Закалка топора в домашних условиях

Топор — это универсальный инструмент, который используется каждым мастером в силу собственного опыта, наличия навыков и сноровки. При этом, основным достоинством является способность удерживать заточку и оставаться в рабочем состоянии.

Учитывая специфику использования топора, состоящую преимущественно из рубящих ударов, сохранять рабочую часть лезвия в заданном состоянии способен только качественный и твердый металл, прошедший грамотно выполненную закалку. К сожалению, многие производители экономят время и ресурсы, сокращая технологический цикл и не выполняя все необходимые производственные этапы в полном объеме, что ухудшает качество готового инструмента. Эта проблема разрешима, но только для людей, обладающих необходимыми познаниями в области обработки металла. Рассмотрим технологию закалки топора в домашних условиях.

Если топор при работе быстро тупится, на острие появляются вмятины, то сталь мягкая. И это значит, что топор не закален. А если острие выкрашивается или растрескивается, то есть, сталь очень твердая и хрупкая, то это возможно в том случае, если не был проведен отпуск после закалки». Оценить твердость стали, а значит и качество закалки нам поможет незатертый напильник с мелкой насечкой.

Если твердость стали высокая, то напильник по ней скользит почти не цепляя. Если твердость стали средняя, то напильник ее чуть-чуть берет. И если твердость стали низкая и напильник ее спокойно берет, то значит, эта сталь не закалена, либо были нарушена технология термообработки. В случае с этим топором напильник берет его легко. В этом случае, а также в случае повышенной хрупкости, топор подвергаем полному циклу термообработки. Вначале отжиг, а затем закалка и отпуск. Правильной закалкой топора считается такая закалка, при которой разные части топора закалены по-разному. В районе лезвия, на расстоянии примерно трех сантиметров от острия твердость стали должна быть высокой. Твердость остальной части топора должна быть гораздо меньше. Такая закалка обеспечивает износоустойчивость лезвия и пластичность остальной части. И является гарантией того, что при работе не лопнет обух или не отломается полотно.

Отпуск

Последняя операция термообработки называется отпуск. Отпуск необходим для уменьшения хрупкости закаленной стали и снятия внутренних напряжений в металле, появившихся в процессе закалки. Отпуск я делаю в обычной духовке. Топор выдерживается один час при температуре 300 градусов, а затем остывает на воздухе. Вот такой красавчик у нас получился после отпуска. Цвет побежалости – синий, свидетельствует о том, что температура отпуска была примерно 300 градусов. Увидеть этот цвет можно, если повернуть определенным образом поверхность металла к освещению. Проверяем твердость металла после отпуска, и убеждаемся, что лезвие стало чуть мягче. Как мы уже знаем, температура закалки У7 стали 800-830 градусов. И уменьшать ее нельзя. При более низких температурах закалки может не произойти вообще. А что же делать в том случае, если после закалки нам необходимо получить пластичную сталь, с относительно невысокой твердостью? При такой ситуации закаляем сталь, как положено, но увеличиваем температуру отпуска. Чем выше температура отпуска, тем пластичнее и мягче будет сталь после отпуска. Данные о твердостях сталей после отпуска, в зависимости от температуры отпуска, есть на каждую марку в марочниках сталей.

ГОСТ 18578 – 89 Топоры строительные

Следующий момент, который мы должны знать для проведения эффективной термообработки, это марка стали, из которой изготовлен топор. Все строительные топоры, которые изготавливались в Советском Союзе и изготавливаются сейчас на постсоветском пространстве, должны соответствовать ГОСТу 18578 – 89 Топоры строительные. Этот ГОСТ оговаривает марки сталей для изготовления топоров. Каждая из этих сталей имеет свои температурные режимы термообработки. И свои закалочные среды.

Узнать об этом можно в марочниках сталей или в справочниках термиста, которые есть в свободном доступе в библиотеке. Однако, хочу подчеркнуть тот факт, что основным материалом для изготовления топоров являются стали У7 и У7А. Топор, который я выбрал для экспериментов, имеет клеймо.

Сверху год выпуска — 1963. Слева – размер по ГОСТу А2. Справа – сталь. Из которой изготовлен топор. Это инструментальная, углеродистая сталь У7. Режимы термообработки для стали У7 следующие:

Перед термообработкой надо затупить режущую кромку топора, чтобы его толщина стала примерно один миллиметр.

Основные этапы

Процедура состоит из трех основных этапов, которые выполняются последовательно без перерыва:

Отжиг.
Закалка.
Отпуск.

Рассмотрим их по порядку.

Отжиг

Процесс отжига необходим для изменения структуры металла, очистки структурной памяти стали и снятие напряжений, полученных во время отливки или предыдущей обработки.

Рисунок 2 – Режимы теплообработки стали У7, У7А

Процедура состоит в выполнении двух действий:

Нагрев до температуры 740-760°.
Плавное охлаждение до 550° со скоростью 30-50° в час.

Учитывая разницу температур, можно заключить, что процесс охлаждения займет от 4 до 7 часов.

Основную сложность представляет контроль температуры.

Сталь, нагретая до 768°, имеет красно-бордовый цвет с неярким свечением.

