Как отпустить и закалить металл в домашних условиях


Как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками: накалить сверло и другое железо в масле

05Дек

Содержание статьи

  1. Введение
  2. Технологические нюансы: как правильно закаливать металл
  3. Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях
  4. Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях
  5. Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле
  6. Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса
  7. Изготовление горна
  8. Как самому накалить металл?
  9. Оборудование и особенности закалки

Процесс термической металлообработки кажется сложным. Но его можно провести даже дома, правда – с дополнительной подготовкой. Перед началом лучше почитать нашу статью о том, как правильно самому закалить деталь или сверло или вал в домашних условиях в масле.


Введение

Есть характеристика стали – наследственная и приобретенная зернистость. Размер зерна может быть меньше и больше, а также он меняется под воздействием высоких температур. Насколько быстро – зависит от количества примесей. Нельзя однозначно сказать, какая кристаллическая решетка, какие соединения лучше. В одних случаях от этого зависит прочность, в других пластичность. Этот показатель необходимо менять в зависимости от того, какая обработка предстоит. Если листовую сталь или профиль планируют подвергнуть резке, то следует провести процедуру, приводящую к укрупнению зерна. А если работа предстоит с высокоуглеродистой сталью, то лучше обрабатываются заготовки с мелкозернистой структурой.

Изменить зернистость достаточно трудно. При этом нужно учитывать наследственную склонность. Это не значит, что сплав в любом случае будет иметь крупные зерна, но при одинаковом нагреве двух брусков с различной наследственностью один быстрее другого произведет рост соединений. Поэтому фактор очень важен при подборе нагрева. Так не каждый как правильно закалять металл в домашних условиях можно только выборочно, следует знать химический состав.

Сплав имеет множество примесей. Среди них:

  • Феррит. Это основополагающий элемент, которого больше всего. Он несет основные свойства, остальные вещества только увеличивают или уменьшают их.
  • Перлит. Увеличивает твердость и прочность на растяжение и сжатие.
  • Цементит. Химическая формулы – железо с углеродом. И хоть элемент «С» увеличивает прочностные характеристики, если применять FeC чистым, то можно удивиться его хрупкости.
  • Графит. Высокоуглеродистые дамасские стали получаются при насыщении этой примесью в момент обработки методом ковки.
  • Аустенит. Формируется в момент очень высокого нагрева. При этом увеличивается пластичность, а также исчезают магнитные свойства.

Если углерода в составе от 0% до 2,18%, то мы имеет дело со сталью – низкоуглеродистой (до 0,8%) или углеродистой. А если его больше, чем 2,18%, то перед нами прочный чугун. Делаем вывод: характеристики зависят от двух причин:

  • количество примесей;
  • степень термальной обработки.

И если первое вы не сможете изменить самостоятельно, то второе – наверняка.


Технологические нюансы: как правильно закаливать металл

Сама процедура включает в себя три шага – нагрев, выдержку и остывание. Оттого, какой результат вы хотите получить и на каком материале работаете, выбирают различные параметры: предел, продолжительность, а также способы охлаждения. Приведем таблицу с несколькими марками стали:

МаркаТемпература в градусахСреда охлаждения
у9, у9а, у10, у10аот 770 до 800вода
85хф, х12от 800 до 840масло
хвтот 830 до 830
9хсот 860 до 870
хв5от 900 до 1000
9х5вфот 1000 до 1050
р9, р18от 1230 до 1300селитра

Есть две основные цели термообработки:

  • повышение прочности – это необходимо для ножей, топоров, сверл и других инструментов, которыми обрабатывают твердые поверхности;
  • увеличение пластичности изделия. Например перед тем, как ковать или гнуть – применяется скорее не в быту, а при небольшом частном деле.

При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.


При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.

Как правильно закаливать металл и железо, если нет специальной печи для обжига? Применять паяльную лампу или развести обычный костер – его температура и продолжительность горения достаточно велики для того, чтобы выполнить работу, не превышающую бытовых нужд.

Охлаждение можно проводить различными способами. Если срочно нужно сбить нагрев на одном участке изделия, то можно воспользоваться направленной струей холодной воды. Водное, а значит быстрое, остывание необходимо для легированных и углеродистых сталей. После нагрева следует взять элемент щипцами (если это небольшой нож, топор) и поместить в заранее подготовленную емкость с жидкостью. При отпуске следует охлаждать постепенно – сперва водой, а затем маслом.

И третий вариант – постепенное остывание на свежем воздухе. Тоже эффективный способ, когда нужно оставить небольшой эффект пластичности. Посмотрим видео по этой теме:



Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях

Это процесс нагрева с дальнейшим охлаждением для изменения свойств. Помещаем в печь обычный сплав, а достаем – закаленный, который менее восприимчив к внешним деформациям. Для чего это нужно? При первичной обработке, например при штамповке, резке или литье, внутри сплава появляются внутренние напряжения, которые очень негативно воздействуют на прочностные характеристики и увеличивают хрупкость. Есть четыре типа термообработки:

  • Отжиг. Необходим для образования феррита и перлита. Заключается в нагреве в печи до 680-740 градусов, когда уже пройдет порог рекристаллизации. В результате распадаются старые молекулярные связи и образуются новые. Затем следует некоторая выдержка при температурном режиме 400-500, в конце – остывание, медленное, вместе с нагревательным элементом и просто открытыми дверьми.
  • Нормализация – аналогичная процедуре для снятия внутреннего напряжения, но нагрев – выше, а охлаждение гораздо быстрее.
  • Закалка. Основной происходящий процесс – изменение зернистости, что приводит к нужным результатам. Остывание очень быстрое, часто в воде или масле.
  • Отпуск. Бывает в нескольких режимах. О нем поговорим отдельно.


Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно.

Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:

  • нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
  • мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
  • наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.


Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле

Для закалки углеродистых и легированных сталей, лучше всего использовать масляную жидкость. Причины следующие:

  • на поверхности заготовки не находится пузырьки;
  • поток стимулирует более активную теплоотдачу;
  • чтобы не менять тару, чтобы получить две ступени остывания.

Есть специальный аппарат – пирометр – он напоминает градусник, но измерения проводят без непосредственного контакта. Он дорогостоящий, поэтому для домашней работы покупать его не стоит. Посмотрим таблицу цветов, как по ней определять температуру:

Наименование цветаТемпература в градусах Цельсия
Ослепительно белый1250-1300
Светло-желтый1150-1250
Темно-желтый1050-1150
Оранжевый900-1050
Светло-красный830-900
Светло-вишнево-красный800-830
Вишнево-красный770-800
Темно-вишнево-красный730-770
Темно-красный650-730
Коричнево-красный580-650
Темно-коричневый530-580

Отпуск

Обработка требуется для того, чтобы убрать напряжения, образованные при первичной обработке. Различают три степени:

  • низкая — для ножей, медицинских инструментов, ножниц, лезвий;
  • средняя — для топоров, пил, дисков для распиловки дерева;
  • высокая — для деталей, необходимых в машиностроении.

Для определения побежалости также есть таблица цветов:

Наименование цветаТемпература в градусах Цельсия
Серый325
Светло-синий310
Ярко-синий295
Фиолетовый285
Пурпурно-красный275
Красно-коричневый265
Коричнево-желтый255
Соломенно-желтый240
Светло-желтый225
Светло-соломенный200

Выбор режима следует осуществлять согласно данным:

Вид отпускаТемпература в градусах ЦельсияФазовый составПрименение
Низкий120-250Мартенсит отпускаИзмерительные инструменты, штампы холодного деформирования
Средний350-500Троостит отпускаПружины, рессоры, штамповый инструмент горячего деформирования
Высокий500-650Сорбит отпускаВалы, кулачки, червячные механизмы, шестерни

Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса

Рекомендации для правильной закалки:

  • нагрев — медленный и постепенный;
  • образование темных пятен на поверхности говорит о быстром перегреве;
  • дождитесь насыщенного алого цвета;
  • режим отпуска должен соответствовать степени закала.

Последний совет можно выполнить, если ознакомиться с таблицей:

закалка в градусах цельсияотпуск
1200390
380
1100370
360
1050350
340
980330
320
930310
300
870290
810280
270
760260
250
700240
230
650220
210
600200
<200

Изготовление горна

Это оборудование можно купить или сделать самостоятельно. Это специальная печь, позволяющая достигать высоких температур. Посмотрим, можно ли ее сделать дома.

Инструкция по изготовлению простого горна

  • Купите шамотный кирпич, он устойчив к нагреву до 2500 градусов.
  • Внутри трубы – цилиндр диаметром около 10 см.
  • Снаружи кирпичная облицовка.
  • Для укрепления используйте стальные уголки.
  • Сверху цилиндра, посередине горна установите чугунный колосник.
  • К трубе снизу прикрепите вентилятор и заглушку, чтобы очищать золу.
  • Оборудуйте систему вентилями, чтобы можно было при необходимости прочистить ее.
  • Поставьте новое оборудование на ножки по росту мастера.


Как самому накалить металл

Инструкция по использованию печи:

  • Разведите огонь.
  • Подготовьте 2 емкости — с маслом и с водой.
  • Добавьте угли и включите поддув.
  • Положите деталь клещами, подождите 15-20 минут.
  • Положите заготовку в первую емкость, а затем в воду.

Возможность процедуры дома

Посмотрим на видео, как закалка произведена дома самостоятельно без дополнительного оборудования:

Изготовление камеры для закаливания

Название такой конструкции – муфельная печь. Она делается из огнеупорной глины, которую нужно заливать в любую форму, например, подготовленную из картона. Слой должен быть – 0,8-1 см. Нагревательный элемент – нихромовая спираль из проволоки. Посмотрим видео с подробной инструкцией:


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.

Как закалить металл в домашних условиях?

Многих интересует, как правильно закалить металл в домашних условиях и в каких случаях этот процесс требуется? Закалка изделий из этого материала проводится при необходимости увеличения его прочности. Например, для упрочнения кромок для резки кухонной утвари (нож, секатор) или инструментов (стамеска, стамеска и т. Д.). Кроме того, металл приобретает определенную пластичность, что облегчает обработку материала. Кузнецы знакомы с этим правилом.В статье будет рассказано, как закалить металл в домашних условиях.

Зачем нужна закалка?

Закалка металла способствует увеличению твердости изделия примерно в 4 раза. В этом случае предметом из этого материала легко можно разрезать стеклянную поверхность. Закалка требуется из-за недостаточной прочности объекта или наоборот. В первом случае металлические изделия будут заклинивать, а во втором - рассыпаться.

Проверка твердости металлического изделия

Для проверки степени твердости металлических изделий необходимо взять напильник и провести инструментом по краю разрезаемого предмета, например, топора или ножа.Если вы чувствуете, что пилка начинает прилипать или прилипать к металлу, то это говорит о том, что продукт недостаточно затвердел. При этом его край будет мягким и податливым.

Если инструмент легко удаляется от предмета и создается ощущение, что он его поглаживает, а рука не ощущает неровностей, то это означает, что металл слишком закален.

