Термическая обработка металлов

Термическая обработка металлов — это из­менение структуры и свойств металлов пу­тем теплового воздействия. В результате на­грева до заданных температур, выдержки при данных температурах и охлаждения с различ­ной скоростью и в различных средах в метал­лах происходит изменение кристаллической структуры, что влечет за собой изменение их свойств. Термическая обработка — один из важнейших технологических процессов, в результате которого металл приобретает свой­ства, необходимые для дальнейшей его обра­ботки или использования.

Различают пять основных видов термиче­ской обработки: отжиг, нормализация, закал­ка, отпуск и химико-термическая обработка. В процессе изготовления ювелирных изделий применяется только один из видов — отжиг. Все остальные виды термической обработки имеют большое значение при изготовлении ювелирного инструмента и приспособлений.

Отжиг — нагрев до определенной темпе­ратуры и охлаждение металла с целью его смягчения (понижения твердости, повышения пластичности и т. д.). При отжиге металл при­ходит в более устойчивое состояние, устраня­ется неоднородность химического состава (вы­званная быстрым охлаждением при отливке), снимаются напряжения, полученные в про­цессе обработки давлением. Отжигу подверга­ются слитки и полуфабрикаты в процессе из­готовления ювелирных изделий.

Отжиг заготовок проводят в муфельной печи при определенном режиме для каждого сплава. Так, золотые сплавы, содержащие ни­кель, отжигаются при 700—750°С и выдержи­ваются в печи, в зависимости от массы метал­ла, от 10 до 20 мин. Небольшое количество металла охлаждают при комнатной темпера­туре, большую массу металла — в выключенной муфельной печи до полного его остыва­ния.

В муфельной печи отжигают и сплавы с содержанием платины и палладия и цветные металлы.

Нагартованные детали в процессе монтировки отжигают в муфельной печи, помещая их на стальной совочек, а затем охлаждают на леткале — асбестовой подкладке.

При нагревании металлов и сплавов, в ча­стности драгоценных, поверхности их покры­ваются окислами неблагородных металлов, входящих в состав сплава. Удаляют их путем отбеливания. Отбеливание драгоценных спла­вов ведет к частичной потере лигатуры и та­ким образом общего веса драгоценных ме­таллов. Чтобы избежать дополнительных по­терь и сократить операцию отбеливания при заготовке полуфабрикатов, на ювелирных предприятиях применяют безокислительный отжиг. Это отжиг в средах, защищающих ме­талл от доступа кислорода. Такими средства­ми могут быть диссоциированный (разложен­ный) аммиак пли древесный уголь.

Для отжига в среде диссоциированного аммиака применяется конвейерная печь. Печь оснащена конвейером, проходящим в рабочем тоннеле, контрольно-регулировочной аппара­турой и автоматическими часами. Тоннель печи состоит из двух зон — нагревательной и охлаждения. Максимальная рабочая темпера­тура печи 950°С.

Конвейерная лента, на которую помещают заготовки для отжига, движется внутри тон­неля. Скорость движения ленты регулируется от 20 до 180 см/мин. Защитной атмосферой служит диссоциированный аммиак. Темпера­ура диссоциатора (950°С) обеспечивает разло­жение аммиака на азотно-водородную смесь. Защитная смесь подается в рабочий канал печи, где поджигается. Контрольно-регулиро­вочной аппаратурой устанавливается про­грамма рабочей печи.

Конвейерная печь для безокислительного отжига используется для отжига полуфабри­катов различных сплавов, используемых в ювелирной промышленности: золотых, сереб­ряных, мельхиора, нейзильбера.

Отжиг под покровом древесного угля при­меняется для золотых слитков и заготовок большого объема (прутки и проволока в рулоне). Однако золотые сплавы, содержащие металлы платиновой группы (платину, палла­дий и т. д.) и никель, отжигать в среде дре­весного угля не рекомендуется ввиду их науглероживания. Для отжига заготовок в среде древесного угля нужны: хорошо просушенный березовый уголь размерами в пределах лесного ореха, короб из нержавеющей стали и кле­щи для установки короба в печь и извлече­ния его.

На дно короба ровным слоем толщиной 1— 2,5 см насыпают древесный уголь. На него укладывают золотые заготовки (слитки, прут­ки в рулоне, проволоку и т. д.) и засыпают углем до заполнения короба. Короб накрыва­ют крышкой и помещают в печь, нагретую до 650—700° С. Заготовки массой до 500 г выдер­живают при указанной температуре 5—7 мин, а массой более 500 г — 10—15 мин. Затем ко­роб из печи вынимают и охлаждают замачи­ванием в воде, после чего заготовки извлека­ют и просушивают.

Нормализация — вид термической обработ­ки черных металлов, сходный с отжигом. За­ключается в нагреве изделия и охлаждении его на спокойном воздухе. В зависимости от содержания углерода в сталях изделия из них при нормализации приобретают различные свойства. Так, изделия из сталей с малым со­держанием углерода становятся более мягки­ми и пластичными. С повышением содержа­ния углерода в сталях изделия из них после Нормализации становятся тверже, упруже. Для высокоуглеродистых сталей нормализа­ция заменяет закалку.

Закалка — вид термической обработки. По­добно нормализации служит для придания стальным изделиям твердости, упругости и износостойкости. Во время закалки изделия нагревают до высокой температуры, затем ох­лаждают с разной скоростью и в разных сре­дах. В результате одни и те же стали приоб­ретают различные свойства. Охлаждающими средами при закалке являются вода и масло. Режущий ювелирный инструмент должен быть твердым, но не хрупким, поэтому при закалке (чтобы смягчить свойства закаленного инструмента) в качество охлаждающей среды выбирают масло. Если же инструмент охлаждают в воде, то потом его подвергают отпуску.

Отпуск — вид обработки, которому подвер­гают закаленные изделия. Отпуск понижает твердость л хрупкость изделий и повышает их вязкость. При отпуске изделие нагревают до невысокой температуры и затем охлаж­дают. Температуру нагрева узнают по изме­нению цвета очищенной от окалины поверх­ности изделия. Так светло-желтый цвет соот­ветствует температуре нагрева 220° С, жел­тый — 230° С, темно-желтый — 240° С, корич­невый — 255° С, коричнево-красный — 265° С, фиолетовый — 285° С, темно-синий — 300е С, светло-синий — 325° С, серый — 330° С. Изме­нение цвета металла в процессе нагревания называют цветами побежалости.

Термическая обработка металлов связана с их нагревом, следовательно требует боль­шой осторожности. Инструмент (клещи) для захвата заготовок или короба при закладке в муфельную печь и выгрузке из нее должен быть хорошо подогнан и проверен перед ра­ботой. Длина клещей должна обеспечивать надежную работу рук в безопасной от жара открытой муфельной печи зоне. От попада­ния брызг горячей воды и раскаленной уголь­ной пыли при охлаждении раскаленного ме­талла замачиванием в воде защищаются фар­туком, защитными очками и рукавицами. Пе­ред охлаждением в воде короба с металлом под покровом древесного угля его накрывают плотной крышкой. Термически обработанный металл берут голыми руками только после того, как убедятся, что он полностью остыл.

 

Источник: В.И. Марченков «Ювелирное дело», Москва, 1975

Термическая обработка металлов
Пролистать наверх