Цементация стали в домашних условиях графитом и другими методами

Дефекты закалки

К дефектам закалки относятся:

трещины,
поводки или коробление,
обезуглероживание.

Главная причина трещин и поводки — неравномерное изменение объема детали при нагреве и, особенно, при резком охлаждении. Другая причина — увеличение объема при закалке на мартенсит.

Трещины возникают потому, что напряжения при неравномерном изменении объема в отдельных местах детали превышают прочность металла в этих местах.

Лучшим способом уменьшения напряжений является медленное охлаждение около температуры мартенситного превращения. При конструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резких изменений сечения увеличивает внутреннее напряжение при закалке.

Коробление (или поводка)возникает также от напряжений в результате неравномерного охлаждения и проявляется в искривлениях деталей. Если эти искривления невелики, они могут быть исправлены, например, шлифованием. Трещины и коробление могут быть предотвращены предварительным отжигом деталей, равномерным и постепенным нагревом их, а также применением ступенчатой и изотермической закалки.

Обезуглероживание стали с поверхности — результат выгорания углерода при высоком и продолжительном нагреве детали в окислительной среде. Для предотвращения обезуглероживания детали нагревают в восстановительной или нейтральной среде (восстановительное пламя, муфельные печи, нагрев в жидких средах).

Образование окалины на поверхности изделия приводит к угару металла, деформации. Это уменьшает теплопроводность и, стало быть, понижает скорость нагрева изделия в печи, затрудняет механическую обработку. Удаляют окалину либо механическим способом, либо химическим (травлением).

Выгоревший с поверхности металла углерод делает изделия обезуглероженным с пониженными прочностными характеристиками, с затрудненной механической обработкой. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглерожевание, зависит от температуры нагрева, т. е. чем больше нагрев, тем быстрее идут процессы.

Образование окалины при нагреве можно избежать, если под закалку применить пасту, состоящую из жидкого стекла — 100 г, огнеупорной глины — 75 г, графита — 25 г, буры — 14 г, карборунда — 30 г, воды — 100 г. Пасту наносят на изделие и дают ей высохнуть, затем нагревают изделие обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах быстрорежущей стали применяют покрытие бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры

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.

Требования к камере для закаливания

Главное в горне – выбор кирпичей из нужного материала. Они должны быть изготовлены из огнеупорной глины. Это залог длительной работы всей конструкции. Если вы планируете закалять ножи большой длины, можно сделать горн на полтора или два кирпича.

При выборе горелки на пропане следует обращать внимание на наличие регулирующего клапана. Это позволит подбирать оптимальный температурный режим, исходя из размеров и типа ножа

Отверстие для нагревательной камеры можно выполнить обычным сверлом. Огнеупорные материалы не отличаются высокой твердостью, так что эта процедура не отнимает много времени. Кроме того, необходимо выполнить боковое отверстие для пламени горелки. Следует помнить, что сопло должно располагаться на расстоянии 2–3 см от края кирпича.

С помощью такой конструкции можно быстро и удобно нагревать ножи небольшого размера. Альтернативные источники тепла будут рассмотрены ниже.

Свойства металла после обработки

После проведения цементации твердость науглероженного слоя достигает: 58-61 HRC на легированных сталях и 60-64 HRC на низкоуглеродистых сталях. Длительное нахождение стали при высоких значениях температуры, вызывает изменение структуры металла.

Структура стали после цементации

Для исправления крупного зерна металла детали после цементации подвергаются повторному нагреву и закалке с последующим отпуском или нормализацией.

Закалка производится при температуре, не превышающей 900С. В металле происходит измельчение зерна за счет получения перлита и феррита.

Вместо закалки для легированных сталей производят нормализацию. После сквозного прогрева в середине детали образуется мартенсит. Нагрев детали зависит от марки стали, из которой она была изготовлена.

Режимы термической обработки стали после цементации

В качестве заключительной фазы проводят низкотемпературный отпуск, который позволяет устранить поверхностные напряжения и деформации, вызванные высокотемпературной обработкой.

Цементация стали в домашних условиях: что это и как осуществить

В основе процесса цементации заложен принцип химической и термической обработки металла. Вся суть процедуры в насыщении поверхности стали необходимым количеством углерода при определенных температурных условиях.

Несколько лет назад эту процедуру в домашних условиях было практически невозможно реализовать. Сегодня это возможно с использованием среды графита или их аналогов. Главное — это желание и некоторые знания.

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала; Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики; Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода. Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали. В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час

Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов. При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим. В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка

В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее, но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

Цементуемые стали с помощью газа

Впервые цементацию стали газом осуществили на Златоусовском комбинате под бдительным руководством П. Аносова. Этот эффективный способ разработали В. Просвирин, С. Ильинский и Н. Минкевич.

Суть процесса достаточно проста — металл цементируется под влиянием углеродсодержащего газа (природного, искусственного или генераторного) в герметически закрытой печи.