Возможна закалка металла в домашних условиях. В этом случае не следует прибегать к сложным технологиям. Процесс осуществляется вручную.

Следует помнить, что технологическому процессу не подлежат низкоуглеродистые стали. А вот добиться увеличения прочности изделий из углерода или инструментальных материалов реально.

Как происходит закалка?

Технология закалки включает два процесса - нагрев металлического изделия до высокой температуры и затем охлаждение.

Термическая обработка поверхности целесообразна в том случае, если:

  • есть необходимость придать металлу дополнительную прочность;
  • Повышение пластичности требуется, например, для последующей горячей штамповки.

Стоимость закалки металлического изделия на профессиональном уровне 200 руб. за 1 кг. Более дешевая обработка мелких деталей огнем. Стоимость услуги 20 руб.

Как закалить металл в домашних условиях? Стоит познакомиться с некоторыми нюансами этого дела.

Нагрев должен быть равномерным. На металле не должно быть черных или синих пятен. Не нагревайте продукт до экстремальных температур. О том, что процесс протекает правильно, свидетельствует появление ярко-красного цвета.

Какое оборудование используется для закалки?

Например, для закалки металла в домашних условиях используется дрель, электрическая или термическая печь, паяльная лампа или костер. Что подходит в конкретном случае, зависит от того, какой температурный индекс требуется для обрабатываемого материала.

Охлаждение разных инструментов

Правила охлаждения инструментов могут быть разными. Процесс можно проводить в один или несколько приемов.Все зависит от типа металла.

Как можно закалить металл не по всей поверхности, а только в определенном месте? В этом случае используется струйный тип закалки. Подразумевает направление струи холодной воды на точку объекта.

Если действие выполняется с одной охлаждающей жидкостью, то требуются специализированные приспособления в виде бочки или ведра. Для этого используется даже баня. Этот метод охлаждения подходит для изделий на основе углеродистой или легированной стали.

Если для снижения температуры продукта требуется двухступенчатая схема охлаждения, то используются разные среды.Этот процесс обеспечивает выпуск металла. Сначала сверла или диски охлаждаются водой, затем машинным или минеральным маслом. Охлаждение с его помощью - второй этап процесса, так как существует опасность возгорания под воздействием высокой температуры.

Использование воды для охлаждения

Основной жидкостью для охлаждения является вода. Если добавить в него немного соли или мыла, скорость охлаждения изменится. Поэтому емкость для закаливания нельзя использовать для мытья рук. Для поддержания такого же показателя твердости на металлической поверхности температуру жидкости следует поддерживать на уровне 20-30 ° C.Часто в танке менять не получится. Не охлаждайте продукт в проточной воде.

Обратной стороной закалки с помощью воды является появление на поверхности металла множества трещин. Таким образом, обработке должны подвергаться объекты простой формы или склеенные предметы.

Что используется для упрочнения деталей сложной формы?

Как закалить сложный металл? Для легированной стали применяют пятидесятипроцентный раствор каустической соли в холодном виде или нагревают до 50-60 ° С. Детали, нагретые в соляной ванне и прошедшие через нее, закаливают, выходят блестящие.Не допускать, чтобы температура раствора была выше 60 ° С.

Пары, образующиеся при застывании, вредны для здоровья, поэтому баню обязательно нужно оборудовать вытяжкой.

Как закаляется легированная сталь?

Как закалить металл? В домашних условиях легированная сталь подвергается обработке в ванне с минеральным маслом. Таким же образом закаливают тонкие изделия из углеродистой стали. Преимущество масляных ванн в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла.Он будет течь одинаково быстро с любым из его индикаторов.

Как правильно закалить металл в масле? В такую ​​ванну не должно попадать вода, так как это может спровоцировать появление на поверхности металлического предмета трещин. Отмечено, что если масло нагреть до температуры 100 ° C, попадание воды не вызовет растрескивания продукта.

Недостатки масляной ванны

  • При закалке выделяются токсичные газы.
  • На объекте образуется налет.
  • Масло может загореться.
  • Качество закалки в масляной ванне постепенно снижается.

Как выпускается металл?

Все закаленные детали закалены. Это снимает внутреннее напряжение. В результате этого процесса снижается твердость и повышается пластичность материала.

Как выпустить закаленный металл? В зависимости от заданной температуры процесс осуществляется:

  • в ваннах с маслом;
  • в ваннах с нитратом;
  • в духовках с циркуляцией воздуха;
  • в щелочных ваннах.

От чего зависит температура отпуска?

Как правильно ослабить закаленный металл, что нужно учитывать? Важным фактором является температура отпуска. Это зависит от марки стали и необходимого индекса твердости продукта. Например, изделие, требующее HRC 59 - 60, закаляется при температуре 150 - 200 ° C. При этом внутреннее напряжение уменьшается, а твердость практически не изменяется.

Быстрорежущая сталь опускается при температуре 540 - 580 ° С.Этот процесс называется вторичным отверждением. Его результат - повышение твердости продукта.

Металл закален под цвет потускнения. Греется на электричке

.

Работать твердо - тяжелая работа! Узнайте, как сделать металлы крепче

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.
Области науки Материаловедение
Сложность
Требуемое время Long (2-4 недели)
Предварительные требования Нет
Наличие материалов Требуются специальные предметы.Вам понадобятся листы алюминия и меди. См. Дополнительную информацию в разделе «Материалы и оборудование».
Стоимость Низкая (20–50 долларов)
Безопасность Возможны легкие травмы. Соблюдайте осторожность при использовании молотка и при работе с металлическими листами с острыми краями. Рекомендуется наблюдение взрослых.

