Как да нагреем метал. Електрически методи за отопление

Нагряването на метали и сплави се извършва или за намаляване на тяхната устойчивост на пластична деформация (т.е. преди коване или валцуване), или за промяна на кристалната структура, която възниква под въздействието на високи температури (термична обработка). Във всеки от тези случаи условията на процеса на нагряване оказват значително влияние върху качеството на крайния продукт.

Задачите, които трябва да се решат, предопределят основните характеристики на процеса на нагряване: температура, равномерност и продължителност.

Температурата на нагряване обикновено се нарича крайната температура на металната повърхност, при която, в съответствие с изискванията на технологията, тя може да бъде издадена от пещта. Стойността на температурата на нагряване зависи от химичен състав(марка) на сплавта и целта на нагряване.

Когато се нагрява преди обработка под налягане, температурата на изхода на заготовката от пещта трябва да бъде достатъчно висока, тъй като това спомага за намаляване на устойчивостта на пластична деформация и води до намаляване на консумацията на енергия за обработка, увеличаване на производителността на валцуване и ковашко оборудванеи също така увеличава експлоатационния му живот.

Има обаче горна граница на температурата на нагряване, тъй като тя е ограничена от растежа на зърната, прегряването и прегарянето и ускоряването на окисляването на метала. По време на нагряването на повечето сплави, при достигане на точка, разположена на 30-100 ° C под линията на солидус на тяхната фазова диаграма, поради сегрегация и неметални включвания, на границите на зърната се появява течна фаза; това води до отслабване на механичната връзка между зърната, интензивно окисление по техните граници; такъв метал губи своята здравина и се срутва по време на обработка под налягане. Това явление, наречено прегаряне, ограничава максималната температура на нагряване. Изгорял метал не може да се поправи с последваща термична обработка и е подходящ само за претопяване.

Прегряването на метала води до прекомерен растеж на зърната, което води до влошаване механични свойства. Следователно валцоването трябва да бъде завършено при температура, по-ниска от температурата на прегряване. Прегрятият метал може да бъде коригиран чрез отгряване или нормализиране.

Долната граница на температурата на нагряване се задава въз основа на допустимата температура в края на обработката под налягане, като се вземат предвид всички топлинни загуби от детайла в заобикаляща средаи отделяне на топлина в него поради пластична деформация. Следователно за всяка сплав и за всеки тип формоване има определен температурен диапазон, над и под който детайлът не трябва да се нагрява. Тази информация е дадена в съответните справочници.

Въпросът за температурата на нагряване е особено важен за такива сложни сплави, като например високолегирани стомани, които по време на обработка под налягане имат висока устойчивост на пластична деформация и в същото време са склонни към прегряване и изгаряне. Тези фактори причиняват по-тесен диапазон от температури на нагряване за високолегирани стомани в сравнение с въглеродни стомани.

В табл. 21-1 като илюстрация са дадени данни за границата за някои стомани допустима температуратяхното нагряване преди обработка под налягане и температурата на изгаряне.

При топлинна обработка температурата на нагряване зависи само от технологични изисквания, т.е. от вида на термичната обработка и нейния режим, дължащи се на структурата и структурата на сплавта.

Равномерност на нагряванесе определя от температурната разлика между повърхността и центъра (тъй като това обикновено е най-голямата разлика) на детайла, когато се извежда от пещта:

∆T con \u003d T con pov - T конц. Този показател също е много важен, тъй като твърде голяма температурна разлика в напречното сечение на детайла при нагряване преди обработка под налягане може да причини неравномерна деформация, а при нагряване за термична обработка може да доведе до непълнота на необходимите трансформации по цялата дебелина на метала, т.е. и в двата случая - брачни крайни продукти. В същото време процесът на изравняване на температурата върху металната секция изисква дълго излагане висока температураповърхности.

Въпреки това не се изисква пълна равномерност на нагряване на метала преди обработка под налягане, тъй като в процеса на транспортирането му от пещта до мелницата или пресата и валцуването (коване) температурата неизбежно се изравнява по напречното сечение на блокове и заготовки поради пренос на топлина към околната среда от тяхната повърхност и топлопроводимост вътре в метала. Въз основа на това допустимата температурна разлика в напречното сечение обикновено се взема според практическите данни по време на нагряване преди обработка под налягане в следните граници: за високолегирани стомани ∆ T con= 100δ; за всички други марки стомана ∆ T con= 200δ при δ<0,1 м и ∆T con= 300δ при δ > 0,2 м. Тук δ е нагрята дебелина на метала.

Във всички случаи температурната разлика по дебелината на заготовката в края на нагряването й преди валцуване или коване не трябва да надвишава 50 °C, а при нагряване за термична обработка - 20 °C, независимо от дебелината на продукта. При нагряване на големи слитъци е разрешено да се изхвърлят от пещта при ∆ T con <100 °С.

Друга важна задача на технологията за нагряване на метали е да осигури равномерно разпределение на температурата по цялата повърхност на заготовките или продуктите до момента на изваждането им от пещта. Практическата необходимост от това изискване е очевидна, тъй като със значителна неравномерност на нагряване върху металната повърхност (дори когато се достигне необходимата температурна разлика по дебелината), такива дефекти като неравномерен профил на готовия валцуван продукт или различни механични свойствата на продукта, подложен на топлинна обработка, са неизбежни.

Осигуряването на температурна равномерност по повърхността на нагрявания метал се постига чрез правилния избор на пещ за нагряване на определен тип заготовки или продукти и правилното разполагане на топлогенериращи устройства в нея, създаващи необходимото температурно поле в работното пространство на пещ, взаимното разположение на детайлите и др.

Време за нагряванедо крайната температура също е най-важният показател, тъй като производителността на пещта и нейните размери зависят от това. В същото време продължителността на нагряване до дадена температура определя скоростта на нагряване, т.е. промяната на температурата в дадена точка на нагрятото тяло за единица време. Обикновено скоростта на нагряване се променя по време на процеса и следователно се прави разлика между скоростта на нагряване в определен момент от време и средната скорост на нагряване за разглеждания интервал от време.

Колкото по-бързо се извършва нагряването (т.е. колкото по-висока е скоростта на нагряване), толкова очевидно е по-висока производителността на пещта, при равни други условия. Въпреки това, в редица случаи скоростта на нагряване не може да бъде избрана произволно голяма, дори ако условията на външен топлопренос позволяват това да се извърши. Това се дължи на някои ограничения, наложени от условията на процесите, които съпътстват нагряването на метала в пещи и са разгледани по-долу.

Процеси, протичащи при нагряване на метала.Когато металът се нагрява, неговата енталпия се променя и тъй като в повечето случаи топлината се подава към повърхността на блокове и заготовки, тяхната външна температура е по-висока от температурата на вътрешните слоеве. В резултат на топлинно разширение на различни части от твърдо тяло с различна величина възникват напрежения, които се наричат термични.

