Как закалить заготовку из металла


Как закалить металл в домашних условиях: видео, способы

Если знать, как закалить металл правильно, то даже в домашних условиях можно повысить твердость изделий из него в два-три раза. Причины, по которым возникает необходимость в этом, могут быть самыми разными. Такая технологическая операция, в частности, требуется в том случае, если металлу надо придать твердость, достаточную для того, чтобы он мог резать стекло.

Закалка металла в домашних условиях

Чаще всего закалить надо режущий инструмент, причем выполняется термическая обработка не только в том случае, если надо увеличить его твердость, но также и тогда, когда данную характеристику требуется уменьшить. Когда твердость инструмента слишком мала, его режущая часть будет заминаться в процессе эксплуатации, если же она высока, то металл будет крошиться под воздействием механических нагрузок.

Немногие знают, что существует простой способ, позволяющий проверить, насколько хорошо закален инструмент из стали, не только в производственных или домашних условиях, но и в магазине, при покупке. Для того чтобы выполнить такую проверку, вам потребуется обычный напильник. Им проводят по режущей части приобретаемого инструмента. Если тот закалили плохо, то напильник будет как будто прилипать к его рабочей части, а в противоположном случае – легко отходить от тестируемого инструмента, при этом рука, в которой находится напильник, не будет чувствовать на поверхности изделия никаких неровностей.

Зависимость твердости стали от режима термобоработки

Если все же так вышло, что в вашем распоряжении оказался инструмент, качество закалки которого вас не устраивает, переживать по этому поводу не стоит. Решается такая проблема достаточно легко: закалить металл можно даже в домашних условиях, не используя для этого сложного оборудования и специальных приспособлений. Однако следует знать, что закалке не поддаются малоуглеродистые стали. В то же время твердость углеродистых и инструментальных стальных сплавов достаточно просто повысить даже в домашних условиях.

Технологические нюансы закалки

Закалка, которая является одним из типов термической обработки металлов, выполняется в два этапа. Сначала металл нагревают до высокой температуры, а затем охлаждают. Различные металлы и даже стали, относящиеся к разным категориям, отличаются друг от друга своей структурой, поэтому режимы выполнения термической обработки у них не совпадают.

Режимы термообработки некоторых цветных сплавов

Термическая обработка металла (закалка, отпуск и др.) может потребоваться для:

  • его упрочнения и повышения твердости;
  • улучшения его пластичности, что необходимо при обработке методом пластической деформации.
Закаливают сталь многие специализированные компании, но стоимость этих услуг достаточно высока и зависит от веса детали, которую требуется подвергнуть термической обработке. Именно поэтому целесообразно заняться этим самостоятельно, тем более что сделать это можно даже в домашних условиях.

Если вы решили закалить металл своими силами, очень важно правильно осуществлять такую процедуру, как нагрев. Этот процесс не должен сопровождаться появлением на поверхности изделия черных или синих пятен. О том, что нагрев происходит правильно, свидетельствует ярко-красный цвет металла. Хорошо демонстрирует данный процесс видео, которое поможет вам получить представление о том, до какой степени нагревать металл, подвергаемый термической обработке.

В качестве источника тепла для нагрева до требуемой температуры металлического изделия, которое требуется закалить, можно использовать:

  • специальную печь, работающую на электричестве;
  • паяльную лампу;
  • открытый костер, который можно развести во дворе своего дома или на даче.

Закалка ножа на открытых углях

Выбор источника тепла зависит от того, до какой температуры надо нагреть металл, подвергаемый термической обработке.

Выбор метода охлаждения зависит не только от материала, но также от того, каких результатов нужно добиться. Если, например, закалить надо не все изделие, а только его отдельный участок, то охлаждение также осуществляется точечно, для чего может использоваться струя холодной воды.

Технологическая схема, по которой закаливают металл, может предусматривать мгновенное, постепенное или многоступенчатое охлаждение.

Быстрое охлаждение, для которого используется охладитель одного типа, оптимально подходит для того, чтобы закаливать стали, относящиеся к категории углеродистых или легированных. Для выполнения такого охлаждения нужна одна емкость, в качестве которой может использоваться ведро, бочка или даже обычная ванна (все зависит от габаритов обрабатываемого предмета).

