Как закалить сталь для ножа

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 становятся 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.

Технология изготовления ножа

Работу следует начать с подбора подходящего материала. Лезвие клинка должно удовлетворять некоторым обязательным требованиям:

Быть удобным в эксплуатации для тех или иных целей (нож грибника и нож охотника – совершенно различные инструменты);
Быть прочным, выдерживать возможные ударные нагрузки без разрушения клинка;
Быть острым и максимально долго сохранять заточку;
По возможности быть стойким к коррозии.

Вариантов заготовок для домашнего мастера достаточно много. Одним из наиболее доступных является плоский напильник. Даже инструмент со сработанной насечкой может быть легко превращен в удобный, практичный, долговечный нож.

Как избежать неприятностей?

При домашней процедуре закалки существует самая большая проблема — перекаливание металла, приводящее к тому, что хрупкость материала увеличивается очень сильно. Если не обращать пристального внимания на равномерность прогрева, можно получить другой дефект — на лезвии образуются поперечные трещины.

Однако есть возможность избежать печальных последствий — заучить правило, позволяющее без проблем закалять ножи и в будущем. Оно гласит, что режущую часть лезвия можно нагревать лишь единожды до желтого цвета, проверяя магнитом, а часть, которая не будет принимать участие в заточке, нагревается три раза до температуры, равной 280°С, что будет соответствовать фиолетовому цвету.

Правила качественной закалки

Существует еще несколько несложных правил, которые позволяют сделать закалку ножа в домашних условиях максимально качественной.

Прежде чем приступать к поверхностной или глубокой закалке ножа, изготовленного из определенной марки стали, можно подобрать режимы выполнения такой технологической операции, воспользовавшись пластинками, выполненными из такого же материала. Первую пластинку используют, чтобы более точно подобрать требуемую температуру нагрева. Для этого металлическую пластину необходимо нагреть неравномерно: одну часть – до максимальной температуры, вторую – до минимальной. Затем нагретую пластину опускают в воду или масло и после полного остывания зажимают в тисках, ломают и смотрят на излом металла. Качественно закаленный металл, если температурный режим был подобран правильно, должен иметь крупнозернистую структуру.
Следующим этапом экспериментов с металлическими пластинками является подбор оптимальной охлаждающей среды. Используя различные охлаждающие среды (вода, масло, жидкий свинец и др.), закалите пластину до такого состояния, чтобы она, будучи зажатой в тисках, ломалась при отклонении в 30°. После этого необходимо выполнить отпуск пластины, также подбирая различные охлаждающие среды и температурные режимы. В результате такой операции вы должны добиться того, чтобы пластина, зажатая в тисках, ломалась при угле ее отклонения в 45°.
Чтобы избежать появления на лезвии закаливаемого ножа поверхностных трещин, изделие требуется предварительно отжечь. При выполнении такой технологической операции, для которой желательно использовать муфельную печь с регулятором температуры, надо придерживаться следующих правил: нагрев ножа выполняют как можно дольше, медленно и равномерно.

Следуя таким несложным рекомендациям, вы даже в домашних условиях сможете закалить нож правильно, получив в итоге прочный и долговечный инструмент с отличными режущими свойствами.

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.

Читать еще: § 6. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЗАКАЛКА И ОТПУСК)

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.

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.

Правила качественной закалки

При помещении ножа в довольно агрессивную среду следует помнить о рукояти, необходимо позаботиться, чтоб она не пострадала.
Очень просто можно проверить, хорошо ли закален клинок – прислонить к лезвию напильник и подвигать его. Если оно гнется и кажется липким, то процесс закалки не прошел до конца, а значит, необходимо повторить процедуру.
По звуку во время обработки можно определить, готов образец или нет. Если слышны звуки, похожие на свист, но закалка готова и можно переходить к охлаждению.
Опускать лезвие можно только вертикально и плотной частью вниз, полностью неподвижно. Если соблюдать это правило, то нож не деформируется и не испортится.
Если толщина ножа очень значительна, то можно применить способ закалки в графите. Плюс этого метода в том, что нагреву подвергается исключительно режущая часть изделия.
Не рекомендуется окунать нож в чистую воду, в нее следует добавить соль. Такой прием поможет избежать трещин.

