Как правильно закалить топор

Закалка топора

Кузнец Валерий Самович: "На примере топора, хочу рассказать о термообработке стали в домашних условиях, которая включает в себя три стадии: отжиг, закалку и отпуск. Потребность в закалке возникает в том случае, если производителем нарушена технология термообработки.

Закалка топора в домашних условиях

Если топор при работе быстро тупится, на острие появляются вмятины, то сталь мягкая. И это значит, что топор не закален. А если острие выкрашивается или растрескивается, то есть, сталь очень твердая и хрупкая, то это возможно в том случае, если не был проведен отпуск после закалки". Оценить твердость стали, а значит и качество закалки нам поможет незатертый напильник с мелкой насечкой.

Если твердость стали высокая, то напильник по ней скользит почти не цепляя. Если твердость стали средняя, то напильник ее чуть-чуть берет. И если твердость стали низкая и напильник ее спокойно берет, то значит, эта сталь не закалена, либо были нарушена технология термообработки. В случае с этим топором напильник берет его легко. В этом случае, а также в случае повышенной хрупкости, топор подвергаем полному циклу термообработки. Вначале отжиг, а затем закалка и отпуск. Правильной закалкой топора считается такая закалка, при которой разные части топора закалены по-разному. В районе лезвия, на расстоянии примерно трех сантиметров от острия твердость стали должна быть высокой. Твердость остальной части топора должна быть гораздо меньше. Такая закалка обеспечивает износоустойчивость лезвия и пластичность остальной части. И является гарантией того, что при работе не лопнет обух или не отломается полотно.

ГОСТ 18578 – 89 Топоры строительные

Следующий момент, который мы должны знать для проведения эффективной термообработки, это марка стали, из которой изготовлен топор. Все строительные топоры, которые изготавливались в Советском Союзе и изготавливаются сейчас на постсоветском пространстве, должны соответствовать ГОСТу 18578 – 89 Топоры строительные. Этот ГОСТ оговаривает марки сталей для изготовления топоров. Каждая из этих сталей имеет свои температурные режимы термообработки. И свои закалочные среды.

Узнать об этом можно в марочниках сталей или в справочниках термиста, которые есть в свободном доступе в библиотеке. Однако, хочу подчеркнуть тот факт, что основным материалом для изготовления топоров являются стали У7 и У7А. Топор, который я выбрал для экспериментов, имеет клеймо.

Сверху год выпуска - 1963. Слева – размер по ГОСТу А2. Справа – сталь. Из которой изготовлен топор. Это инструментальная, углеродистая сталь У7. Режимы термообработки для стали У7 следующие:

Перед термообработкой надо затупить режущую кромку топора, чтобы его толщина стала примерно один миллиметр.

Отжиг

Итак, приступаем к термообработке. Первая операция называется отжиг. Перед закалкой топора или любого другого инструмента необходимо выполнить отжиг. Отжиг - это своеобразное обнуление структурной памяти металла. Заключается он в нагревании всего инструмента до температуры 740-760 градусов и постепенном охлаждении до 550 градусов. Со скоростью примерно 30-50 градусов в час. Отжиг лучше всего проводить в кирпичной печи. Самый важный вопрос, как определить температуру металла. Профессионал легко определит температуру по цвету. Ну, а новичку на помощь придет обычный магнит.

Дело в том, что сталь, так же как и железо, перестает магнититься при температуре 768 градусов. По мере нагрева магнитом проверяем магнитится ли сталь. Когда магнит перестанет приставать к стали, это значит, что температура нашего топора превысила 768 градусов и больше нагревать его не нужно. Запоминаем цвет свечения для температуры 768 градусов. Он называется красно-бордовый. Это знание нам понадобится при закалке, которая производится при температуре 800-830 градусов, что соответствует переходу от темновато красного к красному цвету. На экране вы видите таблицу цветов каления и побежалости для углеродистой стали.

Хочу обратить ваше внимание на то, что камера искажает реальный цвет, делая его светлее. Итак, требуемая для отжига температура достигнута. Угли сдвигаем подальше от топора, печь закрываем, задвигаем главную задвижку и оставляем часов на 10. Пусть топор остывает вместе с печью. В процессе отжига улучшается микроструктура металла, снимается внутреннее напряжение и уменьшается твердость. После остывания отожженная сталь становится мягкой и легко берется напильником.