Охлаждение заготовки ножа в масле

В том случае, если закалить надо стали других категорий или если кроме закалки требуется выполнить отпуск, применяется двухступенчатая схема охлаждения. При такой схеме нагретое до требуемой температуры изделие сначала охлаждают водой, а затем помещают в минеральное или синтетическое масло, в котором и происходит дальнейшее охлаждение. Ни в коем случае нельзя использовать сразу масляную охлаждающую среду, так как масло может воспламениться.

Для того чтобы правильно подобрать режимы закалки различных марок сталей, следует ориентироваться на специальные таблицы.

Режимы термообработки быстрорежущих сталей

Режимы термической обработки легированных инструментальных сталей

Режимы термической обработки углеродистых инструментальных сталей

Как закалить сталь на открытом огне

Как уже говорилось выше, закалить сталь можно и в домашних условиях, используя для нагрева открытый костер. Начинать такой процесс, естественно, следует с разведения костра, в котором должно образоваться много раскаленных углей. Вам также потребуются две емкости. В одну из них надо налить минеральное или синтетическое масло, а в другую – обычную холодную воду.

Для того чтобы извлекать раскаленное железо из костра, вам понадобятся кузнечные клещи, которые можно заменить любым другим инструментом подобного назначения. После того как все подготовительные работы выполнены, а в костре образовалось достаточное количество раскаленных углей, на них можно уложить предметы, которые требуется закалить.

По цвету образовавшихся углей можно судить о температуре их нагрева. Так, более раскаленными являются угли, поверхность которых имеет ярко-белый цвет. Важно следить и за цветом пламени костра, который свидетельствует о температурном режиме в его внутренней части. Лучше всего, если пламя костра будет окрашено в малиновый, а не белый цвет. В последнем случае, свидетельствующем о слишком высокой температуре пламени, есть риск не только перегреть, но даже сжечь металл, который надо закалить.

Цвета каления стали

За цветом нагреваемого металла также необходимо внимательно следить. В частности, нельзя допустить, чтобы на режущих кромках обрабатываемого инструмента появлялись черные пятна. Посинение металла свидетельствует о том, что он сильно размягчился и стал слишком пластичным. Доводить до такого состояния его нельзя.

После того как изделие прокалится до требуемой степени, можно приступать к следующему этапу – охлаждению. В первую очередь, его опускают в емкость с маслом, причем делают это часто (с периодичностью в 3 секунды) и как можно более резко. Постепенно промежутки между этими погружениями увеличивают. Как только раскаленная сталь утратит яркость своего цвета, можно приступать к ее охлаждению в воде.

Цвета побежалости стали

При охлаждении водой металла, на поверхности которого остались капельки раскаленного масла, следует соблюдать осторожность, так как они могут вспыхнуть. После каждого погружения воду необходимо взбалтывать, чтобы она постоянно оставалась прохладной. Получить более наглядное представление о правилах выполнения такой операции поможет обучающее видео.

Есть определенные тонкости при охлаждении закаливаемых сверл. Так, их нельзя опускать в емкость с охлаждающей жидкостью плашмя. Если поступить таким образом, то нижняя часть сверла или любого другого металлического предмета, имеющего вытянутую форму, резко охладится первой, что приведет к ее сжатию. Именно поэтому погружать такие изделия в охлаждающую жидкость необходимо со стороны более широкого конца.

Для термической обработки особых сортов стали и плавки цветных металлов возможностей открытого костра не хватит, так как он не сможет обеспечить нагрев металла до температуры 700–9000. Для таких целей необходимо использовать специальные печи, которые могут быть муфельными или электрическими. Если изготовить в домашних условиях электрическую печь достаточно сложно и затратно, то с нагревательным оборудованием муфельного типа это вполне осуществимо.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

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

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

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

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

Глиняный нагреватель с замурованной нихромовой спиралью

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

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

Готовая самодельная камера

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

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

Оценка статьи:

Загрузка...

Поделиться с друзьями:

Полное руководство - Сделай его из металла

Долгое время я думал, что единственный способ правильно проверить твердость металла - это использовать подходящую испытательную машину Роквелла. К счастью, за эти годы я освоил несколько других методов и приемов, которые действительно сделали эту задачу более выполнимой без необходимости в машине стоимостью более 2500 долларов.

На самом деле есть несколько способов сделать это, хотя точность и практичность будут отличаться. В этой статье я расскажу о некоторых из этих методов, о плюсах и минусах, а также о том, как их успешно реализовать.Используйте оглавление, если есть конкретный метод, который вас интересует.

