Читаем Как закаляют сталь. Сказ про дедку, бабку... и сетку...("Сделай сам" №2∙2005) онлайн бесплатно

Н.В.Копанев

Здравствуйте, уважаемая редакция!

Желаю вам доброго здоровья, творческих успехов, а также желаю, чтобы тираж журнала рос и множился.

Ведь многие советы на его страницах и разные рекомендации умельцев просто облегчают нашу и без того нелегкую жизнь.

Вот совсем свежий пример: в № 3 за 2003 г. в журнале была опубликована статья про подключение автоматических стиральных машин (СМА). И когда мы с женой приобрели дорогостоящий итальянский агрегат, у меня уже не было сомнения в его подключении, и выполнил монтаж на «хорошо», сохранив при этом немалые деньги.

А теперь мне тоже захотелось поделиться с умельцами некоторыми секретами по выбору стали для дереворежущих резцов и кухонных ножей, а также ковке и термообработке этих сталей. Надеюсь, что мои советы окажут необходимую помощь тем мастерам и умельцам, кто привык делать все своими руками.

Иметь отличные резцы по дереву — мечта не только любителей резьбы по дереву, но и мастеров со стажем.

Хорошие, фирменные резцы стоят нынче дорого, не всякому резчику они по карману, да и опасность подделки таких резцов существует реально.

Опасаясь подделки и дороговизны, многие резчики делают резцы самостоятельно из стали напильников, автомобильных рессор, различного медицинского оборудования. Вот только качество самодельного инструмента порой сильно разочаровывает. Не хотели резать эти резцы древесину, либо выкрашивались на сучках, либо требовали частой заточки.

Начинающий резчик обычно терпит такое положение дел, потому что думает, что необходимой стали для резцов в наше время днем с огнем не сыскать.

Ну а резчик со стажем бежит в магазин, отдавая за комплект резцов немалые деньги.

Для изготовления инструмента с высокими режущими свойствами я рекомендую применять только высококачественную инструментальную сталь: углеродистую, легированную, быстрорежущую. Самыми доступными и дешевыми являются углеродистые инструментальные стали марок У7-У13. Буква «У» означает, что сталь углеродистая, цифра — содержание углерода в сотых долях процента.

С повышением содержания углерода в этих сталях (от 0,7 и до 1,3 %) растут твердость, предел прочности, но снижается пластичность, способность сопротивляться ударным нагрузкам. Поэтому сталь с меньшим содержанием углерода (У7) используют для инструмента, испытывающего ударные нагрузки (молотки, керны). А сталь с высоким содержанием углерода (У12, У13) используют для изготовления инструмента, от которого требуется высокая твердость рабочей поверхности (надфили, напильники).

Наиболее применяемые в быту углеродистые инструментальные стали приведены в табл. 1.

Таблица 1. Назначение углеродистых инструментальных сталей

Вместе с тем эти стали имеют и свои недостатки, на которые необходимо обращать внимание умельцам. Узкий интервал закалочных температур, необходимость закалки инструмента в воде, что вызывает деформацию и коробление готового инструмента. Углеродистые стали можно использовать для легких условий работ, так как высокая твердость инструмента резко снижается при его нагреве свыше 200 °C.

Для улучшения механических, физических и технологических свойств сталь дополнительно легируют хромом, вольфрамом, ванадием. Суммарное содержание легирующих элементов невелико (от 1 до 6 %), но, являясь сильными карбидообразующими элементами, они увеличивают твердость закаленной стали и значительно повышают ее износостойкость.

Наиболее распространенные марки легированных инструментальных сталей, применяемых для изготовления инструмента, приведены в табл. 2.

Таблица 2.Назначение легированных инструментальных сталей

Свою высокую твердость и износостойкость эти стали сохраняют в процессе работы при нагреве инструмента до 250 °C. К недостаткам легированных сталей следует отнести их высокую стоимость и дефицитность легирующих элементов. При высоких скоростях и силах резания необходимо применять инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали. Эти стали в отличие от других инструментальных сталей обладают красностойкостью, то есть способность сохранять твердость и износостойкость при нагреве инструмента до 620 °C. Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающих их красностойкость, являются вольфрам и молибден. Быстрорежущую сталь обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра — содержание вольфрама в процентах. Содержание углерода в этих сталях составляет 0,7–1 %.

В последние годы в деревообрабатывающей промышленности нашли широкое применение стали переходной группы — полутеплостойкие. Эти стали по сравнению с быстрорежущими содержат меньшее количество легирующих элементов. Они дешевле, допускают нагрев инструмента во время работы до 300–500 °C. Из быстрорежущей стали целесообразно изготавливать только режущий элемент в виде наварной пластины или вставного зуба, а корпус инструмента при этом делать из обычной стали. Наиболее распространенные марки полутеплостойких и быстрорежущих сталей, применяемых для изготовления инструмента, приведены в табл. 3.

Таблица 3.Назначение быстрорежущих сталей, применяемых в деревообработке

Следует иметь в виду, что все положительные свойства инструментальных легированных и быстрорежущих сталей проявляются в полной мере лишь при условии их правильной термообработки. Целью термической обработки сталей является изменение их структуры при нагреве до определенной температуры, а затем охлаждение с различной скоростью. Правильно проведенная термообработка придает инструментальной стали высокую твердость, прочность, износостойкость и достаточную вязкость.

Чтобы яснее представлять процесс термообработки, необходимо немного познакомиться с теорией термической обработки металлов и сплавов, а затем, применяя эту теорию на практике, изготавливать качественные резцы по дереву и другой важный для себя инструмент.

В металловедении сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами, причем содержание углерода может доходить до 2,14 %. Структура стали определяется в основном содержанием углерода и видом его соединения с железом. Само железо может существовать в двух модификациях: в форме α (альфа-железо) при температуре ниже 911 °C и в форме γ (гамма-железо) при нагреве от 911 до 1392 °C. Эти две формы различаются состояниями критической решетки.

Железо способно растворять углерод и легирующие элементы, образую твердые растворы.

Твердый раствор углерода в α-железе называют ферритом, а в γ-железе аустенитом. Феррит прочнее и тверже, но менее вязок, чем аустенит. Железо с углеродом образует химическое соединение — карбид железа, называемый цементитом. Он имеет высокую твердость и очень хрупок.

Пересыщенный твердый раствор углерода в γ-железе называют мартенситом. Эта структура образуется из аустенита при очень сильном охлаждении. Мартенсит является основной структурой закаленной стали, так как твердость ее может достигаться 60–65 HRC. Любое изменение состава сплава в зависимости от температуры и концентрации отображают графически — диаграммой состояния. Диаграммы состояния строятся экспериментально на основе данных, полученных в результате термического анализа исследуемых металлов и сплавов.

В термообработке сталей и сплавов, для определения температуры нагрева при закалке и отпуске, используют часть диаграммы железо-цементит (рис. 1).

Рис. 1.Содержание углерода. Диаграмма состояния железо-цементита для определения температуры нагрева сталей при ковке и термической обработке: