Термическая обработка кованных изделий : закалка и отпуск

Главная цель закалки — сделать сталь максимально твёрдой и прочной. Но есть и обратная сторона: чем выше твёрдость, тем больше хрупкость. Чтобы закалить изделие, его сначала сильно нагревают, а потом резко охлаждают. Такая термическая обработка кованных изделий меняет внутреннюю структуру металла.

Температура и режим охлаждения

Температура нагрева зависит от состава стали, но чаще всего она лежит в пределах 740–850 °C. Охлаждение начинается моментально, в течение первых 2–3 секунд температура должна упасть до 400–450 °C. Это критический момент — если скорость охлаждения будет ниже 150 °C в секунду, структура металла не приобретёт нужной твёрдости. После этого охлаждение может продолжаться уже без спешки. Обычно применяют воду или трансформаторное масло. Вода охлаждает быстрее, особенно если она проточная: в стоячей воде образуется паровая подушка, препятствующая теплопередаче. Чтобы усилить эффект, в воду добавляют соль или серную кислоту.

Важно не перегреть металл. Слишком высокая температура вызывает крупнозернистую структуру, а значит — возможны коробление, деформация и даже трещины. Резкое охлаждение также усиливает внутренние напряжения, что может привести к разрушению изделия.

Типы печей и среды нагрева

Для инструментов применяют специальные закалочные печи. Они бывают разных типов:

• камерные (нагрев идёт открытым пламенем),
• электрические муфельные (нагрев в закрытом муфеле),
• соляные ванны (расплавы солей, например, хлористого бария или селитры).

Печи-ванны особенно хорошо подходят для изделий сложной формы или если требуется равномерный нагрев объёмного металла — такого, как, например, массивные заготовки для ковки. Расплавленные соли и металлы прогревают изделие в несколько раз быстрее, чем воздушная среда. Например, свинец применяется для закалки мелких деталей: его накрывают древесным углем, создавая восстановительную среду. Чтобы свинец не прилипал к изделию, его смазывают мучным клейстером с солью.

Режимы нагрева перед закалкой
Существует несколько режимов нагрева перед закалкой:

Экстремальный: печь постоянно перегрета, а изделие нагревается в ней только до нужной температуры. Это самый быстрый, но и самый опасный режим для изделия.

1. Медленный: изделие нагревается вместе с холодной печью. Преимущество — минимальные температурные напряжения.
2. Стандартный: изделие помещается в уже нагретую печь. Процесс идёт быстрее, но и напряжения выше.
3. Форсированный: печь сначала перегревают, потом снижают температуру. Изделие нагревается быстро, но подвержено серьёзным внутренним напряжениям.
4. Экстремальный: печь постоянно перегрета, а изделие нагревается в ней только до нужной температуры. Это самый быстрый, но и самый опасный режим для изделия.

Индукционная закалка

Современные технологии предлагают индукционную закалку — металл помещается в индуктор, через который проходит ток высокой частоты. Изделие за считанные секунды нагревается до нужной температуры.

Назначение и способы отпуска

После закалки обязательно делают отпуск — это второй важный этап термообработки. Он снимает напряжения, повышает вязкость металла и снижает хрупкость. Определить температуру отпуска можно по цветам побежалости — это тонкая оксидная плёнка, меняющая оттенок в зависимости от температуры (от светло-жёлтого до тёмно-серого). Цвета появляются при температуре от 220 °C.

Существует два способа отпуска:

1. Поверхность закаленного инструмента зачищают, нагревают и следят за появлением нужного цвета, после чего быстро охлаждают в воде.
2. Закаливают только рабочую часть, остальная часть инструмента остаётся горячей. После быстрой зачистки цвет побежалости появляется за счёт тепла из неохлаждённой части.

Особенности работы с двусторонними инструментами

Если инструмент двусторонний (например, кирка или молоток), закаливают сначала более лёгкий конец, затем второй. При этом постоянно следят за температурой и цветами побежалости. Охлаждение чередуют, не давая середине изделия остыть — тепло от неё необходимо для равномерного отпуска.

Для таких задач используют клещи с узкими губками, чтобы минимизировать теплоотдачу. В некоторых случаях клещи, наоборот, нагревают — например, если нужно локально отпустить участок закаленного изделия (чтобы просверлить отверстие). Нагретые клещи прикладывают к нужной зоне и снижают её твёрдость.

Отпуск по цветам побежалости активно применяют при работе с косами, пилами и другими тонкими изделиями. Это удобно и наглядно.

Нежелательные побочные эффекты термической обработки

Но есть и нежелательные эффекты термической обработки. Во-первых, образование окалины — это окислы железа на поверхности изделия. Они ухудшают теплопроводность, мешают механической обработке, искажают форму. Окалину удаляют механически или химическим способом — травлением.

Во-вторых, обезуглероживание — выгорание углерода с поверхности. Это снижает прочность и твёрдость наружного слоя металла. Оба процесса усиливаются при высоких температурах и в окислительной атмосфере.

Современное кузнечное искусство

Несмотря на все современные технологии, кузнечное дело живо. Современные мастера создают кованые ограды, решетки, предметы интерьера, совмещая традиции и инновации. Художественная ковка сочетается с архитектурой, добавляя зданиям выразительность. Электросварка, газовая резка и другие методы только расширяют возможности кузнеца.

Старинные приёмы сегодня востребованы при реставрации исторических зданий. Кузнечное ремесло не просто не исчезло — оно переросло в искусство, способное передавать эстетические идеи и чувства.

Чтобы работать с металлом уверенно, нужно овладеть основами слесарного дела: работа с зубилом, молотком, напильником, дрелью, шабером — это фундамент, на котором строится мастерство. Эти навыки нужны при обработке, подгонке, сборке изделий.

Даже художественные изделия вроде каминных наборов, декоративных решёток и оград собирают с помощью обычных резьбовых соединений. Поэтому умение работать руками — главное условие успешной работы с металлом.