Самый доступный и часто используемый газ — это состав, который получают при разложении нефтепродуктов.

Его изготавливают следующим способом:

в специальную емкость из стали наливают керосин, нагревают до процесса пиролиза — разложения керосина на смесь из нескольких газов;
примерно 60% этого газа модифицируют и делают подходящим для цементации.

Смесь из модифицированного газа и чистого пиролизного газа используют для цементации. Необходимость модификации части газа вызвана тем, что от использования чистого пиролизного газа на стали получается недостаточная цементация, а на некоторых деталях может оседать немного сажи, которую сложно удалять.

Сам процесс цементации стали с помощью газа проводят на специальных печах-конвейерах непрерывного действия. Либо используют уникальные стационарные агрегаты.

Сначала в печь, ее муфель, помещают деталь. Установку закрывают и накаляют печь до 950 градусов. Потом подают заранее подготовленный газ.

Провести эту процедуру в домашних условиях практически нереально.

В то же время она имеет несколько преимуществ перед твердым способом обработки:

меньше времени затрачивается на подготовку сырья для цементации;
более благоприятные и безопасные условия для труда рабочих;
ускорение процесса закалки за счет сокращения времени на выдержку изделий.

Самое важное при цементации стали — это грамотно организованный процесс и качественное оборудование и сырье. Твердый способ вполне можно реализовать в домашних условиях при наличии печи, карбюризатора и металлических форм

А также определенных умений и навыков, связанных с этим процессом закалки стали.

Процесс цементации стали своими руками

При наладке процесса химико-термической обработки в домашних условиях выбирают метод цементации в твердой среде. Это связано с существенным упрощение задачи по оборудованию помещения. Как правило, твердый карбюризатор делается при использовании смеси бария или кальция с древесным углем, а также углекислого натрия. Соль измельчается до состояния порошка, после чего пропускается через сито.

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Рекомендации по созданию твердой смеси следующие:

Первый метод заключается в использовании соли и угля, которые тщательно перемешиваются. Если использовать не однородную смесь, то есть вероятность образования пятен с низкой концентрацией углерода.
Второй метод предусматривает применение древесного угля, которые поливается сверху солью, растворенной в воде. После этого уголь сушится до получения смеси с показателем влажности около 7%.

Для ножа и других изделий больше всего подходит второй метод получения карбюризатора, так как он позволяет получить равномерную смесь. Цементация стали в домашних условиях графитом также предусматривает создание смеси при применении нескольких технологий.

Цементация проводится в специальных ящиках, которые наполнены подготовленным карбюризаторов. Конструкция должна быть герметичной, для чего проводится заделывание щелей глиной. Достигать высокой герметичности рекомендуется по причине того, что при нагревании карбюризатора выделяются газы, которые не должны попасть в окружающую среду. Сам ящик следует изготавливать из жаропрочной стали, которая выдержит воздействие высокой температуры.

Процесс по проведению цементации стали в ящике в домашних условиях имеет следующие особенности:

Деталь укладывается в ящик со смесью. Толщина слоя твердого карбюризатора выбирается в зависимости от размеров заготовки.
Устанавливается печь.
Начальный прогрев печи проводится до температуры 700 градусов Цельсия. Данный нагрев называют сквозным. Однородность цвета стали, из которого изготавливается ящик, говорит о возможности перехода к следующему этапу.
Следующий шаг заключается в нагреве среды до требуемой температуры. Важно обеспечить равномерный нагрев поверхности деталей сложной формы, так как могут возникнуть существенные проблемы при неравномерном перестроении атомной структуры.

Цементация стали в ящике в домашних условиях

Сегодня есть возможность провести подобную процедуру и в домашних условиях, но возникают трудности с достижением требуемой температуры.

Отсутствие необходимого оборудования приводит к существенному снижению качества получаемых изделий, а также увеличения времени выдержки.

Структурные изменения в металле

При внедрении атомов азота и углерода в поверхностном слое металла происходят некоторые изменения. При нитроцианировании меняется соотношение остаточного количества аустенитов и мелкокристаллических мартенситов в поверхностном слое, добавляется небольшое количество твердого раствора карбонитридов, что влияет на механические свойства – твердость и износостойкость.

В то же время несколько повышается хрупкость и снижается усталостная и контактная прочность. Особенно это качество проявляется в легированной стали с содержанием никеля более 1.2 %. Таким образом, не все марки стали допустимо обрабатывать по данной методике. Уменьшение размеров зерен структуры достигается путем дополнительной закалки и отпуска непосредственно после процесса нитроцементации. Обработанная таким образом сталь имеет меньший размер зерен, чем цементированная, что повышает ее прочность на изгиб при одновременном уменьшении толщины обработанного слоя.

Нитроцементация существенно изменяет характеристики тонкого наружного слоя металла, его твердость и износостойкость. После дополнительной термической обработки – закалки, твердость поверхностного слоя по шкале Роквелла составляет 58-64 HRC или 500 – 1000 HV по методу Виккерса. Применяя низкотемпературную цементацию, можно получить тонкий поверхностный слой с твердостью 5000 – 11000 HV.