Друга група явления са свързани с химични процеси върху металната повърхност по време на нагряване. Повърхността на метала, която е при висока температура, взаимодейства с околната среда (т.е. с продукти от горенето или въздух), в резултат на което върху нея се образува слой от оксиди. Ако някои елементи от сплавта взаимодействат с околната среда около метала с образуването на газова фаза, тогава повърхността се изчерпва от тези елементи. Например, окисляването на стоманен въглерод, когато се нагрява в пещи, причинява обезвъглеродяване на повърхността.

Топлинни напрежения

Както беше отбелязано по-горе, в секцията на слитъци и заготовки, когато се нагряват, възниква неравномерно разпределение на температурите и следователно различните части на тялото са склонни да променят размера си в различна степен. Тъй като в твърдото тяло има връзки между всички негови отделни части, те не могат да се деформират независимо в съответствие с температурите, до които се нагряват. В резултат на това възникват топлинни напрежения поради температурната разлика. Външните, по-нагрети слоеве са склонни да се разширяват и следователно са в компресирано състояние. Вътрешните, по-студени слоеве са обект на сила на опън. Ако тези напрежения не надвишават границата на еластичност на нагрятия метал, тогава с изравняването на температурата по напречното сечение термичните напрежения изчезват.

Всички метали и сплави имат еластични свойства до определена температура (например повечето марки стомана до 450-500 ° C). Над тази определена температура металите преминават в пластично състояние и възникналите в тях топлинни напрежения предизвикват пластична деформация и изчезват. Следователно термичните напрежения трябва да се вземат предвид при нагряване и охлаждане на стомана само в температурния диапазон от стайна температура до точката на преход на даден метал или сплав от еластично състояние към пластично. Такива напрежения се наричат изчезващи или временни.

В допълнение към временните има остатъчни топлинни напрежения, които увеличават риска от разрушаване при нагряване. Тези напрежения възникват, ако слитъкът или заготовката преди това са били подложени на нагряване и охлаждане. Когато се охладят, външните слоеве на метала (по-студени) достигат по-рано температурата на преход от пластмаса към еластично състояние. При по-нататъшно охлаждане вътрешните слоеве са подложени на сили на опън, които не изчезват поради ниската пластичност на студения метал. Ако този слитък или заготовка се нагрее отново, тогава възникващите в тях временни напрежения ще бъдат насложени със същия знак върху остатъчните, което ще увеличи риска от пукнатини и разкъсвания.

В допълнение към временните и остатъчните термични напрежения, по време на нагряване и охлаждане на сплавите, напреженията възникват и поради структурни промени в обема. Но тъй като тези явления обикновено се извършват при температури, надвишаващи границата на прехода от еластично състояние към пластично състояние, структурните напрежения се разсейват поради пластичното състояние на метала.

Връзката между деформации и напрежения установява закона на Хук

σ= ( T cf -T)

където β е коефициентът на линейно разширение; Т вж- средна телесна температура; T- температура в даден участък от тялото; д- модул на еластичност (за много марки стомана, стойността днамалява от (18÷22) . 10 4 MPa до (14÷17) . 10 4 MPa с повишаване на температурата от стайна температура до 500 °C; σ е напрежението; v - коефициент на Поасон (за стомана v ≈ 0,3).

От голям практически интерес е намирането на максималната допустима температурна разлика в сечението на тялото ∆T add = T sur - T цена. Най-опасните в този случай са напреженията на опън, така че те трябва да се вземат предвид при изчисляване на допустимата температурна разлика. Като якостна характеристика трябва да се вземе стойността на якостта на опън на сплавта σ in.

След това, използвайки решенията на задачите за топлопроводимост (виж глава 16) и им налагайки израз (21-1), за случая на редовен режим от втори вид, може по-специално да се получи:

за равномерно и симетрично нагрята безкрайна плоча

∆Tдобавете \u003d 1,5 (1 - v) σ в / ();

за равномерно и симетрично нагрят безкраен цилиндър

∆Tдобавете \u003d 2 (1 - v) σ в / ().

Допустимата температурна разлика, установена по формули (21-2) и (21-3), не зависи от размерите на тялото и неговите топлофизични характеристики. Размерите на тялото имат косвен ефект върху стойността на ∆ Tдопълнително, тъй като остатъчните напрежения в по-големите тела са по-големи.

Окисляване и обезвъглеродяване на повърхността по време на нагряване.Окисляването на блокове и заготовки по време на нагряване в пещи е изключително нежелано явление, тъй като води до необратима загуба на метал. Това води до много големи икономически щети, което става особено очевидно, ако сравним цената на загубите на метал по време на окисляването с други разходи за обработка. Например, когато стоманени блокове се нагряват в нагревателни кладенци, цената на метала, изгубен с мащаба, обикновено е по-висока от цената на горивото, изразходвано за нагряване на този метал, и цената на електроенергията, изразходвана за валцоването му. Когато заготовките се нагряват в пещите на цеховете за валцоване на профили, загубите от мащаба са малко по-ниски, но все още са доста големи и съизмерими по цена с разходите за гориво. Тъй като по пътя от блока до крайния продукт металът обикновено се нагрява няколко пъти в различни пещи, загубите от окисляване са много значителни. В допълнение, по-високата твърдост на оксидите в сравнение с метала води до повишено износване на инструмента и увеличава процента на скрап при коване и валцуване.

По-ниската топлопроводимост на оксидния слой, образуван върху повърхността на метала, увеличава продължителността на нагряване в пещите, което води до намаляване на тяхната производителност, при равни други условия, а разпадащите се оксиди образуват шлакови израстъци върху огнището на пещта, което го прави трудни за работа и причиняващи повишена консумация на огнеупорни материали.

Появата на мащаб също прави невъзможно точното измерване на температурата на металната повърхност, която се задава от технолози, което усложнява контрола на топлинния режим на пещта.

Споменатото по-горе взаимодействие с газовата среда в пещта на всеки елемент от сплавта е от практическо значение за стоманата. Намаляването на съдържанието на въглерод в него води до намаляване на твърдостта и якостта на опън. За да се получат желаните механични свойства на продукта, е необходимо да се премахне обезвъглероденият слой (до 2 mm), което увеличава сложността на обработката като цяло. Особено неприемливо е обезвъглеродяването на онези продукти, които впоследствие се подлагат на повърхностна топлинна обработка.

Процесите на окисление на сплавта като цяло и нейните отделни примеси по време на нагряване в пещи трябва да се разглеждат съвместно, тъй като те са тясно свързани помежду си. Например, според експериментални данни, когато стоманата се нагрява до температура от 1100°C и по-висока в атмосфера на конвенционална пещ, окисляването протича по-бързо от повърхностното обезвъглеродяване и получената скала играе ролята на защитен слой, който предотвратява обезвъглеродяването. При по-ниски температури окисляването на много стомани (дори в силно изразена окислителна среда) е по-бавно от обезвъглеродяването. Следователно стоманата, нагрята до температура 700–1000 °C, може да има декарбуризирана повърхност. Това е особено опасно, тъй като температурният диапазон от 700-1000 °C е типичен за термична обработка.

