Практическая область применения ножей предусматривает их соответствие определенным качественным характеристикам, без которых такое изделие превратится в памятный трофей, висящий на стене в гостиной. Наибольшее значение для комфортного и длительного пользования имеет качество и свойства клинка ножа . Поскольку его прямой задачей является нарезание, то он должен соответствовать следующим показателям:
- твердость клинка. Это одно из основных свойств, которое представляет собой способность лезвия ножа к сопротивлению проникновения другого металла. На практике, изделия высокой твердости хорошо держат заточку, не ломаются от силового бокового давления, не деформируются. Измерить данный показатель можно, воспользовавшись методом Роквелла, единицы измерения для которого – HRC. Идеальные показатели для ножей – от 52 до 55 HRC. Следует учесть, что чем выше твердость, тем металл становится более хрупким;
- прочность. От нее зависит сохранение вида и формы изделия после различных деформаций. Традиционно проверяется тестом на изгиб (металл хорошей прочности должен не ломаться при изгибе в 40°);
- пластичность. Свойство, благодаря которому металл приобретает и сохраняет свою новую форму после деформаций. Понятие обратно пропорциональное твердости: чем больше твердость, тем меньше пластичность;
- износостойкость – способность клинка оказывать сопротивление износу в процессе эксплуатации.
При изготовлении ножа, эти характеристики стают основной целью, которую исполнители стараются довести до предельно идеального состояния. В частности, твердость и прочность клинка закладывается непосредственно при формировании изделия, путем закалки стали с ее последующим отпуском. В домашних условиях придется приложить для этого определенные усилия, но результат может быть не хуже, чем при заводском производстве. Успех предприятия, особенности технологической работы будут зависеть не только от правильно выполненных манипуляций с металлом, но и от качества и марки самой стали.
Выбор стали для закалки ножа
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и различными примесями. В зависимости от содержания последних компонентов, выделяют такие виды этого металла:
- углеродистая;
- легированная.
Углеродистая сталь содержит не более 2,14 % углерода. Чем его меньше, тем больше пластичность клинка, чем больше, тем тверже и прочнее будет изделие. Такое лезвие хорошо режет, но будет плохо держать заточку, быстрее изнашиваться. Однако не составит труда подобный нож наточить. Металл подвержен коррозии. В качестве плюса можно отметить хорошую способность к сварке. При этом малоуглеродистая сталь не подлежит закалке.
Особенностью данной стали, является низкая красностойкость, которая равна 250°С. При нагревании до более высоких температур (что и происходит во время закалки) она теряет свои свойства, становится хрупкой. Именно поэтому, приступив к закалке будущего ножа, следует учитывать, из чего он выполнен и, исходя из этого, выбирать оптимальный режим температур для последующей работы. Для тех, кто хочет сделать нож своими руками, эта сталь станет идеальным вариантом, ведь с ней легко работать.
При закалке углеродистой стали, следует соблюдать определенный температурный режим, дабы металл не покоробился и не потрескался. Для низкого содержания углерода идеально подойдет температура от 727 до 950°С; для высокого (до 2.0 % содержания углерода) – от 680 до 850°С.
Для изготовления ножей в домашних условиях наиболее часто применяется сталь следующих марок:
- от У7 до У16 (подвержены глубокой коррозии, лезвие таких марок стали будет острым и твердым);
- 65Г - идеальный вариант для ножей, предназначенных для рубки, ведь обладает ударной вязкостью. Такое лезвие будет плохо держать заточку и быстро ржаветь;
- О-1 - весьма популярна у знатоков своего дела, что обусловлено приемлемой стоимостью, легкостью в закаливании. Поскольку это высокоуглеродистая сталь, то она еще и очень твердая (до 60 HRC), износостойкая, но ей также страшна коррозия;
- M-2 - ее твердость достигает 66 HRC. Лезвие долго держит заточку, легко ржавеет. Имеет большую, по сравнению с другими, красностойкость;
- 1095 - часто используется для изготовления ножей. Из своей серии именно в этой марке содержится наибольшее количество углерода, благодаря чему такое лезвие будет хорошо точиться, неплохо держать заточку, сохраняя при этом приличную твердость.
Особенности закаливания легированной стали
Легированная сталь помимо углерода содержит еще ряд элементов (до 50% от всего сплава), таких как:
- хром (его наличие наделяет изделие устойчивостью к коррозии, свыше 13% его содержания превращает металл в «нержавеющий»);
- никель (присутствует для увеличения прочности);
- молибден - также увеличивает прочность стали, особенно если ее подвергать термическим нагрузкам. Повышает сопротивление изделия агрессивным средам, коррозии, предает ударной вязкости;
- ванадий улучшает режущие свойства лезвия, его износостойкость. Незаменимый компонент для тех деталей, которые нужно сделать очень острыми, ведь благодаря ему структура металла после закалки становится мелкозернистой.
Эти, а также ряд других элементов, находятся в сплавах в разных количествах и сочетаниях. Общими характеристиками для всех легированных металлов является их антикоррозионность, большая красностойкость (металл выдерживает температуру в 300°С). Плохо подлежит точению, лезвие не отличается остротой. При доведении до высоких температур такая сталь не коробится.
Проведение процедуры закалывания легированной стали, имеет ряд особенностей по сравнению с углеродистой. Они напрямую зависят от химического состава сплава и, как следствие, от его характеристик.
Прежде всего, такую сталь следует закаливать при более высоких температурах – от 850 до 1150°С. Поскольку она хуже проводит тепло, то для нагревания и последующего охлаждения ей понадобится больше времени (при быстром нагреве металл может просто треснуть от малейшего прикосновения). Длительное нагревание обусловлено не только необходимостью полностью прогреть изделие, но и дать возможность раствориться легированным соединениям сплава, что положительно повлияет на механические свойства клинка. Меньшая скорость при охлаждении обеспечивается закаливанием в масле, а не в воде, как у углеродистых изделий.
Среди марок наиболее часто используют:
- 420. Типичная «нержавейка». Она привлекательна благодаря своей цене в сочетании с неплохой твердостью. Быстро тупится, однако легка в обработке;
- 440А. Твердость этой стали достигает 56 HRC. Отличное сопротивление коррозии, хорошо подвергается закалке;
- ATS-34. Отличается острым лезвием, которое долго держит заточку. При этом твердость такого клинка – 60 HRC;
- CPM S30V. Превышает все остальные образцы по износостойкости в десятки раз.
Как закалить сталь для ножа
Выбрав качественную сталь, дело остается за малым, но не менее важным – правильно осуществить термообработку металла .
Приступая к изготовлению ножа в домашних условиях, следует знать основные моменты и правила того, как закалить сталь для ножа , соблюдая которые удастся достичь максимального результата.
Процедура закаливания – обязательный этап при изготовлении изделия. Приступать к нему следует после того, как клинку задали нужную форму в процессе отжига. Эта манипуляция призвана снизить твердость детали для того, чтобы можно было следовать наброску будущего лезвия. Однако нож должен быть не только красивым, но и твердым, прочным, если им предполагается пользоваться. Вот здесь и приходит на помощь закалка металла для ножа.
Данная процедура начинается с доведения нужных образцов до необходимой температуры. Как уже было сказано, температура зависит от вида и марки стали, но в среднем можно назвать цифру в 700°С. Прогревание следует делать равномерно по всей длине изделия. Неравномерное прогревание, наравне с резким охлаждением, может спровоцировать различные дефекты, вызвать коробление стали. Узнать, прогрелась ли поверхность до нужной температуры, и можно ли ее вынимать для выполнения следующего этапа, подскажет цвет стали.
Вишнево-красный и алый цвет металла скажут о приобретении температуры, значением от 730 до 800°С. Приближение к светлым оттенкам желтого говорит о том, что градус «зашкалил» за отметку в 1100°С. При белом цвете произошел явный перекал, так как он показывает значение выше 1300°С.
Если деталь перекалить, то она будет безнадежно испорчена (приобретет необратимую хрупкость и ломкость, может просто рассыпаться) и придется начинать все с начала. Если недокалить сталь, то изделие окажется мягким, будет легко гнуться, но в этом случае, если правильно повторить процедуру, все можно исправить. Такая закалка увеличит твердость детали в 3 – 4 раза.
После того, как металлический клинок был закален, он становится очень твердым, но в то же время хрупким. Это для ножа ситуация недопустимая. Поэтому и существует следующий этап, направленный на возвращение клинку прочности (которую многие называют приоритетным качеством в ножах) – отпуск.
Он представляет собой повторное нагревание металла с последующим медленным остыванием. Это может быть как естественный процесс (остывание на воздухе), так и окунание в воду, в закалочные масла (это зависит от вида, марки, формы стали). В некоторых случаях используют технологию попеременного окунания в разные среды: и воды, и масла. При этом чистая вода не подойдет (может спровоцировать трещины), следует добавить в нее соль, к примеру. Эта манипуляция вернет детали не только прочность, но и вязкость, снимет внутреннее напряжение в сплаве.
Для отпуска изделие нужно вновь закалить , но теперь уже не до критической температуры, а до той, которая подходит для конкретного изделия. Отпуск бывает 3 видов:
- низкотемпературный – нагрев до 250°С, что придаст детали хорошую износостойкость, однако сделает его непригодным для сильных силовых нагрузок. По сути, идеальный вариант для клинка ножа;
- среднетемпературный – температура колеблется от 350 до 500°С. Это вариант для штампов, пружин;
- высокотемпературный – от 500 до 680°С. Так нагревают детали, которые подвергаются ударным нагрузкам (валы).
Температуру вновь покажет само изделие за счет цвета побежалости (для ножа оптимально – светло-желтый). Это происходит из-за формирования окисной пленки, которую нужно счищать. После очистки от продуктов закаливания можно производить сам отпуск. В жидкости это займет пару секунд. На воздухе – пару часов.
