходит некоторый отпуск, то есть самотемперинг.

Отпуск при 300 ° C вызывает выделение карбидов внутри планки в форме Видманштеттена (рис.3). Закалка при 500 ° C способствует восстановление клубка дислокаций в ячейки внутри реек с карбиды выделялись по границам. Отпуск при 600 ° C дает рекристаллизация в равноосный феррит с повторным зарождением карбидов на границы.

Закалочные трещины

Объемные изменения, возникающие при охлаждении аустенита, являются: а) расширение при превращении гамма-железа в феррит; б) сжатие при выпадении цементита в осадок; в) нормальное тепловое сжатие.

При закалке стали эти изменения объема происходят очень сильно. быстро и неравномерно по всему экземпляру. Снаружи больше всего остывает быстро, и в основном мартенситный, при котором сокращение (b) не произошло. Очаг может быть трооститом и началось сокращение (б).

Возникают напряжения, которые могут вызвать деформацию металла. деформировать или треснуть, если пластичность недостаточна для пластического течения происходят. Такие трещины могут появиться через некоторое время после закалки или в начале стадии отпуска.

Трещины от закалки могут возникать:
a) из-за наличия неметаллические включения, цементитовые массы и др .;
б) когда аустенит крупнозернистый из-за высокой температуры закалки;
в) вследствие неравномерного закалка;
г) в кусках неправильного сечения и при резком втягивании углы присутствуют в конструкции.

Отношение дизайна к термообработке очень важный.Особого ухода требуют изделия нестандартного сечения. Когда сталь было выбрано, которое требует закалки водой, тогда дизайнер должен использовать должны быть нацелены щедрые галтели в углах и равномерное сечение. Иногда это можно получить, высверлив металл из громоздких деталей. без существенного влияния на дизайн; примеры приведены на рис. 4.

Отверстие, просверленное сбоку до центрального отверстия, может вызвать растрескивание, и его следует просверлить насквозь и временно забиты асбестовой ватой при термообработке.Трещина также образуют на стыке твердой шестерни с валом. Есть серьезный опасность появления трещин у корней зубов из-за сильного изменения размер раздела. Эту конструкцию можно улучшить, удалив металл. под ободом, чтобы сечение было однородной массы.

Рис. 4. Связь конструкции с термообработкой

Основы термической обработки

Термическая обработка стали включает изменение аустенита, а гранецентрированная кубическая решетка железа, содержащая атомы углерода в пустот, в объемноцентрированный кубический феррит с низкой растворимостью для углерод.

Атомы углерода разделяются на участки с образованием цементита. Это включает в себя подвижность или диффузию атомов углерода, а также время и температура важны. Движение атомов происходит быстро при высоких температурах но с понижением температуры становится все более вялым.

По мере увеличения скорости охлаждения аустенитизированной стали время, отведенное для изменений, сокращается, а реакции неполный при 600-700 ° С.Следовательно, остаточный аустенит трансформируется при более низкие температуры, более короткие движения атомов и более тонкие структуры. При температуре ниже 250 ° C диффузия настолько медленная, что формируется переходная структура.

Влияние быстрого охлаждения на критические точки сложный (рис. 5). Увеличение скорости охлаждения имеет следующее эффекты:

1. Низкие температуры задержания.
2. Ar3 сливается с Ar1, образующим единственную вдавленную точку, известную как Ar «.Хорошо образуется слоистый троостит.
3. Ускоренное охлаждение вызывает другое задержка появления при 350–150 ° C, известная как Ar ». Троостит и мартенсит сформированы.
4. При быстрой закалке Ar «сливается с Ar». Образуется мартенсит.
5. Задержка из-за образования бейнита. при 500-250 ° C обычно не появляется у углеродистой стали, но присутствует со многими легированными сталями.