окисление на метала.Окислението на сплавите е процес на взаимодействие на окислителни газове с техните основни и легиращи елементи. Този процес се определя не само от скоростта на химичните реакции, но и от образуването на оксиден филм, който, докато расте, изолира металната повърхност от въздействието на окислителните газове. Следователно скоростта на растеж на оксидния слой зависи не само от хода на химичния процес на окисление на стоманата, но и от условията за движение на метални йони (от метала и вътрешните слоеве на оксидите към външните) и кислорода атоми (от повърхността към вътрешните слоеве), т.е. върху условията за протичане на физическия процес на двустранна дифузия.

Дифузионният механизъм за образуване на железни оксиди, подробно проучен от В. И. Архаров, определя трислойната структура на скалния слой, образуван при нагряване на стоманата в окислителна среда. Вътрешният слой (в съседство с метала) има най-високо съдържание на желязо и се състои главно от FeO (wustite): Fe B V 2 0 2 C| FeCX Точката на топене на вюстита е 1317 °C. Средният слой - магнетит Fe 3 0 4 , с точка на топене 1565 ° C, се образува по време на последващото окисляване на вюстит: 3FeO C 1 / 2 0 2 ift Fe s 0 4 . Този слой съдържа по-малко желязо и е обогатен с кислород в сравнение с вътрешния слой, макар и не в същата степен като най-богатия на кислород хематит Fe 2 0 8 (точка на топене 1538 ° C): 2Fe 3 0 4 -f V 2 0 2 - Ts 3Fe2Os. Съставът на всеки от слоевете не е постоянен в напречното сечение, но постепенно се променя поради примеси на повече (по-близо до повърхността) или по-малко (по-близо до метала) оксиди, богати на кислород.

Окислителният газ по време на нагряване в пещи е не само свободен кислород, но и свързан кислород, който е част от продуктите на пълното изгаряне на горивото: CO 2 H 2 0 и S0 2. Тези газове, както и O 2, се наричат окислителни за разлика от редуциращите: CO, H 2 и CH 4, които се образуват в резултат на непълно изгаряне на гориво. Атмосферата в повечето горивни печки е смес от N 2 , CO 2 , H 2 O и S0 2 с малко количество свободен кислород. Наличието на голямо количество редуциращи газове в пещта показва непълно изгаряне и е неприемливо от гледна точка на използването на гориво. Следователно атмосферата на пещите с конвенционално гориво винаги има окислителен характер.

Окислителната и редукционната способност на всички тези газове по отношение на метала зависи от тяхната концентрация в атмосферата на пещта и от температурата на металната повърхност. O 2 е най-силният окислител, следван от H 2 O, а CO 2 има най-слабия окислителен ефект. Увеличаването на дела на неутрален газ в атмосферата на пещта намалява скоростта на окисление, което до голяма степен зависи от съдържанието на H 2 O и SO 2 в атмосферата на пещта. Наличието дори на много малки количества SO 2 в пещните газове рязко увеличава скоростта на окисление, тъй като на повърхността на сплавта се образуват нискотопими съединения от оксиди и сулфиди. Що се отнася до H 2 S, това съединение може да присъства в редуцираща атмосфера и ефектът му върху метала (заедно с SO 2) води до увеличаване на съдържанието на сяра в повърхностния слой. В същото време качеството на метала се влошава значително и сярата има особено вредно въздействие върху легираните стомани, тъй като те я абсорбират в по-голяма степен от простите въглеродни стомани, а никелът образува стопима евтектика със сяра.

Дебелината на оксидния слой, образуван върху металната повърхност, зависи не само от атмосферата, в която се нагрява металът, но и от редица други фактори, които включват преди всичко температурата и продължителността на нагряване. Колкото по-висока е повърхностната температура на метала, толкова по-висока е скоростта на неговото окисляване. Установено е обаче, че скоростта на растеж на оксидния слой нараства по-бързо след достигане на определена температура. По този начин окисляването на стоманата при температури до 600 ° C протича с относително ниска скорост, а при температури над 800-900 ° C скоростта на растеж на оксидния слой се увеличава рязко. Ако вземем степента на окисление при 900 ° C като единица, тогава при 950 ° C тя ще бъде 1,25, при 1000 ° C - 2, а при 1300 - 7.

Времето на престой на метала в пещта има много силно влияние върху количеството образувани оксиди. Увеличаването на продължителността на нагряване до дадена температура води до увеличаване на оксидния слой, въпреки че скоростта на окисление намалява с времето поради удебеляването на образувания филм и следователно намаляване на плътността на дифузионния поток през него на железни йони и кислородни атоми. Установено е, че ако дебелината на окисления слой е δ 1 при нагряване t1след това във времето за нагряване t2до същата температура дебелината на окисления слой ще бъде равна на:

δ2 = δ1/( t1/t2) 1/2 .

Продължителността на нагряване на метала до дадена температура може да бъде намалена по-специално чрез повишаване на температурата в работната камера на пещта, което води до по-интензивен външен топлообмен и по този начин спомага за намаляване на дебелината на окисления слой.

Установено е, че факторите, влияещи върху интензивността на дифузията на кислород към повърхността на нагрятия метал от атмосферата на пещта, не влияят значително на растежа на оксидния слой. Това се дължи на факта, че дифузионните процеси в най-твърдата повърхност протичат бавно и те са определящи. Следователно скоростта на движение на газа практически не оказва влияние върху окисляването на повърхността. Въпреки това, картината на движението на продуктите от горенето като цяло може да има забележим ефект, тъй като локалното прегряване на метала поради неравномерно температурно поле на газа в пещта (което може да бъде причинено от прекалено голям ъгъл на наклон на горелките) , неправилното им разполагане по височина и дължина на пещта и др.), неминуемо водят до локално интензивно окисляване на метала.

Условията за движение на нагретите детайли вътре в пещите и съставът на нагрятата сплав също оказват значително влияние върху скоростта на нейното окисление. По този начин, когато металът се движи в пещта, може да се получи механично ексфолиране и отделяне на получения оксиден слой, което допринася за по-бързото последващо окисляване на незащитените зони.

Наличието на някои легиращи елементи в сплавта (например за стомана Cr, Ni, Al, Si и др.) Може да осигури образуването на тънък и плътен, добре залепващ оксиден филм, който надеждно предотвратява последващото окисление. Такива стомани се наричат топлоустойчиви и добре издържат на окисляване при нагряване. В допълнение, стоманата с по-високо съдържание на въглерод е по-малко склонна към окисление от стоманата с ниско съдържание на въглерод. Това се обяснява с факта, че в стоманата част от желязото е във въглеродно свързано състояние под формата на железен карбид Fe 3 C. Въглеродът, съдържащ се в стоманата, окислен, се превръща във въглероден оксид, който дифундира към повърхността и предотвратява окисляването на желязото.

Обезвъглеродяване на повърхностния слой на стомана. Обезвъглеродяването на стомана по време на нагряване възниква в резултат на взаимодействието на газове с въглерод, който е или под формата на твърд разтвор, или под формата на железен карбид Fe 8 C. Реакциите на обезвъглеродяване в резултат на взаимодействието на различни газове с железен карбид може да продължи както следва:

Fe 3 C + H 2 O \u003d 3Fe + CO + Н2; 2Fe 3 C + O 2 \u003d 6Fe + 2CO;

Fe 3 C + CO 2 \u003d 3Fe + 2CO; Fe 3 C + 2H 2 \u003d 3Fe + CH 4.