Закалка

Следующая операция термообработки – закалка. Как я уже говорил, закалка стали марки У7 производится при температуры 800-830 градусов. Нагревать топор можно на костре, в буржуйке или кирпичной печи. Как только металл перестанет магнититься, ждем еще несколько минут, а затем приступаем к закалке. Закалка производится в двух средах. Первая среда, это вода, подогретая до 30 градусов. Вторая – масло. В воду мы окунаем лезвие топора на 3-4 сантиметра. Интенсивно двигаем для того, чтобы паровая подушка не препятствовала охлаждению. Время нахождения в воде – порядка 3 секунд. Затем полностью окунаем топор в масло. Так как масло может загореться, держим наготове кусок плотной ткани. Для того, чтобы в случае возгорания закрыть ею ведро и прекратить доступ кислорода для горения. Контролируем твердость стали после закалки.

Лезвие после закалки получилось очень твердым, а значит и хрупким. Поэтому, путем отпуска его нужно будет сделать более мягким и пластичным. Для того, чтобы хорошо видеть цвета побежалости во время и после отпуска, зачищаем топор проволочным кругом. Вот, что имеем в итоге.

Отпуск

Последняя операция термообработки называется отпуск. Отпуск необходим для уменьшения хрупкости закаленной стали и снятия внутренних напряжений в металле, появившихся в процессе закалки. Отпуск я делаю в обычной духовке. Топор выдерживается один час при температуре 300 градусов, а затем остывает на воздухе. Вот такой красавчик у нас получился после отпуска. Цвет побежалости – синий, свидетельствует о том, что температура отпуска была примерно 300 градусов. Увидеть этот цвет можно, если повернуть определенным образом поверхность металла к освещению. Проверяем твердость металла после отпуска, и убеждаемся, что лезвие стало чуть мягче. Как мы уже знаем, температура закалки У7 стали 800-830 градусов. И уменьшать ее нельзя. При более низких температурах закалки может не произойти вообще. А что же делать в том случае, если после закалки нам необходимо получить пластичную сталь, с относительно невысокой твердостью? При такой ситуации закаляем сталь, как положено, но увеличиваем температуру отпуска. Чем выше температура отпуска, тем пластичнее и мягче будет сталь после отпуска. Данные о твердостях сталей после отпуска, в зависимости от температуры отпуска, есть на каждую марку в марочниках сталей.

Закалка с самоотпуском

Еще один способ закалки инструмента - это закалка самоотпуском. В начале инструмент разогревается в печи до температуры закалки. Затем, режущая часть охлаждается до температуры 150-170 градусов. После этого режущая часть зачищается от окалины для того чтобы видеть цвета побежалости. Смотрим, как идет фиолетовый цвет. Инструмент выдерживается на воздухе до тех пор, пока тепло от раскаленной части не нагреет охлажденную часть до температуры 250-300 градусов. Об этом мы судим по цвету побежалости. Все фиолетовое. Охлаждаем. В качестве закалочной среды используется вода. Только для охлаждения режущей части она нагрета до 30 градусов. А для окончательного охлаждения топора она нагрета до 50 градусов.

Как закалить топор в домашних условиях правильно

Топор относится к ударно-рубящим инструментам. Материал должен быть твёрдым, но не хрупким, чтобы не расколоться при ударах. В древних кузницах обрабатывали кусок железа так, чтоб он соответствовал этим требованиям. Технология принципиально не меняется и в наше время.

Закалка топора — придание крепости металлу.

Содержание

Из какой стали производят топоры
Как самостоятельно закалить топор
- Процесс отжига
- Этап закалки
- Отпуск после закалки
Способы нагрева лезвия до температуры закалки
- В камере
- На открытом огне
Уход после закалки
Заключение

Из какой стали производят топоры

Специалисты по кузнечному делу считают лучшей сталью для топора «ушку» — стали с маркировкой У7, У8, У8А. У – углеродистая сталь, цифры 7 и 8 – содержание углерода в долях процента, А – высококачественная сталь.