Без опыта сложно понять, достиг металл нужной температуры или нет. На помощь придет обычный магнит. При температуре 768° он перестает притягиваться к поверхности стали, что позволяет с достаточной точностью определить температуру. После достижения нужной степени нагрева печь отключают, а топор оставляют в ней для постепенного охлаждения. Обычно процесс длится несколько дольше расчетного значения — около 10 часов.

Закалка

Для закалки металл надо снова нагреть до температуры 800-830°. Предварительно поверхность очищают от окалины, для чего надо использовать жесткий проволочный круг. Нагрев производят, пока металл не приобретет ярко-красный оттенок.

Важно! При нагреве до 800° придется пользоваться собственным пониманием ситуации, так как более корректных способов определения температуры в домашних условиях не существует. Рекомендуется заранее посмотреть на образец металла, нагретого для закалки, чтобы получить представление о том, как он должен выглядеть.

После нагрева металл надо охладить. Используют воду с температурой 30° и масло. В воду погружают рабочую часть топора (на 3-4 см), активно двигая для исключения образования парового слоя. Длительность погружения в воду — 3-4 секунды, после чего весь топор опускают в масло. При этом надо следить, чтобы оно не загорелось.

Отпуск

Отпуск — это заключительная часть всего процесса, предназначенная для снятия напряжений металла и уменьшения его хрупкости. Перед началом отпуска необходимо вновь почистить поверхность топора проволочным кругом, поскольку понадобится осуществлять визуальный контроль поверхности. Она должна приобрести синий цвет побежалости, соответствующий правильной степени нагрева.

Процедуру производят в обычной духовке, нагретой до 300°. Топор помещают в духовку и выдерживают 1 час, после чего извлекают и остужают естественным способом на открытом воздухе. Критерием качества закалки может стать пробная обработка напильником.

Внимание! Чем выше температура отпуска, тем мягче станет металл.

Способы закаливания

Способов закаливания существует, по сути, 2 типа. На открытом огне и в печи. Но, к сожалению, в обычном костре поднять температуру выше 900 градусов, не получится. Тогда приходит на помощь печь.

Ее можно изготовить самостоятельно. Это довольно непростой процесс, но изготовив ее единожды, она прослужит вам достаточно долго. Тем более если вы начинающий мастер, она вам просто необходима.

В камере

Далее мы поговорим, как сделать самостоятельно муфельную печь для правильной термообработки заготовок, а сейчас просто и коротко опишем процесс закалки в ней, сталь клинка будет использована 50Х14МФ:

Прогреваем печь до нужной температуры, в данном случае 1070 градусов, и погружаем клинки в печь.
Загрузив клинок в печь, разогреваем печь опять до 1070 градусов, и при данной температуре начинается отсчет времени. Принцип прост: 1 минута 40 секунд, на каждый миллиметр толщины клинка.
По прошествии нужного времени, клинок вытаскивают и охлаждают на воздухе, в течение 15 минут под небольшим прессом.
Затем производится отпуск металла в духовке при 200 градусах.

Закалка ножа в камере выполненной в домашних условиях. При данном процессе сталь получает твердость в 56 HRC.
Но учтите, что в данном случае закалка происходила без погружения в жидкости. Для каждой стали свои условия закалки. И результат, которого вы хотите добиться, будет целиком и полностью зависеть от самого процесса.

На открытом огне

Способ, можно сказать, опробованный нашими предками и ему уже много лет. Чтобы правильно закалить сталь, без каких-либо точных измерительных приборов, так сказать «на глазок», нужна внимательность, и наберитесь терпения. Единственным способом проверки может являться магнит. Когда металл достигает определенного для него точки накала, так называемой точки Кюри, он перестает взаимодействовать с магнитом.

И еще один признак, это цвет самой заготовки, она должна стать темно-красной. Но также в процессе нужно следить, чтобы не появлялось синих или черных пятен, это говорит о перегреве. Заготовку стоит класть в угли, когда цвет пламени от них будет малиновый.

Что потребуется:

минеральное масло в емкости (можно отработку);
ведро с водой;
хорошо подготовленные угли;
длинные металлургические клещи.

Закалка ножа на открытом огне. После того как деталь приобрела нужный оттенок и не магнитится, нужно аккуратно взять ее клещами и опустить в масло на 3-и секунды, и так нужно поступить несколько раз. С каждым разом удерживая заготовку в масле немного дольше. И в конечном этапе погружаем ее в воду.

Особенности технологии

В домашних условиях, если правильно подойти к делу, можно качественно закалить любой нож. Это может быть охотничий или складной нож, штык-нож или изделие в виде крюка, клинок, выполненный из напильника или подшипника, нож-бабочка и др. Несколько сложнее закалить в домашних условиях изделия, изготовленные из нержавеющих сталей, но и такая задача решаема, если внимательно изучить технологию процесса и подобрать соответствующее нагревательное оборудование. В качестве охлаждающей среды при выполнении закалки как в производственных, так и в домашних условиях используют различные материалы. Так, наиболее распространенные охлаждающие среды – вода и масло – обеспечивают следующие скорости охлаждения нагретого стального изделия:

масло при комнатной температуре – 150°/с;
масло, нагретое до температуры 200°, – 300°/с;
вода, температура которой составляет чуть выше 20°, – 450°/с;
ледяная вода – 600°/с.