Секреты домашней закалки стали
При самостоятельном проведении подобных манипуляций придется, прежде всего, позаботиться об источнике нагревания для стали. В «домашних» условиях удачным решением может стать:
- муфельная печь. В ней благодаря муфелю материал не соприкасается с продуктами сгорания, температура поддерживается постоянная и равномерная без каких-либо усилий со стороны, вследствие чего ковка будет произведена качественно и точно;
- паяльная лампа. Для обеспечения равномерного прогревания и выдержки придется соорудить подобие трубы, или сделать «шалаш» из кирпичей;
- горн. По типу открытого горна можно вырыть небольшое углубление в земле, обложить его кирпичами (чтобы держали температуру), развести костер и приступить к работе. В качестве топлива идеально подойдет древесный уголь;
- особые умельцы могут сделать подобие горна и на газовой плите из консервной банки. Удобней всего, если она будет соответствовать размеру клинка.
В качестве исходного материала подойдут сверла, подшипники, напильники, рессоры и даже трос. Такие, уже пользованные изделия, возможно, будут нуждаться в удалении ржавчины. Для этого можно применить болгарку.
При погружении клинка в среду с определенной критической температурой, следует позаботиться о том, чтобы под тепловое воздействие не попала рукоять ножа.
Качество закалки проверяется простым проведением по изделию напильником: недокаленный образец будет липнуть к нему, а кромка лезвия попросту погнется. Если изделие оказалось недокаленным, можно попробовать повторить - сперва отжиг, а потом закаливание, и таким образом спасти деталь.
Есть способ для верного определения момента, когда закалка изделия состоялась: металл в эту минуту начинает дрожать и испускать звуки, похожие на стон или свист.
При отпуске клинок для ножа нужно опускать только вертикально, более плотной частью вниз и слегка покачивать вдоль лезвия. Такой подход позволит минимизировать возможность деформаций.
С этапом отпуска можно справиться без каких-либо дополнительных приспособлений: достаточно обычной духовки, куда поместится деталь на пару часов с постепенным уменьшением температуры.
Помимо традиционного метода, существует масса других теорий по поводу того, как закалить металл для ножа быстро и качественно. Домашним умельцам рекомендуют сперва раскалить деталь до ярко-красного цвета, после чего несколько раз окунуть ее режущей стороной в сургуч в разных местах. Повторять процедуру до тех пор, пока клинок не перестанет входить, как в масло. После этого, сталь нужно будет смазать скипидаром. Собственно, закаленный таким образом металл ножа придется смазывать этой жидкостью после этого постоянно. В качестве эффекта от такой закалки, обещается высокая твердость и прочность изделия без трудностей, сопряженных с обычным методом отпуска (способ подойдет только для тонких клинков).
После окончания закалывания и отпуска клинка, остается только произвести его зачистку, полировку, прикрепить на уже готовую рукоять ножа из дерева, кожи, резины или металла.
Многие интересуются, как правильно закалить металл в домашних условиях и в каких случаях требуется этот процесс? Закаливание изделий из этого материала проводят при необходимости повышения его крепости. К примеру, для упрочнения кромок для резки кухонных принадлежностей (нож, секатор) или же инструментов (стамеска, зубило и т.д.) К тому же металл приобретает некоторую долю пластичности, что облегчает обработку материала. С этим правилом хорошо знакомы кузнецы. В статье будет описано, как закалить металл в домашних условиях.
Для чего нужно закаливание?
Закаливание металла способствует увеличению твердости изделия примерно в 4 раза. В этом случае предмет из этого материала с легкостью может разрезать стеклянную поверхность. Закаливание требуется из-за недостаточной крепости предмета или наоборот. В первом случае изделия из металла будут заминаться, а во втором - крошиться.
Проверка уровня закалки металлического изделия
Для проверки уровня закалки изделия из металла следует взять напильник и провести инструментом по краю предмета для резки, к примеру, топора или ножа. Если вы чувствуете, что напильник начинает приставать или липнуть к металлу, то это свидетельствует о том, что изделие закалено недостаточно. При этом его край будет мягкий и податливый.
Если же инструмент легко отходит от предмета и создается ощущение, что он его гладит, а рука не чувствует неровностей, то это означает, что металл закален излишне.
Закалить металл в домашних условиях возможно. При этом не следует обращаться к сложным технологиям. Процесс проводится своими руками.
Следует помнить, что процессу не подлежат малоуглеродистые стали. А вот достичь увеличения прочности изделий из углеродистых или реально.
Как проводится закалка?
Технология закалки предполагает два процесса — нагревание металлического изделия до высокой температуры и последующее охлаждение.
Термическое обрабатывание поверхности целесообразно в том случае, если:
- есть необходимость придания металлу дополнительной прочности;
- требуется повышение уровня пластичности, к примеру, для последующей горячей ковки.
Цена закаливания металлического изделия на профессиональном уровне составляет 200 руб. за 1 кг. Обработка огнем мелких деталей обходится дешевле. Цена за эту услугу равна 20 руб.
Как закалить металл в домашних условиях? Необходимо ознакомиться с некоторыми нюансами этого дела.
Нагрев должен отличаться равномерностью. На металле не должно возникать пятен черного или синего цвета. Нельзя нагревать изделие до крайнего показателя температуры. О том, что процесс протекает правильно, свидетельствует появление яркого красного цвета.
Какое оборудование употребляется для закалки?
К примеру, для того чтобы закалить метал в домашних условиях в форме сверла, применяется электрическая или лампа для паяния или же костер. Что подойдет в конкретном случае зависит от того, какой показатель температуры требуется для обрабатываемого материала.