Абстрактные

Легко забыть, что металлы есть везде и почти во всем.Они являются частью нашей жизни во многих отношениях, поэтому мы их почти не замечаем. Но просто остановись и подумай об этом. Мы используем металлические ложки, чтобы есть и готовить пищу. Автомобили, мотоциклы и самолеты состоят из металлов. Металлы есть в нашей мебели и являются частью ваших школьных принадлежностей. У некоторых людей даже во рту присутствует металл в зубных работах. Очевидно, что их сила и зависимость очень важны. Но что такое металлы? В этом проекте научной ярмарки вы не только узнаете, что такое металл, но и узнаете, как сделать металлы прочнее!

Объектив

Для демонстрации различий в механическом упрочнении двух разных металлов.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Планируете ли вы сделать проект от Science Buddies?

Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.

Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» на каждом проекте на сайте Science Buddies, так что не забудьте поделиться своей историей!

Кредиты

Мишель Марановски, доктор наук, приятели науки

Цитируйте эту страницу

Здесь представлена ​​общая информация о цитировании.Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и обновите цитату по мере необходимости.

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies. «Тяжелая работа - работать твердо! Узнайте, как сделать металлы прочнее». Друзья науки , 23 июня 2020, https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MatlSci_p038/materials-science/working-metals-stronger. Доступ 30 октября 2020 г.

APA Style

Сотрудники Science Buddies.(2020, 23 июня). Работать твердо - тяжелая работа! Узнайте, как сделать металлы сильнее. Извлекаются из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MatlSci_p038/materials-science/working-metals-stronger

Дата последнего редактирования: 2020-06-23

Введение

Металлы - часть нашей повседневной жизни. Некоторые металлы прочные и легкие, и их можно использовать для строительства зданий, а другие проводят тепло и электричество.Металлы можно даже сделать очень чистыми, чтобы они могли служить частью искусственного коленного сустава или кардиостимулятора.

Земная кора в основном состоит из кислорода и кремния (74,4%). Но алюминий и железо составляют 8,1% и 5% соответственно. Остальные 12,6 процента приходятся на другие элементов. Неизвестно, когда люди начали работать с металлами, но в какой-то момент Несколько тысячелетий назад человек выяснил, что нагревание определенных пород, называемых рудой , дает материал, которым легко манипулировать и превращаются во всевозможные полезные инструменты и орудия - металл.Золото, самый ковкий () и ковкий () металл, ценилось за его блеск и легкость формования. Из него делали украшения для украшения людей и домов. Ранние люди использовали несколько типов металлов для своих инструментов. и украшения, включая медь, железо, олово, свинец, серебро и золото.

Но что такое металл? Чистый металл - это элемент, состоящий из одного атома типа . Атомы выстраиваются в регулярную структуру, которая повторяется много раз, что называется структурой кристалла .Атомы в кристаллической структуре соединены металлической связью. Металлическое соединение - это то, что позволяет металлам быть отличными температурными и электрическими проводниками , а также иметь высокую пластичность и пластичность. Если провести диагональную линию между бором и полонием в периодической таблице элементов, в нижнем левом углу этой линии будут металлы.

Есть много способов описать свойства металлов. Например, твердость металла описывает способность металла сопротивляться постоянной деформации, а твердость металла описывает способность металла поглощать внезапный удар.Молотки - хороший пример того, как простой инструмент на самом деле не так уж прост. Молоты должны быть твердыми и , чтобы работать хорошо. Часть молотка, которая попадает в гвоздь, должна быть твердой, но за ударной поверхностью молоток должен быть твердым. Если он не жесткий, молоток может сломаться и травмировать пользователя. Металл в молотке необходимо обработать правильно, чтобы убедиться в его работоспособности. Древние японские мастера-самураи использовали твердую и прочную сталь, чтобы создать одно из самых смертоносных боевых орудий в мире.Внешняя оболочка меча - твердая сталь. Кромку из твердой стали можно сделать очень острой; однако он хрупкий, , поэтому вы не захотите делать целый меч из такого металла, потому что он может сломаться во время боя. Сердечник меча сделан из прочной стали, которая может поглощать удары, не ломаясь. Поэтому, когда самурай наносил удар своим мечом, внешняя сталь делала разрез, а сердцевина выдерживала удар от удара. Самурайские мечи были настолько острыми и сильными, что их оценивали по количеству человеческих тел, которые они могли разрезать за один раз!

Рисунок 1. Это пример катаны, самурайского меча. (Википедия, 2008 г.)

Металлы можно комбинировать для получения более прочных металлов. Это называется легированием . Бронза - это сплав меди и олова, латунь - это сплав меди и цинка, а нержавеющая сталь - это сплав углерода, железа и хрома. Сплав обычно каким-то образом улучшает свой исходный материал.

Помимо их комбинирования, есть еще один метод повышения прочности металлов - создание дислокаций внутри металла.Дислокация - это дефект или дефект кристаллической структуры металла. Эти дислокации могут быть вызваны деформацией или изгибом металлов. Определенное количество дислокаций в металле может облегчить перемещение атомов металла по кристаллической структуре, делая металл более прочным. Однако, когда количество дислокаций становится слишком большим, а дислокации расположены слишком близко друг к другу, сопротивление металла движению постепенно увеличивается. Это называется наклепом . За пределами определенной точки металл теряет пластичность и может сломаться.Работа кузнецов мечей или кузнецов заключается в том, чтобы знать, когда металл достигает своего пика и пригоден ли он для обработки.