Рисунок 5.Влияние скорости охлаждения на превращение аустенита

Закаленный металл

Металлы — важная составляющая повседневной жизни. Металлы используются в каждом электрическом устройстве, которое у нас есть, в каждом приборе, каждом автомобиле и каждом здании, которое мы используем. Человек использует металл с 7000 г. до н.э. Металлы составляют большую часть таблицы Менделеева и имеют свой собственный тип системы связи и структуры. Металлы можно обрабатывать и закаливать, формировать и ломать. Металлы могут быть ковкими, пластичными или хрупкими.Металлы проводят тепло и электричество. Известно 86 металлов. Земная кора на 24,1% состоит из металла.

Чтобы полностью понять металлы, нужно начать с самых основ, их атомной структуры, физических свойств и химических свойств, короче говоря, с химии. Химически металлов определяются как атомы, которые являются блестящими и хорошими проводниками, , проводящими тепло и проводящими электричество. Для человеческого глаза металлы — это не отдельные атомы, а группа с прочными металлическими связями. Металлические связи образуются в результате электромагнитного взаимодействия между делокализованными электронами, называемыми электронами проводимости, и собираются в море электронов , которое представляет собой группу электронов в металле. Металлические связи — это связи между металлами, которые разделяют электроны как общность из-за их положительного заряда (отсутствие валентных электронов). Эта прочная металлическая форма связывания обеспечивает высокие температуры плавления и кипения. Металлы представляют собой плотную материю из-за их плотно упакованной структуры, в которой собрано столько атомов, сколько возможно.В результате общего свойства металлических связей и их непосредственной близости друг к другу электроны обладают довольно свободными способностями трехмерного движения, что обеспечивает высокую проводимость тепла и электричества, которые могут передаваться таким же образом. Пока атомы в металлической связи контактируют, электроны могут переноситься, что не исключает жидкие металлы, такие как ртуть (Hg).

Металлы обычно имеют одну из двух структур, 12 и 8-скоординированных.В 12-координированных металлических структурах каждый атом окружен шестью атомами на каждом слое, 3 слева, 3 справа, и разбит между двумя слоями. В 8-координированных металлических структурах на каждом слое по четыре атома, 2 слева, 2 справа, и атом снова разбивается между двумя слоями. Это идеальная структура металлов, и это не всегда верно, поскольку из-за общей, а не ребристой структуры металлов они могут деформироваться и изменяться перед тем, как распадаться на части, как более хрупкие вещества, в результате деформации часто возникают неровности в структура металлов.Тот же аспект, который допускает структурные неровности, это скольжение атомов друг по другу, обеспечивает пластичность, , способность к формованию или изгибу, и пластичность , , способность вытягиваться. Незначительное напряжение может позволить металлам даже сохранить свою форму.

Зерна представляют собой группы регулярно структурированных металлических атомов в куске металла. При перемещении или деформации отсутствие регулярности в размере зерна препятствует скольжению атомов, вызывая большее количество неоднородностей в деформации.Напряжение и давление увеличивают количество зерен за счет разрушения крупных зерен. Чем больше отдельных зерен, тем более вероятно наличие неровностей и, следовательно, более твердый или устойчивый к пластической деформации , изменение формы или размера объекта из-за приложенной силы, металл. Чем тверже металл, тем он становится более хрупким, легко трескается или раскалывается. Нагрев металла восстанавливает зерна, придавая атомам металла более правильную форму, тем самым восстанавливая пластичность.Холодная обработка делает металл более твердым за счет дробления металлических зерен и получения более мелких и неправильных зерен. Деформационное упрочнение — это увеличение хрупкости и твердости из-за деформации, превышающей предел текучести металла, или пластической деформации.