Охлаждение разных инструментов
Правила охлаждения инструментов могут быть разными. Процесс можно осуществить в один или несколько приемов. Все зависит от типа металла.
Как закалить металл не по всей поверхности, а лишь в определенном месте? В этом случае применяется струйный вид закалки. Он подразумевает направление струи холодной воды на предмет точечно.
Если проводится действие с одним охладителем, то требуются специализированные приспособления в виде бочки или ведра. С этой целью применяют даже ванну. Такой способ охлаждения подходит для предметов на основе углеродистой или легированной стали.
Если для понижения температуры изделия требуется схема охлаждения, включающая две ступени, то употребляются разные среды. Этот процесс обеспечивает отпуск металла. Изначально сверла или диски подвергаются охлаждению водой, затем посредством машинного или минерального масла. Охлаждение при его помощи является второй ступенью процесса, так как есть риск воспламенения под влиянием высокой температуры.
Применение воды для охлаждения
Основной жидкостью для охлаждения является вода. Если в нее добавить немного соли или мыла, то скорость охлаждения поменяется. Поэтому бак для закалки нельзя использовать для мытья рук. Для обеспечения одинакового показателя твердости на металлической поверхности следует поддерживать температуру жидкости 20 — 30 °С. Нельзя часто ее менять в баке. Запрещается проводить охлаждение изделия в проточной воде.
Минусом закаливания при помощи воды является появление на поверхности металла множества трещин. Таким способом следует подвергать процессу предметы простой формы или же цементированные.
Что применяется для закаливания деталей сложной формы?
Как закалить металл сложной формы? Для используется пятидесятипроцентный раствор каустической соли в холодном виде или подогретом до 50 — 60 °С. Детали, подогретые в соляной ванне и прошедшие в ней закалку, выходят светлыми. Нельзя чтобы температура раствора была выше 60 °С.
Пары, которые возникают при закаливании, несут вред здоровью, поэтому ванна обязательно должна быть оснащена вентиляционной вытяжкой.
Как осуществляется закаливание легированной стали?
Как закалить металл? В домашних условиях легированную сталь подвергают процессу в ванне с минеральным маслом. Тонкие предметы из углеродистой стали закаливают этим же способом. Плюсом масляных ванн является то, что скорость охлаждения не находится в зависимости от температуры масла. Оно будет протекать одинаково быстро при любом ее показателе.
Как закалить металл в масле правильно? В такую ванну не должна попадать вода, так как это может спровоцировать появление на поверхности металлического предмета трещин. Замечено, что если масло разогрето до температуры 100 °С, то попадание воды не вызовет растрескивания изделия.
Минусы масляной ванны
- При закаливании выделяются ядовитые газы.
- На предмете образуется налет.
- Масло может воспламениться.
- Качество закалки в масляной ванне постепенно снижается.
Как проводится отпуск металла?
Отпуску подвергаются все детали, прошедшие закалку. Это снимает внутреннее напряжение. В результате этого процесса понижается твердость и повышается пластичность материала.
Как отпустить закаленный металл? В зависимости от нужной температуры процесс проводится:
- в ваннах с маслом;
- в ваннах с селитрой;
- в печах с воздушной циркуляцией;
- в щелочных ваннах.
От чего зависит выбор температуры отпуска?
Как ослабить закаленный металл правильно, что следует учитывать? Важным фактором является температура отпуска. Она зависит от типа стали и требуемого показателя твердости изделия. К примеру, изделие для которого требуется показатель HRC 59 - 60, подвергается отпуску при температуре 150 — 200 °С. В этом случае внутренне напряжение понижается, а твердость практически не меняется.
Опускают при температуре 540 — 580 °С. Такой процесс получил название вторичного отвердения. Его результатом является повышение твердости изделия.
Металл закаляется на цвет побежалости. Его нагревают на в печах или горячем песке. Пленка окиси, появляющаяся при нагревании, окрашивается в разные цвета. При этом поверхность металлического изделия очищается от окалины, нагара и масла.
После отпуска металл, как правило, охлаждают на воздухе. Хромоникелевые изделия охлаждают в воде или масле, так как медленное остывание этих марок приводит к отпускной хрупкости.
на открытом огне?
Как закалить металл на огне? Для легкого проведения процесса закаливания металла в домашних условиях следует развести костер и подготовить две тары большой емкости. В огне должно присутствовать множество раскаленных углей.
В одну емкость следует залить дизельное или моторное масло, а в другую чистую воду. Лучше если она будет колодезной. Изначально подготавливается инструмент, при помощи которого будет удерживаться раскаленный до предела металл. Употребляют кузнечные клещи. Но если их нет, то можно использовать что-либо аналогичное.
После проделывания предварительных работ, сверла из металла или же другие инструменты кладутся в центр пламени на горячие угли. Угольки белого цвета гораздо горячее остальных. За процессом закаливания нужно наблюдать внимательно. Пламя костра должно быть малинового цвета. Если огонь приобретает белый цвет, то есть угроза перегревания и даже сгорания металла.