В этом научном проекте вы будете исследовать наклеп для двух разных металлов: меди и алюминия. Есть ли разница во времени, необходимом для упрочнения этих металлов?

Термины и понятия

  • Элемент
  • Руда
  • Ковкость
  • Пластичность
  • Атом
  • Кристалл
  • Металлическая связка
  • Проводник
  • Твердость
  • Прочность
  • Хрупкий
  • Сплав
  • Вывих
  • Деформационное упрочнение
  • Отжиг

Вопросы

  • Какие примеры металлов и неметаллов? Каково их положение в периодической таблице?
  • Какие термины используются для описания свойств металлов?
  • Для чего нужно закалить металл?
  • Что такое вывих? Что делает дислокация в металле?

Библиография

На следующем веб-сайте обсуждаются металлы и их важность для изготовления самурайского меча.Там также есть быстрая демонстрация металлов.

Этот сайт является хорошим справочником о металлах:

Если вы хотите узнать, как кузнецы изготавливают молотки, посетите этот сайт:

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютерный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи. Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Материалы и оборудование

  • Медный лист, 4 дюйма на 4 дюйма.Вы можете приобрести пробную упаковку медных листов различной толщины в Amazon.com.
  • Алюминиевый лист, 4 дюйма на 4 дюйма. Вы можете приобрести образец упаковки алюминиевых листов различной толщины на Amazon.com.
  • Ножницы по металлу для резки образцов; в хозяйственных магазинах
  • Перманентный маркер
  • Молот
  • Чистая поверхность, выдерживающая удары молотком
  • Блокнот лабораторный

Заявление об отказе от ответственности: Science Buddies участвует в партнерских программах с Инструменты для дома, Amazon.ком Каролина Биологический и Jameco Electronics. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, общественной благотворительной организации 501 (c) (3), и делаем наши ресурсы бесплатными для всех. Наш главный приоритет - обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов по рекомендациям на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам на [email protected]

Методика эксперимента

  1. С помощью ножниц по металлу разрежьте тончайшие медный и алюминиевый лист на четыре полоски равного размера каждая.Когда вы закончите резать, у вас должно быть четыре полоски меди и четыре полоски алюминия. Используя перманентный маркер, пометьте каждую полоску номером, чтобы вы могли отслеживать каждую полоску. На упаковочном листе, поставляемом с упаковками образцов, указана толщина каждого образца. Запишите номер, присвоенный каждой полоске, и ее толщину в лабораторной тетради. Осторожно: Соблюдайте осторожность при обращении с металлическими полосами. Они острые и могут вызвать болезненные порезы.
  2. Составьте таблицы данных в своем лабораторном блокноте, подобные тем, которые показаны ниже.Используйте таблицы для записи ваших данных.
  3. Возьмите две медные полоски. Вы будете экспериментировать с одной полосой и использовать другую полосу для сравнения (или контроля). Отметьте элемент управления буквой «C» в дополнение к номеру, который на нем уже есть.
  4. Положите одну полосу на стол. Ударьте молотком по середине полосы два раза. Поднимите полоску и осторожно надавите на ту сторону, которая не была забита. Полоска жесткая по сравнению с контрольной? Положите ту же полоску и ударьте по ней еще два раза молотком в том же месте, что и раньше.Возьмите полоску и проверьте, не стала ли медная полоска еще более жесткой. Сравните это с контрольной полосой. Запишите свои данные в лабораторную записную книжку. Повторяйте этот шаг, пока медная полоска не начнет затвердевать. Сколько ударов молотком потребовалось? Как выглядит закаленная медь? Он блестящий или тусклый?
  5. Повторите шаги 3 и 4 с двумя другими медными полосками. Всегда держите контрольную полосу в стороне, чтобы вы могли сравнить обработанный металл и контрольную деталь.
  6. Повторите шаги 3-5 с алюминиевыми полосками. Запишите свои данные в лабораторный блокнот. Есть ли разница в том, когда алюминиевая полоса начала затвердевать по сравнению с медной полосой?
  7. Нанесите данные на диаграмму рассеяния. Обозначьте ось X Metals и ось Y «Наименьшее количество ударов для придания жесткости». Чтобы узнать больше о диаграммах рассеяния или построить графики в Интернете, посетите следующий веб-сайт: Создайте график.
0004
Медная полоса 1 Алюминиевая полоса 1
Удары Она застыла? Наблюдения Удары Он застыл? Наблюдения
2 2
4 4 000 0004
8 8
10 10

.

Если вам нравится этот проект, возможно, вам понравятся следующие родственные профессии:

Ученый и инженер-материаловед

Что позволяет создавать высокотехнологичные объекты, такие как компьютеры и спортивное снаряжение? Это материалов, внутри этих продуктов.Материаловеды и инженеры разрабатывают материалы, такие как металлы, керамика, полимеры и композиты, которые нужны другим инженерам для их проектов. Материаловеды и инженеры мыслят атомарно (то есть они понимают вещи на наномасштабном уровне), но они проектируют микроскопически (на уровне микроскопа), а их материалы используются макроскопически (на уровне, который может видеть глаз ). От теплозащитных экранов в космосе, протезов конечностей, полупроводников и солнцезащитных кремов до сноубордов, гоночных автомобилей, жестких дисков и форм для выпечки - материаловеды и инженеры создают материалы, которые делают жизнь лучше.Прочитайте больше

Химик

Все в окружающей среде, будь то естественное происхождение или созданное человеком, состоит из химикатов. Химики ищут и используют новые знания о химических веществах для разработки новых процессов или продуктов. Прочитайте больше