Цементация металла в твердой среде

фракциями размером порядка 3-10 мм

Для создания смеси могут применяться два основных способа:

В качестве основных компонентов используется сухая соль и уголь, которые необходимо основательно перемешать друг с другом, тем самым удастся снизить до минимума риск появления пятен во время химико-термической обработки стали;
На подготовленный древесный уголь нужно лить соль, предварительно смешанную с водой до растворения. Далее созданную на основе этих компонентов массу необходимо поместить для высушивания, причем оптимально, когда влажность смеси не превышает 7%.

Из этих методик наиболее предпочтительной является вторая ввиду ее более высокого качества. Это проявляется в том, что с ее помощью можно создать более равномерную смесь для насыщения поверхности углеродом. В составе готового карбюризатора на долю древесного угля приходится порядка 70-90%, а остальное занимает углекислый кальций и углекислый барий.

Для проведения твердой цементации применяют ящики, куда помещают карбюризатор. Лучше всего использовать ящик, соответствующий форме обрабатываемых изделий. Дело в том, что это поможет улучшить качество цементированного слоя, при этом удастся сократить до минимума время, которое требуется для прогрева тары

Важно позаботиться об отсутствии утечки газов: эту проблему решают путем замазывания ящиков глиной, а затем накрывают сверху герметичными крышками

Важным моментом является и то, что прибегать к рассматриваемому варианту создания для непосредственного использования тары специальной формы имеет смысл в тех случаях, когда необходимо обработать посредством химико-термического метода большое количество деталей. Наибольшее распространение получили ящики, имеющие стандартную форму, которые различаются геометрическими размерами. Это дает возможность подбирать из них наиболее оптимальный вариант, который в наибольшей степени учитывает количество обрабатываемых изделий и размеры печи.

Обычно ящики изготавливают на основе малоуглеродистой или жаростойкой стали. Причем при выполнении обработки деталей при помощи твердого карбюризатора придерживаются следующей схемы:

Нуждающиеся в насыщение углеродом детали следует разместить с чередованием в ящике, заполненном заранее приготовленной смесью;
Далее готовят к работе печь, для чего ее прогревают до температуры 900-950 градусов, затем туда размещается рабочая тара;
Сама операция по прогреву ящика выполняется при температуре от 700 до 800 градусов. Определить, что ящики прогрелись достаточно, можно по подовой плите, которая должна иметь однородный цвет;
На заключительном этапе температуру печи увеличивают до отметки 900-950 градусов Цельсия.

Создание указанного температурного режима обеспечивает условия для проникновения диффузии в кристаллическую структуру металла активного углерода. Теоретически этот метод может применяться и для химико-термической обработки зданий, причем отдельные мастера способны справиться с этой задачей и своими силами. Однако в плане эффективности подобная обработка, проводимая в домашних условиях, отличается довольно невысокой эффективностью, причиной чего является долгая обработка и необходимость в создании высокого температурного режима.

Жидкостная цементация

Жидкостная цементация производится в расплавленных солях, обычно в солях, состоящих из карбонатов щелочных металлов. Эту смесь расплавляют в ванне и цементации проводят посредством погружения деталей в расплав. Процесс ведут при 850°С на протяжении 0,5 – 3,0 часов, при этом глубина сдоя получается в пределах 0,2 – 0,5 мм. Основное достоинство процесса – возможность непосредственной закалки из цементационной ванны и малые деформации обработанных изделий. В условиях индивидуального и мелкосерийного производства некоторое применение нашла цементация из паст. В этом случае на обрабатывавшуюся поверхность наносится обмазка, содержащая сажу (33 – 70 %), древесную пыль (20 – 60 % ), желтую кровяную соль (5 – 20 %) и другие компоненты. В качестве связующих материалов используют органические, органоминеральные и неорганические клеи. Толщина обмазки должна быть в 6 – 8 раз больше требуемой толщины цементованного слоя.

В настоящее время наиболее перспективным методом цементации является цементация в эндотермической атмосфере с контролируемым углеродным потенциалом. При газовой цементации в эндотермической атмосфере, в начале процесса (в активный период насыщения) поддерживают высокий углеродный потенциал атмосферы за счет добавки к эндотермической атмосфере необработанного углеводородного газа (метана или пропана-бутана). В диффузионный период углеродный потенциал атмосферы устанавливается 0,8 – 1,0 % и количество добавляемого углеводородного газа резко уменьшается.

Азотирование стали

При азотировании поверхностный слой стальной детали насыщают кислородом. Промышленное применение данный способ получил практически 100 лет назад, в 20-е годы XX века. Азотирование детали – это отличный способ повысить не только твердость изделия, но и его коррозионную стойкость.

