Основные методы и способы преобразования электрической энергии в тепловую классифицируют следующим образом. Различают прямой и косвенный электрический нагрев.
При прямом электронагреве преобразование электрической энергии в тепловую происходит в результате прохождения электрического тока непосредственно по нагреваемому телу или среде (металл, вода, молоко, почва и т. п.). При косвенном электронагреве электрический ток проходит по специальному нагревательному устройству (нагревательному элементу), от которого тепло передается нагреваемому телу или среде посредством теплопроводности, конвекции или излучения.
Существует несколько видов преобразования электрической энергии в тепловую, которые определяют способы электрического нагрева.
Протекание электрического тока по электропроводящим твердым телам или жидким средам сопровождается выделением тепла. По закону Джоуля - Ленца количество тепла Q=I 2 Rt, где Q - количество, тепла, Дж; I - силатока, А; R - сопротивление тела или среды, Ом; t - время протекания тока, с.
Нагрев сопротивлением может быть осуществлен контактным и электродным способами.
Контактный способ
применяется для нагрева металлов как по принципу прямого электрического нагрева, например в аппаратах электроконтактной сварки, так и по принципу косвенного электрического нагрева - в нагревательных элементах.
Электродный способ применяется для нагрева неметаллических проводящих материалов и сред: воды, молока, сочных кормов, почвы и др. Нагреваемый материал или среда помещается между электродами, к которым подводится переменное напряжение.
Электрический, ток, протекая по материалу между электродами, нагревает его. Обычная (недистиллированная) вода проводит электрический ток, так как в ней всегда содержится некоторое количество солей, щелочей или кислот, которые диссоциируют на ионы, являющиеся носителями электрических зарядов, то есть электрического тока. Аналогична природа электропроводности молока и других жидкостей, почвы, сочных кормов и т. п.
Прямой электродный нагрев осуществляется только на переменном токе, так как постоянный ток вызывает электролиз нагреваемого материала и его порчу.
Электронагрев сопротивлением нашел широкое применение в производстве в связи с его простотой, надежностью, универсальностью и невысокой стоимостью нагревательных устройств.
Электродуговой нагрев
В электрической дуге, возникающей между двумя электродами в газообразной среде, происходит превращение электрической энергии в тепловую.
Для зажигания дуги электроды, присоединенные к источнику питания, на мгновение соприкасают, а затем медленно разводят. Сопротивление контакта в момент разведения электродов сильно нагревается проходящим по нему током. Свободные электроны, постоянно движущиеся в металле, с повышением температуры в месте соприкосновения электродов ускоряют свое движение.
С ростом температуры скорость свободных электронов настолько возрастает, что они отрываются от металла электродов и вылетают в воздушное пространство. При движении они сталкиваются с молекулами воздуха и расщепляют их на положительно и отрицательно заряженные ионы. Происходит ионизация воздушного пространства между электродами, которое становится электропроводным.
Под действием напряжения источника положительные ионы устремляются к отрицательному полюсу (катоду), а отрицательные ионы - к положительному полюсу (аноду), тем самым образуя длительный разряд - электрическую дугу, сопровождающуюся выделением тепла. Температура дуги неодинакова в различных ее частях и составляет при металлических электродах: у катода - около 2400 °С, у анода - около 2600 °С, в центре дуги - около 6000 -
7000 °С.
Различают прямой и косвенный электродуговой нагрев. Основное практическое применение находит прямой электродуговой нагрев в дуговых электросварочных установках. В установках косвенного нагрева дуга используется как мощный источник инфракрасных лучей.
Если в переменное магнитное поле поместить кусок металла, то в нем будет индуктироваться переменная э. д. с, под действием которой в металле возникнут вихревые токи. Прохождение этих токов в металле вызовет его нагрев. Такой способ нагрева металла называется индукционным. Устройство некоторых индукционных нагревателей основано на использовании явления поверхностного эффекта и эффекта близости.
Для индукционного нагрева используются токи промышленной (50 Гц) и высокой частоты (8-10 кГц, 70-500 кГц). Наибольшее распространение получил индукционный нагрев металлических тел (деталей, заготовок) в машиностроении и при ремонте техники, а также для закалки металлических деталей. Индукционный способ может использоваться также для нагрева воды, почвы, бетона и пастеризации молока.
Диэлектрический нагрев
Физическая сущность диэлектрического нагрева заключается в следующем. В твердых телах и жидких средах с плохой электрической проводимостью (диэлектриках), помещенных в быстропеременное электрическое поле, электрическая энергия превращается в тепловую.