Сварщик

Что общего у гоночных автомобилей, мостов, лодок, компьютеров, велосипедов и сотовых телефонов? Все они требуют сварки или использования инструментов для прочного соединения металлических частей.Навыки сварщиков необходимы для сборки многих предметов, с которыми вы сталкиваетесь и используете каждый день. Карьера сварщика может привести вас в гараж на знаменитые автомобильные гонки, на вершины самых высоких зданий или даже на дно океана! Прочитайте больше

Варианты

  • Влияет ли толщина материала на процесс твердения? Попробуйте повторить эксперимент с разной толщиной медных и алюминиевых листов.
  • Попробуйте согнуть медную трубу. Когда сгибаться становится слишком сложно? Вы также можете использовать паяльную лампу, чтобы уменьшить количество вывихов в трубе. Это называется отжиг . Дайте трубе остыть и посмотрите, как отжиг влияет на изгиб трубы. Для этого варианта рекомендуется присмотр взрослых и соответствующее защитное снаряжение.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Спросите эксперта

Форум «Задайте вопрос эксперту» предназначен для того, чтобы студенты могли найти ответы на научные вопросы, которые они не смогли найти с помощью других ресурсов. Если у вас есть конкретные вопросы о вашем проекте или научной ярмарке, наша команда ученых-добровольцев может вам помочь. Наши специалисты не будут выполнять эту работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Спросите эксперта

Ссылки по теме

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютерный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи.Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Ищете больше научных развлечений?

Попробуйте одно из наших научных занятий для быстрых научных исследований в любое время. Идеально, чтобы оживить дождливый день, школьные каникулы или момент скуки.

Найдите занятие

Видео о нашей науке

5 научных экспериментов, которые можно провести с помощью Peeps

Пакет DIY Glitter Surprise с простой схемой

Сделайте слякоть! Вкусный STEM Project

Спасибо за ваш отзыв!

.

Как работать Закалка ювелирной проволоки

Зачем нужна закаленная проволока? Методы деформационного упрочнения позволяют нам сознательно изменять состояние проволоки, с которой мы хотим работать, и заставлять ее становиться более прочной. Другими словами, мы будем работать в напряженном состоянии, чтобы дать силу мягкого металла, чтобы помочь ему держать свою форму. Мы также можем использовать его для придания упругости, например, для серьги-кольца или застежки с защелкой.

В данной статье рассматриваются методы упрочнения ювелирной проволоки, не вдаваясь в подробности «что» и «почему» упрочнения.Если вам нужна дополнительная информация о том, что такое рабочее упрочнение и как оно работает, прочтите Что такое рабочее упрочнение ?.

Однако, как правило, ювелирная проволока бывает разных уровней твердости, и для разных конструкций и применений требуются проволоки разной твердости, чтобы готовая деталь могла выдержать износ. Дополнительные сведения о твердости проволоки см. В разделе «Объяснение твердости проволоки».

Допустим, вам нужна полутвердая проволока для конкретного проекта (например, для изготовления ушных шв), и у вас есть только мертвый мягкий провод.Хотя лучше начать с правильного типа проволоки и меньше работы для вас, в крайнем случае вы можете просто немного укрепить часть проволоки, которая у вас уже есть, прежде чем начать. Кроме того, если вы все же начинаете с полутвердой проволоки, но все еще не чувствуете, что готовая деталь достаточно прочная, в некоторых случаях (например, швензы или серьги-кольца) вы можете еще больше укрепить проволоку, чтобы добавить больше прочности. . Вот несколько способов сделать это:

1.) Используйте плоскогубцы с нейлоновыми губками, чтобы вытянуть провод прямо.Постарайтесь протянуть ее от одного конца до другого, чтобы проволока по всей длине проходила равномерно. Повторите несколько раз, проверяя жесткость проволоки по ходу движения. Этот метод хорошо работает с тонкой проволокой (28 г, 26 г, 24 г), но не особенно с толстой (20 г, 18 г и т. Д.).

Эти плоскогубцы ОТЛИЧНЫ для исправления перегибов!

Плоскогубцы с нейлоновыми губками от Eurotool

2.) Несколько раз протяните провод через полировальную ткань.Это работает так же, как плоскогубцы с нейлоновыми губками, но немного менее эффективно: вам придется больше работать с полировальной тканью, поскольку ваши пальцы не так сильны, как плоскогубцы. Повторите несколько раз, проверяя жесткость проволоки по ходу движения.

3.) Скрутите провод. * Этот метод рекомендуется для круглой проволоки - проволока других форм покажет скручивание.

Используйте плоскогубцы на каждом конце провода и скручивайте его в противоположных направлениях, сохраняя при этом прямой и натянутый провод.Это лучше всего подходит для более коротких проводов.

Вы также можете вставить один конец провода в тиски и сделать на другом конце петлю, которую можно будет захватывать плоскогубцами. Затем просто поверните тиски в одном направлении, удерживая плоскогубцы. Для более длинных кусков проволоки попросите друга помочь или используйте стационарные тиски, чтобы удерживать один конец проволоки, когда вы скручиваете другой.