Подобни реакции протичат при взаимодействието на тези газове с въглерод в твърд разтвор.

Скоростта на обезвъглеродяване се определя главно от процеса на двупосочна дифузия, който възниква под действието на разликата в концентрациите на двете среди. От една страна, обезвъглеродяващите газове дифундират към повърхностния слой на стоманата, а от друга страна, получените газообразни продукти се движат в обратна посока. В допълнение, въглеродът от вътрешните слоеве на метала се премества към повърхностния обезвъглероден слой. Както константите на скоростта на химичните реакции, така и коефициентите на дифузия нарастват с повишаване на температурата. Следователно дълбочината на обезвъглеродения слой се увеличава с повишаване на температурата на нагряване. И тъй като плътността на дифузионния поток е пропорционална на разликата в концентрациите на дифузиращите компоненти, дълбочината на обезвъглеродения слой е по-голяма в случай на нагряване на високовъглеродна стомана, отколкото в случай на нагряване на нисковъглеродна стомана. Легиращите елементи, съдържащи се в стоманата, също играят роля в процеса на обезвъглеродяване. По този начин хромът и манганът намаляват коефициента на дифузия на въглерода, докато кобалтът, алуминият и волфрамът го увеличават, съответно предотвратявайки или насърчавайки обезвъглеродяването на стоманата. Силицият, никелът и ванадият нямат значителен ефект върху обезвъглеродяването.

Газовете, които образуват атмосферата на пещта и причиняват обезвъглеродяване, включват H 2 0, CO 2 , O 2 и H 2 . Най-силният обезвъглеродяващ ефект върху стоманата се отличава с H 2 0, а най-слабият H 2 . В този случай способността за обезвъглеродяване на CO 2 се увеличава с повишаване на температурата, а способността за обезвъглеродяване на сухия H 2 намалява. Водородът в присъствието на водна пара има много силен обезвъглеродяващ ефект върху повърхностния слой на стоманата.

Защита на стоманата срещу окисляване и обезвъглеродяване.Вредният ефект от окисляването и обезвъглеродяването на метала по време на нагряване върху неговото качество изисква приемането на мерки за предотвратяване на тези явления. Най-пълната защита на повърхността на слитъци, заготовки и детайли се постига в пещи, където е изключен ефектът от окислителни и обезвъглеродяващи газове върху него. Такива пещи включват солни и метални вани, както и пещи, при които нагряването се извършва в контролирана атмосфера. В пещите от този тип или нагретият метал е изолиран от газове, обикновено покрит със специален херметичен муфел, или самият пламък се поставя вътре в така наречените лъчисти тръби, топлината от които се предава на нагретия метал без контакт с него с окислителни и обезвъглеродяващи газове. Работното пространство на такива пещи е изпълнено със специални атмосфери, чийто състав се избира в зависимост от технологията на нагряване и класа на сплавта. Защитните атмосфери се подготвят отделно в специални инсталации.

Известен е и метод за създаване на слабо окислителна атмосфера директно в работното пространство на пещите, без заглушаване на метал или пламък. Това се постига поради непълно изгаряне на горивото (с коефициент на разход на въздух 0,5-0,55). В този случай съставът на продуктите от горенето включва CO и H, както и продуктите от пълното изгаряне на CO 2 и H 2 O. Ако съотношенията на CO / CO2 и H 2 / H 2 O са не по-малки от 1,3 , тогава нагряването на метала в такава среда става почти без повърхностно окисляване.

Намаляване на окисляването на металната повърхност по време на нагряването й в горивни пещи с открит пламък (представляващи голяма част от парка от пещи на металургични и машиностроителни заводи) може да се постигне и чрез намаляване на продължителността на престоя й при висока повърхностна температура. Това се постига чрез избора на най-рационалния режим на нагряване на метала в пещта.

Изчисленията на нагряване на метал в пещи се извършват, за да се определи температурното поле на слитък, заготовка или готов продукт въз основа на условията, продиктувани от технологичната цел на нагряване. Това отчита ограниченията, наложени от процесите, протичащи по време на отопление, както и моделите на избрания режим на отопление. Често се разглежда проблемът за определяне на времето за нагряване до дадена температура, при условие че до края на престоя му в пещта (последното при масивни тела) се осигури необходимата равномерност. В този случай те обикновено се задават от закона за промяна на температурата на нагряващата среда, като се избира режимът на нагряване в зависимост от степента на термична масивност на метала. За да се определи степента на термична масивност и за последващото изчисляване на нагряването, въпросът за нагрятата дебелина на слитъка или заготовката е много важен.

Сблъсквали ли сте се някога с необходимостта да изрежете или изрежете нещо метално със собствените си ръце? Ако да, тогава вероятно имате въпрос как да го направите. Разбира се, винаги можете да използвате добра стара ножовка, но какво ще стане, ако не говорим за тънък поцинкован лист, а например за дебелостенна тръба?

Тук ножовката, разбира се, може да помогне, но ще бъдат изразходвани непропорционално много време и усилия. А това означава, че е необходим по-радикален подход и в тази статия ще говорим за това как да режем метал и какъв е най-добрият начин да го направим.

Нарязваме метал с мелница

Не е известно със сигурност защо този инструмент е наречен така. Основната версия е, че България е първата страна производител, но всъщност това е само версия.

Когато избират как да режат метал, повечето хора предпочитат мелницата, тъй като, за разлика от газовото оборудване, цената му е много по-ниска и не са необходими специални умения за работа с него.

От друга страна, много хора се страхуват да работят като мелница, поради високата си мощност и опасност. Всъщност няма нищо сложно, основното е да спазвате стриктно мерките за безопасност и да не пренебрегвате дори най-малките неща.

При работа с метал изобщо не може да има дреболии и всички режещи инструменти за метал представляват определена опасност. Инструкциите за безопасност при работа с режещ инструмент са приложими както за големи ъглошлайфи с мощност над два киловата, така и за много малки, които въпреки компактния си размер могат да причинят значителна вреда на здравето.

Този инструмент реже метал чрез въртене на абразивен диск, чиято дебелина може да варира в зависимост от метала, който ще се реже. Колкото по-тънка е стената на стоманения продукт, толкова по-тънък ще бъде металният режещ диск.

В тази статия няма да говорим за важността на безопасността. Това винаги е приоритетен въпрос, но ако нямате опит с мелница, тогава специално за вас ще дадем няколко тънкости, които трябва да знаете, за да не навредите на здравето си.

Няколко важни точки

Така:

От съображения за безопасност въртенето на диска трябва да става по посока на среза, тоест по посока на този, който реже метала, но като правило тази позиция не е много удобна и е много по-лесна когато потокът от искри е насочен напред. По принцип тук няма съществени ограничения, всичко зависи от личното удобство на оператора на инструмента.
Когато режете метал, използвайте само подходящи дискове. Дисковете върху камък или дърво имат по-ниска плътност и при контакт със стоманена повърхност те бързо се разпръскват и фрагментите могат да повредят вас или другите.