Азотирование стали осуществляется посредством погружения детали в печи, которые герметично закрывают. Туда подают аммиак, который при нагреве распадается на азот и водород. В процессе данной реакции атомы азота поглощаются слоем поверхности стали и проникают внутрь детали.

Насколько глубоким и прочным окажется слой, подверженный азотированию, сказать сложно. Этот фактор зависит от многих деталей:

температура, при которой осуществлялось азотирование;
продолжительность обработки детали;
состав стали, которую подвергли азотированию.

Способ химико-термической обработки

Описываемая процедура не позволяет достигать нескольких целей одновременно, в отличие от цементации. Выделяют два вида азотирования.

Повышение прочности слоя поверхности стальной детали. Температура процесса – до 560 ОС, средняя толщина слоя – 0,5 мм. Продолжительность операции может достигать одних суток.

Повышение степени устойчивости к коррозии. Оптимальная температура – от 650 до 700 ОС. Продолжаться антикоррозийное азотирование может до 10 часов. Толщина слоя, образующегося в процессе – 0,3 мм.

Процесс азотирования стали могут проходить только полностью готовые изделия, которые прошли через этапы термической и механической обработки. Структура сорбита внутри изделия сохранена полностью, что обеспечивает повышение прочности и вязкости детали.

Газовая цементация

В машиностроении распространена технология насыщения верхнего слоя стальных изделий углеродом в атмосфере углеродосодержащих газов. Известно, что такое производство удобно для массовой обработки деталей, так как:

Допускается регулирование плотности газов; тем самым формируется углеродистый слой с заданными свойствами.
Полный цикл термообработки (цементация, закалка, промывка и отпуск) проходит в одном месте — в шахтной (цементационной) печи.
Процесс экономичен, механизирован и автоматизирован.
Коробы с карбюризатором не нуждаются в прогреве, что сокращает время протекания цементации.
Скорость науглероживания деталей возрастает в 2 – 3 раза (сравнивая с другими методами), однородность слоя выше.
Температуру газовой смеси углеводородов (метан и окись углерода), доводят до 900-950°С.
После цементации технологическую цепочку завершает отпуск (закаливание).

Закалка режущей кромки ножа

Берем нож.

Проходимся по кромке надфилем, при этом обращаем внимание на глуховатый звук и легкое стачивание металла. Все свидетельствует о том, что нож сделан из обычной стали и не закален ранее

Для закалки понадобиться графит. Лучше всего получить графит из графитовых щёток генератора, щеточного электродвигателя. Я, конечно, не пробовал, но также можно достать графитовые стержни из пальчиковых батареек, простых карандашей. В общем измельчаем любым способом этот графит в порошок. Мельчить особо не нужно, без фанатизма.

Далее мне понадобиться металлическое основание, на котором будет лежать графитовый порошок. Я взял кусок оцинкованного профиля от гипсокартона.

Для процесса закалки кромки ножа также нужен источник питания. В идеале это импульсный сварочный аппарат постоянного тока, выставленный на минимум. Так же можно попробовать повторить процесс с помощью другого источника, вольт на 30-60 переменного или постоянного тока. Есть ещё опасный вариант: использовать напрямую сеть 220 В, последовательно с лампой накаливания, но это уже чревато, поэтому не рекомендую.

Насыпаем графит. К основанию подложки подключаем плюс сварочного аппарата, а к ножу – минус. Выставляем инвертор на минимальные настройки и включаем. Начинаем процесс закалки кромки. Для этого очень аккуратно проводим кромкой ножа по графитовой кучке. Наша задача состоит в том, чтобы: первое – не допустить касания лезвия об основание. И второе – это не допустить горение графита. В обоих случаях лезвие будет испорчено.

В идеале лезвие нужно медленно двигать, а графит мерцая искрить. Сильно нож естественно опускать не нужно. Как только вы заметили разогрев места контакта, тут же поднимите нож.

Весь процесс длиться относительно не долго, минут 5. За это время я успел несколько раз пройтись по всей длине лезвия.

Закалка графитом

Цементация графитом является весьма простым, но действенным способом поверхностной закалки ножа своими руками, который лучше всего подходит для укрепления какой-то части лезвия.

Для этого вам понадобится графит, который можно получить из простых пальчиковых батареек. Нужна металлическая платформа, на которой будет проходить процесс закалки. Хорошо для этого подойдет простой профиль, который используется при работе с гипсокартоном и другими отделочными работами.

Еще нам будет нужен источник постоянного питания. Отличным вариантом может стать сварочный аппарат, мощность которого стоит выставить на минимальный уровень. Если такого нет, можно попробовать похожий вариант, который будет способен выдать вам порядка 50-ти вольт постоянного напряжения. Пользоваться сетью на 220 вольт настоятельно не рекомендую.

Любая инструкция, в том числе и для правильной закалки ножей, должна начинаться с подготовки. Когда у вас есть все необходимые составляющие, нужно подготовить рабочее пространство.