Отжиг ножа на открытом огне требует пристального внимания

Самой главной проблемой, с которой вы можете столкнуться, пытаясь в домашних условиях закалить нож, является перекаливание металла, что приводит к значительному увеличению его хрупкости. Надо также очень внимательно следить за равномерностью нагрева закаливаемого ножа, чтобы не столкнуться с образованием поперечных трещин на его лезвии.

Существует несложное правило, которого следует придерживаться, чтобы не столкнуться с такой проблемой: та часть лезвия, которая не будет затачиваться, нагревается трижды до фиолетового цвета, что соответствует температуре 285°, а режущая часть нагревается только один раз до желтого цвета, после чего степень ее нагрева проверяют при помощи магнита. Более подробно познакомиться с такой методикой можно, просмотрев соответствующее видео.

Цвета каления и побежалости углеродистых и малолегированных сталей

На нержавеющих сталях цвета побежалости появляются в той же последовательности, но при более высоких температурах

Различные охлаждающие среды обеспечивают и разную глубину закаленного слоя (прокаливаемость). Так, при охлаждении при помощи воды сталь прокаливается со скоростью 1 мм в секунду, а при использовании в качестве охлаждающей среды масла эта скорость уменьшается почти в два раза. Чтобы закалить обоюдоострый нож, получив твердые режущие кромки и упругую сердцевину, надо сделать следующее: нагретый до требуемой температуры клинок сначала опускают на две секунды в воду, а затем помещают в масло.

Еще одной технологией, позволяющей качественно закалить режущую кромку у лезвия со значительной толщиной, является закалка ножа в графите. Используя такую технологию, подробности которой также легко изучить по видео, можно качественно закалить ножи различных моделей и конфигураций (охотничий, штык-нож, нож-бабочка и др.). При этом качественно выполнить такую закалку можно и в домашних условиях.

Отжиг

Итак, приступаем к термообработке. Первая операция называется отжиг. Перед закалкой топора или любого другого инструмента необходимо выполнить отжиг. Отжиг — это своеобразное обнуление структурной памяти металла. Заключается он в нагревании всего инструмента до температуры 740-760 градусов и постепенном охлаждении до 550 градусов. Со скоростью примерно 30-50 градусов в час. Отжиг лучше всего проводить в кирпичной печи. Самый важный вопрос, как определить температуру металла. Профессионал легко определит температуру по цвету. Ну, а новичку на помощь придет обычный магнит.

Дело в том, что сталь, так же как и железо, перестает магнититься при температуре 768 градусов. По мере нагрева магнитом проверяем магнитится ли сталь. Когда магнит перестанет приставать к стали, это значит, что температура нашего топора превысила 768 градусов и больше нагревать его не нужно. Запоминаем цвет свечения для температуры 768 градусов. Он называется красно-бордовый. Это знание нам понадобится при закалке, которая производится при температуре 800-830 градусов, что соответствует переходу от темновато красного к красному цвету. На экране вы видите таблицу цветов каления и побежалости для углеродистой стали.

Хочу обратить ваше внимание на то, что камера искажает реальный цвет, делая его светлее. Итак, требуемая для отжига температура достигнута. Угли сдвигаем подальше от топора, печь закрываем, задвигаем главную задвижку и оставляем часов на 10. Пусть топор остывает вместе с печью. В процессе отжига улучшается микроструктура металла, снимается внутреннее напряжение и уменьшается твердость. После остывания отожженная сталь становится мягкой и легко берется напильником.

Закалка с самоотпуском

Еще один способ закалки инструмента — это закалка самоотпуском. В начале инструмент разогревается в печи до температуры закалки. Затем, режущая часть охлаждается до температуры 150-170 градусов. После этого режущая часть зачищается от окалины для того чтобы видеть цвета побежалости. Смотрим, как идет фиолетовый цвет. Инструмент выдерживается на воздухе до тех пор, пока тепло от раскаленной части не нагреет охлажденную часть до температуры 250-300 градусов. Об этом мы судим по цвету побежалости. Все фиолетовое. Охлаждаем. В качестве закалочной среды используется вода. Только для охлаждения режущей части она нагрета до 30 градусов. А для окончательного охлаждения топора она нагрета до 50 градусов.

Закалка

Следующая операция термообработки – закалка. Как я уже говорил, закалка стали марки У7 производится при температуры 800-830 градусов. Нагревать топор можно на костре, в буржуйке или кирпичной печи. Как только металл перестанет магнититься, ждем еще несколько минут, а затем приступаем к закалке. Закалка производится в двух средах. Первая среда, это вода, подогретая до 30 градусов. Вторая – масло. В воду мы окунаем лезвие топора на 3-4 сантиметра. Интенсивно двигаем для того, чтобы паровая подушка не препятствовала охлаждению. Время нахождения в воде – порядка 3 секунд. Затем полностью окунаем топор в масло. Так как масло может загореться, держим наготове кусок плотной ткани. Для того, чтобы в случае возгорания закрыть ею ведро и прекратить доступ кислорода для горения. Контролируем твердость стали после закалки.

Лезвие после закалки получилось очень твердым, а значит и хрупким. Поэтому, путем отпуска его нужно будет сделать более мягким и пластичным. Для того, чтобы хорошо видеть цвета побежалости во время и после отпуска, зачищаем топор проволочным кругом. Вот, что имеем в итоге.