ВНИМАНИЕ : Обязательно регулярно проверяйте твердость проволоки. Если скрутить слишком сильно, проволока порвется! (По этой причине всегда следует носить защитные очки при скручивании проволоки )

Есть другие способы обработки закаленного металла после того, как вы выполнили работу , хотя и не во всех случаях, поэтому постарайтесь как можно больше планировать заранее.Эти методы отлично подходят для таких предметов, как швензы, серьги-кольца и другие предметы, например проволочные каркасы и застежки ручной работы. (Забивание молотком не рекомендуется для трехмерных работ, кроме кольцевых лент):

4.) Ударьте по форме проволоки молотком из сыромятной кожи (или резиновым молотком) по верхней части резиновой скамейки или металлическим ювелирным молотком по стальной скамейке. ( У этого блока скамейки одна сторона резина, а другая - сталь ). Для колец используйте молоток из сыромятной кожи / резины или ювелирный молоток, когда кольцо находится на стальной оправке.

Использование сыромятной кожи или резины не изменит форму металла и не повредит поверхность, но сожмет эти молекулы и хорошо упрочнит металл. Использование металлического молотка ИЗМЕНИТ форму металла - он сгладит его, а также может добавить текстуру на поверхность, в зависимости от вашего молотка.

ПРИМЕЧАНИЕ : Вы также можете использовать эти методы для упрочнения отрезка проволоки ПЕРЕД тем, как придать ей форму.

Ювелирный молоток из необработанной кожи // Ювелирный молоток // Двусторонний каучук + стальной блок

5.) Переверните готовую деталь в роторном тумблере (каменном тумблере) стальной дробью. Этот метод отлично подходит для закалки сразу нескольких деталей - например, двадцати пар швенз или тонны застежек ручной работы. ПОЖАЛУЙСТА, прочтите о том, как переворачиваться предметы с бусинами и камнями - многие камни будут повреждены в процессе переворачивания. Если сомневаетесь, не делайте этого!

Роторный стакан // Галтовочная смесь из стальной дроби

• Как видите, существует множество способов упрочнения металлической или ювелирной проволоки до и после проекта.

К сожалению, бывают случаи, когда довольно сложно обработать деталь после ее завершения. Например, если вам нужно было создать замысловато обмотанный проволокой или сплетенный из проволоки кулон с камнем, использование любого из вышеперечисленных методов действительно было бы очень сложной задачей.

Я предлагаю как можно больше работать с упорством ДО того, как вы начнете или в любой момент процесса, где вы можете. В этом случае это может означать создание каркаса арматуры из проволоки и ее упрочнение перед обмоткой ее более тонкой проволокой и добавлением камня.Арматуре нужна сила, чтобы удерживать форму подвески, но более тонкая проволока - ваша оборачивающая проволока - может оставаться мертвенно мягкой до тех пор, пока ей не нужно самостоятельно удерживать какое-либо напряжение или форму.

• Методы и свойства металла, описанные выше, применимы к цветным металлам, таким как серебро, золото, латунь и медь. Другие металлы могут вести себя иначе, поэтому вы захотите изучить свой конкретный материал, прежде чем работать с ним. Например, мой опыт работы с алюминиевой проволокой показывает, что она становится хрупкой и ломается быстрее, вместо того, чтобы затвердевать и становиться прочнее, как другие металлы, которые я только что упомянул.Вместо того, чтобы пытаться работать с твердой алюминиевой проволокой, вероятно, лучше начать с более толстого калибра, обеспечивающего необходимую прочность.

Здесь вы можете прочитать о различных материалах ювелирной проволоки и их различных свойствах.

Если вы новичок в изготовлении ювелирных изделий из проволоки, то остальная часть этой серии «Все о ювелирных изделиях из проволоки» будет очень полезна!

Часть 1: Калибр проволоки
Часть 2: Твердость проволоки
Часть 3: Формы ювелирной проволоки
Часть 4: Материалы ювелирной проволоки
Часть 5: Какой калибр проволоки для чего?
Часть 6: Что такое деформационное упрочнение?
Часть 7: (вы здесь)

Большое спасибо за чтение! У вас есть вопросы? Я что-то упустил? Пожалуйста, оставьте комментарий ниже!

Связанные

.

Глава 10: Почему сталь твердеет

Глава 10

Успех - это просто удача. Спросите у любого провала.
- Эрл Уилсон

Введение

Закалка и смягчение металлов с помощью тепла имеет важное значение для изготовления инструментов и изделий современного мира, от кухонных ножей до лезвий реактивных двигателей. Поскольку сталь является наиболее распространенным термически обрабатываемым материалом, а также наиболее часто используемым металлом в механическом цехе, в этой главе основное внимание уделяется стали.

Металлургия и термическая обработка - сложная тема.Металлурги, физики и специалисты по термообработке часто тратят на его изучение всю жизнь, поэтому невозможно полностью охватить эту тему в этой главе. Для критически важных или сложных приложений необходимы профессиональное руководство и оборудование. Однако есть несколько важных задач по термообработке, которые можно выполнить в механическом цехе с ограниченным оборудованием, и мы рассмотрим эти задачи.

В этой главе рассматривается кристаллическая структура металлов и объясняется, почему сталь можно закалить с помощью тепла.В нем рассматриваются практические аспекты нагрева, закалки, отпуска и отжига стали. Объясняется оборудование, необходимое для выполнения этих процессов, их преимущества и ограничения, а также общие проблемы термообработки и способы их решения. Подробно описаны несколько типов инструментальных сталей, которые машинист может легко подвергнуть термической обработке. Кроме того, обсуждаются способы использования и различия между буровыми штангами, заготовками для сверл и комплектом расширителей, а также их распространенные сплавы.

Есть и другие способы применения тепла в цехе: отжиг закаленной меди и латуни, размягчение металлов для их гибки, пайка и пайка, а также расширение деталей перед их надеванием на другие детали.Эти операции легко выполняются и предлагают оператору практические решения и альтернативы.

Есть также объяснение усталости металла и шаги, чтобы избежать этого.