Не работете без защитно покритие. Той насочва искрите настрани и те няма да летят в лицето ви. Освен това е единственото спасение в случай, че дискът захапе и се счупи.
Не режете метала далеч от вас. Така че е много по-вероятно да се получи ухапване на диска. Посоката на рязане трябва винаги да е в посоката на ножа.
Дръжте инструмента прав. Рязането под ъгъл ще доведе до изкривяване и счупване на диска, а фрагментите, излитащи с такава скорост, могат да причинят значителна вреда на здравето.

Никога не почиствайте повърхността с режещ диск. За оголване има специални дискове, които се различават по дебелина и плътност.
Някои видове мелници използват само дискове със собствена марка. Това се дължи на разликата в броя на оборотите, така че ако сте собственик на марков инструмент, използвайте дискове само под тази марка.

Никога не използвайте дискове с различен размер. Всеки размер е предназначен за инструмент с определен брой обороти. Така че, ако поставите диск с малък или среден размер върху голяма мелница, той просто ще се спука.
Не спестявайте. Ако на диска се появи пукнатина или не сте я забелязали при покупката, незабавно я изхвърлете в кошчето. Случайното напукване по време на рязане може да завърши много зле за вас. Не забравяйте, че цената на диска не струва живота и здравето ви.

Винаги следете внимателно какво ви предстои по време на работа. Искрите, изхвърчащи изпод мелницата, могат да запалят дърво, пластмаса и други горими материали. Освен това не можете да работите като мелница в близост до бензин или газ.
Преди да режете метал с мелница, уверете се, че е правилно позиционирана. При рязане отрязаната част трябва да е надвиснала, в противен случай дискът може да бъде захапан.

важно! Никога не се страхувайте от инструмент, независимо колко опасен изглежда или колко силен е. Знаейки как да режете метал правилно, гарантирано няма да се нараните.

И така, разбрахме мелницата, но това далеч не е единственият инструмент за рязане на метал. И по-долу ще разгледаме други опции, но засега ви препоръчваме да гледате видеоклипа в тази статия, който говори за рязане на метали и режещи инструменти. А междувременно продължаваме напред.

Други металорежещи инструменти

Разбира се, можете да режете всичко с мелница, основното е да изберете правилния диск за него. Но тази опция не винаги е най-удобната и практична. Ето само няколко момента, когато е по-целесъобразно да режете метал с друг инструмент.

Ако материалът е поцинкован. Поради високата скорост мелницата просто изгаря покритието и от него не остава и следа.

Боядисан материал, също е по-добре да режете метал с ножица. Те ще запазят покритието и няма да го изгорят.

По-целесъобразно е да режете метал с ножовка, ако е в напрежение, например, ако е отоплителна тръба, затворена в системна верига.

Метал с дебелина над 10 милиметра е по-добре да се реже с газов нож, тъй като мелницата може просто да не успее да се справи с него.

важно! Възнамеряваме да не разказваме в тази статия как да режем метал с нож, тъй като това изисква специални знания и опит. При никакви обстоятелства не трябва да се опитвате сами да стартирате режещата горелка. Това може да доведе до експлозия на пропан или пожар.

Това не е пълен списък с моменти, когато е по-добре да откажете да използвате мелница, но всички изброени ситуации са много чести в ежедневието. И така, какво използвате за работа?

Нека да разгледаме най-популярните и достъпни алтернативни инструменти за рязане на метал:

Режеща горелка. Трудно е да наречем този инструмент достъпен, но не можем да го оставим без внимание, тъй като в някои случаи това е единственият инструмент, който може да се справи със задачата. Например, при рязане на дебели метали само лазерът може да бъде алтернатива на фрезата и такъв инструмент не е наличен за домашни нужди.

Ножовка за метал. Този инструмент, като правило, е в арсенала на всеки домашен майстор. Рязането на метал с ножовка е дълго и проблематично, но на някои труднодостъпни места е възможно да се пълзи само с него.

Ножици за метал. Разбира се, няма да отрежете тръбата с такъв инструмент, но ако трябва например да отхапете профил от гипсокартон, тогава просто не можете да намерите по-добър вариант. Те са лесни и безопасни за работа и няма да атакуват цинк или боя.

Прес ножици. Този инструмент е предназначен за рязане на тел или арматура. В зависимост от размера, ножиците могат да режат прът с диаметър до 20 милиметра и е много по-удобно да се работи с тях, отколкото с мелница.

Както можете да видите, изборът е много богат и инструментът трябва да бъде избран в зависимост от конкретната ситуация. Разбира се, трудно е да се конкурира с мелница, но не винаги е възможно да се използва и тогава алтернативните опции ще дойдат на помощ.

И в заключение бих искал да ви напомня още веднъж - винаги спазвайте мерките за безопасност и използвайте лични предпазни средства. Никоя работа не си струва да рискувате здравето или дори живота си.

Ако знаете как да втвърдите метала правилно, тогава дори у дома можете да увеличите твърдостта на металните продукти два до три пъти. Причините, поради които това се налага, могат да бъдат много различни. Такава технологична операция е необходима особено, ако металът трябва да бъде достатъчно закален, за да може да се реже стъкло.

Най-често е необходимо да се закали режещият инструмент, а термичната обработка се извършва не само ако е необходимо да се увеличи неговата твърдост, но и когато тази характеристика трябва да се намали. Когато твърдостта на инструмента е твърде ниска, режещата му част ще се задръсти по време на работа, но ако е висока, металът ще се разпадне под въздействието на механични натоварвания.

Малко хора знаят, че има лесен начин да проверите колко добре е закален стоманен инструмент не само в производството или у дома, но и в магазина при покупка. За да извършите такава проверка, ви е необходим обикновен файл. Те се извършват по режещата част на закупения инструмент. Ако е закалено лошо, тогава пилата ще изглежда като залепнала за работната си част, а в обратния случай лесно ще се отдалечи от тествания инструмент, докато ръката, в която се намира пилата, няма да усети никакви неравности по нея. повърхността на продукта.

Ако все пак се оказа, че имате на ваше разположение инструмент, чието качество на втвърдяване не ви подхожда, не трябва да се притеснявате за това. Този проблем се решава доста лесно: възможно е да се втвърди метал дори у дома, без да се използва сложно оборудване и специални устройства за това. Трябва обаче да знаете, че нисковъглеродните стомани не могат да бъдат закалени. В същото време, твърдостта на въглерода и достатъчно лесно да се увеличи дори у дома.

Технологични нюанси на втвърдяване

Закаляването, което е един от видовете термична обработка на метали, се извършва на два етапа. Първо, металът се нагрява до висока температура и след това се охлажда. Различните метали и дори стоманите, принадлежащи към различни категории, се различават една от друга по своята структура, така че техните режими на термична обработка не съвпадат.

Може да се наложи термична обработка на метал (закаляване, темпериране и др.) за:

неговото втвърдяване и увеличаване на твърдостта;
подобряване на неговата пластичност, което е необходимо при обработка чрез пластична деформация.

Много специализирани фирми закаляват стомана, но цената на тези услуги е доста висока и зависи от теглото на детайла, който трябва да бъде термично обработен. Ето защо е препоръчително да го направите сами, особено след като можете да го направите дори у дома.