Берем профиль, высыпаем на него наш графит, его должна получиться небольшая горка. К профилю нужно подключить плюсовой кабель источника питания, а вот минус нужно соединить с ножом.

Что подарить любимому мужу на день рождения необычного. Список идей + видео
Радоновые ванны: показания и противопоказания, отзывы врачей, польза и вред, правила приема
Оригинальный подарок папе на день рождения: интересные примеры с лучшим оформлением + видео советы

Такой способ хорошо применять для закалки именно кромки, которая постепенно соприкасается с графитом. Для этого, после всего выше сделанного, нужно включить источник питания и дать напряжение на наши детали. Нож нужно постепенно кромкой лезвия проводить по графиту.

Когда это произойдет, будьте уверенны – вы увидите лично процесс закалки. Делать это нужно постепенно и аккуратно. Если вы коснетесь профиля – процесс испорчен. Если будете долго держать кромку в графите – он загорится и снова закалка будет испорчена. В обеих ситуациях лезвие будет повреждено и не будет подлежать восстановлению.

Правильным будет вести закалку медленными, постепенными и короткими движениями. Визуально, весьма отчетливо заметно, когда графит начинает сильно разогреваться и искрить. Увидев это нужно поднимать нож. Лезвие не стоит окунать очень глубоко в графит, лучше всего это делать только с режущей кромкой.

На небольшой нож вам понадобится около пяти минут, чтоб закалить его кромку. Затягивается этот процесс, как раз за счет горения графита, которое постоянно нужно избегать. Как вы видите, ничего сложного в этом процессе нету, просто нужно следовать инструкциям и аккуратно работать.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

Классификация среды, в которой проходит цементация стали

Науглероживание ножа или другого изделия может проходить в следующих средах:

Твердой.
Газовой.
В виде пасты.
Растворе электролита.
Кипящем слое.

Цементация металла в домашних условиях графитом проводится чаще всего. Наибольшее распространение получила твердая среда по причине того, что не нужно обеспечивать высокую герметичность печи.

Газ применяется преимущественно в промышленном производстве, так как позволяет достигнуть требуемых результатов за минимальный период.

Равномерный нагрев

При использовании данной методики потребуется неоднократное использование охлаждающей жидкости, поэтому нужна не одна емкость, а несколько. В основе всего процесса лежит равномерный нагрев заготовки в печи. Если периодически окунать деталь в масло, со временем оно будет нагреваться, поэтому и придется менять емкость. После полного нагрева до необходимой температуры нужно резко поместить изделие в масло, чтобы как можно быстрее охладить его.

Неоднократно было замечено, что в процессе нагрева закаливаемая заготовка заметно меняет цвет, в процессе были замерены температуры, что привело к определенным выводам. Чем дольше греется заготовка, тем выше ее температура, а в цветовой гамме это выражалось как приобретение более светлого оттенка. В момент, когда металл имел красно-коричневый цвет, температура заготовки составляла примерно 530-580 градусов, затем ее оттенок перетекал в бордовый, и на замере температуры показания были 650-720 градусов. Со временем бордовый превратился в красный, на замерах уже результаты в 720-950 градусов. И только после отметки в 950 металл стал приобретать ярко-оранжевый оттенок.

Данные измерения помогают извлечь еще одну хитрость, которая, несомненно, поможет домашнему мастеру при закалке, особенно если раньше подобного опыта не было.

Также стоит отметить, что при использовании стали с содержанием хрома температура нагрева меняется медленнее. Поэтому, чтобы достичь тех же результатов, придется потратить немного больше усилий и времени.

Как закалить сталь для ножа

Выбрав качественную сталь, дело остается за малым, но не менее важным – правильно осуществить термообработку металла.
Приступая к изготовлению ножа в домашних условиях, следует знать основные моменты и правила того, как закалить сталь для ножа, соблюдая которые удастся достичь максимального результата.

Процедура закаливания – обязательный этап при изготовлении изделия. Приступать к нему следует после того, как клинку задали нужную форму в процессе отжига. Эта манипуляция призвана снизить твердость детали для того, чтобы можно было следовать наброску будущего лезвия. Однако нож должен быть не только красивым, но и твердым, прочным, если им предполагается пользоваться. Вот здесь и приходит на помощь закалка металла для ножа.

Данная процедура начинается с доведения нужных образцов до необходимой температуры. Как уже было сказано, температура зависит от вида и марки стали, но в среднем можно назвать цифру в 700°С. Прогревание следует делать равномерно по всей длине изделия. Неравномерное прогревание, наравне с резким охлаждением, может спровоцировать различные дефекты, вызвать коробление стали. Узнать, прогрелась ли поверхность до нужной температуры, и можно ли ее вынимать для выполнения следующего этапа, подскажет цвет стали.

Вишнево-красный и алый цвет металла скажут о приобретении температуры, значением от 730 до 800°С. Приближение к светлым оттенкам желтого говорит о том, что градус «зашкалил» за отметку в 1100°С. При белом цвете произошел явный перекал, так как он показывает значение выше 1300°С.