Легированные стали обладают большей твёрдостью, но для топора эти свойства избыточны.

Их применение удорожает изделие. На российском рынке есть инструменты из стали 60Г, которые пользуются спросом.

Как самостоятельно закалить топор

Закалки требует добротный топор, побывавший в огне. Иногда мастер решает подправить новый инструмент, если считает заводскую термообработку недостаточной. Качество закалки можно проверить стальным напильником – он не оставит следов на поверхности.

Слитки железа имеют неоднородную кристаллическую решётку. В процессе нагрева и ковки кристаллы разрушаются и изменяют структуру.
Чтобы сталь стала твёрдой, молекулы углерода должны распределиться в кристаллической решётке особым образом, создавая напряжённую (мартенситную) структуру.
Максимальные показатели твёрдости — у закалённой стали с содержанием углерода 0,7. Термообработка ведётся в несколько этапов.

Процесс отжига

Для топора после ковки проводится рекристаллизационный отжиг. Его цель – выровнять деформированные кристаллы.

Процесс отжига выглядит просто:

Топор в печи или кузнечном горне нагревают до красного цвета.
Это соответствует температуре выше 750 — 800 градусов.
Затем оставляют остыть вместе с печью или углями.

После отжига сталь легко обработать металлорежущим инструментом.

Этап закалки

Закаливание заключается в нагреве головы и быстром охлаждении в воде или масле (используют чистое дизельное). Температурные режимы для разных металлов есть в справочниках по металлургии. Сталь марки У7 и У8 нагревают до 800 градусов.

Для определения температуры используют магнит. Сталь теряет магнитные свойства при температуре 760 градусов.
После этого нагреваю ещё несколько минут. Цвет должен стать ярко-красным. Есть специальные таблицы цветов для определения температур нагрева.
Закаливание в огне.
Раскалённый топор погружают в охлаждающие жидкости. Вода должна быть подогрета до 30 градусов. В воду на несколько секунд опускают режущий край. Топор двигают, чтобы не образовалась «шуба» из пара.
Затем топор полностью погружают в масло, подогретое до 50-60 градусов. Необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, масло может вспыхнуть. Дают остыть и извлекают закалённый топор.

Иногда для закалки используют только масло. Налёт окалины счищают железной щёткой.

Отпуск после закалки

Отпуск нужен для снятия избыточных напряжений в металле, чтобы он стал вязким. Процесс происходит при температуре 300 градусов в течении часа, затем лезвию дают остыть на воздухе.

Второй способ – закалка с самоотпуском:

Используют две ёмкости воды, нагретой до 30 и 50 градусов.
Режущую кромку охлаждают в первой ёмкости до тёмного цвета.
Вынимают из воды.
На воздухе кромке дают прогреться от раскалённой части.
Опускают в горячую воду.

Способы нагрева лезвия до температуры закалки

Во многих любительских мастерских есть муфельная печь, электрическая или газовая. Температуры в её камере достаточно для обжига керамики, плавки стекла и нагрева металла до нужных температур.

В камере

В печи есть регулятор температуры, поэтому термообработка не вызывает трудностей. Для отжига и закалки одного инструмента электрическую муфельную печь можно изготовить своими руками.

Как изготовить камеру своими руками

Для разогрева лезвия топора нужна камера небольших размеров. Потребуется:

Корпус – любая металлическая ёмкость с толщиной стенок от 2 мм.
Теплоизолятор – смесь шамотной глины и крошки из огнеупорного кирпича.
Нагревательная спираль – проволока из сплава фехраль.
Терморегулятор.
Стабилизатор напряжения в сети.

Перед включением печи надо проверить исправность проводки. Для достижения нужной температуры требуется около 4 кВат.

Из огнеупорной смеси делают камеру, в ней прокладывают канавки для нагревательной спирали. Дают высохнуть, укладывают спираль, покрывают слоем глины, выводят концы проволоки для подключения к сети.
Высушенную нагревательную камеру вставляют в корпус. Концы спирали подсоединяют к клеммам терморегулятора.

Перед самостоятельным изготовлением муфельной печи изучить подробные инструкции и посмотреть видео опытных мастеров.