Самоотпуск

Самоотпуск — это процесс, объединяющий операции закалки и отпуска в единую процедуру.

Суть его заключается в резком охлаждении рабочей части инструмента без дополнительного охлаждения всего топора целиком.

Рисунок 3 – Как меняется цвет стали при нагреве топора

Возникает ситуация, когда охлажденная часть нагревается до необходимой температуры за счет тепловой энергии от остальной, не подвергавшейся охлаждению, части.

Процесс контролируют по цвету побежалости.

Когда инструмент приобретает нужный цвет, его окончательно охлаждают в воде или в масле.

Самоотпуск — довольно сложная процедура, результат которой зависит от опыта и навыков мастера. Экономию времени она дает значительную, но неподготовленному человеку лучше выполнить весь процесс целиком, чтобы не пришлось выполнять всю операцию закалки повторно.

Длительность выдержки топора в печи, время, необходимое для обратного нагрева и остальные нюансы процесса зависят от массы факторов, вплоть до размеров и формы топора, поэтому получить ожидаемый результат с первого раза вряд ли удастся. Для первого раза рекомендуется привлечь к работе опытного термиста и получить от него массу полезной информации.

Особенности работ с учетом выбранного метода

Перед началом работ приспособление очищают от ржавчины и загрязнений. Кроме этого снимают клин с топорища при необходимости, закрепляют его на подставке. Перед выбором способа определяют форму, степень остроты топора.

Электроточилом

Самый легкий и быстрый способ, но требует умений, внимания и специальных приспособлений. Для заточки понадобятся: абразивный круг с электроприводом, ручные точила, угломеры и шаблоны на разные углы, маркер, полировочная паста. Важно условие — нужно надеть защитные очки и перчатки.

Для прямого лезвия удобно изготовить зажим, который можно будет точно выставить относительно наждака. Так получатся две симметричные фаски. Топор кривой формы придется затачивать на весу, сверяясь с шаблоном.

Порядок действий для заточки плотницкого топора:

маркером следует закрасить всю фаску, чтобы было проще контролировать процесс заточки и необработанные места;
выставить угол заточки на приспособлении или примерить вручную;
при правильной установке чернение на фаске будет сниматься камнем равномерно, при необходимости нужно корректировать угол;
включить наждак и плавными движениями снимать лишний металл до полного устранения зазубрин;
перевернуть топор и повторить операцию, общий угол контролировать шаблоном или бруском;
окончательно довести остроту лезвия до нужного значения на мелкозернистом наждаке и отшлифовать на войлоке со специальной пастой;
очистить от остатков абразива и нанести покрытие на фаску.

Рубящая кромка при обработке на точильном станке будет нагреваться. Этого нельзя допускать, для чего ее периодически нужно опускать в воду или масло. Нагрев металла с его последующим отпуском уменьшает твердость, ухудшает рабочие свойства.

Вручную

У этого способа есть свои преимущества: во-первых, лезвие не перегревается, поэтому качество кромки получается самым лучшим, во-вторых, обычным бруском можно заточить топор в домашних условиях, когда под рукой нет электрических приспособлений. Для работы понадобятся: напильник, наждачная бумага и камень разной зернистости, войлок, шлифовальная паста, перчатки, защитные очки. Наточить топор можно таким образом:

напильником удалить крупные неровности и довести фаску до нужного размера (движениями от топорища к лезвию);
наждачную бумагу разложить на ровной поверхности, лезвием совершать полукруговые движения поочередно с каждой стороны;
окончательную остроту придать наждачным бруском, режущую кромку отполировать и обработать антикором.

Сложность ручного способа заключается в необходимости постоянного контроля за положением топора относительно абразива. Даже небольшой наклон в сторону может испортить заточку. Кроме того, такой способ весьма утомителен.

Как понять, нужна ли закалка

Для начала следует проверить, требуется ли проведение подобной процедуры. Не все производители выпускают изделия высокого качества. Случается, что приобретаемый топор или вообще не подвергался закалке, или она проводилась с нарушением процесса:

в первом случае материал инструмента будет излишне мягким, а это приводит к появлению вмятин и зазубрин, а также к быстрому затуплению при эксплуатации;
нарушение технологии, как правило, заключается в исключении из процесса этапа отпуска после каления — металл отличается хрупкостью и быстро покрывается трещинами.

Проверку соответствия требованиям качества проводят с помощью плоского напильника. Нужно брать с мелкой насечкой. Если он скользит свободно по поверхности, не цепляя её и не оставляя следов, это говорит о высокой твёрдости сплава.

Если по всем признакам инструменту нужно провести закалку, следует определить, какая сталь пошла на его изготовление. Это нужно для правильной обработки.

Лучшая сталь, которая используется для качественного топора – углеродистая. Она снабжается маркировкой У7, У8, У8А.

Как выполнить закалку?