В любом диэлектрике имеются электрические заряды, связанные межмолекулярными силами. Эти заряды называются связанными в отличие от свободных зарядов в проводниковых материалах. Под действием электрического поля связанные заряды ориентируются или смещаются в направлении поля. Смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля называется поляризацией.
В переменном электрическом поле происходит непрерывное перемещение зарядов, а следовательно, и связанных с ними межмолекулярными силами молекул. Энергия, затрачиваемая источником на поляризацию молекул непроводниковых материалов, выделяется в виде тепла. В некоторых непроводниковых материалах есть небольшое количество свободных зарядов, которые создают под действием электрического поля незначительный по величине ток проводимости, способствующий выделению дополнительного тепла в материале.
При диэлектрическом нагреве материал, подлежащий нагреванию, помещается между металлическими электродами - обкладками конденсатора, к которым подводится напряжение высокой частоты (0,5 - 20 МГц и выше) от специального высокочастотного генератора. Установка для диэлектрического нагрева состоит из лампового генератора высокой частоты, силового трансформатора и сушильного устройства с электродами.
Высокочастотный диэлектрический нагрев - перспективный способ нагрева и применяется главным образом для сушки и тепловой обработкидревесины, бумаги, продуктов и кормов (сушки зерна, овощей и фруктов), пастеризации и стерилизации молока и т. п.
Электронно-лучевой (электронный) нагрев
При встрече потока электронов (электронного луча), ускоренных в электрическом поле, с нагреваемым телом электрическая энергия превращается в тепловую. Особенностью электронного нагрева является высокая плотность концентрации энергии, составляющая 5х10 8 кВт/см2, что в несколько тысяч раз выше, чем при электродуговом нагреве. Электронный нагрев применяется в промышленности для сварки очень мелких деталей и выплавки сверхчистых металлов.
Кроме рассмотренных способов электронагрева, в производстве и быту находит применение инфракрасный нагрев (облучение).
Сталкивались ли вы когда-нибудь с необходимостью своими руками отрезать или разрезать что-то металлическое? Если да, то перед вами наверняка вставал вопрос, как это сделать. Конечно, всегда можно воспользоваться старой-доброй ножовкой по металлу, но что если речь идёт не о тонком оцинкованном листе, а, например, о толстостенной трубе?
Здесь ножовка, конечно, может выручить, но сил и времени будет затрачено несоизмеримо много. А это означает, что необходим более радикальный подход, и в этой статье мы поговорим о том, как резать металл и чем это лучше сделать.
Режем металл болгаркой
Доподлинно неизвестно, почему этот инструмент так назвали. Основная версия заключается в том, что первой страной производителем была Болгария, но на самом деле это лишь версия.
Выбирая чем резать металл, большинство людей отдаёт предпочтение именно болгарке, так как в отличие от газового оборудования, её цена значительно ниже, и для работы с ней не нужны какие-то определённые навыки.
С другой стороны, многие очень боятся работать болгаркой, из-за её высокой мощности и опасности. На самом деле, ничего сложного нет, главное чётко соблюдать технику безопасности и не пренебрегать даже мелочами.
В работе с металлом вообще не может быть мелочей, и весь режущий инструмент по металлу представляет определённую опасность. Инструкция по технике безопасности при работе с режущим инструментом актуальна как для больших болгарок, мощностью более двух киловатт, так и для совсем маленьких, которые, не смотря на свои компактные размеры, способны причинить немалый вред здоровью.
Этот инструмент режет металл за счёт вращения абразивного диска, толщина которого может отличаться в зависимости от металла, который необходимо распилить. Чем тоньше стенка стального изделия, тем тоньше диск режущий по металлу будет использован.
Мы не будем в этой статье рассказывать о том, как важна техника безопасности. Это всегда приоритетный вопрос, но если у вас нет опыта работы с болгаркой, то специально для вас мы приведём несколько тонкостей, о которых нужно знать, чтобы не нанести вред своему здоровью.
Несколько важных моментов
Итак:
- По технике безопасности, вращение диска должно происходить по направлению реза, то есть в сторону того, кто режет металл, но, как правило, такое положение не очень удобно, и гораздо проще, когда поток искр направлен вперёд. В принципе, никаких существенных ограничений тут нет, всё зависит от личного удобства оператора инструмента.
- При резке металла, используйте только соответствующие диски. Диски по камню или дереву имеют меньшую плотность, и при контакте со стальной поверхностью быстро разлетаются, а осколки способны повредить вас или окружающих.
- Не работайте без защитного кожуха. Он направляет искры в сторону, и они не будут лететь вам в лицо. Так же, он является единственным спасением, на случай если диск закусит и разлетится.