На открытом огне

Чтобы достичь 800 градусов, нужны угли. Лучше соорудить подобие кузнечного горна из ведра или бочки. В походных условиях разводят большой костёр. К углям должен постоянно поступать кислород.

Подобие мехов для поддува делают из пластикового мешка. Используют насос для лодки и другие подручные средства. Угли должны разгореться как можно ярче. Лезвие топора готово к закалке, когда станет алого цвета.

Уход после закалки

Правила просты:

Закалённый топор правят точильным камнем.
Для предохранения от коррозии смазывают льняным или вазелиновым маслом.
Топор хранят, воткнув в колоду или подвесив за голову.

Процесс закаливания топора.

Заключение

Изучив процесс термообработки, можно восстановить любой старый топор. Его отжигают для правки формы и затем закаляют для остроты и твёрдости.

«True Temper» — Закалка и отпуск стали для топоров. – Брант и Кокран

Мы знаем, что «закалка» — важный этап в изготовлении топора. Должно быть важно, чтобы один бренд назывался «True Temper», такие компании, как Emerson & Stevens, выбивали инициалы закалщика прямо на топоре, а многие компании подчеркивали закалку в своей рекламе и на этикетках.

Закалка – это только один этап термической обработки стали.

Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Железо само по себе слишком мягкое, чтобы из него можно было сделать много полезного. «Высокоуглеродистой» сталью считается сталь с содержанием углерода от 0,5% до 1%. Например, сталь 1055 имеет содержание углерода 0,55%. Что делает высокоуглеродистую сталь такой привлекательной для производителей кромочных инструментов, так это то, что с помощью термической обработки вы можете сделать кромку более твердой и долговечной. Другими словами, меньше точить и больше рубить!

Химия действительно классная. Закалка возможна из-за двух характеристик железа и углерода, присутствующих в стали: (i) железо может существовать в различных кристаллических структурах, и (ii) атомы углерода составляют 1/30 размера атомов железа. Я знаю, что потерял тебя на «кристаллическом», но подожди, все наладится. . .

При комнатной температуре высокоуглеродистая сталь состоит из кристаллов феррита с атомами железа в каждом углу куба и одним в середине. При нагревании стали примерно до 1500 F углерод растворяется в кристаллической структуре феррита, создавая новую структуру, называемую «аустенит». Другой способ думать об этом состоит в том, что аустенит представляет собой раствор железа и углерода. Если позволить медленно остыть до комнатной температуры, атомы углерода выходят из раствора, и сталь возвращается в исходное состояние.

А что, если быстро охладить нагретую сталь? Если взять горячую сталь и быстро закалить ее в воде, рассоле или масле, углерод не успеет покинуть кристаллическую решетку железа или иным образом выйти из раствора. Образуется новая структура, известная как «мартенсит». Эта структура твердая, потому что атомы углерода более плотно упакованы со своими железными собратьями, что делает сталь более твердой. Но в таком виде закаленная сталь становится хрупкой. Для устранения хрупкости стали в этот момент ее закаляют.

Отпуск — это просто повышение температуры закаленной стали для уменьшения напряжения в стали, вызванного термической обработкой. Это немного снижает твердость, но значительно снижает хрупкость. Большинство сталей необходимо закаливать при температуре около 450 ° F для достижения максимальной пригодной для использования твердости, но каждая сталь немного отличается.

Большинство осей термообработаны только на торце. На многих старых топорищах вы можете увидеть четкую границу между сталью, которая была закалена на лезвии, и более мягкой сталью, составляющей остальную часть головки топора. Это называется «линия хамона».

Конечно, химия (и мастерство), связанные с термообработкой инструментальной стали, включает в себя гораздо больше. Приносим извинения всем химикам, кузнецам и металлургам за это упрощение процесса термообработки!

