Закалка металла: особенности процесса
Твердость материала определяется (помимо его химического состава) также и его объемной молекулярной структурой. Самый известный пример, когда структура материала определяет его невероятную прочность – это алмаз. При том сам он состоит из тех же самых атомов углерода, что и хрупкий карандашный грифель. Закалка металла также определяет прочность любого полученного изделия. Здесь все дело в том, что закалка металла изменяет кристаллическую решетку материала, тем самым определяя его твердость.
Закалка как свойство металла
Это свойство металлов известно человеку уже очень давно. Конечно же, прежде всего технология закалки получила распространение в оружейном деле. Она практиковалась, например, при изготовлении клинков мечей и сабель. Мастерство кузнеца-оружейника определялось тем, насколько прочный он сможет создать клинок. Такой, чтобы тот не сломался в бою и не терял свой остроты при использовании. Все легендарные клинки обладали этими качествами: меч-кладенец русских витязей, мечи рыцарей, сабли сарацин, самурайские катаны и др. Оружейное искусство всегда стремилось к совершенству.
Сущность закалки
Закалка металла заключается в нагревании материала до критических температур. Эта критическая величина определяется тем состоянием металла, когда происходит увеличение его энтропии. Она и приводит к изменениям в кристаллической структуре. Весь дальнейший секрет состоит в том, чтобы такое состояние металла закрепить. А сделать это можно, резко охладив накаленную заготовку. Такое описание выглядит достаточно простым, но в реальности все, конечно же, обстоит несколько сложнее.
Тем не менее, такой простой приведенный выше способ может вполне сгодиться в быту. Например, когда лезвие купленного топора, как оказалось, слишком быстро затупилось. Над ним или другим инструментом и проводится подобная закалка. Стоит также учитывать, что слишком частое закаливание может ослабить внутренние связи внутри металла, и топор уже сможет пойти лишь на переплавку. Металл приобретет «усталость».
Сам металлический предмет при «домашней» закалке стоит хорошенько прогреть. Здесь термометр использовать ни в коем случае не следует. Лучше довериться древнему способу определения температуры. Он заключается в термоконтроле посредством определения цвета свечения. Когда оно достигнет нужного вида, предмет стоит сразу же охладить. Чаще всего в охлаждении используется вода или масло.
Закалка и индукция
Вообще, основные свойства металлов и сплавов были открыты довольно давно. Новую веху в закалке металлов дало открытие учеными эффекта индукции. Он состоит в том, что глубина нагрева слоя металла зависит от частоты тока. Таким образом открылась технология поверхностной закалки металла. Ведь наружная поверхность готового изделия может быть очень и очень прочной, а внутри же оно будет обладать большой пластичностью.
Такой метод поверхностной индукционной закалки используют тогда, когда требуется большая прочность, а хрупкость полученного изделия недопустима. Технология была теоретически обоснована в 1936 году нашим выдающимся соотечественником В.П. Вологдиным. Им же создана методика ее практического использования. Данная методика выгодна еще и экономически, ведь на прогрев заготовки расходуется вся энергия индуктора, а цены на металлы при этом остаются теми же.
