Кузнец-любитель - Федоров П. А. - Страница 10

Закалка и отпуск стали

Закалка стали

Одно из главных и полезных в практическом отношении свойств стали – это возможность по произволу работающего придать этому металлу желаемую степень твердости. Эта искусственная твердость, приобретаемая сталью, называется закалкою стали. Чтобы закалить сталь, необходимо нагреть ее до известной температуры и затем быстро опустить в холодную воду или какую-либо другую жидкость.

Чтобы хорошо закалить кусок стали или стальную пластинку, недостаточно нагреть ее до известной температуры и затем опустить в какую-либо быстро охлаждающую среду. Необходимо, чтобы это нагревание было произведено равномерно по всей стальной пластинке. Этого достигают тем, что во время нагревания часто поворачивают закаливаемую вещь в горне. Когда приходится нагревать для закалки инструмент, имеющий длинное и тонкое лезвие, то равномерного нагревания даже при частом поворачивании достигнуть все-таки трудно. Поэтому в таких случаях полезно при отковке этих инструментов делать лезвие несколько толще необходимого и после закалки довести его до требуемой толщины на точильном камне.

Иногда закаливаемые вещи бывают так малы, что в кузнечном горне они могли бы совершенно сгореть; тогда их можно накалить или на небольшой угольной жаровне, или же в пламени свечи, направляя это пламя посредством паяльной трубки.

Выбор охлаждающей среды является вопросом не последней важности или, по крайней мере, имеющим такое же первостепенное значение, как и сама закалка. В этой области технических знаний в старину существовала масса рецептов, предрассудков и секретов, только тормозивших самое дело и сбивавших с толку неопытных работников, пока вопрос этот не был выяснен научным путем. При этом, как и следовало ожидать, оказалось, что самые простые средства и приемы работ явились в то же время и самыми действительными и полезными.

Для получения вполне хорошей закалки наилучшей охлаждающей средой следует считать воду, кроме некоторых исключительных случаев, когда для охлаждения можно посоветовать употребление других жидкостей. Если закаливаемая вещь должна иметь большую твердость, то часто к воде прибавляют несколько капель азотной или серной кислоты, но такое средство, однако, следует считать рискованным. Более верною и вполне надежною охлаждающею средою является ртутная ванна, при погружении в которую накаленная сталь получает наибольшую твердость, не теряя своей вязкости. Такой способ закалки наиболее пригоден для резцов металлообделочных инструментов.

К весьма хорошим охлаждающим средствам следует причислить также жирные вещества: масло, сало и воск, а также смесь китового жира, сала и воска. Все эти вещества сообщают стали среднюю степень закалки, необходимую для инструментов, служащих для обработки дерева, например шильев, рубаночных железок, сверл, буравов и т. п. Слабый мыльный раствор при опускании в него накаленной стали дает едва заметную закалку, причем металл вполне сохраняет необходимую вязкость.

Отпуск стали

Различного рода инструменты требуют различной степени закалки, обусловливаемой назначением инструмента. Так, инструменты, употребляемые для обработки дерева, требуют более слабой степени закалки против металлообделочных инструментов; а так как угадать степень нагрева, необходимого в данном случае, весьма трудно, то обыкновенно изделиям дают высшую степень закалки и затем ослабляют, или, как принято говорить, отпускают, до желаемой степени твердости, вязкости и упругости. Таким образом, отпуск стали является необходимою дополнительною операциею закалки этого металла.

Весь процесс отпуска стали основан на том, что закаленную вещь очищают на точиле (осветляют), подвергают новому накаливанию и затем дают медленно остыть. При этом вторичном нагревании после закалки на блестящей поверхности металла появляются так называемые побежалые цвета, соответствующие определенной температуре нагрева. Порядок следования этих побежалых цветов следующий: палевый при 221 °C; желтый – 228 °C; оранжевый – 235 °C; красный – 250 °C; фиолетовый – 280 °C; синий – 280 °C; голубой – 334 °C; снова палевый – 360–500 °C.

Что касается причины появления всех этих цветов в порядке строгой постепенности, то здесь происходит окисление поверхности металла, изменяющегося с изменением толщины слоя окиси. Сталь мало-помалу теряет полученную ею при закалке твердость, превращаясь в металл такой же мягкий, как железо.

Таким образом, при отпуске стали необходимо внимательно следить за появлением побежалых цветов и знать, при котором из них надо остановить нагревание, соответствующее определенной температуре и степени твердости отпуска инструмента. Чем большею твердостью должен обладать инструмент, тем слабее должен быть сделан отпуск. Так, плашки, винтовальные доски, метчики, резцы и другие инструменты для обработки металлов после закалки отпускают до желто-оранжево-красного цвета. Напротив, деревообделочные инструменты накаливают до красно-фиолетового цвета. Вообще, самый твердый отпуск сталь получает при накаливании до желто-оранжевого цвета, а самый мягкий достигается нагреванием до темно-синего цвета.

Первою заботою после закалки инструмента перед отпуском его должна быть очистка поверхности металла от слоя окиси или окалины, образовавшегося при погружении раскаленного металла в воду или какую-либо другую охлаждающую жидкость. Поверхность вещи должна быть безусловно чистою, а для этого ее шлифуют на точильном камне или на кружке, обтянутом кожею с наждачным порошком.

Для накаливания стали при отпуске чаще всего употребляют угольную жаровню, в которой горение древесного угля поддерживается при помощи раздувания ручным мехом. Само накаливание производится на железном противне, на который насыпают слой песка, и на него уже кладутся вещи, предназначенные для отпуска.

Такая песчаная баня способствует более равномерному нагреванию всей поверхности накаливаемой вещи, что трудно достигается непосредственным нагреванием на огне. Той же цели можно достигнуть накаливанием отпускаемой вещи на раскаленной железной полосе. В этом случае необходимая степень нагрева сообщается вещи чрез посредство накаленной докрасна полосы, и работающему представляется удобным следить за появлением побежалых цветов и прекратить накаливание, когда будет необходимо. Нагревание тонких и длинных инструментов необходимо производить особенно осторожно, наблюдая за тем, чтобы все части одновременно дошли до требуемой закалкою и отпуском температуры накаливания. Более тонкие части нагреваются быстрее толстых, отчего инструмент может повести; чтобы этого не случилось, нужно толстые части нагревать несколько ранее тонких, и когда первые будут доходить до требуемой температуры, нагреть и последние.

Во время нагревания всегда следует поворачивать вещь, чем достигается одновременное появление на поверхности побежалых цветов. Также во время нагревания нужно внимательно следить за появлением побежалых цветов, так как они следуют один за другим довольно скоро; пропустив же подобный момент, можно испортить вещь – сталь будет перегрета более, чем нужно. Когда на поверхности стальной вещи появится требуемый оттенок побежалого цвета, необходимо быстро снять вещь с огня и опустить ее в воду.

При накаливании инструментов для обработки как дерева, так и металлов нет никакой надобности закаливать и отпускать весь инструмент, а достаточно ограничиться работающей его частью; исключение из этого правила допускается только относительно очень тонких вещей, например столовых ножей и пил. Последние, доведенные до вишнево-красного каления, опускаются при закалке в летнюю воду[7] с прибавкою масла, чтобы сталь охладилась медленно и не могло произойти перемены в металле, что весьма возможно при неаккуратном обращении с пилою. Заметим здесь, что пилы никогда не подвергаются вторичному нагреванию и отпуску, а должны быть доведены до требуемой крепости с одного раза, в противном случае во время работы такою пилою зубья ее легко могут выкрошиться. Центры для токарных станков, как требующие особенной твердости закалки, никогда не отпускаются.