Теперь, когда мы знаем, что такое металлы, мы знаем их атомную и микроскопическую структуру, а также то, как они движутся, мы должны выяснить, кто их использует. Человечество использовало это удивительно универсальное вещество на протяжении тысячелетий, и его существование помогло человечеству в полной мере овладеть окружающей средой.Однако, как и огонь, открытие этого вещества и его использование окутано тайной и недостатком знаний. Скорее всего, открытие металла, как и огня, произошло случайно. Один человек заметил, что камень покраснел в огне быстрее, чем другие, и что в результате утомительных экспериментов ему можно было придать форму, превратив камень в грубое лезвие или острие копья. Преимущества такого клинка очевидны перед его простым кремневым аналогом. Во-первых, металл не трескается и не скалывается при использовании, он только гнется и, следовательно, не разрушается полностью, и его можно отремонтировать, что намного проще, чем изготовить совершенно новое каменное лезвие.Металл также можно заточить до более острого наконечника с гораздо меньшими умениями. Металлу также можно придать форму с помощью менее чем доли навыков, необходимых для формирования кремневого лезвия.

Примерно с 7000-6000 гг. До н.э. Соплеменники в Анатолии использовали грубо сделанные медные инструменты. Вероятно, это первое место, где люди начали использовать медь из-за ее большого количества. Металлы очень редко встречаются в чистом виде, чаще всего это руды , минералы, содержащие металл, руды похожи на горные породы и являются комковатыми и нечистыми, смешанными с минералами.Медь обычно встречается в виде одной из двух руд азурита или малахита. Медь является довольно мягким металлом и имеет низкую температуру плавления по сравнению с другими металлами, в результате руды могут быть плавлены или отделены от минералов при нагревании, об этом свидетельствует уже 3800 г. до н.э. по выплавленным медным предметам, найденным в Иране. По мере того, как использование металла становилось все более распространенным, его искало все больше и больше людей. Кипр, остров в Средиземном море у побережья современной Сирии, стал богатым центром торговли благодаря огромным месторождениям меди около 3000 млрд. Лет назад.c.e.

2800 год до н.э. приводит к другой концепции, которая должна быть определена и объяснена, а именно: сплавы , смесь, содержащая два или более металлических элемента или металлические и неметаллические элементы, обычно сплавленные вместе или растворяющиеся друг в друге при расплавлении. Сплавы создаются одним из двух способов, первый из которых является замещающим, а второй — межведомственным. Межузельный сплав — это тип сплава, который образуется, когда атомы меньшего размера вставляются в зазоры между атомами металла, создавая более плотное и прочное соединение, такое как бронза и сталь.Замещающий сплав — это второй тип сплава, и он образуется, когда атомы аналогичного размера заменяют атомы металла в металлической структуре, такой как серебро, латунь и олово; этот тип сплава изготовить намного сложнее. Сплавы позволяют сочетать два или более веществ с металлом для создания вещества с желаемыми свойствами. Бронза — это первый сплав, открытый человеком, который на протяжении тысяч лет оставался основным материалом для изготовления инструментов в Средиземноморье, Египте, Месопотамии и Китае.

Бронза, промежуточный сплав, изготавливается из смеси олова и меди, двух мягких металлов, которые в сочетании образуют значительно более твердый металл, обладающий прочностью для более разнообразных и экстремальных работ. Бронзовые инструменты были впервые обнаружены в Шумере, месопотамской цивилизации, в Уре, городе-государстве указанной цивилизации, примерно в 2800 году до нашей эры. Бронза распространилась на цивилизацию долины реки Инд, известную как цивилизация Харрапан (названная в честь одного из ее городов) к 2500 году до нашей эры.c.e. Бронза распространилась на Западную и Центральную Европу к предшественникам кельтов примерно в 2000 году до н.э. Отсутствие производства и доступности бронзы ограничивало ее использование богатыми и, таким образом, в основном использовалось в качестве предметов роскоши или оружия вместо инструментов. Китайцы обнаружили бронзу около 1500 г. до н. Э. полностью отделен от народов Северной Африки, Месопотамии и Европы.