Необходимо следить за тем, чтобы малиновый цвет был распределен по все площади костра равномерно. На кромке изделия из металла не должно появляться пятен черного цвета. Если на материале появляются синие пятна, то это свидетельствует о чрезмерном размягчении материала и его излишней пластичности. Этого допускать нельзя.
После прокаливания в огне металлического изделия его следует убрать из очага высокой температуры. Раскаленный предмет опускается в емкость с маслом много раз с интервалом в 3 секунды. Промежуток времени постепенно увеличивают. Медлить на этом этапе нельзя. Операция проводится скоро и резко. Изделие окунается в масло до тех пор, пока его цвет перестанет быть ярким и насыщенным.
Затем предмет погружается в ведро с водой, которую необходимо немного взбалтывать. На этом этапе следует быть предельно острожными, так как капли масла на ноже или топоре могут подвергнуться осушению при погружении в водную среду. Сверла следует опускать в жидкость толстым концом.
Как правильно закалить металл, вам уже известно. Если придерживаться всех рекомендаций, то процесс принесет желаемый эффект.
В каких случаях прибегают к применению электрической печи?
В домашних условиях приходится закаливать изделия из цветных металлов или стали. В этом случае потребуется очень высокая температура до 900 ºС и выше.
Разогреть изделие из металла до такого показателя в состоянии только электрическая или муфельная печка. Последнюю можно изготовить своими руками, а вот электрическую сделать невозможно.
Как изготовить муфельную печь?
Как закалить металл в домашних условиях при помощи муфельной печи, изготовленной своими руками? Такое приспособление станет очень нужным в домашнем хозяйстве. Оно позволят провести термическую обработку изделий из металла без лишних манипуляций. Для изготовления печи своими руками требуется огнеупорная глина, используемая для покрытия. Из этого материала создается камера толщиной не больше 1 см. Ее размеры должны составлять 210х105х75мм.
Осуществляя лепку муфельной печи своим руками, прибегают к использованию к заранее приготовленной формы из картона. Чтобы она не липла, ее пропитывают парафином.
Глину намазывают на форму с изнанки. В этом случае во время просушивания она не даст усадки. При затвердевании материал сам отойдет от граней формы. Огнеупорная глина может стать основой двери печи.
Самодельной муфельной печи надо дать просохнуть на открытом воздухе. Затем ее просушивают до конца в печи при 100 ºС. Двери и камера обжигаются постепенно при увеличении температуры до показателя 900 ºС.
Деталям следует дать остыть, не вынимая их из печи. Затем к ней присоединяется дверка. Ее поверхность шлифуется при помощи напильника.
На камеру наматывается 18 м проволоки из нихрома. Толщина ее должна составлять 0,75 мм. Первый и последний витки необходимо скрутить. Чтобы не возникло замыкание, расстояние между витками обмазывается глиной. На сухой слой материала надо намазать еще один слой толщиной 12 см.
Муфельная печь, сделанная своими руками, заключается в металлический каркас, размер которого составляет 270х200х180 мм.
Для облегченной сборки корпуса его следует сконструировать с двумя съемными крышками, фиксируемыми посредством винтов.
К передней крышке на петлю крепится дверца. Она должна открываться в горизонтальном направлении. На эту дверку при помощи болтов и прокладок нужно установить керамическую деталь.
Все зазоры замазываются глиной, а края проволоки убираются на заднюю крышку каркаса.
Затем делается разъем и стандартный шнур с вилкой. Все отверстия между нагревающими деталями и каркасом заполняются асбестовой крошкой.
Для установки термопары и получения возможности отслеживать процесс закалки металла в камере необходимо просверлить два отверстия. Диаметр первого должен составлять 1 см, а второго 2 см. К ним крепятся закрывающиеся шторки из металла.
Вес самодельной муфельной печи составляет 10 кг. Она раскаляется до показателя температуры 900 ºС в течение часа. При ее помощи можно облегчить процесс закаливания сверл, напильников, матриц и множества других металлических изделий.
Муфельное оборудование для закалки металла не является единственным устройством. С этой целью применяют камерное приспособление, электрическую или термическую печь, а также печь-ванну. Сделать муфельную печь своими руками выгоднее, чем приобрести готовое оборудование. К примеру, средняя цена такого приспособления на рынке составляет 40 000 руб.
Технология получения прочного, крепкого, надежного ножа невозможна без закалки. По сути это такой же технологический процесс обработки металла, как и заточка, фрезеровка и шлифовка. Только вместо наждачного круга, штихеля и фрезы используется высокая температура. И если полировка придает клинку зеркальный блеск, наждак остроту лезвия, а гравировка неотразимый рисунок, то закалка делает его прочным, что очень важно даже для домашнего кухонного ножа.
Сегодня марочник стали и сплавов может предложить металл в нескольких тысячах наименований и сортов. В состав сплава стали, могут кроме железа входить и вольфрам, и никель, и ванадий, и цинк. От этого зависит физико-химические свойства металла, с вольфрамом он становится жестким и прочным, цинк делает его мягким, а алюминиевая составляющая позволяет делать вытяжку. Но для ножа важно не это, здесь определяющим моментом выступает, сколько углерода содержит металл. Чем больше углеродная составляющая, тем он прочнее, но при этом он и более хрупкий. А вот чем меньше углерода, тем металл пластичнее, нет, не мягче, а именно пластичнее.