Испытательная машина Роквелла

Это, пожалуй, самый распространенный способ профессиональной и точной проверки твердости металлов. Закругленный стальной шарик или конический алмазный наконечник вставляют в металл, и глубина вмятины измеряется машиной.

В аппарате используется небольшая нагрузка и большая нагрузка, чтобы обеспечить точность показаний. Вы задаете незначительную нагрузку, и деталь будет правильно размещаться между пенетратором и опорой.Затем вы нажимаете кнопку или тянете рычаг (в зависимости от машины), и тестер прикладывает основную нагрузку. Машина определит разницу в расстоянии между грузами и даст точные показания.

Плюсы:

  • Сверхточный, достаточно простой для проверки работы в пределах +/- 1 HRC или выше, в зависимости от станка и того, насколько хорошо вы можете удерживать деталь с помощью упора
  • Обычно это приспособление в механической мастерской, поэтому вы выиграли не потеряйте его (по крайней мере, я надеюсь, что нет), и вы с меньшей вероятностью повредите его
  • Обычно требуется небольшая подготовка поверхности или ее не требуется (если только поверхность не действительно шероховатая, как отливка в песчаные формы)

Минусы:

  • Машины дорогие! Хотя и не так дорого, как некоторые другие профессиональные системы.
  • Большие или неплоские детали может быть очень трудно (если вообще возможно) проверить.
  • На детали остается небольшая резкая выемка.
  • Неточно измерить тонкие детали
  • Детали должны иметь хорошую плоскую поверхность между наковальней и алмазным острием.В качестве альтернативы, круглые детали можно установить в V-образный блок, но в любом случае металл должен иметь очень хорошую опору.

В целом, это, как правило, золотой стандарт для всех, кто хочет проверить твердость металла. Это быстро и просто, если вы научитесь пользоваться машиной.

Чаще всего используется для проверки твердости термообработанной стали. Вот процесс:

Как использовать испытательную машину Роквелла

  • Вытащить пенетратор.Обычно для мягких материалов, таких как низкоуглеродистая сталь 1018, используется шкала Роквелла B, в которой используется стальной пенетратор с закругленными углами 1/16 дюйма с основной нагрузкой 100 кг. Для закаленной или легированной стали будет использоваться шкала С Роквелла, в которой используется V-образный пенетратор с алмазным наконечником и основная нагрузка 150 кг. Обычно в мастерских просто оставляют алмазный наконечник в машине, так как не многие люди заботятся о твердости мягкой стали.
  • Хорошей практикой является выполнение проверки калибровки с использованием квалифицированной тестовой шайбы, чтобы убедиться, что установка работает, а затем проверить деталь, которую необходимо измерить.
  • Установите в тестер соответствующую наковальню. Используйте плоскую опору для плоских деталей и клиновую опору для круглых деталей.
  • Загрузите начальную силу. Обычно это делается путем подъема нижней наковальни с помощью маховика до тех пор, пока индикатор не совместится с отметкой на шкале (обычно это маленькая красная точка). Вы также можете выполнить точную регулировку на циферблате, чтобы он идеально совпадал с 0.
  • Загрузите основную силу. Обычно это делается нажатием кнопки или щелчком рычага. Подождите несколько секунд, чтобы он успокоился и перестал двигаться.
  • Освободить основную нагрузку. Машина оставит незначительную нагрузку на индентор. Измерение твердости отобразится на циферблате.

Сделав это один или два раза, вы поймете, что это очень простое измерение, если у вас хорошая и стабильная установка.

Минимальная толщина для испытания на твердость по Роквеллу

Поскольку при испытании Роквелла необходимо сделать вмятину в образце для испытаний, существует минимальная толщина, связанная с испытанием. Если материал слишком тонкий, вы будете измерять твердость опорной наковальни больше, чем испытываемый образец.

Вот небольшая таблица с минимальной толщиной материала по шкале Роквелла, основанной на твердости:

Минимальная толщина Твердость C по Роквеллу Твердость по Роквеллу B
0,022 ″ 69 -
0,024 ″ 67 94
0,026 ″ 65 87
0,028 ″ 62 80
0.030 ″ 57 71
0,032 ″ 52 62
0,034 ″ 45 52
0,036 ″ 37 40
0,038 ″ 28 28
0,040 ″ 20 -

Итак, что это означает? Вы не можете использовать метод Роквелла для проверки твердости прокладки 0,020 дюйма, если она должна быть 60 HRC.Просто имейте в виду, что минимальная толщина составляет 0,040 дюйма и меньше диапазона, поэтому вы можете найти ссылку, если вам когда-нибудь понадобится.