Когда есть горн, то закалку можно выполнить довольно просто:

Сначала разводят огонь. Для розжига используют древесину небольшого формата (щепки, мелкие ветки, стружку от деревообработки и бумагу). Готовят емкости, в которых будут производить закалку. Минеральное масло (отработка от двигателей внутреннего сгорания) является лучшим охлаждением для деталей. Ёмкость должна позволять загрузить деталь полностью. Синтетические и полусинтетические масла использовать можно, но следует иметь в виду, что некоторые могут закипать. Скорость охлаждения будет снижаться

Поэтому использование подобного масла применяют с осторожностью. Емкость для воды нужна, чтобы промывать детали после закалки. Потребуется уголь. Используют бурые и черные угли

На практике часто применяют древесный уголь, полученный после обработки березы. Чтобы брать заготовку и перемещать ее внутри кузни, понадобятся клещи. У опытных кузнецов имеются несколько типов клещей. После получения стабильного огня на колосниках можно подсыпать уголь. Сначала он разгорается медленно. При включении подачи воздуха начинается интенсивный разогрев. Угольки меняют окраску на белый цвет. Пора закладывать деталь, которую хотят закалить. Ее кладут в огонь. Наблюдают за разогревом. Нужен магнит. Он покажет, наступил нужный нагрев или нет. Аустенит не магнитится. При возникновении свечения темно-вишневого цвета можно рассчитывать на нагрев до близких значений температуры. Вынимают заготовку и пробуют, намагничивается она или нет. Если нет, то температура достигнута. Нужен прогрев не менее 15…20 минут. Теплопроводность разогретого металла низкая, поэтому внутри массивных предметов может возникнуть не полный прогрев. В этом случае при закалке наблюдают изгибы. Вынув деталь из огня, ее опускают в масло в несколько этапов. Опускают и поднимают ритмичными движениями. Так добиваются высокой скорости охлаждения. Поднимая и опуская, перемешивают охлаждающую жидкость в процессе закалки. Может возникнуть пламя. Оно быстро погаснет. Остается промыть деталь. Проверить произошло закаливание или нет можно напильником. Если напильник «не берет», значит, произошло закаливание.

Испытывают качество закаливания на стекле. Если удается оставить след на стекле закаленной деталью, то получена твердость HRC более 55 единиц.

Видео: как закалить металл своими руками?

Как правильно закалить топор

Кузнец Валерий Самович: «На примере топора, хочу рассказать о термообработке стали в домашних условиях, которая включает в себя три стадии: отжиг, закалку и отпуск. Потребность в закалке возникает в том случае, если производителем нарушена технология термообработки.

В случае с этим топором напильник берет его легко. В этом случае, а также в случае повышенной хрупкости, топор подвергаем полному циклу термообработки. Вначале отжиг, а затем закалка и отпуск. Правильной закалкой топора считается такая закалка, при которой разные части топора закалены по-разному.

В районе лезвия, на расстоянии примерно трех сантиметров от острия твердость стали должна быть высокой. Твердость остальной части топора должна быть гораздо меньше. Такая закалка обеспечивает износоустойчивость лезвия и пластичность остальной части.

И является гарантией того, что при работе не лопнет обух или не отломается полотно.

Гост 18578 – 89 топоры строительные

Следующий момент, который мы должны знать для проведения эффективной термообработки, это марка стали, из которой изготовлен топор.

Все строительные топоры, которые изготавливались в Советском Союзе и изготавливаются сейчас на постсоветском пространстве, должны соответствовать ГОСТу 18578 – 89 Топоры строительные.

Этот ГОСТ оговаривает марки сталей для изготовления топоров. Каждая из этих сталей имеет свои температурные режимы термообработки. И свои закалочные среды.

Перед термообработкой надо затупить режущую кромку топора, чтобы его толщина стала примерно один миллиметр.

Отпуск

Цвет побежалости – синий, свидетельствует о том, что температура отпуска была примерно 300 градусов. Увидеть этот цвет можно, если повернуть определенным образом поверхность металла к освещению. Проверяем твердость металла после отпуска, и убеждаемся, что лезвие стало чуть мягче. Как мы уже знаем, температура закалки У7 стали 800-830 градусов. И уменьшать ее нельзя.

При более низких температурах закалки может не произойти вообще. А что же делать в том случае, если после закалки нам необходимо получить пластичную сталь, с относительно невысокой твердостью? При такой ситуации закаляем сталь, как положено, но увеличиваем температуру отпуска. Чем выше температура отпуска, тем пластичнее и мягче будет сталь после отпуска.

Данные о твердостях сталей после отпуска, в зависимости от температуры отпуска, есть на каждую марку в марочниках сталей.

Закалка с самоотпуском

Инструмент выдерживается на воздухе до тех пор, пока тепло от раскаленной части не нагреет охлажденную часть до температуры 250-300 градусов. Об этом мы судим по цвету побежалости. Все фиолетовое. Охлаждаем. В качестве закалочной среды используется вода. Только для охлаждения режущей части она нагрета до 30 градусов.

А для окончательного охлаждения топора она нагрета до 50 градусов.

Как самому закалить металл в домашних условиях

Термообработка металлов – это один из основных способов улучшения их механических и физико-химических характеристик: твердости, прочности и других.

Одним из видов термообработки является закалка. Она успешно применялась человеком кустарным способом еще с давних времен. В Средневековье этот способ термической обработки использовали, чтобы улучшить прочность и твердость металлических предметов быта: топоров, серпов, пил, ножей, а также боевого оружия в виде копий, сабель и других.

Что такое закалка металлов и ее виды

Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.

Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.

Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.

После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.

Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.

При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.

Особенности закалки стали

Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.

Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.

Виды закаливания сталей

В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.

Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.