Ако решите да втвърдите метала сами, е много важно правилно да извършите такава процедура като нагряване. Този процес не трябва да бъде придружен от появата на черни или сини петна по повърхността на продукта. Фактът, че отоплението се извършва правилно, се доказва от ярко червения цвят на метала. Този процес е добре демонстриран от видеоклип, който ще ви помогне да добиете представа колко да загреете термично обработвания метал.

Като източник на топлина за нагряване до необходимата температура на метален продукт, който трябва да бъде закален, можете да използвате:

специална фурна, захранвана с електричество;
горелка;
открит огън, който можете да направите в двора на къщата си или на село.

Изборът на източник на топлина зависи от температурата, до която трябва да се нагрее металът, който ще бъде термично обработен.

Изборът на метод за охлаждане зависи не само от материала, но и от това какви резултати трябва да се постигнат. Ако, например, не е необходимо да се втвърдява целият продукт, а само неговата отделна част, тогава охлаждането се извършва и точково, за което може да се използва струя студена вода.

Технологичната схема, по която се закалява металът, може да предвижда моментално, постепенно или многостепенно охлаждане.

Бързото охлаждане, използвайки един тип охладител, е оптимално за закаляване на стомани от категорията въглерод или сплав. За да се извърши такова охлаждане, е необходим един контейнер, който може да бъде кофа, варел или дори обикновена баня (всичко зависи от размерите на обекта, който се обработва).

В случай, че други категории или ако освен закаляване е необходимо темпериране, се използва двустепенна схема на охлаждане. При тази схема продуктът, загрят до необходимата температура, първо се охлажда с вода и след това се поставя в минерално или синтетично масло, в което се извършва допълнително охлаждане. При никакви обстоятелства не трябва да се използва веднага охлаждаща течност, тъй като маслото може да се запали.

За да изберете правилно режимите на втвърдяване за различни марки стомана, трябва да се ръководите от специални таблици.

Как се закалява стомана на открит огън

Както бе споменато по-горе, е възможно да се втвърди стомана у дома, като се използва открит огън за отопление. Естествено, такъв процес трябва да започне с огън, в който трябва да се образуват много горещи въглища. Ще ви трябват и два контейнера. В един от тях трябва да се излее минерално или синтетично масло, а в другия - обикновена студена вода.

За да извадите нажежено желязо от огъня, ще ви трябват ковашки клещи, които могат да бъдат заменени с всеки друг инструмент с подобно предназначение. След приключване на цялата подготвителна работа и в огъня се е образувало достатъчно количество горещи въглища, върху тях могат да се поставят предмети, които трябва да бъдат втвърдени.

По цвета на образуваните въглища може да се прецени температурата на тяхното нагряване. И така, въглищата са по-горещи, чиято повърхност има ярко бял цвят. Също така е важно да се следи цветът на пламъка на огъня, който показва температурния режим във вътрешната му част. Най-добре е пламъкът на огъня да е боядисан в червено, а не в бяло. В последния случай, което показва твърде висока температура на пламъка, съществува риск не само от прегряване, но дори и от изгаряне на метала, който ще бъде закален.

Цветът на нагрятия метал също трябва да се следи внимателно. По-специално, не трябва да се допуска появата на черни петна по режещите ръбове на обработвания инструмент. Синият цвят на метала показва, че той е омекнал много и е станал твърде пластичен. Не може да се доведе до такова състояние.

След като продуктът се калцинира до необходимата степен, можете да преминете към следващия етап - охлаждане. Първо се спуска в съд с масло и това се прави често (с честота от 3 секунди) и възможно най-рязко. Постепенно интервалите между тези гмуркания се увеличават. Веднага след като нажежената стомана загуби яркостта на цвета си, можете да започнете да я охлаждате във вода.

При охлаждане с вода на метал, по повърхността на който остават капчици горещо масло, трябва да се внимава, тъй като те могат да пламнат. След всяко гмуркане водата трябва да се разклаща, за да се поддържа хладна през цялото време. За да получите по-добра представа за правилата за извършване на такава операция, ще ви помогне обучително видео.

Има някои тънкости при охлаждането на закалените свредла. Така че те не могат да бъдат спуснати плоски в контейнер с охлаждаща течност. Ако направите това, тогава дъното на свредлото или всеки друг метален предмет, който има продълговата форма, първо ще се охлади рязко, което ще доведе до неговото компресиране. Ето защо е необходимо такива продукти да се потапят в охлаждащата течност от страната на по-широкия край.

За термична обработка на специални видове стомана и топене на цветни метали възможностите на открит огън няма да бъдат достатъчни, тъй като няма да могат да осигурят нагряване на метала до температура 700–9000. За такива цели е необходимо да се използват специални пещи, които могат да бъдат муфелни или електрически. Ако е доста трудно и скъпо да се направи електрическа пещ у дома, тогава с отоплително оборудване от муфелен тип това е напълно осъществимо.

Самостоятелно изработена камера за закаляване на метал

Муфелна пещ, която е напълно възможно да направите сами у дома, ви позволява да втвърдявате различни видове стомана. Основният компонент, който ще бъде необходим за производството на това отоплително устройство, е огнеупорна глина. Слоят от такава глина, който ще покрие вътрешността на пещта, трябва да бъде не повече от 1 см.

Схема на камера за втвърдяване на метал: 1 - нихромова тел; 2 - вътрешната част на камерата; 3 - външна част на камерата; 4 - задна стена със спирални изводи

За да придадете на бъдещата пещ необходимата конфигурация и желаните размери, най-добре е да направите матрица от картон, импрегниран с парафин, върху който ще се нанесе огнеупорна глина. Глина, смесена с вода до гъста хомогенна маса, се нанася върху грешната страна на картонената форма, от която самата тя ще изостане след пълно изсъхване. Металните продукти, нагрети в такова устройство, се поставят в него през специална врата, която също е направена от огнеупорна глина.

Камерата и вратата на устройството след изсушаване на открито се изсушават допълнително при температура 100 °. След това се изпичат в пещ, чиято температура в камерата постепенно се повишава до 900 °. Когато се охладят след изпичане, те трябва да бъдат внимателно свързани помежду си с помощта на шлосерски инструменти и шкурка.

На повърхността на напълно оформена камера се навива нихромова тел, чийто диаметър трябва да бъде 0,75 mm. Първият и последният слой на такава намотка трябва да бъдат усукани заедно. При навиване на жицата около камерата трябва да се остави известно разстояние между нейните завои, които също трябва да бъдат запълнени с огнеупорна глина, за да се изключи възможността от късо съединение. След като слоят глина, нанесен за осигуряване на изолация между навивките на нихромовата тел, изсъхне, върху повърхността на камерата се нанася друг слой глина, чиято дебелина трябва да бъде приблизително 12 cm.

Готовата камера след пълно изсъхване се поставя в метална кутия, а празнините между тях се запълват с азбестови чипове. За да се осигури достъп до вътрешната камера, на металния корпус на пещта са окачени врати, облицовани с керамични плочки. Всички съществуващи празнини между структурните елементи са запечатани с огнеупорна глина и азбестови чипове.