Раздел I. Металлы из железа

Инженерные материалы

Элемент железо составляет почти несколько процентов от содержания металлов на основе железа. Эти металлы имеют очень разные свойства в зависимости от содержания в них углерода. В Таблице 10–1 перечислены металлы на основе железа, их содержание углерода, характеристики и области применения.

Материал

Процент углерода

Характеристики и применение

Кованое железо

<0,008

Очень мягкий материал.

Низкоуглеродистая
Сталь

<0,30

Также называется мягкая сталь или машина сталь .Не содержит достаточно углерода для закалки, но может быть закален. Используется для деталей, которые не требуют закалки, таких как гайки, болты, шайбы, листовая сталь и валы. Также используется в конструкционной стали и станинах станков.

Среднеуглеродистая сталь

0,30–0,60

Может закаливаться. Используется там, где требуется более высокая прочность на разрыв, чем у низкоуглеродистой стали. Используется для инструментов, таких как молотки, гаечные ключи и отвертки, которые выкованы методом прямой ковки, а затем закалены.

Высокоуглеродистая сталь

0,60–1,7

Может закаливаться. Также известна как инструментальная сталь . Используется для режущих инструментов, пуансонов, метчиков, матриц, разверток и сверл.

Быстрорежущая
Сталь
(HSS M2)

0,85–1,5

Закаливаемый. Используется для токарных и фрезерных станков, режущих инструментов и сверл. Сохраняет твердость и режущую кромку при красном нагреве.Это наименее затратный член семейства HSS. См. Таблицу 10-2 для получения подробной информации о легирующих элементах всех сплавов HSS.

Чугун

> 2,1

Не подлежит отверждению, но доступен в нескольких формах с разными свойствами.

Таблица 10–1. Содержание углерода в основных железосодержащих металлах.

Стальной сплав HSS

Процент

Углерод

Хром

Вольфрам

Молибден

Ванадий

Кобальт

M2

0.85

4,00

6,00

5,00

2,00

M42

1,10

3,75

1,50

9,50

1,15

8,00

Т1

0.75

4,00

18,00

1,00

T15

1,50

4,00

12,00

5,00

5,00

Таблица 10–2. Основные легирующие элементы быстрорежущих сталей.

Раздел II - Почему сталь твердеет

Структура металлов

В чем разница между структурой металлов в расплавленном и твердом состоянии?

Металлы в горячем жидком состоянии не имеют особой структуры. Среди их атомов нет упорядоченной, определенной или регулярной организации. Однако при более низких температурах атомы имеют меньше энергии, двигаются медленнее, и атомные силы стремятся организовать их в определенные структуры или узоры, называемые кристаллами .Все металлы и сплавы представляют собой твердые кристаллические вещества. На рис. 10–1 показаны три наиболее распространенные кристаллические структуры металлов и сплавов.

Рисунок 10–1. Три наиболее распространенных кристаллических структуры в металлах и сплавах.

Поведение чистого железа

Какое поведение проявляет чистое железо, когда его температура постепенно повышается от комнатной до того, как оно станет жидкостью?

Железо меняет свою кристаллическую структуру при повышении температуры, оставаясь твердым:

От комнатной температуры до 910 ° C (1670 ° F) он является объемно-центрированным кубическим.

От 1670 ° F (910 ° C) до 2535 ° F (1390 ° C) он имеет гранецентрированную кубическую форму.

От 2535 ° F до точки плавления 2800 ° F (1538 ° C) он снова является объемно-центрированным кубическим.

Что делает эти изменения важными для нас?

Эти изменения между различными кристаллическими структурами для чистого железа сами по себе не особенно важны. Однако если мы добавим к железу всего один процент углерода по весу, мы получим железоуглеродистый сплав, называемый сталью. Из-за изменений кристаллической структуры железа при разных температурах формируется совершенно новая серия микроструктур.Эти микроструктуры не только радикально отличаются по физическим свойствам от чистого железа и друг от друга, но и могут быть изменены циклами нагрева и охлаждения.

Диаграмма железо-углерод

Что это за новые структуры железо-углерод и когда они образуются?

Лучший способ визуализировать взаимодействие этих двух элементов и результирующие микроструктуры, которые они образуют, - это изучить диаграмму железо-углерод . На этой диаграмме показаны микроструктуры, которые существуют для небольшого процента углерода в железе при различных температурах, рис. 10–2.

Глядя на эту диаграмму, мы видим, что:

  • Сталь существует для железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода от 0,2 до 2 процентов.
  • Смеси железо-углерод с содержанием углерода более 2 процентов называются чугун .
  • Прежде, чем сплав железа с углеродом станет жидкостью, существует шесть различных микроструктур, представленных областями на диаграмме:

- Перлит и феррит

- Весь перлит

- Перлит и цементит

- Аустенит и феррит

- весь аустенит

- Аустенит и цементит

  • В областях, показывающих две микроструктуры одновременно, структура меняется от одной микроструктуры к их смеси и ко всем другим компонентам, когда мы перемещаемся вдоль нижней оси, которая представляет содержание углерода.Например, в области «перлит и феррит» диаграммы (внизу слева) структура переходит от всего феррита с 0,2% углерода к смеси феррита и перлита и ко всему перлиту с 2% углерода. Это означает, что в областях двух микроструктур и микроструктура, и ее свойства изменяются с изменением содержания углерода.
  • Аустенит существует только при температуре 1333ºF (723ºC) или выше и может содержать до 2 процентов углерода.

Рисунок 10–2.Диаграмма железо-углерод.

.

Смотрите также