Если деталь перекалить, то она будет безнадежно испорчена (приобретет необратимую хрупкость и ломкость, может просто рассыпаться) и придется начинать все с начала. Если недокалить сталь, то изделие окажется мягким, будет легко гнуться, но в этом случае, если правильно повторить процедуру, все можно исправить. Такая закалка увеличит твердость детали в 3 – 4 раза.

После того, как металлический клинок был закален, он становится очень твердым, но в то же время хрупким. Это для ножа ситуация недопустимая. Поэтому и существует следующий этап, направленный на возвращение клинку прочности (которую многие называют приоритетным качеством в ножах) – отпуск.

Он представляет собой повторное нагревание металла с последующим медленным остыванием. Это может быть как естественный процесс (остывание на воздухе), так и окунание в воду, в закалочные масла (это зависит от вида, марки, формы стали). В некоторых случаях используют технологию попеременного окунания в разные среды: и воды, и масла. При этом чистая вода не подойдет (может спровоцировать трещины), следует добавить в нее соль, к примеру. Эта манипуляция вернет детали не только прочность, но и вязкость, снимет внутреннее напряжение в сплаве.

Для отпуска изделие нужно вновь закалить, но теперь уже не до критической температуры, а до той, которая подходит для конкретного изделия. Отпуск бывает 3 видов:

низкотемпературный – нагрев до 250°С, что придаст детали хорошую износостойкость, однако сделает его непригодным для сильных силовых нагрузок. По сути, идеальный вариант для клинка ножа;
среднетемпературный – температура колеблется от 350 до 500°С. Это вариант для штампов, пружин;
высокотемпературный – от 500 до 680°С. Так нагревают детали, которые подвергаются ударным нагрузкам (валы).

Температуру вновь покажет само изделие за счет цвета побежалости (для ножа оптимально – светло-желтый). Это происходит из-за формирования окисной пленки, которую нужно счищать. После очистки от продуктов закаливания можно производить сам отпуск. В жидкости это займет пару секунд. На воздухе – пару часов.

Цианирование стали

Данный процесс несколько отличается от цементации и заключается в том, что поверхностный слой стальной элемента насыщается не только углеродом, но еще и азотом. В промышленности используют высоко- и низкотемпературное цианирование, в то время как цементация не позволяет производить несколько видов операций.

Высокотемпературное цианирование

Основная задача данного процесса – сделать деталь более твердой, износостойкой. Осуществляется манипуляция в ваннах, которые наполняют нейтральными солями: BaCl2, NaCl, Na2CO3 и некоторыми другими. Роль карбюризаторов выполняют соли KCN и NaCN, действующее вещество которых – циан. Он способствует тому, что стальная деталь насыщается азотом и углеродом. Процесс осуществляется при температуре до 900 ОС.

Чтобы слой, подвергнутый цианированию, стал максимально прочным, детали закаливают или в масле, или в воде, в течение полутора часов. Чтобы количество циана не уменьшалось (он постепенно выгорает), в ванну добавляют маленькие порции цианистых солей.

Низкотемпературное цианирование

Данный процесс уместен в том случае, если деталь должна соответствовать критериям повышенной прочности, износостойкости. Температура, необходимая для достижения поставленных целей, находится в диапазоне от 550 до 570 ОС (быстрорежущая сталь) и 510–520 ОС (высокохромистая сталь).

Осуществляется процедура в соляной ванне, содержимое которой представляет собой равные доли NaCN и KCN. Глубина полученного слоя – от 0,01 мм (при продолжительности цианирования в 10 мин) до 0,06 мм (при длительности процесса до 60 минут).

Достоинства и недостатки нитроцементации

Среди достоинств нитроцементации можно отметить высокую технологичность процесса, простоту и удобство регулировки параметров. Подбирая температурный режим, состав газовой смеси и, в особенности, время обработки, можно легко регулировать толщину насыщаемого слоя в зависимости от предъявляемых требований. Низкая температура обработки снижает риск деформации изделия и упрощает дальнейшую закалку, поскольку необходимо лишь минимальное время для снижения температуры заготовки. Таким образом уменьшается время технологического цикла производства продукции. Обработанные изделия имеют высокое качество поверхности и отличные физико-механические свойства. У низколегированных сталей после обработки наблюдается повышение коррозионной стойкости.

Микроструктура нитроцементованных слоев

Среди множества полезных свойств нельзя забывать, что подобная методика обработки металла имеет и недостатки. Самый существенный недостаток такой разновидности нитроцементации, как цианирование – высокая токсичность компонентов производства. Для насыщения азотом и углеродом используются цианистые соли натрия и кальция, которые являются крайне токсичными веществами.

Менее существенный недостаток, который во многих областях применения является несущественным – несколько повышенная хрупкость металла после обработки. Но поскольку изменения затрагивают только сравнительно тонкий слой, данная характеристика является несущественной и нивелируется повышенной сопротивляемостью материала к износу.