Краищата на нихромовата намотка на камерата, към която е необходимо да се подава електричество, се извеждат от задната страна на металната й рамка. За да се контролират процесите, протичащи във вътрешността на муфелната пещ, както и да се измерва температурата в нея с помощта на термодвойка, в предната й част трябва да се направят два отвора, чийто диаметър трябва да бъде съответно 1 и 2 см. . От предната страна на рамката такива отвори ще бъдат затворени със специални стоманени завеси. Домашно изработен дизайн, чието производство е описано по-горе, ви позволява да втвърдявате шлосерски и режещи инструменти, работни елементи на оборудване за щамповане и др. у дома.

Процесът на закаляване на стоманата ви позволява да увеличите твърдостта на продукта с около 3-4 пъти. Много производители извършват подобен процес по време на производството, но в някои случаи той трябва да се повтори, тъй като твърдостта на стоманата или друга сплав е ниска. Ето защо мнозина се чудят как да втвърдят метала у дома?

Методика

За да се извърши работа по втвърдяване на стомана, е необходимо да се вземе предвид как правилно се извършва такъв процес. Закаляването е процес на увеличаване на твърдостта на повърхността на желязо или сплав, който включва нагряване на пробата до висока температура и след това охлаждане. Въпреки факта, че на пръв поглед разглежданият процес е прост, различните групи метали се различават по своята специфична структура и характеристики.

Топлинната обработка у дома е оправдана в следните случаи:

Ако е необходимо, втвърдете материала, например на режещия ръб. Пример за това е втвърдяването на длета и длета.
Ако е необходимо, увеличете пластичността на обекта. Това често е необходимо в случай на горещо коване.

Професионалното закаляване на стоманата е скъп процес. Цената на 1 кг увеличаване на твърдостта на повърхността струва около 200 рубли. Възможно е да се организира закаляване на стомана у дома само като се вземат предвид всички характеристики на увеличаване на повърхностната твърдост.

Характеристики на процеса

Възможно е да се извърши закаляване на стомана, като се вземат предвид следните точки:

Отоплението трябва да е равномерно. Само в този случай структурата на материала е хомогенна.
Нагряването на стоманата трябва да става без образуване на черни или сини петна, което показва силно прегряване на повърхността.
Пробата не трябва да се нагрява до крайно състояние, тъй като промените в структурата ще бъдат необратими.
Яркият червен цвят на метала показва правилността на нагряването на стоманата.
Охлаждането също трябва да се извършва равномерно, за което се използва водна баня.

Оборудване и характеристики на процеса

Често се използва специално оборудване за нагряване на повърхността. Това се дължи на факта, че е доста трудно да се нагрее стомана до точката на топене. У дома често се използва следното оборудване:

електрическа пещ;
горелка;
термична фурна;
голям огън, който е построен наоколо, за да пренасочва топлината.

При избора на източник на топлина трябва да се вземе предвид фактът, че частта трябва да бъде напълно поставена в пещта или огъня, върху който се извършва отоплението. Също така ще бъде правилно да изберете оборудване според вида на метала, който ще се обработва. Колкото по-висока е якостта на структурата, толкова повече сплавта се нагрява, за да придаде пластичност.

В случай, че е необходимо да се закали само част от детайла, се използва струйно закаляване. Той предвижда струя студена вода да удари само определена част от детайла.

За охлаждане на стоманата често се използва вана с вода или варел, както и кофа. Важно е да се има предвид фактът, че в някои случаи се извършва постепенно охлаждане, в други бързо и рязко.

Повишаване на твърдостта на открит огън

В ежедневието втвърдяването често се извършва на открит огън. Този метод е подходящ само за еднократен процес на повърхностно втвърдяване.

Цялата работа може да бъде разделена на няколко етапа:

първо трябва да направите огън;
по време на запалването се подготвят два големи контейнера, които ще съответстват на размера на частта;
За да може огънят да даде повече топлина, трябва да осигурите голямо количество въглища. те дават много топлина за дълго време;
един контейнер трябва да съдържа вода, а другият - двигателно масло;
трябва да се използват специални инструменти, с които ще се държи горещият детайл. на видеото често можете да намерите ковашки клещи, които са най-ефективни;
след като подготвите необходимите инструменти, трябва да поставите предмета в самия център на пламъка. в същото време е възможно частта да се погребе в самите дълбочини на въглищата, което ще гарантира, че металът се нагрява до състояние на топене;
въглищата, които имат ярко бял цвят, са по-горещи от другите. процесът на топене на метал трябва да се наблюдава внимателно. пламъкът трябва да е пурпурен, но не бял. ако огънят е бял, тогава има възможност за прегряване на метала. в този случай производителността е значително влошена и експлоатационният живот се намалява;
правилният цвят, равномерен по цялата повърхност, определя равномерността на нагряване на метала;
ако настъпи потъмняване до синьо, това означава силно омекване на метала, т.е. той става прекалено пластичен. това не трябва да се допуска, тъй като структурата е значително нарушена;
когато металът е напълно нагрят, той трябва да бъде изваден от парника;
след това нажеженият метал трябва да се постави в съд с масло с честота 3 секунди;
крайният етап може да се нарече потапяне на частта във вода. В същото време периодично се извършва разклащане на водата. Това се дължи на факта, че водата бързо се нагрява около продукта.

При извършване на работа трябва да се внимава, тъй като горещото масло може да навреди на кожата. Във видеото можете да обърнете внимание какъв цвят трябва да бъде повърхността, когато се достигне желаната степен на пластичност. Но за втвърдяване на цветни метали често е необходимо да се упражнява температура в диапазона от 700 до 900 градуса по Целзий. Нагряването на цветни сплави на открит огън е практически невъзможно, тъй като е невъзможно да се достигне такава температура без специално оборудване. Пример за това е използването на електрическа пещ, която може да нагрее повърхността до 800 градуса по Целзий.

Термичната обработка на металите е един от основните начини за подобряване на техните механични и физико-химични характеристики: твърдост, якост и др.

Един вид термична обработка е закаляването. Успешно се използва от човека по занаятчийски начин от древни времена. През Средновековието този метод на топлинна обработка се използва за подобряване на здравината и твърдостта на метални предмети от бита: брадви, сърпове, триони, ножове, както и военни оръжия под формата на копия, саби и други.

И сега те използват този метод за подобряване на характеристиките на метала не само в индустриален мащаб, но и у дома, главно за втвърдяване на метални предмети от бита.

Закаляването се разбира като вид термична обработка на метал, състояща се в нагряването му до температура, при която настъпва промяна в структурата на кристалната решетка (полиморфна трансформация) и допълнително ускорено охлаждане във вода или маслена среда. Целта на тази термична обработка е да се увеличи твърдостта на метала.

Използва се и закаляване, при което температурата на нагряване на метала не позволява да се извърши полиморфно преобразуване. В този случай състоянието му е фиксирано, което е характерно за метала при температурата на нагряване. Това състояние се нарича свръхнаситен твърд разтвор.

Технологията за втвърдяване с полиморфна трансформация се използва главно за продукти от стоманени сплави. Цветните метали се подлагат на закаляване без постигане на полиморфна промяна.