Читать еще: Станок для электроэрозионной обработки металлов своими руками

Рекомендуем также к прочтению:

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.

Основные процессы

Обычно домашнему закаливанию подвергаются самодельные клинки, выполненные из стали или имеющихся в наличии подручных средств, утративших свою актуальность (напильники, клапаны и прочее).

Важно понимать, что только лезвие, прошедшее правильный процесс закаливания, будет максимально прочным и износоустойчивым.

Слабая закалка чревата не только появлением трещин на клинке, но и быстрым его затуплением. Если же нож был закален по всем правилам, то он будет ломаться только при деформации, угол которой превысит 45 градусов. При этом залогом успеха является правильно подобранный температурный режим, который должен соответствовать выбранной марке стали.

Подбор температуры

Не стоит полагать, будто для того, чтобы нож мог хорошенько закалиться, его нужно удерживать на максимальном огне, ведь больше далеко не всегда означает лучше. Определить оптимальный диапазон температур для закаливания можно по специальным сводным таблицам, в которых указана маркировка сплавов. Есть и более простой метод определения, который не требует знания точных характеристик обрабатываемого металла:

Для закалки клинков, выполненных из низкоуглеродистой стали, подходит температура от 757 до 950 градусов Цельсия.
Обработка высокоуглеродистых марок стали требует меньшего температурного режима, колеблющегося в интервале от 680 до 850 градусов.
Если лезвие ножа было выполнено из сплава, в состав которого входят легирующие компоненты, то оптимальным в этом случае будет диапазон от 850 до 1150 градусов.

Для определения степени нагрева клинка используется специальный измерительный прибор, именуемый пирометром. Но даже если у начинающего мастера нет такого вспомогательного приспособления, это вовсе не повод для того, чтобы отказываться от идеи закалить металл для ножа, ведь степень нагрева можно определить и с помощью обычного магнита.

Так, согласно физическим законам, стальное лезвие перестает притягивать магнит, если накалить его до так называемой точки Кюри — пиковой отметки, когда происходит качественное закаливание металла. Если же пренебречь этим правилом и передержать лезвие на огне, то оно станет чересчур хрупким и шансы его сломать или наколоть при использовании в быту будут гораздо выше.

Технология и особенности домашнего каления

Для того чтобы закалить нож правильно, не только не повредив его лезвие, но и сделав его прочнее и острее, рекомендуется ознакомиться с основными правилами и нюансами этого процесса. И первая рекомендация заключается в том, что вместо клинка необходимо обрабатывать другой фрагмент, выполненный из такого же сплава, проводя над ним всевозможные эксперименты. Такой простой прием поможет подобрать оптимальный температурный режим нагрева и охлаждения, не испортив при этом сам клинок кухонного или охотничьего ножа.

Кроме того, настоятельно рекомендуется проводить предварительный обжиг металлического клинка, помещая его в специальную печь (муфельную). Такое накаливание рекомендуется проводить максимально долго при соблюдении наиболее низкого температурного режима, который обеспечит равномерное прогревание стали и убережет ее от появления поверхностных сколов и трещин при дальнейшей обработке.

Правильно закалить нож из напильника и любого другого элемента в домашних условиях можно с помощью таких подручных средств и инструментов:

Источник тепла, в качестве которого можно использовать открытое пламя (костер или газовую горелку), муфельную печь, специальное оборудование для закалки (кузнечный горн) и обыкновенную паяльную лампу. Стоит признать, что закаливание в муфельной печи является самым продуктивным, так как оно позволяет добиться максимальной равномерности прогревания стали.
Довольно широкие емкости с водой и специальным минеральным маслом, которые необходимы для правильного охлаждения раскаленного лезвия.
Кузнечные железные клещи с длинными ручками, которые позволят удерживать деталь над открытым пламенем. Для того чтобы не повредить рукоятку ножа при нагревании, особенно если она выполнена из пластика или дерева, рекомендуется временно освободить от нее клинок.

Читать еще: Бесконтактное измерение длины и пройденного пути — ИСД-5

Начинать процедуру закаливания следует только после того, как пламя приобретет насыщенный малиновый оттенок. Если же использовать белый огонь, то существует риск перегрева из-за того, что температура такого пламени является самой высокой. При этом необходимо следить за тем, чтобы на поверхности металлического изделия не образовывалось черных или синих очагов (не путать с побежалостью, представляющую собой тонкий окисный слой с характерными радужными переливами).

