Технология химико-термического обработки

1. Термическая обработка металлов
Отжиг

Отжиг металла производят для снятия внутрикристаллического напряжения, вследствие чего уменьшается твердость металла. При обработке во время ковки верхний слой металла уплотняется (нагортовывается) и становится менее податлив. Это затрудняет дальнейшие кузнечные операции и механическую обработку изделия слесарными инструментами. Чтобы вернуть металлу прежнюю пластичность, его периодически отжигают. Если для изготовления изделия используют ранее закаленный материал (например, новое изделие делают из другого, ранее закаленного предмета), то перед обработкой его тоже надо отжечь. Исправить погрешность предыдущей закалки также можно с помощью отжига. После отжига и выполнения необходимых кузнечных работ заготовку закаляют еще раз. Для полного отжига стали, ее нагревают до 900° (светло-красный цвет каления переходит в оранжевый) и выдерживают при этой температуре для прогрева по всему объему. Затем заготовку медленно охлаждают при комнатной температуре.
Для снятия внутрикристаллического напряжения, образовавшегося в процессе обработки кузнечными инструментами, применяют, так называемый, низкотемпературный отжиг. Сталь при низкотемпературном отжиге нагревают до 500-600°, после чего дают ей постепенно остыть на воздухе. Наиболее эффективный вариант - низкотемпературный отжиг, после которого стальная заготовка остывает вместе с печью (медленное постепенное охлаждение).
Если обработка кузнечными инструментами не была длительной, и поковка накалялась лишь немного, достаточно произвести неполный отжиг. При нем стальную заготовку нагревают до 750-760°, после чего следует медленное охлаждение.
Медь для отжига нагревают до 600° (красное каление) и быстро охлаждают в воде. Латунь отжигают, нагревая до 500°, и медленно охлаждают на воздухе при комнатной температуре. Отожженная латунь становится мягкой, ковкой, хорошо выколачивается, гнется и вытягивается. При отжиге изделие из дюралюминия разогревают до 350-360° и после выдержки охлаждают, оставляя на воздухе. Твердость отожженного дюралюминия почти вдвое ниже, чем закаленного. Его можно штамповать, изгибать вдвое, не опасаясь появления трещин.
В Таблице 1. приведена информация о температуре отжига цветных металлов.
Таблица 1.

Металл	Температура, °С	Охлаждающая среда
Медь	500-600	Вода
Латунь Л96	540-600	На открытом воздухе
Латунь Л90-Л62	600-700	На открытом воздухе
Мельхиор	650-700	Вода
Нейзильбер	700-750	Вода
Серебро	650-700	Вода
Алюминий	300-350	На открытом воздухе
Дюралюминий	360-380	Медленное охлаждение в печи

Закалка
Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применяется для повышения твердости, прочности и износоустойчивости. У некоторых металлов в процессе закалки повышается пластичность. Условия закалки для различных металлов, а порой и различных изделий из одного и того же металла отличаются. Особое значение это имеет для закалки инструментов, поскольку они подвергаются различной нагрузке.
Технология закалки следующая: изделие нагревают до определенной температуры (для каждого металла температура своя) и некоторое время выдерживают. За этот период изделие равномерно прогревается. Далее следует охлаждение. Охлаждают изделие в воде, при необходимости к ней добавляют поваренную соль, которая повышает эффективность закалки. В старину на Руси мастера-кузнецы вместо поваренной соли использовали мед, а позднее сахар. Но вариант с поваренной солью обходится все же дешевле. Температура воды для закалки должна быть на уровне 27-28°. В холодной воде металл делается ломким. Чем теплее вода, тем менее эффективна закалка (металл остается мягким). Очень важно, чтобы во время охлаждения температура воды или раствора оставалась почти неизменной. Контролировать это непросто. Емкость для охлаждения должна быть такой, чтобы масса помещающейся в ней воды была в 30-50 раз больше массы закаливаемого изделия. Тогда скачки температуры воды от погружения раскаленного металла будут менее значительны. Чтобы охлаждение изделия происходило быстрее, можно перемещать его в емкости в различных направлениях.
Наиболее часто закалке подвергаются стальные изделия. Так, конструкционные стали обычно нагревают до 880-900 ° (цвет каления светло-красный). Особо твердые инструменты российская промышленность выпускает из специальных конструкционных сталей (маркировка "А") с содержанием углерода 0,25-0,7%. Эти стали обладают достаточно высокой прочностью, на которую эффективно воздействует закалка.
Конструкционные углеродистые стали используются в основном в изделиях, для которых особая прочность не требуется. Закалка мало способна повлиять на изменение твердости этой стали. Эффективна закалка и для изделий, выполненных из углеродистой инструментальной стали. Эти стали содержат 0,7-1,5% углерода и отличаются высокой прочностью. Производить закалку инструментальной стали лучше при температуре 750-760° (цвет каления темно-вишнево-красный). Для нержавеющей стали эта температура составит 1050-1100° (цвет темно-желтый), что обусловлено присутствием в ней более тугоплавких никеля и хрома.

Нагревают заготовки вначале медленно (до 500°), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в металле не возникало внутреннее напряжение, зачастую приводящее к появлению трещин. Для охлаждения стали после закалки помимо раствора поваренной соли можно использовать растительное или машинное масло. Чаще всего в масле охлаждают конструкционные и инструментальные стали. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде (до 300-400°), а затем до полного остывания оставляют в масле. Еще один фактор, говорящий в пользу масла - в масле поверхность стального изделия покрывается плотной коричневой или черной пленкой оксидов, надежно предохраняя ее от коррозии. В среднем время пребывания заготовки в охладителе рассчитывается, исходя из соотношения: одна секунда на 5-6 мм сечения изделия. Для более интенсивного охлаждения изделие, погруженное в охладитель, надо постоянно перемещать во всех направлениях.
Закалку меди производят, нагревая ее до 400°, и медленно охлаждают на воздухе. Закаленная медь приобретает твердость и тягучесть. Определить температуру меди можно при помощи кусочка медной фольги, который кладут на поверхность нагреваемого изделия. При температуре 400° над медной фольгой появляется зеленоватое пламя.
Дюралюминиевые изделия при закалке нагревают до 350-400°, выдерживают до полного прогрева всего объема, а затем охлаждают в воде комнатной температуры. Сразу после охлаждения дюралюминий становится мягким и пластичным, легко изгибается и куется. Однако через 3-4 дня его твердость, а вместе с ней и хрупкость, заметно увеличиваются.
Отпуск
Отпуск закаленных деталей позволяет в некоторых пределах снизить их хрупкость. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск применяется в основном при обработке измерительного или режущего инструмента. Закаленную сталь при низком отпуске нагревают до 150-250°, выдерживают некоторое время, а затем охлаждают на воздухе. После такой обработки хрупкость металла уменьшается, а приобретенная при закалке твердость сохраняется. Средний отпуск придает стали пружинящие свойства, при сохранении достаточно высокой прочности. При среднем отпуске заготовку нагревают до 300-500° и затем медленно охлаждают.
Высокому отпуску подвергают заготовки, у которых нужно снять все внутренние напряжения и добиться высокой пластичности. Температура высокого отпуска - 500-600°.
Температуру разогрева стальной закаленной детали при отпуске мжно определить по изменению цвета оксидной пленки:
Таблица 2.

Цвет побежалости	Температура °С
Серый Светло-синий Васильковый Фиолетовый Пурпурно-красный Коричнево-красный Коричнево-желтый Темно-желтый Светло-желтый	330 314 295 285 275 265 255 240 220