След такава обработка стоманените сплави стават по-твърди, но в същото време придобиват повишена крехкост, губейки пластичност.

За да се намали нежеланата чупливост след нагряване на полиморфа, се прилага термична обработка, наречена закаляване. Извършва се при по-ниска температура с постепенно допълнително охлаждане на метала. По този начин се премахва напрежението на метала след процеса на закаляване и се намалява неговата крехкост.

При закаляване без полиморфна трансформация няма проблем с прекомерна крехкост, но твърдостта на сплавта не достига необходимата стойност, следователно, по време на многократна термична обработка, наречена стареене, напротив, тя се увеличава поради разлагането на свръхнаситен твърд разтвор.

Характеристики на закаляването на стоманата

Закаляват се предимно продукти от неръждаема стомана и сплави, предназначени за тяхното производство. Те имат мартензитна структура и се характеризират с повишена твърдост, което води до крехкост на продуктите.

Ако термичната обработка на такива продукти се извършва с нагряване до определена температура, последвано от бързо темпериране, тогава може да се постигне повишаване на вискозитета. Това ще позволи използването на такива продукти в различни области.

Видове закаляване на стоманата

В зависимост от предназначението на неръждаемите продукти е възможно да се закалява целият предмет или само тази част от него, която трябва да работи и да има повишени якостни характеристики.

Следователно втвърдяването на неръждаемите продукти се разделя на два метода: глобален и локален.

Охлаждаща среда

Постигането на необходимите свойства на неръждаемите материали до голяма степен зависи от избора на метода им за охлаждане.

Различните класове неръждаема стомана се охлаждат по различни начини. Ако нисколегираните стомани се охлаждат във вода или нейните разтвори, тогава за неръждаемите сплави се използват маслени разтвори за тези цели.

Важно: При избора на среда, в която металът се охлажда след нагряване, трябва да се има предвид, че охлаждането във вода е по-бързо, отколкото в масло! Например вода при 18°C може да охлади сплав с 600°C за секунда, но маслото само със 150°C.

За да се получи висока твърдост на метала, охлаждането се извършва в течаща студена вода. Също така, за да се увеличи охлаждащият ефект, се приготвя солен разтвор за охлаждане чрез добавяне на около 10% натриев хлорид към водата или се използва кисела среда, в която се използва поне 10% киселина (обикновено сярна киселина).

Освен избора на охлаждаща среда, важни са и режимът и скоростта на охлаждане. Скоростта на понижаване на температурата трябва да бъде поне 150°C в секунда. Така за 3 секунди температурата на сплавта трябва да падне до 300°C. По-нататъшно понижаване на температурата може да се извърши при всяка скорост, тъй като структурата, фиксирана в резултат на бързо охлаждане при ниски температури, вече няма да се срути.

Важно: Прекалено бързото охлаждане на метала води до неговата прекомерна крехкост! Това трябва да се има предвид при самовтвърдяване.

Има следните методи за охлаждане:

Използва се една среда, когато продуктът се поставя в течност и се държи там до пълно охлаждане.
Охлаждане в две течни среди: масло и вода (или солен разтвор) за неръждаеми стомани. Продуктите от въглеродни стомани първо се охлаждат във вода, тъй като тя е бързо охлаждаща среда, а след това в масло.
Струен метод, когато частта се охлажда с водна струя. Това е много удобно, когато искате да втвърдите определена област от продукта.
Методът на стъпаловидно охлаждане в съответствие с температурните условия.

Температурен режим

Правилният температурен режим за втвърдяване на неръждаемите изделия е важно условие за тяхното качество. За да се постигне добра производителност, те се нагряват равномерно до 750-850°C и след това бързо се охлаждат до температура 400-450°C.

Важно: Нагряването на метала над точката на рекристализация води до едрозърнеста структура, която влошава свойствата му: прекомерна крехкост, водеща до напукване!

За облекчаване на напрежението след нагряване до желаната температура на втвърдяване на метала понякога се използва поетапно охлаждане на продуктите, като постепенно се понижава температурата на всеки етап на нагряване. Тази технология ви позволява напълно да премахнете вътрешните напрежения и да получите издръжлив продукт с желаната твърдост.

Как да втвърдите метала у дома

Използвайки основни познания, можете да закалите стомана у дома. Металното нагряване обикновено се извършва с помощта на огън, електрически муфелни пещи или горелки, използващи газ.

Закаляване на брадва на огън и в пещ

Ако искате да придадете допълнителна здравина на домакинските инструменти, например, за да направите брадвата по-издръжлива, тогава най-лесният начин да я втвърдите може да се направи у дома.

По време на производството се щамповат брадви, по които можете да разпознаете класа на стоманата. Ще разгледаме процеса на закаляване, използвайки инструменталната стомана U7 като пример.

Технологията трябва да се извършва при спазване на следните правила:

1. Отгряване. Преди обработка затъпете острия ръб на острието и поставете брадвата в горяща тухлена фурна, за да се нагрее. Процесът на термична обработка трябва да се следи внимателно, за да се предотврати прегряване (допустимо нагряване 720-780°C). По-напредналите майстори разпознават температурата по цвета на топлината.

А начинаещите могат да разберат температурата с магнит. Ако магнитът вече не залепва за метала, тогава брадвата се е нагряла над 768 ° C (червено-бордо цвят) и е време да се охлади.

С покер преместете нажежена брадва до вратата на пещта, отстранете топлината дълбоко навътре, затворете вратата и клапана, оставете нагрятия метал в пещта за 10 часа. Оставете брадвата постепенно да изстине с котлона.

2. Закаляване на стоманата. Загрейте брадвата на огън, тенджера или печка до тъмночервен цвят - температура 800-830 ° C (магнитът е спрял да магнетизира, изчакайте още 2-3 минути).

Втвърдяването се извършва в загрята вода (30°C) и масло. Спуснете острието на брадвата във водата с 3-4 см, като го движите интензивно.

3. Освобождаване на острието на брадвата. Закаляването намалява крехкостта на стоманата и облекчава вътрешното напрежение. Шлайфайте метала с шкурка, за да различите по-добре цветовете на белотата.

Дръжте брадвата за 1 час във фурната, при температура 270-320 ° C. След излагане, извадете и охладете на въздух.

Видео:топлинна обработка на брадва у дома, три етапа: отгряване, закаляване, темпериране.

Закаляване на ножа

Препоръчително е да използвате пещи самостоятелно за втвърдяване на метали. За битови предмети под формата на ножове, брадви и други, най-подходящи са малки муфелни пещи. В тях е възможно да се постигне температура на втвърдяване, много по-висока от тази на огън и е по-лесно да се постигне равномерно нагряване на метала.

Такава фурна може да се направи самостоятелно. В интернет можете да намерите много прости опции за неговия дизайн. В такива пещи металният продукт може да се нагрее до 700-900°C.

Помислете как да втвърдите нож от неръждаема стомана у дома с помощта на муфелна електрическа пещ. За охлаждане, вместо вода или масло, се използва разтопен восък (можете да го вземете във военно поделение).