При производстве деталей, нуждающихся в цианировании и последующей закалке необходимо строго соблюдать последовательность и время выполнения частей технологического процесса. Так закалка должна выполняться сразу же после окончания процесса насыщения, поскольку повторный нагрев заготовки приведет к оттоку молекул азота от обработанной поверхности. Уменьшение концентрации азота может составлять до 60%.

Как уже говорилось, низкая температура обработки позволяет объединить в едином процессе несколько видов обработки. Детали после окончания процесса насыщения требуют небольшого времени на подстуживание для дальнейшей закалки в масле. Таким образом, закалку в масле можно производить непосредственно в нитроцементационной печи.

Все виды нитроцементации засчет ускорения насыщения стали углеродом по сравнению с цементацией дают преимущество во времени обработки до 50-60%. Таким образом, основные преимущества нитроцементации заключаются в сокращении времени производства с минимальным риском отрицательного воздействия на геометрию деталей. Одновременно повышаются эксплуатационные качества благодаря присутствию азота.

Состав газовой смеси достаточно просто регулировать как до, так и в процессе обработки. Значительно сокращается время нагрева составляющих процесса, так как газ, подаваемый в камеру, может уже иметь необходимую температуру.

https://youtube.com/watch?v=bnkTUowNHkM

Поскольку процессы нитроцементации и цементации технологически очень похожи, для них может использоваться одно и тоже оборудование, что существенно облегчает переход на иной ассортимент продукции или изменение технологии производства.

Применение газа

В массовом производстве используется газовая среда. Проводить насыщение поверхности углеродом можно только при использовании герметичной печи. Наиболее распространенным составом газовой среды можно назвать вещества, получаемые при разложении нефтепродуктов.

Газовая цементация стали

Процедура имеет следующие особенности:

Следует использовать конвейерные печи непрерывного действия с повышенной изоляция рабочей среды. Они очень редко устанавливаются в домашних условиях по причине высокой стоимости.
В печь помещают заготовки, после чего проводится нагрев среды до требуемой температуры.
После нагрева печи до требуемой температуры подается газ.

Преимуществ у подобной технологии довольно много:

Нет необходимости в длительной подготовке газовой среды.
Процесс предусматривает малую выдержку, что снижает затраты на поддержание температуры.
Оборудование компактное, не занимает много места.

Однако есть существенный недостаток, который заключается в отсутствии возможности установки оборудования и налаживания процесса в домашних условиях. Рентабельность цементации в домашних условиях при установке подобного оборудования обеспечивается только при существенном увеличении обрабатываемых партий.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Тема: как можно самому закалить нож с помощью электрического тока.

Известно, что металл можно закалять, это придаёт ему дополнительную прочность. Закалка подразумевает под собой нагрев металла до определенной температуры с последующим охлаждением. Этот процесс меняет внутреннюю структуру металла, что делает его более крепче. Хотя вместе с этим металл лишается другого своего свойства, а именно гибкости, пластичности. Тут уж выбор за вами, что нужно от металла, его повышенная прочность (но при этом увеличивается и хрупкость) или гибкость (уменьшается жесткость).

Классическим способом закалки металлов является обычная термическая обработка в пламени, раскаленных углях, газовых печах и т.д. Но ведь температуру можно увеличить и за счёт электрического тока. Закалка делается равномерной. Чтобы это обеспечить существует один интересный способ с использованием графитового порошка. Как известно, графит достаточно хорошо проводит электрический ток, в добавок к этому он устойчив к высокой температуре. Именно эти два качества графита позволяют делать закалку металла электрическим током, используя графитовый порошок.

Я решил попробовать сделать электрическую закалку небольшого металлического ножичка (самодельного) и организовал следующее. Итак, мне понадобились источник питания, графитовый порошок, провода достаточного сечения, металлическая подложка, ну и сам небольшой ножичек. В роли блока питания я использовал обычный понижающий трансформатор, взятый со старого цветного телевизора. Первичная обмотка его рассчитана на напряжение 220 вольт, а вторичная мной была перемотана на напряжение 80 вольт (этого в итоге оказалось маловато, нужно где-то вольт 100).

Для закалки металла электрическим током нужен достаточный ток. Сечение вторичной обмотки на моё трансформаторе было около 1,5 мм. Но для более крупных ножей лучше чтобы сечение также было побольше. Далее я взял металлическую подложку, на которую насыпал графитовый порошок. Порошок можно самому сделать из куска графита (крупным напильником сточить любую графитовую щетку от электродвигателя). К этой подложке я подсоединил один из проводов, идущих от вторичной обмотки трансформатора. Второй же провод я подсоединил к самому ножу, который и закаливал. Сечение этих проводов также должно быть не менее 1,5 мм.