Дополнительную информацию о термической обработке (и отличные диаграммы по химическому составу) можно найти здесь:

Термическая обработка: закалка и отпуск

Термическая обработка инструментальной стали

Основы термообработки стали

Назад к новостям

Как термически обработать наконечник топора Томагавк — HatchetsandAxes.com

Обзор термической обработки

Для того, чтобы ваш томагавк прослужил долго и работал должным образом, необходимо, чтобы сталь была подвергнута термической обработке и отпуску, независимо от выбранного вами типа углеродистой стали. Термическая обработка упрочняет сталь, а отпуск снижает ее хрупкость. По сути, закалка стали включает нагрев головки томагавка до очень высокой температуры, а затем ее быстрое и равномерное охлаждение. Напротив, закалка включает в себя медленный нагрев стали до более низкой температуры, затем «выпекание» и последующее естественное охлаждение. Не требуется термическая обработка и закалка латунных головок томагавков

Что вам понадобится для термической обработки

Чтобы начать работу, вам потребуются следующие предметы: защитные очки, прочные перчатки, плоскогубцы Vise Grips, глубокая сковорода, моторное масло, магнит, примерно 18 дюймов сверхмощной проволоки диаметром не менее 1/8 дюйма, источник тепла, такой как пропановая горелка или газовая горелка с ацетиленом, тряпки и стандартная духовка. Последнее, что необходимо, — это свободное пространство для безопасной работы. Наиболее важным элементом является источник тепла, так как он должен быть способен равномерно нагревать головку томагавка до очень высокой температуры.

Из-за размера и формы головок, а также ограничений по многим источникам тепла потребителей, потребуется обработка головки томагавка в несколько секций. Сначала обработайте голову, затем молоток и затем шейку головы.

Этапы термической обработки

После того, как все собрано, выполните следующие действия:

Заполните поддон маслом , которое должно быть комнатной температуры.
Пропустите один конец провода через отверстие в томагавке. Скрутите оба конца проволоки вместе; который создаст петлю, которая будет удерживать голову томагавка.
Зажгите факел и закрепите его таким образом, чтобы он не упал.
После этого наденьте защитные очки и перчатки .
Затем с помощью плоскогубцев « Vise Grips » возьмите головку томагавка за один конец проволоки. В этот момент важно иметь надежный, но удобный захват провода.
Поместите обрабатываемую область головы в пределах ½ дюйма от пламени и непрерывно перемещайте его вокруг области, пока она не станет ярко-красной. Крайне важно равномерно нагревать головку, уделяя особое внимание «топору» части головки. Рекомендуется нагревать «топор» вдоль хребта, а не граней «топора». Неспособность равномерно нагреть головку томагавка может привести к деформации стали в головке, что разрушит головку. Очень важно, чтобы «топор» оставался прямым, иначе томагавк не подойдет для метания.
Чтобы убедиться, что головка достаточно горячая, поместите нагретую часть головки рядом с магнитом , чтобы увидеть, притягивается ли он к головке. Сталь теряет свои магнитные свойства при нагревании до высоких температур. Если магнит все еще притягивается к нагретой стали, значит, головка недостаточно горячая. Если это так, продолжайте нагревать головку. Если магнит не притягивается к нагретой области, значит, она достаточно горячая и готова к шагу 8.
Как только часть головки станет «красно-красной» и станет достаточно горячей, как определено с помощью магнитного теста, поместите головку томагавка в поддон с маслом, чтобы охладить ее. Обязательно перемещайте головку вокруг масла по мере его охлаждения. Обязательно держите лицо и руки подальше от масляного поддона, так как вполне вероятно, что пламя вырвется из поддона, как только головка будет вставлена.
После того, как головка остынет, протрите обработанный участок тряпкой, удаляя масло.
Затем повторяйте шаги 6-9 до тех пор, пока вся головка не будет подвергнута термообработке. После того, как вся головка подверглась термообработке, следующим шагом будет отпуск стали, потому что сталь в головке томагавка, хотя и очень твердая, также является хрупкой. в этот момент.
Используя стандартную духовку, нагрейте духовку до 350 градусов, используя настройки выпекания.
Поместите голову томагавка в духовку и дайте ей « выпекать ” в течение 2 часов.
Через 2 часа выключите духовку.
Оставьте головку томагавка в духовке, пока она не остынет естественным образом.
После того, как головка томагавка остынет, ее можно полировать.
После полировки ручка вставлена и головка готова к использованию.
В процессе очистки утилизируйте масло ответственным образом, чтобы не нанести вред окружающей среде.