В чем состоит смысл процесса закаливания?
Высокотемпературная обработка металла позволяет изменить его внутреннюю структуру – при нагревании до определённой температуры содержание углерода в нем изменяется, а при резком остывании металл сохраняет приобретенную структуру. При чередовании процесса нагрева – остывания происходит приобретение металлом прочности. А вот нагрев в определенном температурном режиме позволяет при этом сохранить упругость металла.
Впрочем, закалка – это только первая часть процесса термической обработки металла. Вторая часть заключается в постепенном остывании металла после нагрева. Отпуск необходим для снятия внутреннего напряжения, которое возникает в кристаллической решетке металла и делает его хрупким. Таким образом, для того, чтобы закалить нож необходимо выполнить полную технологию закалки и завершить ее процессом отпуска металла.
Что нужно для закалки?
Ключевым моментом в процессе обработки клинка выступает процесс нагрева и поддержания в процессе определенного времени металла при высокой температуре. Для этого используются:
- Муфельная печь;
- Газовая горелка;
- Кузнечный горн;
- Паяльная лампа.
Каждый из методов имеет свои плюсы и минусы. К плюсам горелки и лампы относится их мобильность, чего не скажешь о горне и печи, но горелка и лампа не дают возможности поддерживать температуру нужное время. С другой стороны, отрегулировать температуру нагрева с точностью до 50 градусов можно только в печи, да и сам процесс работы с ней удобнее.
Закалка в классическом виде осуществляется нагревом до 700-1000 градусов, после чего делается охлаждение в емкости с минеральным маслом. Поэтому работать рекомендуется в специально подготовленном помещении, где есть возможность установить и печь, и емкость для масла.
В кузнечном горне разогреть заготовку довольно просто – при подаче воздуха угли раскаляются и заготовка может достичь нужной температуры. Здесь главное не перегреть клинок. Ориентироваться лучше по специальной температурной шкале, в которой температура соответствует определенному цвету металла. Правда, для того чтобы не ошибиться шкалу нужно изучить основательно, поскольку при перегреве, сталь теряет свои свойства и становится мягкой.
Процесс остывания заготовки проводится в емкости с минеральным маслом, без доступа кислорода. Емкость необходима довольно большая – клинок должен весь погружаться в масло, при этом масло не должно закипать.
Для работы с разогретой докрасна заготовкой понадобятся и кузнечные клещи с длинными рукоятками и брезентовые или кожаные перчатки. В домашних условиях для работ нужно предусмотреть и одежду из негорючего материала, и маску для защиты лица.
Процесс закалки клинка в домашних условиях
При работе с кузнечным горном или горелкой заготовка должна ложиться на угли, когда пламя приобретает малиновый оттенок. Пламя белого или голубого свечения для закалки не подходит – при белом цвете температура достигает 1000-1100 градусов, и металл быстро перегревается, а при голубом 500-600 он просто не успевает прогреться до нужной температуры.
Когда клинок равномерно окрашивается в пурпурно-красный а затем желтый цвет и при этом на поверхности исчезают видимые темные пятна заготовку можно вынимать и опускать в масло.
В емкости с маслом первый раз заготовка окунается на 3-4 секунды, после чего снова отправляется для обжига в печь или горн. По достижению темно-красного цвета металла ее снова вынимают и опускают уже на 4-5 секунд. Процесс повторяется 4-6 раз, при этом время увеличивается на 1-2 секунды.
В последний раз заготовка опускается в емкость с водой для охлаждения – здесь нужно быть особенно осторожным, поскольку вода может спровоцировать разбрызгивание капелек масла, оставшихся на лезвии.
До какой температуры нужно разогревать заготовку?
В зависимости от марки стали разогрев осуществляется в следующих диапазонах температур:
- Низкоуглеродные сплавы и стали – 730-945 градусов;
- Высокоуглеродистые стали 678-851 градус;
- Легированные стали – 850-1150 градусов;
Отпуск заготовок
Обработка высокой температурой приводит к созданию в металле внутреннего напряжения. Это отрицательно сказывается на гибкости и прочности металла. Заготовка становится хрупкой – при неправильном нажиме или перекосе она начинает крошиться или лопается.
Для того чтобы металл стал более пластичным проводится процедура отпуска – доведение температуры заготовки до момента наивысшей пластичности металла и постепенное, естественное его охлаждение. В муфельной печи для этого разогревают металл до необходимой температуры, а после, при закрытой дверце плавно охлаждают в течение 2-3 суток.
Проверить правильно ли закалился клинок довольно просто – достаточно провести напильником по лезвию – если лезвие скользит, закалка прошла удачно, ну а если задевает металл, то процедуру придется повторить.
О незаменимости ножа говорить не приходится. Он есть в каждом доме, и пользуемся мы этим предметом каждый день. Интересно еще и то, что это приспособление является неотъемлемой частью человеческого быта уже тысячи лет, несмотря на это, потребность в нем не уменьшается.
И тогда, и сейчас, человека беспокоил один и тот же вопрос – обработка металла. Сейчас этим больше занимаются при создании лезвий, но закалка ножа интересует и владельцев тоже, хоть и не многих.