Испытание на твердость по Бринеллю

Вы, возможно, слышали об этом в школе, что вы можете получить шарикоподшипник, ударить его молотком по металлическому предмету с известной твердостью, затем ударить им по металлическому предмету, о котором идет речь, сравнить диаметры вмятин. , и определить твердость металла по результатам.

Звучит удивительно просто, не правда ли?

На самом деле люди, которым это удается успешно, - это вымирающая порода.И под вымирающей породой я имею в виду, что я еще не встречал еще живую.

Слишком много переменных, чтобы делать это вручную. Удар по чему-либо молотком с одинаковой силой дважды подряд - уже само по себе искусство легенды.

Более современный способ сделать это - использовать станок, нагружающий индентор контролируемой силой. Затем оператор с помощью специального микроскопа проверяет диаметр.

Тем не менее, точность этого метода в целом неоднозначна.Довольно редко можно найти одну из этих машин (за исключением литейных предприятий) просто потому, что обычно есть более эффективные способы проверки твердости.

Плюсы:

  • Если все, что у вас есть, это молоток и шарик из закаленной стали, это может дать вам общее представление о твердости.
  • Это действительно может быть достойным способом проверки неоднородных материалов, таких как отливки, твердость которых может варьироваться. Диаметр шара будет контактировать с большей площадью на поверхности детали и даст большую среднюю твердость

Минусы:

  • Супер устаревшая технология.Это действительно непоследовательно даже среди профессионалов, и, как правило, есть более эффективные способы проверки твердости
  • Это более медленный процесс по сравнению с тестерами Rockwell
  • Существует минимальная толщина образца: металл должен быть в 8 раз больше глубины отпечатка
  • Обычно нет практично для полностью твердой стали

Честно говоря, есть машины, которые автоматически определяют размер отпечатка без использования микроскопа оператора. Однако они делают это на основе измеренной глубины индентора.Это процесс, который использует Роквелл. Почему бы просто не использовать машину Роквелла?

Суть в том, что, помимо применения с неоднородными материалами (например, отливки), у вас просто не будет особых причин для выбора этого метода.

Испытания на микротвердость

Это действительно интересно. Наиболее распространены микротвердости по Виккерсу и Кнупу. В реальной жизни я встречал Виккерса гораздо чаще.

Я сосредоточусь на Виккерсе, так как он мне более знаком.

Концепция почти как гибрид теста Роквелла и Бринелля. Индентор в форме пирамиды вставляется в заготовку с небольшим усилием (менее 2 фунтов), а затем измеряется отпечаток по диагонали.

Квадратный отпечаток намного четче и его легче измерить, чем круглый отпечаток Бринелля, но он также намного меньше. Требуется хороший микроскоп.

Плюсы:

  • Можно точно измерить очень тонкие детали
  • Можно измерить очень мягкие и гораздо более твердые образцы - процесс имеет отличный диапазон, и для всех испытаний используется один и тот же индентор
  • Поскольку отпечаток такой маленький, процесс очень сложен. вряд ли повлияет на деталь

Минусы:

  • Поверхность образца должна быть отшлифована и отполирована для точного измерения - требования к тесту Виккерса намного строже, чем по Роквеллу
  • Процесс медленный - сам тест занимает от 30 до 60 секунд, но подготовка заготовка может быть утомительной
  • Система дорогая, так как вам также нужна оптическая измерительная система в дополнение к индентирующей машине
  • Это тест, который действительно должен проводиться в чистой лаборатории, а не в цехе (например, Роквелл может be) - рекомендуются даже виброустойчивые столы.

Тем не менее, метод Виккерса становится все более популярным благодаря своей точности и универсальности, несмотря на то, что он требует много времени.Маловероятно, что вы встретите их очень часто в обычном механическом цехе, но они становятся основным продуктом на специализированных предприятиях, таких как мастерские по производству и ремонту турбин и медицинские производственные предприятия.

