15.1. Закалка

15.2. Отпуск

15.3. Отжиг

Тепловая обработка металлов и сплавов с целью изменения их структуры, а следовательно, и свойств; заключается в нагреве металла до определённой температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью. Применяется как промежуточная операция для улучшения технологических свойств металла (обрабатываемости давлением, резанием и т.д.) и как окончательная - для придания металлической детали требуемых физических и химических свойств, обеспечивающих необходимые характеристики изделия. Существует множество видов термической обработки металлов, наиболее распространённые из них, которые можно осуществить в домашних условиях, - закалка, отпуск и отжиг. Например, закалённый режущий инструмент работает без заточки более продолжительное время; детали какого-либо устройства (оси, рычаги, втулки и т.п.), если их закалить, даже после длительной эксплуатации вырабатываются значительно меньше и реже требуют замены.

15.1. Закалка

Закалка заключается в нагревании металла до определённой температуры и быстром охлаждении, после чего металл становится более твёрдым (но и более хрупким!) и коррозиестойким. В практике умельцев нередко приходится закаливать изделия из стали. Детали из углеродистых сталей нагревают до температуры 800...900 °С (углеродистые стали поддаются закалке при содержании углерода в них не менее 0,30%), из легированных - до 800...1300 °С (см. табл. 2). В заводских условиях температуру нагрева контролируют с помощью пирометров и специальных термометров. Домашний умелец после небольшой тренировки может с достаточной точностью определить температуру раскалённой стальной детали по цвету её свечения (каления):

тёмно-коричневый цвет соответствует температуре 530...580 °С

коричнево-красный 580...650 °С

тёмно-красный 650...730 °С

тёмно-вишнёво-красный 730...770 °С

вишнёво-красный 770...800 °С

светло-вишнёво-фасный 800...830 °С

светло-красный 830...900 °С

оранжевый 900...1050 °С

тёмно-жёлтый 1050...1150 °С

светло-жёлтый 1150...1250 °С

ярко-белый 1250...1350 °С

При закалке мелких деталей трудно определить их цвет каления, поэтому такие детали легко перекалить. Чтобы избежать этого, раскаляют до нужной температуры плоскую крупную болванку, на которую кладут мелкую деталь; цвет закаливаемой детали определяют по цвету самой болванки.

Для охлаждения углеродистых сталей обычно применяют 10-процентный раствор поваренной соли, легированных сталей - машинное или трансформаторное масло. Для качественной закалки необходимо, чтобы в процессе охлаждения детали температура жидкости оставалась практически неизменной, для чего масса жидкости должна быть в 30...50 раз больше массы закаливаемой детали. Для интенсивного охлаждения деталь следует перемещать во всех направлениях. Тонкие длинные детали нельзя погружать в жидкость плашмя, так как при этом деталь будет коробиться.

Из цветных металлов закалке чаще всего подвергают дуралюмин и медь. При закаливании дуралюмина материал нагревают до температуры 360...400 °С, выдерживают некоторое время, а затем погружают в воду комнатной температуры и оставляют там до полного охлаждения, после чего он становится мягким и пластичным (легко гнётся и куётся). Спустя 3...4 дня дуралюмин становится настолько твёрдым и хрупким, что не выдерживает изгиба даже на небольшой угол. Температуру нагрева дуралюмина можно приближённо определить, например, с помощью небольшого (со спичечную головку) кусочка медной фольги, который кладут на поверхность нагреваемой детали; при температуре 400 °С над фольгой появляется небольшое зеленоватое пламя. Медь при закалке нагревают также до 400 °С; закаливание предварительно разогретой детали происходит в процессе её медленного остывания на воздухе.

15.2. Отпуск

Отпуск предварительно закалённых стальных деталей позволяет снизить их хрупкость до допустимых пределов, сохранив при этом твёрдость, приобретённую при закалке. При отпуске закалённую деталь разогревают до относительно невысокой температуры (см. табл. 1 и 2) и затем постепенно охлаждают обычно на открытом воздухе или в воде. Детали перед отпуском тщательно зачищают. Визуально температуру разогрева стальной закалённой детали при отпуске можно приближённо определить по так называемым цветам побежалости, которые получаются в результате образования оксидных плёнок различных цветов в процессе разогрева:

светло-жёлтый (соломенный) при 220 °С;

тёмно-жёлтый 240 °С;

коричнево-жёлтый 255 °С;

коричнево-красный 265 °С;

пурпурно-красный 275 °С;

фиолетовый 285 °С;

васильковый 295 °С;

светло-синий 315 °С;

серый 330 °С.

15.3. Отжиг

Отжиг заключается в нагревании металлической детали до определённой температуры (см. табл. 2), выдерживании её при этой температуре до прогревания по всему объёму и последующем, обычно медленном, охлаждении до комнатной температуры. Цель отжига - снижение твёрдости металла для облегчения его механической обработки. Отжиг, как правило, применяют в тех случаях, когда необходимо изготовить какой-либо стальной инструмент, используя в качестве исходного материала закалённый ранее стальной инструмент.

Табл. 1. Рекомендуемые температуры отпуска для некоторых инструментов и деталей из стали

Табл. 2. Рекомендуемые температуры и охлаждающие среды при термической обработке некоторых марок стали

Отжигу иногда подвергают и цветные металлы: дуралюмин, медь, латунь и др. Деталь из дуралюмина нагревают до температуры 360 °С, после чего охлаждают на воздухе. Твёрдость отожжённого дуралюмина после отжига становится почти вдвое ниже, чем закалённого. Медь при отжиге нагревают до температуры 600 °С (красный цвет каления), затем быстро охлаждают в воде. Латунь отжигают при температуре 500 °С (тёмно-красный цвет каления) с последующим медленным охлаждением на воздухе при комнатной температуре.