Создание бронзы потребовало обнаружения двух довольно редких металлов в большинстве частей света и было особенно дорого.Железо было решением этой проблемы, поскольку оно было достаточно прочным, чтобы быть полезным само по себе. Единственная проблема с железом заключается в том, что оно очень нечистое по своей природе и не может быть отделено от руды плавкой из-за отсутствия средств. Медь и олово плавятся при 1300 градусах Цельсия, тогда как железо плавится только при 1528 градусах Цельсия. Печи, используемые для плавки бронзы, просто не могли производить достаточно тепла для плавки железа. Из-за отсутствия средств, необходимых для плавления примесей железа, примеси приходилось вытеснять из металла, что требовало много времени и энергии и было ужасно неэффективным.

Из-за неэффективности обработки железа примерно в 2000 году до н.э. было обнаружено и использовано пятьсот лет назад. и когда он широко использовался около 1500 г. до н. э. Хетты Анатолии первыми использовали железо, как указывают их артефакты. Железо, как и медь, было быстро заменено на более качественную форму сплава, известную как сталь.

Сталь — это промежуточный сплав, образующийся при перегреве железа с помощью древесного угля или другого высокоуглеродистого топлива и последующего быстрого охлаждения.Во время нагревания атомы железа немного отделяются, и углерод из горящего топлива превращается в газ, по мере того, как газ выходит, часть его попадает между расширенными атомами железа, как рыба в сети, а когда железо охлаждается, атомы углерода блокируются. и железо теперь сталь. Сталь тверже, менее хрупка и, следовательно, лучше в использовании и с ней легче работать, чем с железом. Таким образом, сталь ценилась выше железа, но широко не использовалась до тех пор, пока не могла быть эффективно произведена.

Примерно 11 ^{-е гг.} г. б.c.e. Железный век начался на Ближнем Востоке и распространился из Анатолии и Ближнего Востока. Примерно в это же время была обнаружена сталь. В Китае первая печь, достаточно горячая для плавки железа, была изобретена около 513 года до н. Э. и вскоре после этого начался китайский железный век. Вскоре железо распространилось в Японию, и к этому времени жители Восточной Азии имели твердые познания в области обработки металлов, а также знания стали. Япония начала изготовление мечей, складывая металл поверх себя и перековывая его снова и снова, и, таким образом, воспользовалась структурой зерен и металлической кристаллической структурой, их влиянием на металл и тем, как он деформируется.

В 1161 году до н. Э. Кельты Британии построили в Англии первый европейский чугунолитейный завод. Вскоре после этого Рим начал массовое производство и оснащение своих легионов оружием и доспехами из стали. Металл продолжал использоваться в темные века и средневековый мир Афроевразии. В Америке, однако, не было практически никаких знаний о металле и его обработке. Американские народы оставались без большого использования металла, пока европейцы не принесли его им через торговлю и войну.

Европа и Китай продолжали развиваться в металлургии, химии и металлообработке, и к 1709 году Абрахам Дарби обнаружил, что железо может быть доведено до температуры плавления с помощью кокса , серого твердого пористого вещества, образованного из твердого углеродистого материала, полученного в результате разрушающей перегонки. вместо каменного угля малозольного, малосернистого битуминозного.Это открытие значительно продвинуло производство стали, сделав использование топлива более эффективным, и, таким образом, можно было производить больше стали с меньшим количеством топлива. Европа продвинулась дальше в металлообработке и использовании металлов в машиностроении, и в 1779 году был построен первый железный мост. В 1784 году производитель стали по имени Корт открыл метод производства стали, известный как puddling , способ производства чугуна и стали путем перемешивания расплавленного железа в отражательной печи с помощью железных стержней, которые потреблялись в процессе.Корт также создал систему прокатного стана , сталелитейного завода, на котором металл раскатывается в листы и прутки между двумя огромными цилиндрами в горячем состоянии и при этом разрезается на нужные формы. Прокатные станы вскоре стали центром сталелитейной промышленности.

Наши знания о металлах значительно расширились с 1784 года и являются гораздо более всеобъемлющими, чем требует упоминания, но можно с уверенностью сказать, что человечество еще не знает о металлах всего. Металлы были и, скорее всего, всегда будут важной частью человеческой жизни, и понимание их важно для всех.