Сама электрическая закалка ножа током делалась следующим образом

Подав напряжение на трансформатор я взял ножик и осторожно начал его острием водить по графитовому порошку. Между острием ножа и порошком графита начали проскакивать множество небольших искр, что свидетельствует об электрическом контакте цепи

Я следил также за тем, чтобы во время вождения ножа по графитовому порошку у меня не было прямого соприкосновения ножа с металлической подложкой. Такое соприкосновение создало бы короткое замыкание. Особо страшного тут ничего бы не произошло, но лучше этого не допускать. В результате острие ножа постепенно нагревалось. Это и было доказательством того, что данный способ закалки металла работает нормально, если всё делать правильно.

https://youtube.com/watch?v=ss300MaHZXM

Особенности технологии

В домашних условиях, если правильно подойти к делу, можно качественно закалить любой нож. Это может быть охотничий или складной нож, штык-нож или изделие в виде крюка, клинок, выполненный из напильника или подшипника, нож-бабочка и др. Несколько сложнее закалить в домашних условиях изделия, изготовленные из нержавеющих сталей, но и такая задача решаема, если внимательно изучить технологию процесса и подобрать соответствующее нагревательное оборудование.

В качестве охлаждающей среды при выполнении закалки как в производственных, так и в домашних условиях используют различные материалы. Так, наиболее распространенные охлаждающие среды – вода и масло – обеспечивают следующие скорости охлаждения нагретого стального изделия:

масло при комнатной температуре – 150°/с;
масло, нагретое до температуры 200°, – 300°/с;
вода, температура которой составляет чуть выше 20°, – 450°/с;
ледяная вода – 600°/с.

В некоторых случаях закалку выполняют с охлаждением изделия в промежуточной среде, в качестве которой может использоваться расплавленный свинец. Такую методику, в частности, используют, закаливая ножи, которые изготовлены из напильников.

Отжиг ножа на открытом огне требует пристального внимания

Самой главной проблемой, с которой вы можете столкнуться, пытаясь в домашних условиях закалить нож, является перекаливание металла, что приводит к значительному увеличению его хрупкости. Надо также очень внимательно следить за равномерностью нагрева закаливаемого ножа, чтобы не столкнуться с образованием поперечных трещин на его лезвии.

Существует несложное правило, которого следует придерживаться, чтобы не столкнуться с такой проблемой: та часть лезвия, которая не будет затачиваться, нагревается трижды до фиолетового цвета, что соответствует температуре 285°, а режущая часть нагревается только один раз до желтого цвета, после чего степень ее нагрева проверяют при помощи магнита. Более подробно познакомиться с такой методикой можно, просмотрев соответствующее видео.

Цвета каления и побежалости углеродистых и малолегированных сталей

На нержавеющих сталях цвета побежалости появляются в той же последовательности, но при более высоких температурах

Различные охлаждающие среды обеспечивают и разную глубину закаленного слоя (прокаливаемость). Так, при охлаждении при помощи воды сталь прокаливается со скоростью 1 мм в секунду, а при использовании в качестве охлаждающей среды масла эта скорость уменьшается почти в два раза. Чтобы закалить обоюдоострый нож, получив твердые режущие кромки и упругую сердцевину, надо сделать следующее: нагретый до требуемой температуры клинок сначала опускают на две секунды в воду, а затем помещают в масло.

Еще одной технологией, позволяющей качественно закалить режущую кромку у лезвия со значительной толщиной, является закалка ножа в графите. Используя такую технологию, подробности которой также легко изучить по видео, можно качественно закалить ножи различных моделей и конфигураций (охотничий, штык-нож, нож-бабочка и др.). При этом качественно выполнить такую закалку можно и в домашних условиях.

Самодельный нож после закалки в графите

Нередко требуется осуществить зонный отпуск уже закаленного ножа, чтобы сделать его среднюю часть более упругой, сохранив твердость режущих лезвий. В домашних условиях такая технологическая операция выполняется по нижеприведенному алгоритму.

Средняя часть клинка разогревается при помощи металлического прутка диаметром 10 мм, раскаленного до максимума.
После прогрева средней части клинка его опускают в кипяток и выдерживают в нем на протяжении 2 часов.
После выдержки в кипятке клинок опускают в ледяную воду.

После выполнения всех вышеописанных манипуляций вы получите нож, средняя часть лезвия которого подвергнута низкому отпуску.

Определять температуру отпуска можно по цветам побежалости – радужной пленке, появляющейся при нагреве зачищенной поверхности ножа: от светло-желтого (поз. 1) до голубоватого (поз. 6)

Если вы пробуете закалить свой нож в домашних условиях, следует придерживаться двух правил, которые позволят вам получить качественный результат.

Объем используемой охлаждающей жидкости должен быть достаточно большим (минимум 20 литров). В противном случае жидкость будет сильно нагреваться, что изменит температурный режим и скорость охлаждения, а это в свою очередь отрицательно повлияет на результат всей технологической операции.
Чтобы теплоотдача от нагретого ножа была равномерной и его не повело в процессе закалки, им нельзя двигать в охлаждающей среде – надо держать его неподвижно.