Вот несколько заметок о тесте Кнупа. В принципе, он очень похож на Виккерса, за следующими исключениями:

  • Индентор имеет ромбовидную форму
  • Углубление вдвое меньше глубины Виккерса, поэтому можно проверить очень тонких деталей, штук.Пример: алюминиевая фольга
  • Она особенно подходит для измерения чрезвычайно твердых и хрупких материалов, таких как стекло и керамика, так как при этом методе испытаний будет меньше трещин. -достойный (хотя Роквелл самый обычный для механических цехов). Теперь давайте перейдем к некоторым действительно доступным и простым решениям, которые зачастую достаточно хороши и обладают некоторыми действительно заслуживающими внимания преимуществами.

    Склероскоп или Leeb (тест отскока)

    Когда я впервые увидел эту вещь, я подумал, что это самая нелепая идея на свете.Затем я попробовал это несколько раз и понял, что это действительно неплохо. Это должно быть портативное устройство для проверки твердости.

    Для ясности: это не тот метод, на который я бы действительно полагался для критических деталей. Тем не менее, это очень простой и хороший инструмент для справки.

    Вообще-то и в одной ремонтной мастерской, где я работал, всем продавцам дали по одному из этих тестеров. Таким образом, когда они смотрели на ремонтную работу, они могли быстро определить, является ли деталь твердой или нет, чтобы они могли правильно определить ожидания клиентов с места в карьер.

    Итак, есть два варианта этого теста: старый школьный и удобный, более современный карманный (Leeb) вариант. Если честно, ни то, ни другое сегодня не так популярно, но они изящны и хороши, о которых стоит знать.

    Метод старой школы был настоящей маленькой машиной. Магнит будет удерживать груз с алмазным наконечником, называемый молотком, и машина будет отображать высоту отскока молотка, когда он будет сброшен с фиксированного места.

    Чем тверже материал, тем выше отскок.

    В целом, это не очень точно, но это неплохой способ получить приблизительное представление. Машина была изобретена в 1907 году, но по понятным причинам она так и не стала популярной, как метод Роквелла. В 1975 году процесс был улучшен за счет изобретения теста Leeb

    .

    Хорошо, маловероятно, что вы увидите старые устройства, которые все еще используются сегодня, но вы можете увидеть более современные «карманные справочные» устройства, которые на самом деле более или менее работают.

    Если честно, большинство из этих устройств на самом деле предназначены для других материалов, таких как бетон (так называемые резилиометры), но есть несколько для металла, например этот.Они на самом деле не очень дешевые (самые экономичные, которые я нашел, стоят около 400 долларов, а более хорошие могут достигать 1000 долларов), но это намного дешевле, чем отказаться от 2500 долларов за машину Rockwell, и она значительно более портативна.

    Я также видел ребят, у которых есть супер простой механический механизм, который представляет собой трубку со шкалой и шарикоподшипник с магнитным разъединением. Однако они стоят примерно одинаково. Обычно более 250 долларов. Для того, который я использовал, я смог получить показания в пределах +/- 3-5 HRC.

    Проверка файлов

    Это классический и простой способ, которым мастера по клинку используют, чтобы проверить, работает ли их термообработка. Сама концепция очень проста:

    Если режущий инструмент тверже материала, он будет резать. Если мягче, то нет.

    То есть, если вы скребете напильником о кусок металла, он будет впиваться, если металл мягче, чем напильник, и будет скользить по заготовке, если он тверже. На самом деле не требуется никаких навыков или «чувства», чтобы понять это правильно - i

    .

    Тяжело работать, чтобы работать твердо! 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 веб-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 29 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 стать частью искусственного коленного сустава или кардиостимулятора.

    Земная кора в основном состоит из кислорода и кремния (74,4 процента). 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 прочность 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 возникать при деформации или изгибе 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 слишком близко друг к другу, сопротивление металла движению постепенно увеличивается. Это называется наклепом . После определенного момента 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, нелепые 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 из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам на [email protected]

    Методика эксперимента

    1. С помощью ножниц по металлу разрежьте тончайшие медные и алюминиевые листы на четыре полосы 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 полоской? Положите ту же полосу 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, нелепые 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

    Make Fake Snow - Craft Your Science Project

    4 простых проекта по науке о роботах для детей

    Как сделать щетину

    Спасибо за ваш отзыв!

    .

