На главную


§ 21. Термическая обработка

Термическая обработка металла — 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 различных средств 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 и 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 но 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 общей массы 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 или древесный уголь.
Для отжига в среде диссоциированного аммиака применяется конвейерная печь. Кроме конвейера, проходящего в рабочем тоннеле, печь оснащена 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 от 20 до 180 см/мин. Защитной атмосферой служит диссоциированный аммиак. Температура диссоциатора (950°С) обеспечивает разложение аммиака на азотноводородную 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 (размером, как лесной орех), 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 при нормализации изделия из них приобретают различные свойства. Так, изделия из сталей с малым содержанием углерода становятся более мягкими и пластичными. С повышением содержания углерода в сталях после нормализации изделия из них 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 качестве 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 и 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 — 300°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 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.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается подготовка загрязненной шихты к плавке и с какой целью она проводится?
2. Каков порядок загрузки в тигель сплавов, содержащих золото, серебро, медь?
3. В каком порядке загружаются компоненты сплавов, в состав которых входят тугоплавкие металлы?
4. Как осуществляется нагрев тигля при плавке сплавов с тугоплавкими компонентами?
5. В какой момент расплав раскисляют?
6. Каков порядок загрузки шихты для плавки припоев?
7. Что служит флюсами при плавке драгоценных металлов?
8. Какую роль выполняют защитные покровы и флюсы при плавке?
9. С какой целью в расплав вводят рас-кислители и что является раскислителями для драгоценных металлов?
10. Из каких металлов изготовлены изложницы и для каких целей их применяют?
11. Какое оборудование применяют при прокатке металла?
12. Каково устройство матрицы и какую роль выполняет каждая зона?
13. Какие существуют виды штамповочных операций?
14. В чем заключается процесс безокисли-тельного отжига металлов?


предыдущая страница оглавление следующая страница