Особенности
Классический процесс закалки стали всегда сопровождался высокими температурами, в которых происходило полиморфное преобразование стали. При этом, нагрев всегда сопровождался резкими скачками температур, ведь на определенном этапе, сталь всегда охлаждали в воде.
Температуры воздействовали на структуру металла, поскольку при ее сильном повышении менялась структура кристаллической решетки на его поверхности, а резкий перепад температуры, который производился за счет воды, укреплял ее. В этом плане технология закалки ножей сегодня не сильно стала отличатся от той, которая применялась к мечам и клинкам тысячу лет назад.
У такой технологии всегда был один серьезный минус. При резкой смене температуры металл становился намного тверже, но в то же время, сильно страдал в плане прочности.
Если это является проблемой, нужно все так же нагревать металл, но после этого постепенно снижать его температуру. В таком случае сталь не будет становиться достаточно хрупкой.
Тонкости
Если вы занялись закалкой ножей в домашних условиях, то стоит знать, что далеко не каждый нож, который попадает вам в руки, подходит для испытания температурой.
Оптимально этот способ подходит для изделий, во время производства которых использовалась нержавеющая сталь. Это может быть высокое ее содержание, а может быть сплав, в составе которой будет нержавеющая сталь или никель, например. Такие ножи являются намного прочнее, чем их собратья из высокоуглеродистой стали.
Кроме того, закалка может проводиться по всей площади клинка, а может быть задействована на отдельной области, которая нуждается в увеличении прочности. Первый вид называется глобальным, второй был назван локальным.
Материал ножа
Все виды стали состоят из простого железа, в который добавляют углерод. Это обычный сплав для кухонных ножей. Если к нему добавить другие металлы, такие как ванадий, хром или молибден, свойства ножа будут меняться. Фото закалки ножей из самых разных материалов, без проблем можно найти в интернете. Некоторые люди применяли этот процесс даже на дамасской стали.
Проблема тут заключается в том, что закалка хороша для видов стали, в которой содержится достаточное количество углерода. Если его в сплаве мало, нож после закалки будет становиться прочнее и тверже, при этом он начнет подвергаться коррозии, защитой от которой, дамасская сталь так славиться.
Закалка графитом
Цементация графитом является весьма простым, но действенным способом поверхностной закалки ножа своими руками, который лучше всего подходит для укрепления какой-то части лезвия.
Для этого вам понадобится графит, который можно получить из простых пальчиковых батареек. Нужна металлическая платформа, на которой будет проходить процесс закалки. Хорошо для этого подойдет простой профиль, который используется при работе с гипсокартоном и другими отделочными работами.
Еще нам будет нужен источник постоянного питания. Отличным вариантом может стать сварочный аппарат, мощность которого стоит выставить на минимальный уровень. Если такого нет, можно попробовать похожий вариант, который будет способен выдать вам порядка 50-ти вольт постоянного напряжения. Пользоваться сетью на 220 вольт настоятельно не рекомендую.
Любая инструкция, в том числе и для правильной закалки ножей, должна начинаться с подготовки. Когда у вас есть все необходимые составляющие, нужно подготовить рабочее пространство.
Берем профиль, высыпаем на него наш графит, его должна получиться небольшая горка. К профилю нужно подключить плюсовой кабель источника питания, а вот минус нужно соединить с ножом.
Прежде чем задать вопрос, как можно закалить нож самостоятельно при помощи графита, стоит знать, что после включения источника питания, нельзя давать соприкасаться ножу и профилю. Образуется дуга, и в общем ничего хорошего не будет.
Такой способ хорошо применять для закалки именно кромки, которая постепенно соприкасается с графитом. Для этого, после всего выше сделанного, нужно включить источник питания и дать напряжение на наши детали. Нож нужно постепенно кромкой лезвия проводить по графиту.
Когда это произойдет, будьте уверенны – вы увидите лично процесс закалки. Делать это нужно постепенно и аккуратно. Если вы коснетесь профиля – процесс испорчен. Если будете долго держать кромку в графите – он загорится и снова закалка будет испорчена. В обеих ситуациях лезвие будет повреждено и не будет подлежать восстановлению.
Правильным будет вести закалку медленными, постепенными и короткими движениями. Визуально, весьма отчетливо заметно, когда графит начинает сильно разогреваться и искрить. Увидев это нужно поднимать нож. Лезвие не стоит окунать очень глубоко в графит, лучше всего это делать только с режущей кромкой.
На небольшой нож вам понадобится около пяти минут, чтоб закалить его кромку. Затягивается этот процесс, как раз за счет горения графита, которое постоянно нужно избегать. Как вы видите, ничего сложного в этом процессе нету, просто нужно следовать инструкциям и аккуратно работать.
Фото процесса закалки ножа
Многие домашние мастера увлекаются самостоятельным изготовлением ножей. Их изделия проходят сложный путь многократной ковки, травления, механической обработки. Но чтобы нож получился прочным и служил долго, его необходимо закалить — подвергнуть воздействию высокой температуры. После термообработки физико-механические свойства металла существенно улучшаются.