    Индукционная закалка дает множество преимуществ

    Индукционная закалка дает значительные преимущества по сравнению с традиционными методами термической обработки стали, сплавов и других металлических деталей. Этот процесс идеально подходит для металлов с содержанием углерода более 0,3%, особенно для закаленной стали с низким содержанием легирующих элементов (C34, C35, C60 и т. Д.), Как описано в отраслевых нормах DIN EN 100083. Валы, шестерни, якоря, звездочки и другие компоненты могут быть закалены с помощью этого индукционного процесса.

    Процесс очень требователен к используемому оборудованию и индуктору.Идеальные результаты закалки могут быть достигнуты только при идеальном согласовании точно регулируемого источника энергии с оптимальной конструкцией индуктора. Опытные инженеры eldec проектируют индукционные катушки по индивидуальному заказу в соответствии с уникальными спецификациями клиентов, включая однооборотные, двухвитковые индукторы, индукторы с лицевым нагревом, грейферные и зажимные индукторы. Каждая машина полностью проверяется и тестируется для обеспечения оптимальных настроек мощности и нагрева.

    Нагрев непосредственно с индукционной закалкой

    Индукционная закалка - это процесс, при котором тепло выделяется непосредственно в заготовке.Основным преимуществом этого типа термообработки является то, что материал быстро достигает желаемой температуры для изготовления закаленных металлических деталей. При традиционной термообработке, такой как пламя, печь или конвекция, тепло применяется к детали за счет нагрева поверхностного слоя. Эти методы занимают значительно больше времени и требуют значительно больше энергии для получения желаемой твердости. Индукционная закалка, напротив, обеспечивает чрезвычайно короткое время нагрева. Это очень эффективный и привлекательный метод производства стальных валов, компонентов и других металлических деталей в различных отраслях промышленности.Кроме того, индукционным нагревом можно очень точно управлять с помощью мощности, частоты и геометрии индуктора. Это сводит к минимуму деформации заготовки и обеспечивает эффективность процесса.

    Как работает индукционная закалка

    Основным применением этого метода индукционной закалки является закалка стали. Одна или несколько индукционных катушек используются для генерации переменного магнитного поля и нацеливания на него. Это магнитное поле создает в металле вихревые токи, которые нагревают заготовку до желаемой температуры.Сразу после нагревания компонент затем проходит процесс закалки с использованием воды, масла или эмульсии. Это охлаждает металл до тех пор, пока не произойдет мартенситное превращение, в результате чего упрочненная поверхность будет более твердой, чем основной металл.

    После закалки сталь проходит отпуск - процесс низкотемпературной термообработки для достижения желаемого соотношения твердость / вязкость. Максимальная твердость марки стали, полученная в процессе закалки, придает материалу низкую вязкость.Обработка стали путем отпуска снижает твердость материала и увеличивает его вязкость.

    Глубина закалки в заготовке очень точно регулируется путем регулировки выходной электрической мощности асинхронной машины и частоты тока индуктора / катушки. Толщина нагретого слоя от поверхности металла до некоторой точки под поверхностью обратно пропорциональна частоте приложенного переменного тока. Чем выше частота, тем тоньше кожа.Цементное упрочнение поверхности стали увеличивает износостойкость детали без снижения пластичности основной массы материала. eldec предлагает источники энергии с новейшей преобразовательной технологией в трех частотных диапазонах:

    • Низкий: 1–7 кГц
    • Средний: 8–40 кГц
    • Высокий: 60–500 кГц

    Индукционная закалка с SDF

    С одновременным Двойная частота, также известная как SDF, eldec предлагает дополнительный метод, который используется особенно для деталей сложной формы.Средняя частота накладывается на высокую, так что оба воздействуют на материал одновременно на одинаковой глубине. Это гарантирует, что компонент нагревается при постоянной температуре по всей детали для обеспечения равномерной твердости поверхности. Это приложение идеально подходит для производства зубчатых колес и шестерен. Несмотря на то, что верхняя и нижняя части зубьев шестерни находятся на разном расстоянии от индуктора, может быть достигнут гладкий и точный слой твердости.

    .

    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 потребуется проволока 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 его от одного конца к другому, 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 вещей, 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 укрепит 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 закаливания сразу нескольких деталей - например, двадцати пар шв 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 тумблер // 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.

    • Описанные выше методы и свойства металлов 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 украшений 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

    .

    Смотрите также