Проведение процедуры

Сам процесс закалки настолько прост, что при желании справиться с ним сможет даже самый неопытный мастер, использующий собственный дом в качестве мини-мастерской. А проводится он следующими двумя способами:

Разная степень нагрева для определенных областей. Для того чтобы по максимуму увеличить срок эксплуатации клинка, рекомендуется обеспечивать разные температурные режимы для его режущей и нейтральной зоны. То есть участок, который будет подвергаться заточке в дальнейшем, следует накаливать только один раз, причем не до красного, а до желтого цвета, после чего в дело идет проверочный магнит. Та же часть лезвия, которая не будет затачиваться, нагревается трижды и каждый раз до фиолетового оттенка (приблизительная температура — 285 градусов).
Вторая методика предполагает трехразовое равномерное закаливание клинка по всей площади до ярко-красного цвета. В этом случае в промежутках между закалкой необходимо прибегать к охлаждению клинка, каждый раз увеличивая время его нахождения в охлаждающих субстанциях.

Определить температуру нагрева стали можно и по ее внешнему виду непосредственно во время процедуры закаливания. Так, существует 4 основные группы оттенков закаленной стали, по которым можно понять, до какой температуры она прогрелась:

Оранжевая группа — от 950 до 1000 градусов.
Красная группа, включающая в себя 4 подгруппы — от 720 до 950 градусов.
Бордовая — от 650 до 720 градусов.
Красно-коричневая и ее 2 подгруппы — от 530 до 580 градусов.

То есть чем светлее становится железо, тем более горячим оно является в этот момент и наоборот. При обработке гладкой стальной поверхности посредством ее нагревания начинает образовываться тонкий радужный слой окисления, именуемый среди специалистов побежалостью. По цвету этого слоя также можно определить температурный режим в сплаве, правда, в этом случае светлые оттенки будут свидетельствовать о более низкой температуре в нем.

Меняется цвет побежалости в определенной последовательности начиная со светло-соломенного, коричневого и лилового и заканчивая тёмно-синим, голубым и графитовым серым. Вместе с этим процессом претерпевает определенные изменения и температурный режим, варьирующийся в интервале от 220 до 350 градусов.

Немного иначе будут обстоять дела при закаливании хромистой стали, которая имеет более высокий температурный режим (от 300 до 700 градусов) при сохранении той же цветовой гаммы и последовательности изменения оттенков побежалости.

Правила качественной закалки

Прежде чем приступать к поверхностной или глубокой закалке ножа, изготовленного из определенной марки стали, можно подобрать режимы выполнения такой технологической операции, воспользовавшись пластинками, выполненными из такого же материала. Первую пластинку используют, чтобы более точно подобрать требуемую температуру нагрева. Для этого металлическую пластину необходимо нагреть неравномерно: одну часть – до максимальной температуры, вторую – до минимальной. Затем нагретую пластину опускают в воду или масло и после полного остывания зажимают в тисках, ломают и смотрят на излом металла. Качественно закаленный металл, если температурный режим был подобран правильно, должен иметь крупнозернистую структуру.
Следующим этапом экспериментов с металлическими пластинками является подбор оптимальной охлаждающей среды. Используя различные охлаждающие среды (вода, масло, жидкий свинец и др.), закалите пластину до такого состояния, чтобы она, будучи зажатой в тисках, ломалась при отклонении в 30°. После этого необходимо выполнить отпуск пластины, также подбирая различные охлаждающие среды и температурные режимы. В результате такой операции вы должны добиться того, чтобы пластина, зажатая в тисках, ломалась при угле ее отклонения в 45°.
Чтобы избежать появления на лезвии закаливаемого ножа поверхностных трещин, изделие требуется предварительно отжечь. При выполнении такой технологической операции, для которой желательно использовать муфельную печь с регулятором температуры, надо придерживаться следующих правил: нагрев ножа выполняют как можно дольше, медленно и равномерно.

Следуя таким несложным рекомендациям, вы даже в домашних условиях сможете закалить нож правильно, получив в итоге прочный и долговечный инструмент с отличными режущими свойствами.