- Не режьте металл в направлении «от себя». Так гораздо больше вероятности, что произойдёт закусывание диска. Направление реза всегда должно быть направленно в сторону режущего.
- Держите инструмент ровно. Резка под углом приведёт к искривлению диска и его разлому, а осколки, вылетающие на такой скорости способны нанести существенный вред здоровью.
- Никогда не зачищайте поверхность диском, предназначенным для резки. Для зачистки существуют специальные диски, отличающиеся толщиной и плотностью.
- Некоторые виды болгарок, используют только свои, брендовые диски. Обусловлено это разницей в количестве оборотов, поэтому если вы обладатель фирменного инструмента, используйте диски только под этой маркой.
- Никогда не используйте диски другого размера. Каждый размер рассчитан на инструмент с определённым количеством оборотов. Так, если вы поставите на большую болгарку диска маленьких или средних размеров, он просто лопнет.
- Не экономьте. Если на диске появилась трещина, или вы не заметили её при покупке, сразу выбрасывайте его в мусор. Случайное растрескивание в момент резки, может очень плохо для вас закончиться. Помните, цена диска не стоит вашей жизни и здоровья.
- Всегда внимательно следите за тем, что находится впереди вас в момент работы. Искры, вылетающие из-под болгарки способны воспламенить дерево, пластик, и другие горючие материалы. Тем более нельзя работать болгаркой вблизи бензина или газа.
- Перед тем, как резать металл болгаркой, убедитесь, что он правильно расположен. При резке, отрезаемая часть должна находиться навесу, в противном случае может произойти закусывание диска.
Важно! Никогда не бойтесь инструмента, в независимости от того, насколько опасно он выглядит, и какие громкие звуки издаёт. Зная, как правильно резать металл, вы гарантированно не получите травм.
Итак, с болгаркой мы разобрались, но это далеко не единственный инструмент для резки металла. И ниже мы рассмотрим другие варианты, а пока рекомендуем вам посмотреть видео в этой статье, в котором рассказано про резание металлов и режущий инструмент. А мы тем временем идём дальше.
Другие инструменты для резки металла
Конечно, болгаркой можно отрезать всё, что угодно, главное правильно подобрать диск к ней. Но не всегда этот вариант самый удобный и практичный. Вот лишь несколько моментов, когда резать металл другим инструментом целесообразнее.
- Если материал имеет цинковое покрытие. За счёт высоких оборотов, болгарка просто сжигает покрытие, и от него не остаётся и следа.
- Окрашенный материал, так же лучше резать ножницами металлу. Они сберегут покрытие и не сожгут его.
- Резать металл ножовкой целесообразнее, если он находится в напряжении, например, если это труба отопления, замкнутая в системный контур.
- Металл толщиной более 10 миллиметров, лучше резать газовым резаком, так как болгарка с ним может просто не справиться.
Важно! Мы намерено не будем рассказывать в этой статье, как резать металл резаком, так как для этого нужны специальные знания и опыт. Ни в коем случае не пытайтесь завести газовый резак самостоятельно. Это может привести к взрыву пропана или пожару.
Это далеко не полный список моментов, когда от использования болгарки лучше отказаться, но все перечисленные ситуации очень часто встречаются в быту. Так чем же воспользоваться для работы?
Давайте рассмотрим самые популярные и доступные альтернативные инструменты для резки металла:
- Газовый резак . Сложно назвать этот инструмент доступным, но мы не могли оставить его без внимания, так как в ряде случаев, это единственный инструмент, который способен справиться с поставленной задачей. Например, при резке толстых металлов, альтернативой резаку может быть только лазер, а такой инструмент не доступен для бытовых нужд.
- Ножовка по металлу . Этот инструмент, как правило, есть в арсенале любого домашнего мастера. Резать металл ножовкой долго и проблематично, но в некоторых труднодоступных местах возможно подлезть только ей.
- Ножницы по металлу . Конечно, трубу вы таким инструментом не отрежете, но если необходимо, например, откусить профиль для гипсокартона, то лучше варианта просто не найти. Работать с ними просто, и безопасно, и к тому же они не уничтожают цинковое покрытие или краску.
- Пресс-ножницы . Этот инструмент предназначен для перекусывания проволоки или арматуры. В зависимости от размера, ножницы могут разделять пруток диаметром до 20 миллиметров, а работать ими гораздо удобнее, чем болгаркой.
Как видно, выбор очень богатый, и выбирать инструмент следует в зависимости от конкретной ситуации. Конечно, с болгаркой сложно конкурировать, но не всегда есть возможность ею воспользоваться, и тогда на помощь придут альтернативные варианты.