Выбор стали для закалки ножа
Сплав железа с углеродом называют сталью. В состав сплава добавляют и другие металлы и неметаллы, для придания стали определенных свойств. В качестве добавок используются молибден, ванадий, цинк, хром, вольфрам, кальций и многие другие. Чем ниже доля углерода в сплаве, тем он пластичнее. Такие материалы обладают высокой прочностью, но низкой износостойкостью и подвержены коррозии. Чтобы закалить нож, нужно точно знать, из какого именно сплава он изготовлен.
Высоколегированные сплавы обладают высокой прочностью и упругостью, их лезвие способно рассекать даже металл.
Как изготовить камеру для закаливания металла
Для закалки клинка лучше изготовить специализированную печь. Печь позволяет закалить металл, нагревая его до определенных температур по заданному графику и так же по плану охлаждать. Камера печи имеет габариты 20×10×7,7 см и делается из огнеупорной глины.
Сначала потребуется изготовить каркас из плотного картона. Картон надо пропитать парафином, чтобы сырая глина не прилипла к нему. На каркас наносится слой сырой глины таким образом, чтобы полностью облеплять его. Особенно тщательно нужно вылепить стыки, чтобы там не осталось щелей. Отдельно лепится дверка.
Обе заготовки нужно высушить на открытом воздухе. После высыхания их прокаливают в печи при 90-110 °С, удаляя остаточную влажность. Далее следует довести температуру до 900 °С для окончательного обжига. Остывать заготовки должны медленно, в закрытой печи. Петли для дверцы следует навесить таким образом, чтобы она открывалась в горизонтальной плоскости.
Теперь настало время сделать нагреватель. Потребуется проволока из нихрома, диаметром 0,75 миллиметра. Следует отмерить 18 м проволоки и аккуратно и ровно, виток к витку, но без касаний, намотать ее на корпус печи. Обмотку промазывают сырой глиной, чтобы исключить возможность межвиткового замыкания. В корпусе следует проделать отверстия: одно для установки измерительной термопары, другое — для визуального наблюдения. Весть самодельная печка будет около десяти килограммов.
Самый простой способ закалить заготовку — на открытом огне. Так закаляли металлические изделия наши предки. Закаливать приходится проводится «на глаз», без точных измерений температуры, поэтому для получения более или менее приемлемого качества придется потренироваться.
Для этого потребуется:
- открытый огонь;
- емкость с минеральным маслом;
- емкость с водой;
- клещи с длинными рукоятками.
Чтобы закалить заготовку, следует дождаться малинового цвета пламени и положить деталь на угли. Пламя белого цвета обладает слишком высокой температурой, в нем деталь перегреется. Нужно также следить за тем, чтобы на детали не появлялось синих или черных областей. После того, как деталь прогрелась до равномерного темно-красного свечения, ее вынимают из пламени клещами и быстро погружают на три секунды в емкость с маслом. Это действие повторяют несколько раз, задерживая изделие в масле несколько дольше.
На последнем этапе закалки ножа в домашних условиях его погружают в емкость с водой. Воду необходимо немного взболтать. Будьте осторожны — при контакте с водой капельки масла могут брызгаться.
Источник тепла
Для того, чтобы закалить металлические изделия, применяют разные источники тепла:
- муфельная печка;
- пропановая горелка;
- кузнечный горн;
- паяльная лампа.
Эксперты сходятся на том, что проведение термообработки в муфельной печи дает наилучший результат при закаливании ножа. Это объясняется стабильностью температурных параметров, равномерностью прогрева и возможностью контроля и оперативной корректировки температуры.
Неверный выбор охлаждающей жидкости может свести на нет всю работу и необратимо испортить заготовку.
Отпуск
После термообработки в заготовке накапливаются внутренние напряжения. Они снижают прочность, твердость и упругость детали. Деталь становится хрупкой и не способна выдерживать проектные нагрузки. Чтобы избавиться от внутренних напряжений и довести механические характеристики до расчетных значений, применяют процедуру отпуска.
В ходе отпуска проводится повторный нагрев заготовки до температуры пластичности, но, в отличие от закаливания, остывает она плавно, в естественных условиях. Для различных материалов существуют свои индивидуальные графики отпуска. Так, при закаливании ножа заготовку повторно нагревают до 250 °С и оставляют остывать в муфельной печи.
Правила качественной закалки
Профессионалы и опытные любители сформулировали несколько правил качественной закалки ножей:
- Необходимо позаботиться о защите рукояти при нагреве, травлении и других интенсивных воздействиях. Лучше всего на время этих работ рукоятку разобрать.
- Для того чтобы проверить качество закаливания, к лезвию подводят напильник и делают несколько движений. Если закалка прошла успешно — напильник скользит по лезвию. Если нет — процедуру придется повторить.
- Если прислушаться к заготовке во время закаливания, то начиная с некоторого момента можно услышать легкое посвистывание. Это признак того, что закалка состоялась и нож можно доставать.
- При охлаждении нож опускают в жидкость вертикально, спинкой вниз. Это позволит избежать термических деформаций.
- При охлаждении в воде, перед тем, как опустить нож, следует добавить в воду щепотку соли и размешать ее.
Настоящее мастерство закалки ножей приходит только с опытом. Поэтому сначала лучше потренироваться на не очень ценных экземплярах.