Видео:

Охлаждающая среда

Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.

Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.

Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.

Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).

Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду. Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к. зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.

Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.

Различают следующие способы охлаждения:

С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.

Температурный режим

Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.

Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!

Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.

Способы нагрева лезвия до температуры закалки

Во многих любительских мастерских есть муфельная печь, электрическая или газовая. Температуры в её камере достаточно для обжига керамики, плавки стекла и нагрева металла до нужных температур.

В камере

В печи есть регулятор температуры, поэтому термообработка не вызывает трудностей. Для отжига и закалки одного инструмента электрическую муфельную печь можно изготовить своими руками.

Как изготовить камеру своими руками

Для разогрева лезвия топора нужна камера небольших размеров. Потребуется:

Корпус – любая металлическая ёмкость с толщиной стенок от 2 мм.
Теплоизолятор – смесь шамотной глины и крошки из огнеупорного кирпича.
Нагревательная спираль – проволока из сплава фехраль.
Терморегулятор.
Стабилизатор напряжения в сети.

Перед включением печи надо проверить исправность проводки. Для достижения нужной температуры требуется около 4 кВат.

Из огнеупорной смеси делают камеру, в ней прокладывают канавки для нагревательной спирали. Дают высохнуть, укладывают спираль, покрывают слоем глины, выводят концы проволоки для подключения к сети.
Высушенную нагревательную камеру вставляют в корпус. Концы спирали подсоединяют к клеммам терморегулятора.

Перед самостоятельным изготовлением муфельной печи изучить подробные инструкции и посмотреть видео опытных мастеров.

На открытом огне

Чтобы достичь 800 градусов, нужны угли. Лучше соорудить подобие кузнечного горна из ведра или бочки. В походных условиях разводят большой костёр. К углям должен постоянно поступать кислород.

Подобие мехов для поддува делают из пластикового мешка. Используют насос для лодки и другие подручные средства. Угли должны разгореться как можно ярче. Лезвие топора готово к закалке, когда станет алого цвета.

Оборудование и особенности закалки

Дома могут быть использованы:

электрическая или муфельная печь;
паяльник;
большой костер на улице.

Выбор нужно осуществлять согласно размерам детали и типу сплава, максимальной температуре нагрева.

Повышение твердости на открытом огне

Если вы не хотите делать горн с поддувом, можно использовать обычный мангал или камин, посмотрим, как это делают на видео:

В статье мы рассказали, как сделать закаленную сталь. Так как процедура сопряжена с риском, просим соблюдать технику безопасности.

Источник: www.rocta.ru

ГОСТ 18578 – 89 Топоры строительные

Перед термообработкой надо затупить режущую кромку топора, чтобы его толщина стала примерно один миллиметр.

Инструкция: Как закалить топор в домашних условиях?

Из какой стали производят топоры?
Как правильно закалить лезвие в домашних условиях?
Основные этапы
Отжиг
Закалка
Отпуск
Самоотпуск
Заключение

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.

Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали

Для того чтобы придать будущей печи требуемую конфигурацию и желаемые габариты, лучше всего изготовить форму из картона, пропитанного парафином, на которую и будет наноситься огнеупорная глина. Глина, замешанная с водой до густой однородной массы, наносится на изнаночную сторону картонной формы, от которой она сама отстанет после полного высыхания. Металлические изделия, нагреваемые в таком устройстве, помещаются в него через специальную дверцу, которая тоже изготавливается из огнеупорной глины.

Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.

Глиняный нагреватель с замурованной нихромовой спиралью

На поверхность полностью сформированной камеры наматывают нихромовую проволоку, диаметр которой должен составлять 0,75 мм. Первый и последний слой такой намотки необходимо скрутить между собой. Наматывая проволоку на камеру, следует оставлять между ее витками определенное расстояние, которое тоже надо заполнить огнеупорной глиной, чтобы исключить возможность короткого замыкания. После того как слой глины, нанесенный для обеспечения изоляции между витками нихромовой проволоки, засохнет, на поверхность камеры наносится еще один слой глины, толщина которого должна составлять примерно 12 см.

Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.

Готовая самодельная камера

Концы нихромовой обмотки камеры, к которым необходимо подвести электрическое питание, выводятся с задней стороны ее металлического каркаса. Чтобы контролировать процессы, происходящие во внутренней части муфельной печи, а также замерять температуру в ней при помощи термопары, в ее передней части необходимо выполнить два отверстия, диаметры которых должны составлять 1 и 2 см соответственно. С лицевой части каркаса такие отверстия будут закрываться специальными стальными шторками. Самодельная конструкция, изготовление которой описано выше, позволяет в домашних условиях закаливать слесарные и режущие инструменты, рабочие элементы штампового оборудования и др.

Самостоятельное изготовление такой печи (как и закалочного оборудования другого типа) позволяет не только получить в свое распоряжение устройство, полностью соответствующее вашим потребностям, но и хорошо сэкономить, так как серийные модели стоит достаточно дорого.

Источник: met-all.org

Из какой стали производят топоры?

Для знающего человека вопрос о том, из какой стали изготовлен топор, далеко не праздный. Дело в том, что качество закалки напрямую зависит от марки, состава и прочих особенностей металла. Некоторые виды стали попросту не подлежат закалке, поскольку не обладают нужными компонентами и не могут приобрести нужных свойств в процессе подготовки.