И в заключении хотелось бы ещё раз напомнить – всегда соблюдайте технику безопасности и используйте средства индивидуальной защиты. Никакая работа не стоит того, чтобы рисковать своим здоровьем или даже жизнью.
Термообработка металлов - это один из основных способов улучшения их механических и физико-химических характеристик: твердости, прочности и других.
Одним из видов термообработки является закалка. Она успешно применялась человеком кустарным способом еще с давних времен. В Средневековье этот способ термической обработки использовали, чтобы улучшить прочность и твердость металлических предметов быта: топоров, серпов, пил, ножей, а также боевого оружия в виде копий, сабель и других.
И сейчас используют такой способ улучшения характеристик металла, не только в промышленных масштабах, но и в домашних условиях, в основном для закалки металлических предметов быта.
Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.
Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.
Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.
После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.
Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.
При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.
Особенности закалки стали
Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.
Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.
Виды закаливания сталей
В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.
Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.
Охлаждающая среда
Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.
Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.
Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.
Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).
Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду. Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к. зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.
Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.
Различают следующие способы охлаждения:
- С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
- Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
- Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
- Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.
Температурный режим
Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.
Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!
Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.
Как закалить металл в домашних условиях
Пользуясь элементарными знаниями, можно провести закалку стали в домашних условиях. Нагревание металла обычно проводят с помощью костра, муфельных электропечей или горелок с использованием газа.
Закалка топора на костре и в печи
Если требуется придать дополнительную прочность бытовым инструментам, например, сделать топор более прочным, то самый простой способ его закалки можно провести в домашних условиях.
На топорах при изготовлении ставится клеймо, по которому можно узнать марку стали. Мы рассмотрим процесс закалки на примере инструментальной стали У7.
Выполнять технологию нужно с соблюдением следующих правил:
1. Отжиг . Перед обработкой затупить острую кромку лезвия и поместить топор в горящую кирпичную печь для нагрева. За процедурой термообработки нужно внимательно следить, чтобы не допустить перегрева (допустимый нагрев 720-780°C). Более продвинутые мастера температуру узнают по цвету каления.
А новички, температуру могут узнать с помощью магнита. Если магнит перестал приставать к металлу, значит топор нагрелся свыше 768°C (цвет красно-бордовый) и пришло время охлаждения.
Кочергой придвинуть раскаленный топор к дверце печи, жар убрать вглубь, закрыть дверцу и задвижку, оставить нагретый металл в печи на 10 часов. Пусть топор постепенно остывает с печкой.
2. Закалка стали . Нагреть топор на костре, буржуйке или печи до темно-красного цвета — температура 800-830°C (магнит перестал магнитится, подождать ещё 2-3 минуты).
Закалка выполняется в подогретой воде (30°C) и масле. Опустить лезвие топора в воду на 3-4 см, интенсивно двигая его.
3. Отпуск лезвия топора . Отпуск уменьшает хрупкость стали и снимает внутренне напряжение. Зачистить металл наждаком, чтобы лучше различать цвета пебежалости.
Выдержать топор в течение 1 часа в духовке, при температуре 270-320°C. После выдержки, достать и остудить на воздухе.
Видео: термообработка топора в домашних условиях, три стадии: отжиг, закалка, отпуск.
Закаливание ножа
Самостоятельно для закалки металлов целесообразно использовать печи. Для предметов быта в виде ножей, топоров, и других, наиболее подходящими являются муфельные печи небольшого размера. В них можно достичь температуры закалки намного выше, чем на костре и проще добиться равномерного прогрева металла.
Такую печь можно изготовить самостоятельно. В интернете можно найти множество простых вариантов ее конструкции. В таких печах можно разогреть металлическое изделие до 700-900°C.
Рассмотрим, как закалить нож из нержавейки в домашних условиях, используя муфельную электропечь. Для охлаждения вместо воды или масла используется расплавленный сургуч (можно достать в воинской части).
Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.
Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.
Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник. Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента. Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.
Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит. Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали. В то же время твердость углеродистых и достаточно просто повысить даже в домашних условиях.
Технологические нюансы закалки
Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.
Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:
- его упрочнения и повышения твердости;
- улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.
Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.
Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен. О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла. Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.
В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:
- специальную печь, работающую на электричестве;
- паяльную лампу;
- открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.
Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.
Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.
Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.
Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).
В том случае, если других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения. При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение. Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.
Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.
Как закалить сталь на открытом огне
Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.
Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.
По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет. Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет. В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.
За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.
После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению. В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают. Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.
При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.
Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя. Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию. Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.
Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000. Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими. Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.
Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла
Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.
Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали
Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина. Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания. Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.
Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.
На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой. Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания. После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.
Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.
Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса. Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно. С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.