Рисунок 1 – Разновидности стали

Для изготовления строительных топоров, согласно ГОСТ 18578-89, используются стали следующих марок:

8ХФ, 9ХФ, 9ХС, ХВГ (по ГОСТ4543);
60Г (по ГОСТ 14959);
У7А, У8, У8А, У8ГА, У9, У9А (по ГОСТ 1435).

Необходимо учесть, что строительный топор — универсальный инструмент, рассчитанный на постоянное и активное использование.

В отличие от прочих видов, эта разновидность используется в непрерывном режиме, поэтому требует качественной закалки лезвия, исключающей порчу или быстрое затупление режущей кромки. Проверить, из какого металла изготовлен топор, надо еще при покупке, однако, выполнена ли закалка, и насколько качественно эта процедура была произведена, невозможно. На качественных инструментах иногда имеется маркировка, в которой указана марка стали, но пользы от этой информации немного, особенно для тех, кто никогда не изучал металловедение.

Самый простой способ определить качество стали — взять инструмент за топорище, не прикасаясь к металлической части, и резко щелкнуть по ней пальцем или каким-либо твердым предметом. Если звук получается звонкий и затяжной, колокольного типа, металл хорош. Глухой и сразу затухающий звук свидетельствует о плохой закалке или использовании негодной стали.

Другой способ определения — проверка «на искру». Если при заточке на наждаке образуются длинные желтые полосы со светящимися звездочками на концах, использована углеродистая сталь, которую можно качественно закалить. Если звездочек нет, сталь откровенно слабая и не позволит получить от закалки ожидаемый эффект.

Важно! Определить марку стали с высокой точностью можно только в специальной лаборатории с помощью целого комплекса исследований. В домашних условиях выясняют лишь способность металла к закалке, чего обычно бывает вполне достаточно.

Методика закалки

В интернете можно найти большое количество методик и видео закаливания металлических предметов, но большинство из них предусматривает наличие специального оборудования, но есть способы, которые помогают повысить качество стали подручными средствами.

Вначале нужно определить, что собой представляет закалка стали. Основной процесс подразделяется на две части, а точнее, говоря, разогрев металла до высокой температуры и последующее охлаждение. Процесс выглядит только на первый взгляд простым, а ведь приходиться учитывать структуру и характеристики металла. Если без анализа стали начать её разогрев, материал, скорее всего, деформируется. Особенно часто деформация происходит с малоуглеродной сталью, поэтому если структура металла неизвестна, лучше не применять термическую обработку.

Закалка стали оправдана только в некоторых случаях.

Необходимость в повышении прочности инструмента. К примеру, это может быть обычная кухонная утварь, стамеска или зубило.
Повышение пластичности металла также требует термической обработки для дальнейшего упрощения работы при горячей ковке.

Заказать услугу по закалке стали можно и у специалистов, тем более что стоимость приемлемая. За 1 кг металла большой конструкции кузнецы обычно берут не больше 100–150 рублей. Если закаливать мелкие детали, то расценки составляют около 6–20 рублей. Это не будет гарантировать качества инструментов, поэтому многие и стараются применять термическую обработку в домашних условиях, чтобы самостоятельно следить за процессом. Первым делом при разогревании стали нужно запомнить некоторые правила. Сталь можно и испортить, если поднимать температуру металла выше нормы. В таком случае инструмент может приобрести чёрный или синий оттенок, который в итоге нельзя будет даже сточить наждачной бумагой. Для того чтобы подобного дефекта не было, металл должен иметь в своей структуре достаточное количество углерода, а также нельзя переусердствовать с повышением температуры. Обычно сталь считается разогретой, если появляется красный оттенок.

Для термической обработки стальных инструментов может подойти резак, паяльная лампа, электрическая или газовая плита. В некоторых случаях разогрев металла можно производить и на костре. Фактически разницы нет в том, где лучше разогревать металлическое изделие. Просто на открытом воздухе, при разогреве с помощью костра, может не хватить энергии тепла для достижения необходимой температуры. Поэтому важно заранее уточнить температуру плавления и закалки материала.

Необходимо определиться и с охладителем при термической обработке. Для этого подойдёт любая ёмкость с водой, главное, чтобы инструмент поместился полностью. Если проводится закалка стали расходных материалов, то тут можно использовать и простую обрезанную бутылку. В случае проведения термической обработки топора, лома и других подобных инструментов, нужно выбирать ёмкость с большим объёмом. В некоторых случаях может подойти даже ванна, тем более что риска её деформации нет.

Охладитель подбирается не только с учётом размера стального предмета, но и способа термической обработки. Иной раз нужно закалить только определённый участок, и в этом случае можно использовать только струйное охлаждение. Точнее говоря, на материал каплями выливают простую воду в участок, который требует закалки. Особенно часто такой метод используется при термической обработке сверла для дрели или на гвоздях для повышения качества наконечника. Методику закалки можно разделить и на несколько уровней. Выделяют следующие уровни охлаждения:

резкое;
разовые;
постепенное.

Для одинарного охлаждения чаще всего используется простая ёмкость с водой. Если используется охлаждение в две стадии, то в процессе применяется два разных средства. Это, свою очередь, повышает не только качество, но и появляется отпуск стального материала. В первую очередь сталь опускают в простую воду, а потом переставляют для дальнейшего охлаждения в машинное или минеральное масло. Процесс достаточно опасный, ведь нужно охладить изделие в воде, чтобы не произошло воспламенение масла.

Как правильно закалить лезвие в домашних условиях?

Закалка — это сложный процесс, результат которого зависит от опыта и познаний мастера, ее производящего. При закалке топора наиболее жесткой обработке подвергается только лезвие, а обух и проух (отверстие для топорища) оставляются в исходном состоянии. Это важно, так как закалка повышает не только твердость, но и хрупкость металла, и сплошная обработка способна сделать инструмент непригодным к работе — любой удар может расколоть его. Поэтому режим закалки надо выбирать так, чтобы в результате получилась жесткая полоса металла возле рабочей кромки и более мягкая, вязкая остальная часть инструмента.

Суть процесса заключается в перестройке кристаллической и атомной решетки металла , происходящей под действием высоких температур и резкого изменения степени нагрева. Потребуется стандартная муфельная печь, которую следует приобрести или взять на время в аренду.

Способы заточки

Различают несколько разновидностей инструментов, которые отличаются размером топорища, формой клина, изгибом лезвия. Самые популярные топоры: строительный, плотницкий, лесорубный, колун, мясной, охотничий, туристический. На производстве каждое изделие затачивают оптимальным образом, переточка потребуется только тогда, когда кромка затупится или выкрошится. Самостоятельная заточка топора своими руками возможна двумя способами: приспособлениями с электрическим приводом или вручную с использованием абразивного камня и наждачной бумаги.

Выбор способа правильной заточки обычного топора во многом будет зависеть от таких факторов:

твердость, плотность дерева;
влажность древесины;
характер работ по дереву;
марка стали топора;
степень закалки рубящей кромки.

Определяющими условиями являются твердость стали и угол заточки топоров. При этом важны не только угол клина, но ширина и угол фаски на рабочей кромке. Именно от последнего фактора зависит, насколько хорошо будет входить топор в дерево, а не соскальзывать с него.

Затачивая топор в домашних условиях, ширину фаски выбирают следующим образом: для тонких столярных работ она должна быть больше, а для грубой рубки деревьев несколько меньше, чтобы снизить нагрузку на лезвие.

На электрическом станке

На механическом станке

С помощью точильного камня
Это интересно: Как сделать пружину в домашних условиях своими руками

Закалка топора в домашних условиях – видео, фото, нюансы

Как качественно закалить топор в домашних условиях? Актуальность данного вопроса объясняется широкой востребованностью этого инструмента. Кроме того, на примере такого простейшего домашнего инструмента, каким является топор, можно в подробностях разобрать нюансы нескольких типов термической обработки – отжига, закалки и отпуска.

Хороший кованный топор способен надрезать гвоздь

Узнать о том, что новый топор, приобретенный с рук или в строительном магазине, необходимо закалить, достаточно легко: если лезвие инструмента очень мягкое (что можно определить по его смятию даже при рубке сучков небольшой толщины), значит, оно нуждается в качественной закалке. В том случае, если на рабочей части топора в процессе работы появляются трещины или лезвие выкрашивается, его следует подвергнуть полноценному отпуску.

Секреты закалки источник тепла

Существует несколько вариантов приспособлений, способных довести нагрев стальной детали до желаемого температурного порога. Идеальный вариант – муфельная печь промышленного или самостоятельного изготовления.

При отсутствии подобного инструмента возможно использование еще одного домашнего помощника – паяльной лампы.

Достаточно мощная струя пламени позволяет легко прогреть детали небольшой толщины до требуемой температуры. Не забывайте перемещать горелку вдоль закаляемой пластины для достижения равномерного прогрева.

Кроме этого возможно использование обыкновенного древесного угля вкупе с паяльной лампой. Для этого выкопайте небольшое углубление в почве, засыпьте туда уголь, в который уложите на ребро закаляемые пластины ножей. Прогревайте лампой уголь вместе с пластинами до достижения последними требуемого нагрева. Подобный способ предохраняет быстрое остывание непрогреваемой части заготовки и ее перегрева.

Третий вариант – изготовление небольшого горна. Он может быть как угольным, так и газовым. Главные конструктивные элементы приспособления – корпус и источник нагнетаемого воздуха. Основу угольного горна можно изготовить из стального листа толщиной 10 мм с приваренным в нижней части обрезком трубы диаметром около 20 см и выводом от нее для подключения шланга от выходного отверстия бытового пылесоса.

В листе не забудьте просверлить несколько отверстий достаточного диаметра для подачи воздуха. В качестве топлива применяется древесный (мангальный) или каменный уголь.

Источники

https://SevenTools.ru/metally/kak-pravilno-zakalit-topor.html
https://setafi.com/instrumenty/topor/kak-zakalit-topor-v-domashnih-usloviyah/
https://smm-star.com/kak-pravilno-zakalit-topor/
https://VashNozh.ru/topory/zakalka-topora
https://kovkapro.com/kovka-tehnologiya/zakalka-topora/
https://printeka.ru/prochee/kak-zakalit-topor-v-domashnih-usloviyah.html
https://2lzz.ru/stolyarnyj-instrument/kak-zakalit-topor
https://teplobloknn.ru/metally/zakalka-topora.html